L'histoire de kWeld racontée par Frank de keenlab
L'histoire, telle que racontée par Frank. Frank est le créateur du kWeld de keenlab.
Si vous voulez fabriquer vos propres packs de batteries à partir de piles rondes au lithium, vous devez résoudre le problème de la connexion des cellules individuelles. Leur souder des fils n'est pas une option, car la chaleur prolongée requise au niveau des languettes de la batterie a tendance à endommager la structure interne de la cellule.
J'ai été confronté exactement à ce problème et j'ai appris que la méthode la plus courante pour interconnecter les cellules consiste à souder des bandes de nickel ou d'acier nickelé entre elles à l'aide de soudeuses par points à résistance.
Leur principe de fonctionnement consiste à faire passer du courant électrique à travers la bande métallique et la languette de la pile. Comme les métaux ont une résistance électrique, ce courant fait fondre le matériau ensemble. Le métal fondu ne doit occuper qu'une petite surface pour éviter d'endommager la batterie. Pour ce faire, on utilise un courant élevé, permettant des impulsions très courtes.
Comme il s'agit d'une tâche difficile à réaliser, les soudeurs professionnels sont très chers coûtant plusieurs milliers de dollars. Il existe des modèles moins chers conçu par des sociétés chinoises, mais j'ai décidé de ne pas choisir cette option... Comme je suis un ingénieur en électronique avec une certaine expérience en électronique de puissance, j'ai décidé de développer ma propre soudeuse. Elle devrait être abordable pour les bricoleurs, plus puissante et robuste que les modèles comparables, et simple à utiliser.
Et je n'aimais pas le fait qu'apparemment, toutes les soudeuses par points utilisaient une longueur d'impulsion prédéfinie pour régler l'intensité de la soudure. Le courant qui circule ne peut généralement pas être régulé; il varie plutôt en fonction de la résistance électrique du point de soudure lui-même. Et cela dépend de plusieurs facteurs tels que la contamination, la corrosion et la force mécanique avec laquelle les métaux sont poussés ensemble. Le résultat est une variation de la quantité d'énergie (=chaleur) qui entre dans la soudure, ce qui entraîne des résultats inconsistants. Pour atténuer cet effet, les soudeurs modernes utilisent deux impulsions ou plus, afin de ramollir les métaux et de brûler toute contamination.
Mais il existe un moyen beaucoup plus simple d'obtenir des soudures consistantes: Si la quantité d'énergie injectée dans le point de soudure reste constante, la même quantité de métal est fondue à chaque fois. C'est ce que fait kWeld. Il n'est pas nécessaire d'expérimenter avec les intervalles de temps, ou le nombre d'impulsions de nettoyage. Il vous suffit de régler la quantité d'énergie souhaitée et de commencer à travailler. L'appareil ajuste automatiquement la durée des impulsions pour obtenir le même résultat à chaque soudure.
Cette photo montre le résultat du soudage de bandes de nickel de 0,15 mm sur des cellules 18650 (source : forum eevblog, utilisateur "romantao") :
Avec la bonne source d'énergie, l'unité kWeld est capable de souder des bandes de nickel pur d'une épaisseur maximale de 0,3 mm. Mais il est également assez agile pour souder des fils de cuivre fins à de faibles énergies. L'image suivante montre un mince fil de cuivre soudé à une tige d'acier de 2mm:
Les manuels de montage et d'utilisation peuvent être téléchargés ici
| Anglais |
https://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 | |
| Français |
Le micrologiciel du système peut être mis à jour, ce qui vous permet de bénéficier de nouvelles fonctionnalités ou d'améliorations.
Le dernier firmware est disponible par téléchargement ici :
https://www.keenlab.de/wp-content/uploads/2019/01/190128_kweld_release_r2_9.zip
Cet outil (lien) est nécessaire pour connecter kWeld à un ordinateur.
L'alimentation nécessaire pour la soudeuse ne fait pas partie du kit. Elle doit idéalement avoir une tension de sortie de 5 à 15V DC, et elle doit être capable de délivrer au moins 1500A de courant lorsqu'elle est court-circuitée pendant quelques dizaines de millisecondes. Comme cela est assez difficile à réaliser, la liste suivante donne quelques recommandations :
- Turnigy nano-tech 3S/5000mAh/130C Lithium Polymer battery. J'ai testé l'une d'entre elles pour plusieurs cycles de décharge complets, et elle ne montre aucun gonflement visible par la suite. Le courant mesuré est de 1300-1500 ampères.
