Projekt: Punktschweissgerät für Akkupacks

[Jürgi]

Hallo zusammen,

Angefixt durch die Tatsache, dass in den Nachbau Akkupacks aus China meist ziemlicher Schrott an Zellen verbaut ist, möchte ich mir ein Punktschweissgerät selber bauen.
Es gibt 2 Ansätze für solche Geräte. Entweder mit einem dicken Kondensator von 1-2 Farad oder mit einem Trafo.
Ich habe mich für die Variante mit dem Trafo entschieden. Hierfür habe ich eine Mikrowelle geschlachtet. Die Sekundärwicklung habe ich rausgeschnitten, herausgeklopft und mit 3 Wicklungen 35mm² Kupferkabel ersetzt. Die Spannung beträgt damit etwa 3 Volt.
Mit 2 Wicklungen 50mm² habe ich experimentiert. Das waren ca 1,7 Volt. Bei einem Kurzschluss sind Ströme geflossen, dass ich Angst bekommen habe. Mein Zangenamperemeter geht bis 400A und war damit "Out of range" und die Primärwicklung wurde sehr schnell sehr heiß.

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Also 3 Wicklungen mit weniger Querschnitt.
Der Trafo soll primär über eine Zeitsteuerung mit 230V versorgt werden. Dafür habe ich mir im Internet einen Schaltplan mit einem NE555 gesucht.
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Die Platine funktioniert schon soweit.
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Den Trafo möchte ich mit einem SSR Relais schalten. Das Ding ist noch auf dem Versandweg, daher kann ich noch nicht fertig bauen. Es dauert also noch bis zum Test.

Als Elektroden habe ich von einem großen Schweisstrafo die Enden mit den aufgepressten Ringösen abgeschnitten und abgespritzt.
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Wenn jemand noch Ideen und Vorschläge hat, dann nur her damit.

Dass das Gehäuse aus Holz nicht VDE konform ist, ist mir bekannt.

Gruß Jürgen

 

[powersupply]

Hi

Das Ding ist noch auf dem Versandweg, daher kann ich noch nicht fertig bauen. Es dauert also noch bis zum Test.

Wenn Du mir dein Vorhaben mitgeteilt hättest eheich dir deine Akkus zugesand habe könntest Du schon eines haben.

PS

 

[Dev]

Dafür habe ich mir im Internet einen Schaltplan mit einem NE555 gesucht.

Setz noch einen Keramikkondensator mit 10 µF dicht am NE555 zwischen +12V und GND. Alternativ geht auch ein Elko 47-100 µF und parallel dazu ein 100 nF Keramikkondensator.
Der gute alte NE555 hat einen kleinen Fehler im Design. Beim Schalten fließt kurzfristig ein hoher Strom (einige 100 mA) als interner Kurzschlussstrom durch das IC. Das ist nicht schlimm, aber ohne Pufferkondensator bricht dann gerne die Versorgungsspannung ein und die Schaltung verhält sich seltsam.
Spätere Nachbauten haben den Fehler nicht mehr, aber ich weiß ehrlich gesagt immer nicht auswendig, welche Hersteller betroffen waren.

Ansonsten scheint mir die Zeiteinstellung mit 10 bis 110 ms je nach Potieinstellung gut zu passen.

Als Elektroden habe ich von einem großen Schweisstrafo die Enden mit den aufgepressten Ringösen abgeschnitten und abgespritzt.

Was ich einmal als Luxuslösung gesehen habe, sind kurze Stücke von Wolframelektroden - vorne angespitzt aber noch leicht verrundet. Die haben am wenigsten Verschleiss.

die Primärwicklung wurde sehr schnell sehr heiß

Hast Du den magnetischen Shunt im Trafo entfernt?

 

[powersupply]

Hast Du den magnetischen Shunt im Trafo entfernt?

Auf dem Bild mit dem Trafo ist er raus. Sonst würde es mit 2 oder gar 3 Windungen 50mm² sicherlich zu eng werden.

PS

 

[Jürgi]

Aus dem Trafo habe ich alles raus geräumt. So war es in diversen Videos zu sehen.
War das ein Fehler?
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Setz noch einen Keramikkondensator mit 10 µF dicht am NE555 zwischen +12V und GND.

