La Historia de kWeld - relatada por Frank de Keenlab

La historia, contada por Frank. Frank es el creador del kWeld de keenlab.

Si quiere fabricar sus propios paquetes de baterías con celdas redondas de Litio-Ion, tiene que resolver el problema de la conexión de las celdas individuales. Soldarles los cables no es una opción, porque el calor prolongado necesario en las lengüetas de la batería tiende a dañar la estructura interna de la célula.

Me enfrenté exactamente a este problema, y aprendí que el método más común para interconectar las celdas es soldar tiras de níquel o de acero niquelado a través de ellas utilizando soldadores por puntos de resistencia.

El principio de funcionamiento de éstos es impulsar la corriente eléctrica a través de la tira de metal y la lengüeta de la pila. Como los metales tienen una resistencia eléctrica, esta corriente hace que el material se funda. El metal fundido sólo debe ocupar una pequeña zona para evitar que se dañe la pila. Esto se consigue utilizando una corriente alta, que permita pulsos muy cortos.

Como se trata de una tarea difícil de conseguir, los soldadores profesionales cuestan a partir de varios 1000 dólares. Hay modelos más baratos de una empresa china, pero me decidí por esta opción... Como soy ingeniero electrónico con bastante experiencia en electrónica de potencia, decidí desarrollar mi propio soldador. Debería ser asequible para los aficionados al bricolaje, más potente y robusto que otros diseños comparables, y sencillo de utilizar.

Y no me gustaba el hecho de que aparentemente todos los soldadores por puntos utilizaran una longitud de pulso preestablecida para ajustar la intensidad de la soldadura. La corriente que fluye no suele poder regularse, sino que varía con la resistencia eléctrica del propio punto de soldadura. Y eso depende de bastantes factores como la contaminación, la corrosión y la fuerza mecánica con la que se empujan los metales. El resultado es una variación en la cantidad de energía (=calor) que entra en la soldadura, lo que conduce a resultados inconsistentes. Para mitigar este efecto, los soldadores modernos utilizan dos o más pulsos, con el fin de ablandar los metales y quemar cualquier contaminación.

Pero hay una forma mucho más directa de obtener soldaduras consistentes: Si la cantidad de energía que se vierte en el punto de soldadura se mantiene constante, entonces se funde la misma cantidad de metal cada vez. Esto es lo que hace kWeld. No es necesario experimentar con los intervalos de tiempo, ni con el número de pulsos de limpieza. Sólo tiene que marcar la cantidad de energía deseada, y empezar a trabajar. La unidad ajusta automáticamente la duración del pulso para conseguir el mismo resultado en todas y cada una de las soldaduras.

Esta imagen muestra el resultado de la soldadura de tiras de níquel de 0,15 mm a pilas 18650 (fuente: foro eevblog, usuario "romantao"):

Con la fuente de alimentación adecuada, la unidad kWeld es capaz de soldar tiras de níquel puro de hasta 0,3 mm de grosor. Pero también es lo suficientemente ágil como para soldar finos hilos de cobre a bajas energías. La siguiente imagen muestra un fino hilo de cobre soldado a una varilla de acero de 2 mm:

Los manuales de montaje y funcionamiento están disponibles para su descarga aquí:

Ingléshttps://www.keenlab.de/wp-content/uploads/2018/07/kWeld-assembly-manual-r5.0.pdf
https://www.keenlab.de/wp-content/uploads/2018/07/kWeld-operation-manual-r3.0.pdf
Españolhttps://gridrewired.com/es/pages/resources


El firmware del sistema es actualizable, lo que le permite beneficiarse de nuevas funciones o mejoras.

El último firmware está disponible para su descarga aquí:

https://www.keenlab.de/wp-content/uploads/2019/01/190128_kweld_release_r2_9.zip

Esta herramienta "link" es necesaria para conectar la kWeld a un ordenador.

