Как паять никелевую ленту для сварки аккумуляторов

Никелевая лента для сварки

13093

+ Оглавление

Никель — уникальный материал, и таким его делает способность соединять в себе противоположные свойства: прочность, пластичность и вязкость. Полуфабрикаты, в которых поставляется этот материал для использования в производстве это: никелевая лента, проволока, листы, порошок.

Уникальные свойства никеля (сохраняются и при температурах выше 950 ºC):

• Абсолютная стойкость к окислению и взаимодействию с прочими активными газовыми средами;
• Нейтралитет по отношению к кислотам и щелочам;
• Отсутствие аллотропических превращений;
• Высокая пластичность при высокой прочности и одновременно отличная ковкость (чего невозможно достичь в других сплавах).

Никелевая лента для сварки

Область применения

Жаростойкость, инертность, прочность и получение хороших результатов при сочетании с другими химическими элементами, позволяют использовать этот материал в космической и авиастроительной промышленности при создании турбин для двигателей, электротехнике.

Чистый никель – полуфабрикат, для производства поставляется в виде листов, проволоки, порошков, наиболее распространенный вариант для бытового использования – никелевая лента. Все виды материала используется:

• в машиностроительной промышленности для электронагревателей и аккумуляторов, используемых в силовых установках;
• в электротехнике для резистивных элементов;
• для точечной сварки аккумуляторов и сборки литиевых батарей.

Преимущества и недостатки

Никелевая лента НП2 имеет ряд преимуществ, к которым относится ее разновидность как по маркам, так и по размерам (толщине и ширине). Наибольшее влияние оказывает на сварку возможность выбрать толщину никелевой ленты (0,05-2 мм), так как ею можно варьировать при подборе мощности сварки и прочности соединенной конструкции из литий–ионных аккумуляторов. В домашних условиях, чаще всего используется никелевая лента этой марки – это довольно «чистый» и недорогой сплав.

Читайте также: Термитная сварка

Никелевая лента имеет и свои недостатки, как правило, это мягкость, которая снижает прочность конструкции. При необходимости сделать конструкцию более жесткой используется стальная никелевая лента (с содержанием железа до 15 %). Но такой состав снижает проводимость тока.

Виды, размеры, характеристики, свойства

Существует четкое соотношение между толщиной никелевой ленты и используемой силы тока; толщиной ленты и ее шириной.

Ширина (мм) Толщина (мм)

Сила тока (Ампер)

Процесс использования никелевой ленты

Используется никелевая лента для сборки 18650 литий-ионных аккумуляторных батарей, точечным способом сварки. Эта батарея (иногда используется маркировка 168 А) встречается там, где нужна большая емкость, чаще всего именно из нее собираются батареи для ноутбуков, электроскутеров, сигвеев и т.д.

Процесс довольно-таки прост, тем более для тех, кто уже проводил работы по точечной сварке. Здесь главное соблюдать:

• параллельное расположение полюсов и
• выбирать аккумуляторы для сварки только с плоской поверхностью диаметром не менее 5 мм.
• использовать никелевую ленту, толщиной, соответствующую силе тока.

Никелевая лента для сварки аккумуляторов

Чем можно заменить никелевую ленту?

Лента никелевая для аккумуляторов наиболее популярна из-за эргономичной формы: ее можно удобно расположить на любой поверхности, она не скатывается и хорошо прижимается в процессе точечной сварки.

Мощности домашней сварки вполне достаточно, чтобы связать надежную конструкцию. Но если отсутствует никелевая лента для сварки аккумуляторов, чем заменить такой материал?

«Важно!

Сразу необходимо сказать, что пайка и, соответственно нагрев литиевых аккумуляторов не допустим, т.к. может вызвать взрыв.»

В качестве соединительной ленты используется медная луженая проволока, предварительно протянутая через пресс для придания ленточной формы.

Медная луженая проволока

Марка меди в этом случае должна быть М0, М1, М2 – не более (у марок М3, М4 снижена токопроводность). В данном случае, идеальным вариантом будет проволока из трансформатора.

