Контактная сварка для аккумуляторов 18650

Небольшая статья про самостоятельное изготовление аппарата для контактной сварки аккумуляторов (18650 и аналогичных). С помощью подобного устройства можно в домашних условиях и из подручных материалов сваривать и ремонтировать аккумуляторные батареи и сборки. Дешево, сердито и доступно каждому.



Приветствую всех!

Точечная сварка является разновидностью контактной сварки (источник).

Есть покупные варианты, тот же SUNKKO, но практически все варианты требуют доработки под свои материалы и нужны — увеличения тока, замены таймера и так далее. Проще самостоятельно изготовить вариант «под себя».

Преимущества — вы получаете заведомо функциональный вариант, с заложенными характеристиками. Какие вам нужны — такие и предусмотрите.
Базовые и проверенные варианты DIY строятся на базе мощного трансформатора (понижающего) и таймера с реле. Есть возможность сделать еще проще — просто электроды с питанием от автомобильного аккумулятора, но это не самый удобный вариант.

Конкретно требовалось:

• высокий ток сварки (до 600...900А);
• двойной импульс сварки;
• подстройка длительности импульса (доли секунды);
• питание платы без вспомогательного трансформатора;
• открытая прошивка (Arduino) и возможность корректировки кода.

Выбранный вариант платы управления реализован на базе микроконтроллера ATmega. В плюсах — наличие преобразователя питания (Hi-Link) и гальванической развязки низковольтной части схемы.



Плату управления можно найти в сборе, так и отдельно (печатную плату). Для самостоятельного изготовления печатной платы (ЛУТ) прикрепляю файл dot_svarka.lay6.



Дополнительно был куплен энкодер KY-040 для управления меню и внесения регулировок.



Для удобства был выбран OLED дисплей с диагональю 0,96" и шиной I2C (4pin). Этот вариант корректно работает с библиотеками Arduino, и внешне прилично выглядит. Можно использовать и другие варианты, при условии соответствующих правок.



Для подачи сигнала сварки используется кнопка или микропереключатель (концевик).
Подойдет и простая педалька, тут кому и что удобно. Это простое двухпроводное подключение.



Дополнительно потребуются провода, предохранители, вилка, коннекторы, вентилятор и так далее… Мелочевка, которую можно найти под рукой или в ближайшем радиомагазине. А у запасливого самодельщика должно быть в наличии.



Потребуются расходные материалы, например, никелевая лента для сварки элементов.



Есть неплохая модель 3D-печатной ручки для контактной сварки (Spot Welder Handle ZBU-4.2 w/button).



Ссылка на скетч welding__dot.ino.

Часть кода обработки энкодера

// encoder pin and interrupt
const byte encoder_A_Pin = 3;
const byte encoder_B_Pin = 2;
const byte encoderButtonPin = 4;
const byte interruptA = 1;
const byte interruptB = 0;

boolean encoder_rotate = false;
// last state encoder A pin
boolean currentA = false;              
// last state encoder B pin
boolean currentB = false;

// Timeout for different long and short button on
const unsigned long timoutHoldButton = 9000; // 9 sec
// Timeout for bounce protect encoder button
const unsigned long debounceEncButton = 20; // 20 ms
// Time on encoder button
unsigned long timeOnEncButton = 0;
// Time off encoder button
unsigned long timeOffEncButton = 0;
unsigned int buttonEncCurrentVal = HIGH;
unsigned int buttonEncLastVal = HIGH;
boolean ignoreEncOff = false; 

void setup() {
  // encoder init
  pinMode(encoder_A_Pin, INPUT);
  digitalWrite(encoder_A_Pin, HIGH); 
  pinMode(encoder_B_Pin, INPUT); 
  digitalWrite(encoder_B_Pin, HIGH); 
  pinMode(encoderButtonPin, INPUT);
  digitalWrite(encoderButtonPin, HIGH);
  // enable encoder change interrupt
  attachInterrupt(interruptA, onA, CHANGE);
  attachInterrupt(interruptB, onB, CHANGE);
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// increment rotate
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void onA(){
  if (encoder_rotate) delay (1);
  if (digitalRead(encoder_A_Pin) != currentA ) {
    currentA = !currentA;
    if ( currentA && !currentB ) {
         Serial.println("+ encoder");
    }
    encoder_rotate = false;
  }
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// decrement rotate
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void onB(){
  if ( encoder_rotate ) delay (1);
  if( digitalRead(encoder_B_Pin) != currentB ) {
    currentB = !currentB;
    if( currentB && !currentA ){
          Serial.println("- encoder");
    }
    encoder_rotate = false;
 }
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// main loop
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void loop() {
  CurrentTime = millis();

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// ENCODER BUTTON
  encoder_rotate = true;
  buttonEncCurrentVal = digitalRead(encoderButtonPin);

  // Test for button pressed and store the down time
  if (buttonEncCurrentVal == LOW && buttonEncLastVal == HIGH && (CurrentTime - timeOffEncButton) > long(debounceEncButton)){
    timeOnEncButton = CurrentTime;
  }
  // Test for button release and store the up time
  if (buttonEncCurrentVal == HIGH && buttonEncLastVal == LOW && (CurrentTime - timeOnEncButton) > long(debounceEncButton)){
    if (ignoreEncOff == false){
        Serial.println(F("short enc"));
    }else{
      ignoreEncOff = false;
    }
    timeOffEncButton = CurrentTime;
  }
  // Test for button held down for longer than the hold time
  if (buttonEncCurrentVal == LOW && (CurrentTime - timeOnEncButton) > long(timoutHoldButton)){
    Serial.println(F("long enc"));
    ignoreEncOff = true;
    timeOnEncButton = CurrentTime;
  }
  buttonEncLastVal = buttonEncCurrentVal;
}

Сборка устройства не является затруднительной. Наиболее затратно для меня было найти хороший мощный понижающий трансформатор. Один из самых доступных вариантов — трансформатор от СВЧ-печи, вместо вторичной повышающей обмотки которого наматывается 1,5...2 витка толстого медного провода (сечение 50...70 кв. мм).

Сознательно не пишу про корпус устройства — никаких особых требований нет. Обычно используют корпуса для РЭА или от старых устройств. От себя могу порекомендовать экранировать корпус изнутри от помех импульса, а также предусмотреть вентилятор охлаждения трансформатора, который прилично нагревается при длительной работе.



Схема платы сварки выглядит следующим образом.



После сборки лучше всего провести тесты и определить оптимальные значения длительности импульса. В моем случае использован медный провод 6 кв. мм в качестве электродов.



Двойной импульс проваривает хорошо, длительность подбираем в зависимости от толщины ленты. На отрыв держит не хуже заводской сварки.



Теперь можно без проблем собрать большую батарею для электровелосипеда, отремонтировать батарею для гироскутера и модернизировать шуруповерт.



Видео тестирования самодельной контактной сварки.

Процесс сварки элементов 18650 в батарею.

Для меня подобный вариант обошелся практически в два раза дешевле, чем заводские. Которые все равно требуют доработки. Да и результат дает самодельная контактная сварка отличный.