Меню

Шина для пайки аккумуляторов

Никелевая лента для сварки аккумуляторов

В статье рассматривается применение ленты из никеля для сварки аккумуляторных батарей.

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

Для соединения аккумуляторов в блок никелевая лента активно используется благодаря ряду характерных физико-химических и технологических параметров. В их числе:

  • 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

Устройства для точечной сварки аккумуляторов используются на промышленных предприятиях, в ремонтных сервисах и мастерами-любителями в домашних условиях. Вне зависимости от масштабов производства, размеров и конструкции оборудования, технология сваривания батарей на заводе принципиально не отличается, от той, которая используется в частном гараже. В отличие от двусторонних аппаратов, имеющих два противостоящих друг другу электрода (стержня), для соединения никелевой ленты с аккумуляторами применяются устройства с одним электродом. Процесс создания батареи можно разделить на три этапа:

  • 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.

Читайте также:  Как узнать какого года аккумулятор топла

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

Источник

Никелевые ленты или чем соединяют аккумуляторы в сборках

Не так давно я видел упоминание, что не хватает обзоров необычных товаров и сегодня у меня именно такой обзор. Хотя я бы сам товар не назвал бы необычным, но подобные обзоры мне не попадались, собственно потому я и решил написать.
Неоднократно встречал вопросы, чем варят аккумуляторные сборки. Понятно что это делается специальной лентой, но какие они бывают, чем отличаются и какую лучше использовать, сегодня я и постараюсь рассказать.

Для начала небольшая оговорка по поводу цены, указанной в заголовке. Лента продается чаще всего либо на вес, либо на метраж. В данном случае покупались лоты весом в 1кг, цена такого лота около 52-53 доллара вне зависимости от ширины и толщины, исключение составляет широкая лента, ее стоимость за 1кг выше и о ней я также сегодня расскажу.

Насколько мне известно, существует несколько материалов для лент, Никель и сталь покрытая никелем. Второй вариант по понятным причинам стоит несколько дешевле, но имеет свои недостатки:
1. Сопротивление немного выше.
2. Подверженность коррозии.

Если по поводу сопротивления особой разницы нет, то вот материал может быть критичен. При подготовке аккумуляторных сборок для электросамокатов, велосипедов и прочей подобной техники (как раз куда идет много ленты) следует учитывать особенности эксплуатации. Дело в том, что никель сам по себе химически малоактивен, соответственно не подвержен коррозии. Стальную ленту также покрывают никелем в тех же целях, но остаются торцы ленты и особенно места сварки. И если в батарее для ноутбука (к примеру) это не важно, то у какого нибудь Сигвея батарея эксплуатируется в условиях повышенной влажности и рано или поздно может просто проржаветь место контакта.
Но кроме того не забываем, что если никель обычно идет в чистом виде, то сталь это сплав и что там намешали, никому неизвестно, думаю многие слышали про секретные рецепты сплава типа «фольга с картоном» 🙂

Доставка и упаковка. Здесь пять баллов, мало того что продавец все довольно неплохо упаковал, так еще и отправил при помощи DHL. Заказывалось в два захода по 2 кг в каждой посылке. Единственно к чему можно немного придраться, отправил он не очень быстро, но в любом случае дошло через весьма небольшой время.
Думаю что продавец просто собирает заказы на ленту разной ширины, затем отдает большой заказ на порезку и рассылает покупателям.

Лента была плотно замотана полиэтиленом, затем несколько раз обернута пупыркой и плотно вставлена в картонную коробку.

Лента предлагается в нескольких вариантах толщины/ширины:
0.1x5mm
0.1x6mm
0.1x8mm
0.1x10mm
0.15x5mm
0.15x6mm
0.15x8mm
0.15x10mm
0.2x5mm
0.2x6mm
0.2x8mm
0.2x10mm
0.15х7х27mm

Выше я выделил варианты, показанные в сегодняшнем обзоре.