Маркировка ленты

Качество никелевой ленты определяются маркой, которых существует 4. Кроме того, к ней применяется буквенное обозначение, которое указывает на форму выпуска и способ его изготовления: анодный, электролизный или рафинированный. Буквенное обозначение:

А – анодная продукция;

Вторая «Н» – непассивируемость (в марках анодов).

Никель различается химической чистотой и в зависимости от содержания лишних примесей: серы, цинка, свинца, сурьмы, висмута – их суммарное содержание колеблется от 0,01 до 0,1 % и определяют марку никеля. Вышеперечисленные элементы представляют легкоплавкие металлы, которые могут привести к такому дефекту, как красноломкость – расслоение, при ее нагреве всего до 645 ºС. Цифровое обозначение:

3,4 – 99,0 % — имеет маркировку НП2, но может использоваться более качественная марка.

На что влияет «чистота» никеля?

Существует понятие «водной болезни». Связано это с недобросовестным изготовлением, при котором остается высокое содержание кислорода (более 0,005 %). При сваривании поверхностей происходит химический процесс связывания кислорода с водородом из атмосферы, в результате чего образовывается вода. При этом происходит вспучивание сварного соединения. Также для марки НП2, не исключается расслой ленты, что говорит о содержании выше нормы вредных примесей – легкоплавких металлов.

Чтобы исключить все негативные факторы, лента никелевая сварочная должна соответствовать стандарту, и проходить контроль качества на производстве. А для этого нужно пользоваться проверенными поставщиками.

Заключение

Благодаря такому простому элементу, как никелевая лента для точечной сварки, можно обеспечить необходимую емкость аккумулятора для вашего оборудования. Никелевая лента экологический чистый материал, инертный к агрессивным средам, поэтому его использование не ограничивается только электрооборудованием.

Никелевая лента для сварки аккумуляторов

Современная аккумуляторная батарея состоит из нескольких Li-ion аккумуляторов, для соединения которых используется никелевая лента.

Никелевая лента широко используется для создания аккумуляторных сборок из двух или более аккумулирующих электрическую энергию элементов. Для этого применяется точечная (контактная) сварка. С её помощью отрезок ленты приваривается к полюсам нескольких элементов, соединяя их в аккумуляторную батарею (АКБ). Коммутационные схемы бывают последовательными, параллельными и смешанными (комбинированными).

Цели и задачи меж-аккумуляторных соединений

Сборка батарей из аккумуляторов обусловлена необходимостью получения источников постоянного тока с заданными рабочими характеристиками. Используя определённую схему соединения, можно суммировать нужные параметры отдельных источников и получить групповой накопитель с более высоким напряжением или ёмкостью, либо с комбинацией этих двух параметров. Полученные таким образом аккумуляторные батареи используют для автономного питания электроприборов с различной потребляемой мощностью, запуска ДВС, резервного хранения электроэнергии.

Никелевая лента как оптимальный материал для сборки аккумуляторных батарей

• низкое удельное сопротивление 0,087 Ом•мм 2 /м;
• низкая теплоёмкость 460 Дж/кг, препятствующая перегреву проводника;
• высокая прочность на разрыв (предел 450 МПа) и пластичность;
• стойкость к коррозии, окислению;
• способность выдерживать нагрев до 960°C и ток до 17,8 ампер (кратковременно до 35 ампер) без изменения свойств.

Технологичность сварочной никелевой ленты обеспечивается её профилем, а именно: прямоугольным сечением, толщиной от 0,127 до 0,2 мм, шириной от 5 до 10 мм. Этот форм-фактор обеспечивает устойчивое размещение отрезка ленты с плотным прилеганием на плоской поверхности плюсового контакта небольших аккумуляторов типоразмера 18350 или 18650, удобное для последующего приваривания. Благодаря эргономичному форм-фактору процесс сварки легко автоматизировать. Малая толщина ленты не способствует увеличению габаритов готовой батареи. Существует никелевая лента с увеличенной шириной, с высеченными в ней квадратными отверстиями. Её назначение – создание эффективного соединения между четырьмя, шестью или большим числом аккумуляторов, установленных параллельно в «батарейных» держателях.