Einen Tantal in der Größe hätte ich noch. Geht das auch?

 

[Dev]

Aus dem Trafo habe ich alles raus geräumt. So war es in diversen Videos zu sehen.
War das ein Fehler?

Nein, das ist schon ok. Der Shunt begrenzt den Kurzschlussstrom. Mit Shunt dürfte der Trafo nicht ganz so schnell heiß werden. So hast Du mehr Power, musst aber etwas vorsichtiger sein, dass der Trafo nicht überhitzt.

Einen Tantal in der Größe hätte ich noch. Geht das auch?

Klar, solange die Spannungsfestigkeit > 12 V ist kannst Du den ebenfalls nehmen.

 

[m_karl]

Bin gespannt wie es mit den "zufälligen" Einschaltzeitpunkten funktioniert. Cooles Projekt!
Ahja ich musste die Shunts für Li-Ion fast rausnehmen. Mit Shunt war ich bei etwa 300ms Schweiszeit für eine solide Verbindung, da würden die dünnen Becher vom Gefühl her schon stark beansprucht werden. Ohne Shunt sind es 80ms und Li-Ion haben sich bisher nicht beschwert. (uralte Elektra Bregenz 600W Mikrowelle). NiMH/NiCd haben dickere Becher, also ich würde wenn die Einstellung für ne tote NiCd/NiMH Zelle passt auch mal eine Li-Ion tiefentladen als Teststück, ich hab meine erste tiefentladene Testzelle durchlöchert

 

[Dev]

Bin gespannt wie es mit den "zufälligen" Einschaltzeitpunkten funktioniert.

Die meisten SSR haben einen Nulldurchgangsschalter und das Ausschalten ist bei einer Triac- / Thyristorstufe auch Nulldurchgangssynchron.
Die Einschaltdauer ist damit natürlich nur in 10ms Intervallen änderbar und es wäre schicker, wenn der Timer Nulldurchgangssynchron anfängt zu zählen, aber das ist aufwendiger.

 

[Dirk]

Zu dem Thema gibt es hier auch schon einen thread.

 

[Jürgi]

Weiter geht's
Das SSR Relais von Chinesen ist immer noch nicht angekommen. Also Plan B. Ich habe noch einen richtig großen Schütz hier liegen. Leider mit 220 Volt Spule. Daher musste ich ein kleines 12V Relais dazwischen schalten, welches vom NE555 direkt geschalten wird.
Die gute Nachricht: Es funktioniert
Der erste Versuch war mit mittlerer Einstellung am Poti. Das eignet sich eher zum Feuer machen
Da fackelte alles weg.
Auf etwas mehr als der minimalen Einstellung hat es dann gut funktioniert. Das müssten ca 20ms sein. Bisher habe ich nur mit alten und neuen Hilumin Streifen auf alten Ni-Cd Zellen getestet. Der Streifen lässt sich nicht mehr von der Zelle lösen. Der Streifen reißt an den Schweißpunkten. Ein Test mit Li Ion steht noch aus.
Der Mikroschalter für das Fusspedal ist ebenfalls aus der geschlachteten Mikrowelle.

Gruß Jürgen

 

[phawkes]

Das sieht Super aus!

Irgendwo habe ich mal gelesen das man bei 18650ern nicht in der Mitte des Minuspols schweißen soll (3-5mm) da sonst die Zelle intern beschädigt werden kann/wird.
Leider weiß ich nicht mehr wo ich das her habe. Da ich es mir gemerkt habe und auch so vorgehe, war ich mir wohl sicher das da was dran ist... Weiß jemand hier mehr dazu?

 

[m_karl]

Kann das mit der Mitte evtl. für Zellen mit Ventil am Minus-Pol sein? Da könnte das kontrollierte Ablassen vom Druck verhindert werden, kann aber komplett falsch liegen damit..

 

[powersupply]

Vielleicht sind da auf der Innenseite die Inneren Anschlüsse dran. Und wenn die AIS Aluminium sind können die sich möglicherweise ablösen.
Andererseits hat Bosch bei der zweiten Auflage der ProCore an den 3,5Ah Zellen in der Mitte des Becherbodens eine spiralförmige Laserschweißnaht realisiert...