Материал заявлен как Никель 99.96%, это я попробую проверить немного позже, а пока немного общей информации о товаре.
Как я уже писал, заказов было два, первый шел на меня, второй на товарища. Сама по себе лента мне лично была не нужна и заказ был разбит на две части отчасти из-за цены и из-за того, что я по получению проверил качество товара и только потом заказал вторую партию.

Начну с ленты 0.2x8mm и 0.15х7х27mm

Каждая катушка намотана на пластиковую вставку, диаметр катушек 165мм для узкой и 137мм для широкой.

Намотана очень плотно, помимо общей упаковки каждая замотана еще и индивидуально.

Вес на мой взгляд честный, каждая катушка весит немного больше килограмма, т.е. учитывается не общий вес катушки, а вес материала.

Лента 0.2х8. Ширина/толщина соответствуют заявленному с учетом погрешности штангенциркуля.

А вот вторая лента куда интереснее, внешне она напоминает фотопленку.

Предназначена такая лента для более удобного соединения больших сборок, особенно актуальных в электротранспорте. Например четыре аккумулятора можно сварить одним куском, причем делать это будет и легче и надежнее. К сожалению компенсируется это в почти полтора раза большей стоимостью самой ленты.

Читайте также:  Как открыть багажник xc90 аккумулятор

Измеренные размеры ленты.

Измерения толщины проводились узкой частью губок штангенциркуля.

Чертеж от продавца. У меня получились немного другие размеры, особенно ширина внутренней поперечной части. По расчетам там должно быть 6мм (20.2-14.2=6), у меня вышло почему-то 7.22.

Перейдем к тестам.
Сначала я попробовал паять. Результат просто на отлично. Я паял используя лишь флюс самого припоя, пайка получается красивая, а паяется очень легко, просто взял припой, прикоснулся паяльником и получил результат как на фото.

Но пайкой на самом деле ничего не проверишь, сталь покрытая никелем скорее всего паяться будет точно также.

К сожалению я не химик, который при применении химикатов уже через минуту-две дал бы точный ответ что это такое, потому придется проверять несколько другими способами.

Способ номер 1.
Для начала отрезаем от каждой ленты кусок примерно 110-120см.

Затем маркером отмечаем на каждом куске метр длины так, чтобы с концов остались примерно одинаковые «хвостики».

К концам ленты подключаем регулируемый БП. Вообще можно просто подключить нагрузку через ленту, просто надо будет знать какой ток течет в цепи и понадобится скорее всего еще и амперметр, с регулируемым БП просто удобнее.
Щупы тестера подключаем к отмеченным ранее точкам и подаем ток.

Сначала я проверил при токе в 1 Ампер, потом при токе в 5 Ампер. В результате получил некое падение напряжение на ленте, в данном случае это 54.95 мВ при токе в 1 Ампер. При токе в 5 Ампер лента начинает нагреваться, а напряжение расти. Вообще чем ниже ток, тем лучше, но тогда нужен вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений, либо нужна лента большей длины.
Получается, что сопротивление метрового куска ленты составляет почти 55 мОм. Если вы используете другое значение тока, то просто делите измеренное напряжение на ток. Например получили 123мВ при токе 0.45 Ампера, 0.123/0.45=0.273 Ома или 273 мОм.

Также точно я измерил сопротивление второго куска, правда уже с несколько другими целями. У меня вышло соответственно 40.9 мОм.

Скорее для перепроверки подключаю измеритель, о котором я не так давно рассказывал и получаем практически те же значения с учетом погрешности как первого теста, так и самого измерителя — 53.7 и 40.4 мОм.

Теперь приведем измеренное сопротивление к сечению в 1мм.кв. Узкая лента имела толщину 0.2мм и ширину 8мм, что дает на 1.6мм.кв (0.2х8=1.6). Сопротивление в 54-55 мОм умножаем на 1.6, получаем 86.4-88 мОм.
Смотрим в табличку и видим, что никель имеет сопротивление в 87 мОм на 1м при сечении 1мм.кв, что сходится с показанными выше измерениями.
Кстати насчет стали, о которой я говорил выше. В таблице видно что для нее указан диапазон сопротивлений, так как это сплав и соответственно сопротивление зависит от того,ч то там намешали.