Обоснованность точечной сварки для соединения аккумуляторов в батарею

Никелевая лента хорошо подходит для сварки в группы однотипных элементов питания с разными активными компонентами, включая никель-кадмиевые (Ni-Cd) или никель-металлогидридные (Ni-Mh) аккумуляторы. Однако сегодня «никелевые» источники питания утратили свои позиции на рынке, уступив место более совершенным литий-ионным (Li-ion) батареям.

Конструктивно литий-ионные батареи представляют собой сборки из одиночных цилиндрических «пальчиковых» аккумуляторов. Поскольку в силу химического состава литиевые аккумуляторы взрывоопасны, а их ёмкость при нагреве снижается, соединение методом пайки из-за сравнительно длительного нагрева не рекомендуется и практически не применяется. Более эффективным, быстрым, безопасным способом является точечная сварка короткими импульсами тока большой силы, в процессе которой никелевая лента приваривается к полюсам элементов, соединяя их. Время воздействия электрода в точке контакта ленты с поверхностью аккумулятора составляет всего несколько миллисекунд. Этого достаточно для её надёжного приваривания к накопителю, при этом ни контакт аккумулятора, ни сам накопитель, не нагреваются до критических значений, поскольку тепловой импульс, возникающий при сварке, минимален.

Точечная сварка против пайки

При точечной сварке аккумуляторов с помощью никелевой ленты не нужен оловянный припой, который повышает сопротивление в месте контакта на 30-35%, и хотя незначительно, но увеличивает вес батареи, что важно при производстве источников питания для мобильных устройств. Ещё один недостаток пайки заключается в том, что она уступает сварке в качестве и прочности соединения на отрыв. Важно заметить, что при точечной сварке никеля не образуется окалина, что обычное дело при работе с медью, которая как олово, повышает сопротивление проводника.

Выбор габаритов никелевой ленты для сварки аккумуляторов

Для сварки аккумуляторов ширина и толщина никелевой ленты подбирается с учётом максимальных значений тока, который будет по ней протекать. Определить их можно зная суммарную ёмкость элементов, предназначенных для сборки. Условно принято считать, что максимальный ток заряда и разряда аккумулятора не должен превышать 0,2 от физического значения его ёмкости. Например, у аккумулятора для мотоцикла или скутера емкостью 30А/ч максимальный ток разряда составит 6А (0,2×30А/ч = 6А). Чем больше суммарная ёмкость, тем больше ток. Исходя из этого, никелевая лента для сварки подбирается по таблице:

Ширина, мм	Толщина, мм	Величина тока, А
5	0,127	6
5	0,15	8
6	0,2	11
8	0,2	15
10	0,2	18

Рисунок 1. Никелевая лента для сварки аккумуляторов

Технологический процесс сварки аккумуляторов никелевой лентой

• Формирование группы аккумуляторов, подготовка отрезков никелевой ленты нужного размера и их укладка на плоские контакты расположенных рядом друг с другом элементов питания.
• Кратковременная подача тока в точку сваривания через прижатый к ленте электрод, под действием которого никель плавится, а его частицы прочно «прилипают» к полюсу аккумулятора.
• Прекращение подачи тока, охлаждение сварного соединения.

Схемы коммутации аккумуляторов

Существует три схемы соединения элементов в аккумуляторной батарее, применяя которые можно увеличить емкость батареи, повысить напряжение или сделать, и то, и другое.

Параллельное соединение
При параллельном соединении однополярных клемм накопителей, емкость полученной аккумуляторной батареи будет равна сумме ёмкостей входящих в её состав элементов.

Последовательное соединение
При последовательном соединении разнополярных контактов элементов питания, когда «плюс» одного аккумулятора соединяется с «минусом» следующего, рабочее напряжение полученной батареи будет равно сумме напряжений соединённых в ней накопителей.

Смешанное (комбинированное) соединение
Комбинированная коммутация аккумуляторов на первом этапе подразумевает создание сборок путём последовательного соединения элементов, чтобы добиться нужного суммарного напряжения. На втором этапе эти сборки коммутируются между собой параллельно, благодаря чему их ёмкости суммируются. В итоге получается батарея с повышенным напряжением и увеличенной ёмкостью.