- Batterie Turnigy graphene 3S/6000mAh/65C Lithium Polymer. Celles-ci ne montrent pas de gonflement après quelques cycles de décharge à pleine puissance, mais je n'ai pas encore de données sur leur durée de vie. Le niveau de courant est comparable à celui du modèle nano-tech.
- Ultracell UXL65-12. Selon les commentaires d'un utilisateur, le courant rapporté par kWeld est d'environ 1000A lorsqu'il est testé avec des bandes de nickel de 0.15mm.
- Bosch SMT 31-100. Selon les commentaires d'un utilisateur, le courant de soudage indiqué par kWeld est d'environ 1400A.
AVERTISSEMENT : Les batteries au lithium-polymère sont potentiellement dangereuses. En cas de défaillance interne, elles peuvent s'enflammer spontanément. Il est donc fortement conseillé de les surveiller en permanence pendant leur utilisation et également pendant leur chargement, et de les stocker dans un récipient résistant au feu lorsqu'elles ne sont pas utilisées.
Vous êtes confronté à des niveaux d'énergie très élevés lorsque vous utilisez ce système, ce qui peut entraîner des blessures ou un incendie en cas de manipulation incorrecte. Prenez les mesures de sécurité appropriées et utilisez ce système avec précaution. Ne le laissez jamais sans surveillance lorsqu'il est sous tension.
Ce produit contient de petites pièces, tenez-le hors de portée des enfants !
Ce système produit des champs magnétiques importants, ne l'utilisez pas si vous avez un stimulateur cardiaque !
Les Spécifications?
Plate-Forme Matériel:
• Tension d'entrée: 4V - 30V, permettant l'utilisation d'ultra-condensateurs.
• Commutateur de puissance extrêmement robuste à base de MOSFET et un bus de courant méchanique
• Protection par fusible contre la surtension de l'alimentation interne
• Courant maximal de l'interrupteur: 2000A
• Capacité maximale de l'énergie de rebond inductive: 2J
• Résistance interne du commutateur d'alimentation : 170µOhm typique
• Durée d'impulsion maximale contrôlée: 250ms
• Verrouillage de sous-tension et surveillance de la température des commutateurs de puissance
• Mesure de la tension d'entrée (±2%), de la tension de sortie (±2%), du courant de commutation (±30%) et de la tension d'alimentation logique.
• Processeur alimentée directement par l'entrée principale - pas besoin d'une alimentation auxiliaire séparée
• Borne à vis pour interrupteur de déclenchement externe
• Condensateur qui maintien l'alimentation du processeur pendant le tir d'impulsion
• Interface simple qui inclue un écran LCD, un cadran/encodeur et un signal sonore.
• Interface pour mise-à-jour de 3.3V par connecteur en série (adaptateur requis - disponible dans le magasin)
Logiciel :
• L'algorithme central mesure l’énergie en joule au lieu d'une simple minuterie, ce qui élimine le besoin d'une double impulsion et permet d'obtenir des soudures plus consistantes - la quantité d'énergie déposée dans le point de soudure reste toujours constante.
• Mode manuel, déclenché par un interrupteur externe
• Mode automatique: déclenchement par impulsion après un délai réglable une fois que le système détecte que les deux électrodes sont maintenues en contact permanent avec le conducteur.
• Avertissement sonore du processus de soudage
• Donnés numériques d'une soudure exécutée, aidant l'utilisateur en affichant les résultats mesurés du processus de soudage.
• Interface simple et intuitive - il suffit de régler l'énergie de soudage souhaitée, jusqu'à 500 joules, à l'aide du bouton rotatif.
• Menus de configuration accessibles via le bouton poussoir du cadran
• Ètalonnage pour annuler les pertes résistives des fils d’électrodes
• Capacité de détecter une mauvaise soudure, avec avertissement sonore
• Protection de l’interrupteur d'alimentation contre les courants trop élevé.
• La batterie est surveillé, et la seuil de la tension d'avertissement est réglable
• Surveillance de la condition du fusible
• Interface de mise à jour du micrologiciel