Выше я попутно измерял сопротивление широкой ленты, но делал я это немного для другого, просто чтобы узнать ее сечение, так как подсчитывать его математически не очень удобно..
Сопротивление никеля 87мОм, соответственно лента при измеренных 40.4 мОм имеет сечение около 2.17 мм.кв.

Способ номер 2.
Также можно еще проверить материл по его плотности.
Для этого я отрезал от предыдущих «подопытных» кусочки длиной ровно 1 метр, благо на ней уже были метки, которые я ставил перед измерением сопротивления.
Затем просто взвесил на своих весах. Весы конечно не идеальные, но вполне точные для такого рода измерений.

Дальше пересчитываем объем взвешенной полоски. сначала приводим ленту к ширине 10мм, для этого 100см умножаем на ширину 0.79см, получаем 79см при ширине ленты 10мм.
Толщина ленты 0.2мм, умножаем на 79, получаем 1,58см или 15,8мм. Такая была бы толщина если бы мы нарезали нашу ленту шириной 10мм на полоски длиной по 10мм и сложили вместе.
Значит теперь вес 1м ленты надо разделить на 1,58 и получим плотность приведенную к 1 куб.см.
13,931,58=8,816

По найденной в интернете информации плотность никеля составляет 8.907, у меня вышло 8.816, что немного ниже, но здесь большую роли играют погрешности измерения, особенно толщины ленты. В любом случае это явно больше плотности стали, которая составляет от 7,7 до 7,9 г/см³.

Есть еще третий вариант относительно простой проверки, но его я уже не проводил. Дело в том, что никель магнитится, но точка Кюри для него составляет 358 градусов, а для стали более 800. Соответственно если нагреть полоску никеля до температуры выше чем 358 градусов, то он потеряет магнитные свойства.

На этом эксперименты я решил закончить, но товарищ пошел еще дальше. Его интересовало сколько же реально он получил чистого металла. Я не стал пытаться высунуть пластмассовую обойму, но он таки рискнул это сделать из спортивного интереса.
В итоге вышло, что она весит около 65 грамм. Общий вес катушки был 1053 грамма, чистый вес получается 988 грамм. Меньше заявленного, но на мой взгляд не критично.

Нот вот пришла и вторая заказанная пара катушек. Доставка была также при помощи DHL express, что при весе в 2кг не очень и дешево, насколько я понимаю.
Была заказана лента 0.1x5mm и 0.15x6mm, катушки с лентой весили 1070 и 1005 грамм соответственно. По первой небольшой перевес, по второй недовес, в среднем примерно по 1кг на катушку.
Дабы не тянуть все это домой и не проводить все повторно я просто попросил отрезать мне пару кусочков по 120см.

Читайте также:  Где аккумуляторов bmw x5

Дальше та же последовательность теста с измерением сопротивления. Могу отметить что при токе в 5 Ампер у ленты 0.1x5mm начинает сильно расти сопротивление. Еще бы, при токе в 5 Ампер на ней рассеивается около 4 Ватт и хотя на ощупь лента не нагревается, сопротивление ее растет.

Расчетное сечение первой ленты 0.5мм, второй 0.9мм, при этом измеренное сопротивление у первой 153х0,5=77 мОм, у второй 76.3х0.9=68.7 при норме 87, что-то странное.

Взвешиваем. Даже простая прикидка выдает, что видим мы немного не то, что должны. Дело в том, что сечение у лент получается 0.5 и 0.9мм, а вес отличается почему-то в два раза.

Измеряем и получаем, что первая лента имеет нормальные размеры, а вторая вместо ширины 6мм целых 7. У продавца в ассортименте нет такой ленты, после 6 идет сразу 8.
Вообще, я все время ждал, в чем же подвох, так как не бывает все так хорошо, чтобы и цена устроила, и доставка DHL и материал как заявлено. В итоге оказалось что у одной из лент накосячили с размером. Проблема не сильно большая, но если пересчитать к длине ленты, то выходит что ее примерно на 15% меньше.