Рисунок 2. Аккумуляторная сборка

Перспективы никелевой ленты как материала для аккумуляторных сборок

На созданных вышеперечисленными способами литиевых батареях работают ноутбуки, электроинструменты, электровелосипеды, сигвеи, квадрокоптеры, медицинское оборудование, электромобили и т д. Даже если в ближайшем будущем произойдёт очередная замена накопителей на более совершенные и эффективные аккумуляторы, то и они будут литиевыми. Скорее всего, это будут литиево-серные (Li-S) или литиево-кислородные источники энергии. Это означает, что никелевая лента, наиболее подходящая для соединения литиевых аккумуляторов, будет востребована не только сегодня и завтра, но и в более отдалённой перспективе.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Соединений Li-ion аккумуляторов. Помогите советом, поделитесь опытом.

Добрый день!
Помогите, пожалуйста, советом или поделитесь опытом.
Есть 12 штук li-ion цилиндрических аккумуляторов. Их необходимо соединить между собой (в каждой группе по 3 шт.) и подсоединить к разъему. Назовем все это источником питания (ИП). На блок, в котором будет установлен ИП, могут действовать очень большие нагрузки (вибрации от самолета или вертолета, а также падение в большой высоты) и очень высокие температуры (кратковременно).
Вопросы:
1. Я вычитала, что соединение между аккумуляторами обычно происходит с помощью никелевой или никелированной стальной ленты и точечной сварки. Чем отличается никелевая лента от никелированной стальной ленты по эксплуатационным характеристикам? насколько прочна точечная сварка между лентой и батарейкой?
2. Аккумуляторы должны находится в вертикальном положение и быть установлены по кругу. В каждой группе (см.схему) будет по 3 аккумулятора, от которых будут отходить провода к контактам разъема. К чему можно припаивать (?) провода? Я вычитала, что пайка к контактам батарейки нежелательна. Можно ли припаять к ленте? И так как в группе у меня нечетное количество батареек, просто припаять ленту (как это было бы с четным кол-вом) с одной стороны всех аккумуляторов (чередуя их положение «+» и «-») я не могу. Соответственно придется изгибать ленту (см.рис.). Вопрос: как никелевая лента ведет себя, когда ее гнут? не ломается? а при со временем при вибрации?
Если что-то непонятно написала – спрашивайте, внесу уточнения.
С уважением, Мария.

Ультрабюджетная точечная сварка литиевых аккумуляторов дома

В жизни каждого «радиогубителя» возникает момент, когда нужно сварить между собой несколько литиевых аккумуляторов — либо при ремонте сдохшей от возраста АКБ ноутбука, либо при сборке питания для очередной поделки. Паять «литий» 60-ваттным паяльником неудобно и страшновато — чуть перегреешь — и у тебя в руках дымовая граната, которую бесполезно тушить водой.

Коллективный опыт предлагает два варианта — либо отправиться на помойку в поисках старой микроволновки, раскурочить её и достать трансформатор, либо изрядно потратиться.

Мне совершенно не хотелось ради нескольких сварок в год искать трансформатор, пилить его и перематывать. Хотелось найти ультрадешёвый и ультрапростой способ сваривать аккумуляторы электрическим током.

Мощный низковольтный источник постоянного тока, доступный каждому — это обычная б.у. АКБ от машины. Готов поспорить, что он у вас уже есть где-то в кладовке или найдётся у соседа.

Подсказываю — лучший способ обзавестись старой АКБ задаром — это

дождаться морозов. Подойдите к бедолаге, у которого не заводится машина — он скоро побежит за новым свежим аккумулятором в магазин, а старый отдаст вам просто так. На морозе старая свинцовая АКБ может и плохо работает, но после заряда дома в тепле выйдет на полную ёмкость.