@ Jürgi: wenn Du einen FU mit höherer Frequenz 90Hz und 350 -400V vorschaltest hast Du weniger Probleme mit dem Timing.

PS

 

[Jürgi]

Hi PS,
Probleme mit dem Timing habe ich eigentlich nicht.
Der mittlere Schweisspunkt ist etwas heißer geworden, weil ich 2x hintereinander gedrückt habe.
Problem ist eher, dass ich nur die ersten 20 Prozent des Einstellbereichs nutze. Vielleicht werde ich das 100k Poti gegen ein 50k Poti tauschen. Dann lässt sich das feiner einstellen.

 

[MSG]

Du könntest ja auch erst mal etwas rechnen. Du hast ja eine Schaltung nach dem Bild hier

https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0310121.htm

mit Widerstand 10 bis 110 kOhm und Kondensator 10 µF.

Daraus sollte sich eine Impulsdauer von 0,1 (wird durch den 10 kOhm Widerstand vorgegeben) bis 1,2 Sekunden (Summe aus 10kOhm + maximaler Potiwert 100 kOhm) ergeben.

Wenn du nur die ersten 20% des Potis benutzt, bist du bei ca. 0,33 Sekunden.

Ich würde dann eher bis 0,5 Sekunden machen, mit z.B. Poti 33 kOhm kommst du auf max 0,47 s.

 

[Jürgi]

Danke für den Tipp. Ich habe im Vorfeld schon gerechnet und dachte, ich brauche die einstellbare Zeit bis über 1 Sekunde.
Es kommt mir jetzt zugute, dass ich die Wicklung und die Kabel überdimensioniert habe. Offensichtlich hat das Ding mehr Power als andere Bastellösungen, die das mit weniger Kabelquerschnitt gebaut haben.
Eventuell werde ich auch den 10k Reihenwiderstand noch halbieren, um unter 10ms zu kommen. An die dünnen Li-Ion Akkus möchte ich mich langsam herantasten. Beim Poti muss ich schauen, ob ich noch einen 33k oder 50k liegen habe.
Gruß Jürgen

 

[MSG]

Auf der o.g. Seite ist auch die Berechnungsformel:

t = 1,1 * R [Ohm] * C [Farad]

z.B. 1,1 * 1 kOhm * 1000 µF = 1,1s

D.h. du kannst auch den Kondensator von 10µ auf 4,7µ verkleinern, dann kannst du das Poti und den 10k Wiederstand lassen und kommst ca. auf die Hälfte der Zeiten. Ich hab gerade mal geschaut, zwischen 10k und 50k Poti hab ich nix mehr sinnvolles da

 

[Dirk]

Kann das mit der Mitte evtl. für Zellen mit Ventil am Minus-Pol sein?

Welche sollen das sein? Ich habe von 10340 bis 26650 alle möglichen Größen hier, der Becher ist grundsätzlich der Minus-Pol und - wie das Wort schon ausdrückt - unten vollständig verschlossen. Ich habe noch nie eine Zelle mit einem wie auch immer gearteten Ventil oder dessen theoretischen Vorhandensein gesehen.

 

[powersupply]

Ich hatte schon Panasonic Laptopzellen hier die am Becherboden eine etwa 1cm im Durchmesser messende Prägung hatten. Die sah aus wie die Bruchlinie an einer Wurstdose zum Aufreißen. Ob das ein Überdruckventil darstellen/sein sollte kann ich nicht sagen.
Das würde aber kein Argument liefern genau in der Mitte nicht zu schweißen. Im Gegenteil.

PS

 

[J-A-U]

Ich habe noch nie eine Zelle mit einem wie auch immer gearteten Ventil oder dessen theoretischen Vorhandensein gesehen.

Das Sicherheitsventil ist ja auch nur eine Sollbruchstelle.

Seite 29:
https://www.hs-rm.de/fileadmin/pers...aehliss-Lithium-Ionen-Batterietechnologie.pdf


mfg JAU