En otro post hablábamos en este blog de los supercondensadores y sus posibilidades dado que diferencia de los condensadores ordinarios, las baterías almacenan energía en una reacción química, y debido a esto, los iones se insertan realmente en la estructura atómica de un electrodo.
A diferencia de un condensador, los iones simplemente “se adhieren”. Esto es importante, porque almacenar energía sin reacciones químicas permite que los súpercondensadores se carguen y descarguen mucho más rápido que las baterías y debido a que los condensadores no sufren el desgaste causado por las reacciones químicas,también duran mucho más tiempo.
La soldadura por puntos lleva con nosotros unos 40 años, pero a pesar de su antigüedad sigue gozando de buena reputación en los nuevos tiempos usándose de forma intensiva también en aplicaciones de electrónica donde la soldadura convencional con estaño no es efectiva, como por ejemplo a la hora de conectar baterías entre si con laminas de níquel (por ejemplo las famosas celdas 18650) , entre sus miles de aplicaciones más.
En esencia la tecnología de la soldadura por puntos no es nada compleja , pues la configuración típica de un soldador de puntos no ha variado a lo largo de los años, consistiendo básicamente en una fuente de muy baja tensión (entre 3 y 15V) de alta intensidad conectada a un cabezal para soldar.
Desgraciadamente, a pesar de que no incluye demasiada tecnología, un soldador de puntos es uno de los pocos equipos donde la construcción casera de este es mucho más barata que comprarlo montado, incluso si se decide a comprarlo en alguno de los famosos portales chinos, ya que incluso comprándolos allí , su precios van entre los 200€ en adelante. Si no estamos dispuestos a desembolsar esa cantidad otra opción es fabricar un soldador de puntos nosotros mismos pues en la red se pueden ver una gran cantidad de diseños de soldadores de puntos basados en viejos transformadores de microondas , a los que se les elimina el secundario de AT por medios mecánicos y simplemente se rodea en el interior del entre-hierro en ese espacio que ha quedado vació de dos vueltas de cable de gran sección ( al menos de 8 mm).
NO recomendamos construir un soldador de puntos basándose en un transformador de microondas, no sólo por el voluminoso espacio que ocupa ( y el ruido que genera) , sino, sobre todo, por el peligro que conlleva extraer dicho transformador , pues esta muy cerca el condensador de alto voltaje, cuya carga puede estar presente mucho tiempo después de que el horno de microondas esté desenchufado (y es extremadamente peligrosa una descarga de este tipo ). No confíe en la resistencia de purga interna del condensador , pues puede fallar y es muy peligroso ( si lo va a hacer, al menos conecte dos cables de prueba de clip de cocodrilo a la tierra del chasis de metal de microondas, asegurándose de que los cables no estén rotos,sujete una resistencia de 10K … 1M al otro lado de un cable de prueba y descargue los dos terminales del condensador uno por uno a través de una resistencia de 1MΩ utilizando alicates aislados ).
Solador de puntos basado en supercondensador
Construir un soldador de puntos basándose en condensadores por tanto es la forma mas habitual de y fácil de construirlo a un precio bastante asequible.
Estas configuraciones funcionan durante mucho tiempo y normalmente son mucho mas optimas y eficientes que los soldadores basados en transformadores de microondas modificados que como hemos comentado albergan cierto peligro.
La alta temperatura destruye las baterías de litio, por lo que la soldadura tradicional térmica no es una opción, así que esta configuración es perfecta , y justo . es por eso que hay personas que la llaman “soldadura fría” .
El circuito propuesto, es bastante sencillo, pues simplemente se basa en un simple circuito de carga a corriente constante basado en uan resistencia y supercondensador de 500F/2.7V
El circuito es completando con un led con su correspondiente resistencia imitadora para indicar que el condensador esta cargado , así como unas puntas de soldadura que van conectadas directamente al condensador u opcionalmente por medio de un pulsador de pie
Los componente usados para este montaje , por tanto, son los siguientes:
Supercondensador de 500F de 2.7V
Placa de protección para supercondensador ( algunos ya lo suelen integrar en el propio supercondensador)
Led rojo
Resistencia de 2.2 ohm y 5W para cargador de 5v/2Amp (usar 5 ohm /5W si usa cargador 5V /1Amp
Resistencia 220ohm 1/4W
Fuente de 5V 2Amp ( por ejemplo un cargador usb )
Dos hilos rigidos de cobre de 1mm de sección o mas
Pulsador de pie (opcional)
El montaje de estos componentes es bastante sencillo , pudiéndose incluso realizar las conexiones directamente sobre el propio super-condensador
Este circuito al no tener ningún elemento de control ( como en el circuito propuesto con MOSFET que realizamos en este blog ) requiere de cierta practica para controlar los tiempos necesarios para realizar la soldadura , aunque si se tiene dificultad se podría intercalar entre cualquiera de los dos electrodos un pulsador de pie que pueda soportar al menos los 2Amp,
Por supuesto al utilizar el circuito debe tener la máxima precauciones de seguridad debido a la gran capacidad del condensador, pero sobre todo , se recomienda desconectar el cargador cuando no este usando así como dejar descargado el condensador cruzando los terminales si no se va a usar el circuito
El modo de trabajo es similar a otros circuitos basados en super-condensadores:
Conecte el circuito a una fuente de 5V al menos 2Amp
Espere alrededor entre 5 a 10 Minutos para cargar el condensador
El led rojo brillara indicando que la carga del condensador esta alrededor de 2V
El led brillara intensamente señal que esta preparado para soldar
Use una fina lamina de niquel para unir las baterias 18650
Apriete con fuerza el niquel con los bornes de las baterias
Use la punta del electrodo para realizar la soldadura de puntos primero tocando con un extremo y luego de forma momentánea con el otro
Debe liberar el contacto rapidamente
A continuación en el siguiente vídeo podemos ver todos los pasos a la hora de construir este simple pero eficaz soldador de puntos ideal para soldar baterías 18650 o incluso otras operaciones de soldadura donde se requiera soldar elementos metálicos de poca sección.