Чтобы сваривать аккумуляторы током от батареи, нам нужно будет выдавать ток короткими импульсами в считанные миллисекунды — иначе получим не сварку, а выжигание дыр в металле. Самый дешёвый и доступный способ коммутировать ток 12-вольтовой батареи — электромеханическое реле (соленоидное).

Проблема в том, что обычные автомобильные реле на 12 вольт рассчитаны максимум на 100 ампер, а токи короткого замыкания при сварке в разы больше. Есть риск, что якорь реле просто приварится. И тогда на просторах Алиэкспресс я наткнулся на мотоциклетные реле стартера. Подумалось, что если эти реле выдерживают ток стартера, причём много тысяч раз, то и для моих целей сгодится. Окончательно убедило вот это видео, где автор испытывает аналогичное реле:

Моё реле было куплено за 253 рубля и доехало до Москвы меньше, чем за 20 дней. Характеристики реле с сайта продавца:

• Предназначено для мотоциклов с двигателем 110 или 125 кубов
• Номинальный ток — 100 ампер сроком до 30 секунд
• Ток возбуждения обмотки — 3 ампера
• Рассчитано на 50 тыс. циклов
• Вес — 156 граммов

Агрегат порадовал качеством — под контакты выведены два омеднённых резьбовых соединения, все провода — залиты компаундом для водонепроницаемости.

На скорую руку собрал «тестовый стенд», контакты реле замыкал вручную. Провод использовал одножильный, сечением 4 квадрата, зачищенные наконечники фиксировал клеммником. Для подстраховки снабдил одну из клемм к АКБ «страховочной петлёй» — если бы якорь реле решил бы пригореть и устроить короткое замыкание, я бы успел сдёрнуть клемму с АКБ за эту верёвку:

Испытания показали, что машинка работает на твёрдую пятёрку. Якорь очень громко стучит, а электроды дают чёткие вспышки; реле не пригорает. Чтобы не тратить никелевую полосу и не практиковаться на опасном литии, мучил лезвие канцелярского ножа. На фото вы видите несколько качественных точек и несколько передержанных:

Передержанные точки видны и на изнанке лезвия:

Едем дальше. Как показал эксперимент на лезвии, выдержать необходимую длину импульса для сварки вручную невозможно, надо делать управление от тактовой кнопки или на микроконтроллере.

Сначала нагородил простую схему на мощном транзисторе, но быстро вспомнил, что соленоид в реле хочет кушать аж 3 ампера. Порылся в ящике и нашёл взамен транзистору MOSFET IRF3205 и набросал простую схему с ним:

Схема довольно нехитрая — собственно, MOSFET, два резистора — на 1К и 10К, да диод, предохраняющий цепь от индуцированного соленоидом тока в момент обесточивания реле.

Сначала пробуем схему на фольге (с радостными щелчками жжёт дырки насквозь через несколько слоёв), потом достаём из загашника никелевую ленту для соединения аккумуляторных сборок. Коротко жмём кнопку, получаем громкую вспышку, и рассматриваем прожжённую дыру. Блокноту тоже досталось — прожгло не только никель, но и пару листов под ним 🙂

Даже сваренную двумя точками ленту разделить руками не выходит.

Очевидно, что схема работает, дело за тонкой настройкой «выдержки и экспозиции». Если верить экспериментам с осциллографом того же товарища с YouTube, у которого я подсмотрел идею с реле стартера, то на срыв якоря уходит около 21мс — от этого времени и будем плясать.

Пользователь Ютуба AvE тестирует скорострельность реле стартера в сравнении с SSR Fotek на осциллографе

Дополняем схему — вместо нажатий кнопки вручную доверим отсчёт миллисекунд Ардуине. Нам понадобятся:

• собственно Arduino — сойдёт Nano, ProMini или Pro Micro,
• Оптопара Sharp PC817 с токоограничивающим резистором на 220Ом — чтобы гальванически развязать Ардуино и реле,
• Понижающий напряжение модуль, например XM1584, чтобы превратить 12 вольт от батареи в безопасные для Ардуины 5 вольт
• также нам понадобятся резисторы на 1K и 10K, потенциометр на 10К, какой-нибудь диод и любой buzzer.
• Ну и, наконец, нам будет нужна никелевая лента, которой сваривают аккумуляторы.