А что же расчеты. Плотность примерно совпадает, а вот сопротивление у меня почему-то вышло даже ниже заявленных и составило 76 мОм у первой (0.1х5) и 73 у второй (0.15х7). В данном случае я грешу на точность измерений, так как толщина маленькая и возможны естественные погрешности, даже ошибка измерения в 0.01мм при измерении толщины 0.1мм дает уже 10% погрешности, что весьма много.

Но то, что это не сталь, покрытая никелем, я могу сказать с уверенностью, так как плотность больше чем у стали, сопротивление ниже, она не пружинит.

Вторая часть экспериментов проводилась уже у товарища, где мы решили попробовать варить эти полоски к аккумуляторам.
Для эксперимента было взято пять полосок, четыре из обзора и плюс еще совсем мелкая, 0.1х4мм.

Также в эксперимента принимало участие некоторое количество аккумуляторов, часть новые, часть БУ. Соответственно к мелким аккумуляторам варили полоски 0.1мм толщиной, а к 18650 — 0.15 и 0.2мм.

Еще на этапе подготовки товарищ показал мне небольшой «фокус», о котором я даже не задумался. Дело в том, что широкая лента мало того что предназначена для сварки сразу нескольких аккумуляторов, так ее размеры еще и рассчитаны так, что подходят к держателям аккумуляторов о которых я уже рассказывал и в итоге лента ложится четко в предназначенные пазы.

Сварка производилась аппаратом с контроллером от Yurok, который я помогал собрать. Для каждой ленты использовались свои настройки, которые зависят как от толщины ленты, так и от типа аккумуляторов и материала их контактов.
В итоге лента толщиной 0.1мм и шириной 4мм приварилась так, что ее еле отодрали.

Аналогичная картина была и с лентой 0.1х5мм, которая куплена на али.

С большими аккумуляторами и более толстыми лентами результат был немного хуже, ленту получилось отодрать целиком. но товарищ пояснил, почему так произошло. Дело в том, что для нормальной сварки надо не только иметь некое удобство пользования аппаратом, а и хороший прижим, а так как аппарат стоял просто на столе и попутно я снимал видео, то получилось немного хуже, чем планировалось.
Хотя в целом результат достигнут, например на фото сборка 6P1S.

Сначала я подумал, что варить надо так, как показано слева, но товарищ сказал что нет, лучше результат если ставить контакты так, чтобы ток тек по линии показанной справа.

Видео проверок. Поочередные эксперименты сварки лент в порядке — 0.1х4, 0.1х5, 0.15х6(7), 0.12х8 и 0.15х27. На видео временами отчетливо видно как сварочный аппарат приподнимается во время сварки, это то, о чем я писал выше, варить в таких условиях было крайне неудобно, что немного отразилось на результате.

Попутно решил сделать групповое фото приспособлений, которые используются в работе. Каждая колодка ориентирована под определенные сборки аккумуляторов, электроинструмента, радиостанций и даже электробритв. Выше показана просто струбцина на случай работы с длинными сборками. Мало того, внешне одинаковые колодки отличаются еще и внутренним диаметром, потому как аккумуляторы должны вставляться с небольшим натягом, а иногда еще и иметь определенное положение относительно друг друга.

На этом наверное все. От себя могу сказать, что в общих чертах товар полностью соответствует заявленному, доставка быстрая, упаковка нормальная, цена явно ниже чем покупать по метражу. Единственно что немного ухудшило общее впечатление, это ошибка с шириной одной из лент, вместо 6мм было 7 🙁

Ленты из обзора — ссылка
Лента 0.5кг широкая — ссылка
Лента 1м широкая — ссылка
Лента обычная по кусочкам — ссылка
Лепестки одинарные никель — ссылка
Лепестки двойные никель — ссылка

Как обычно буду рад вопросам, что смогу, расскажу сам, что не знаю, спрошу у товарища.

Источник

Adblock
detector