La fuente de alimentación necesaria para la soldadora no forma parte del kit. Lo ideal es que tenga una tensión de salida de 5 a 15V CC, y que sea capaz de suministrar al menos 1500A de corriente cuando se cortocircuita durante unas decenas de milisegundos. Como esto es bastante difícil de conseguir, la siguiente lista ofrece algunas recomendaciones:

  • Batería de polímero de litio Turnigy nano-tech 3S/5000mAh/130C (enlace). He sometido una de ellas a una prueba de estrés durante varios ciclos de descarga completos, y no muestra ninguna hinchazón visible a partir de entonces. La corriente medida es de 1300-1500 amperios.
  • Batería de polímero de litio Turnigy graphene 3S/6000mAh/65C (enlace). Estas no muestran ningún oleaje después de unos cuantos ciclos de descarga a plena potencia, pero aún no tengo datos sobre su vida útil. El nivel de corriente es comparable con el modelo nano-tech.
  • Ultracell UXL65-12 (enlace). Según los comentarios de un usuario, la corriente reportada por kWeld es de aproximadamente 1000A cuando se prueba con tiras de níquel de 0,15mm.
  • Bosch SMT 31-100 (enlace). Según los comentarios de un usuario, la corriente de soldadura reportada por kWeld es de aproximadamente 1400A.

ADVERTENCIA: Las baterías de polímero de litio son potencialmente peligrosas. Si fallan internamente, pueden autoinflamarse espontáneamente. Por lo tanto, se aconseja encarecidamente supervisarlas permanentemente durante su uso y también mientras se cargan, y guardarlas en un contenedor seguro contra incendios cuando no se utilicen.

Al utilizar este sistema está tratando con niveles de energía muy elevados, que pueden dar lugar a lesiones personales o a un incendio si se manipula de forma inadecuada. Tome las medidas de seguridad adecuadas y utilice este sistema con precaución. No lo deje nunca desatendido mientras recibe energía.

Este producto contiene piezas pequeñas, ¡manténgalo fuera del alcance de los niños!

Este sistema produce importantes campos magnéticos, ¡no lo utilice si tiene un marcapasos cardíaco!

¿Las especificaciones?

Características del hardware (las nuevas características están resaltadas en negro):

  • Tensión de entrada para la soldadura: 4V - 30V DC, lo que permite el uso de ultracondensadores
  • Interruptor de potencia basado en un MOSFET extremadamente resistente y diseño de bus de corriente mecánico
  • Protección contra sobretensiones con fusibles de la fuente de alimentación interna
  • Corriente máxima del interruptor: 2000A
  • Resistencia interna del interruptor de potencia: 120µOhm
  • Vigilancia por hardware de la duración del pulso: 250ms
  • Bloqueo por baja tensión para los transistores del interruptor de potencia
  • Medición de la tensión de entrada, la tensión de salida, la corriente de conmutación y la tensión de alimentación de la lógica
  • La lógica se alimenta directamente de la fuente de alimentación principal, sin necesidad de una fuente de alimentación auxiliar independiente
  • Terminal de tornillo para el interruptor de disparo externo
  • Condensador de retención de la alimentación lógica durante el disparo de los pulsos
  • Interfaz de usuario a través de una pantalla LCD, un dial/codificador y un zumbador

Características del software (las nuevas características están resaltadas en negro)

  • El algoritmo de control central de la soldadura utiliza un enfoque de medición Joule (Julios) en lugar de un simple temporizador, lo que elimina la necesidad de un disparo de dos pulsos y proporciona soldaduras más consistentes: la cantidad de energía que se deposita en el punto de soldadura se mantiene siempre constante
  • Capacidad para detectar una soldadura fallida, y retroalimentación acústica para el usuario
  • Procedimiento de calibración para anular las pérdidas de plomo del electrodo
  • Modo manual, activado desde un interruptor externo
  • Modo automático, acompañado de un sonido de advertencia y activado con un retardo ajustable, una vez que el sistema detecta que ambos electrodos están en contacto estable con el material de soldadura
  • Retroalimentación audible de la finalización del proceso de soldadura
  • Retroalimentación numérica de una soldadura ejecutada, que ayuda al usuario a conseguir los mejores resultados: recuento de impulsos, cantidad de energía depositada, tiempo de impulso requerido para esta energía, flujo de corriente medido, resistencia óhmica medida del punto de soldadura
  • Interfaz de usuario sencilla e intuitiva: basta con ajustar la energía de soldadura deseada hasta 500 Julios con el mando del dial; experimente un control fino gracias al uso de un codificador
  • Menús de configuración accesibles a través del botón del dial
  • La supervisión de la sobrecorriente aborta el impulso cuando se dispara, protegiendo el interruptor de potencia
  • Monitorización de la batería con tensión de aviso ajustable
  • Monitorización del estado de los fusibles
  • Interfaz de actualización del firmware
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