Заливаем в Arduino немудрёный код:

const int buttonPin = 11; // Кнопка спуска const int ledPin = 12; // Пин с сигнальным светодиодом const int triggerPin = 10; // MOSFET с реле const int buzzerPin = 9; // Пищалка const int analogPin = A3; // Переменный резистор 10К для выставления длины импульса // Объявляем переменные: int WeldingNow = LOW; int buttonState; int lastButtonState = LOW; unsigned long lastDebounceTime = 0; unsigned long debounceDelay = 50; // минимальное время в мс, которое надо выждать до срабатывания. Сделано для предотвращения ложных срабатываний при дребезге контактов спусковой кнопки int sensorValue = 0; // считываем значение, выставленное на потенциометре в эту переменную. int weldingTime = 0; // . и на его основе выставляем задержку void setup() < pinMode(analogPin, INPUT); pinMode(buttonPin, INPUT); pinMode(ledPin, OUTPUT); pinMode(triggerPin, OUTPUT); pinMode(buzzerPin, OUTPUT); digitalWrite(ledPin, LOW); digitalWrite(triggerPin, LOW); digitalWrite(buzzerPin, LOW); Serial.begin(9600); >void loop() < sensorValue = analogRead(analogPin); // считываем значение, выставленное на потенциометре weldingTime = map(sensorValue, 0, 1023, 15, 255); // приводим его к миллисекундам в диапазоне от 15 до 255 Serial.print("Analog pot reads = "); Serial.print(sensorValue); Serial.print("\t so we will weld for = "); Serial.print(weldingTime); Serial.println("ms. "); // Для предотврещения ложных срабатываний кнопки убеждаемся сначала, что она зажата минимум в течение 50мс, прежде чем начать сварку: int reading = digitalRead(buttonPin); if (reading != lastButtonState) < lastDebounceTime = millis(); >if ((millis() — lastDebounceTime) > debounceDelay) < if (reading != buttonState) < buttonState = reading; if (buttonState == HIGH) < WeldingNow = !WeldingNow; >> > // Если команда получена, то начинаем: if (WeldingNow == HIGH) < Serial.println("== Welding starts now! =="); delay(1000); // Выдаём три коротких и один длинный писк в динамик: int cnt = 1; while (cnt playTone(956, 300); delay(1); // И сразу после последнего писка приоткрываем MOSFET на нужное количество миллисекунд: digitalWrite(ledPin, HIGH); digitalWrite(triggerPin, HIGH); delay(weldingTime); digitalWrite(triggerPin, LOW); digitalWrite(ledPin, LOW); Serial.println("== Welding ended! = https://habrastorage.org/files/65a/449/3f9/65a4493f9b654925898776da835f5f93.JPG"/>

Несколько важных слов о технике безопасности:

• При сварке в стороны могут разлетаться микроскопические брызги металла. Не выпендривайтесь, одевайте защитные очки, они стоят три копейки.
• Несмотря на мощность, реле теоретически может «пригореть» — якорь реле приплавится к месту контакта и не сможет вернуться обратно. Вы получите короткое замыкание и быстрый разогрев проводов. Заранее обдумайте, как вы в такой ситуации будете сдёргивать с АКБ клемму.
• Вы можете получать разные степени сварки в зависимости от заряда АКБ. Во избежание сюрпризов настраивайте длину сварочного импульса на полностью заряженной АКБ.
• Заранее подумайте, что вы будете делать, если продырявите литиевый аккумулятор 18650 — как вы будете хватать раскалившийся элемент и куда его закинете догорать. Скорее всего, у вас такого не произойдёт, но с видео последствий самовозгораний 18650 лучше ознакомьтесь заранее. Как минимум, приготовьте металлическое ведро с крышкой.
• Контролируйте заряд вашей автомобильной батареи, не допускайте её сильного разряда (ниже 11 вольт). Это не полезно батарее, да и соседа, которому срочно потребуется «прикурить» машину зимой, не выручите.

• DIY или Сделай сам
• Электроника для начинающих