La soldadura por puntos lleva con nosotros unos 40 años ,pero a pesar de su antigüedad sigue gozando de buena reputación en los nuevos tiempos usándose de forma intensiva también en aplicaciones de electrónica donde la soldadura convencional con estaño no es efectiva, como por ejemplo a la hora de conectar baterías entre si con laminas de níquel, entre sus miles de aplicaciones más.
Obviamente, gracias a la evolución de la tecnología , los soldadores de puntos actuales tienen mejores capacidades para controlar diferentes aspectos del proceso, sobre todo con la introducción de las fuentes de potencia con inversor CC y control de circuito cerrado, cambio de la polaridad de las fuentes de potencia de descarga capacitiva para poder equilibrar pepitas de soldaduras, además de la adición de instrumental de medición, así como también la posibilidad de ajuste del desplazamiento de la fuerza de los electrodos, lo cual ofrece a los usuarios más herramientas para garantizar la calidad de la soldadura.
En esencia la tecnología de la soldadura por puntos no es nada compleja , pues la configuración típica de un soldador de puntos no ha variado a lo largo de los años, consistiendo básicamente en una fuente de muy baja tensión (entre 3 y 15V) de alta intensidad conectada a un cabezal para soldar.
Desgraciadamente, a pesar de que no incluye demasiada tecnología, un soldador de puntos es uno de los pocos equipos donde la construcción casera de este es mucho más barata que comprarlo montado, incluso si se decide a comprarlo en alguno de los famosos portales chinos, ya que incluso comprándolos allí , su precios van entre los 200€ en adelante.
Puestos a fabricar un soldador de puntos nosotros mismos , en youtube se pueden ver una gran cantidad de diseños de soldadores de puntos (buscar por su traducción inglesa : «spot welder»), fabricados de forma casera usando siempre viejos transformadores de microondas (dado que son fácilmente obtenibles).
A estos transformadores se les elimina el secundario de AT por medios mecánicos y simplemente se rodea en el interior del entre-hierro en ese espacio que ha quedado vació de dos vueltas de cable de gran sección ( al menos de 8mm).
Obviamente se debe tener mucho cuidado si se decide seguir por ahí, pues trabajar incluso con las piezas de un horno de microondas es extremadamente peligroso ,ya que debe saber que nadie ha sobrevivido a un contacto fortuito de alta tensión, dado que la potencia disponible de más de 1000W es suficiente para matar al instante (desgraciadamente para la humanidad en las horribles sillas eléctricas se utilizan 1500V) ya que el alto voltaje dentro de un horno de microondas es de 3400 Vrms. Como sabemos que la potencia es proporcional al cuadrado de la tensión(V2 / R) , al tension presente en un microondas es 5 veces más peligrosa que la tensión de una línea aérea de 1500V de un tren ,claramente en contraste con los circuitos HV de muchos productos electrónicos de baja potencia, que no son letales.
Bajo mi opinión, todos estos argumentos son mas que suficientes para no tener en cuenta ese método, sobre todo porque existen otros métodos mucho mas seguros de construir un soldador de puntos casero, de modo que NO recomiendo construir un soldador de puntos basándose en un transformador de microondas, no sólo por el voluminoso espacio que ocupa ( y el ruido que genera) , sino, sobre todo, por el peligro que conlleva extraer dicho transformador , pues esta muy cerca el condensador de alto voltaje, cuya carga puede estar presente mucho tiempo después de que el horno de microondas esté desenchufado (y es extremadamente peligrosa una descarga de este tipo ). No confíe en la resistencia de purga interna del condensador , pues puede fallar y es muy peligroso ( si lo va hacer, al menos conecte dos cables de prueba de clip de cocodrilo a la tierra del chasis de metal de microondas, asegurándose de que los cables no estén rotos,sujete una resistencia de 10K … 1M al otro lado de un cable de prueba y descargue los dos terminales del condensador uno por uno a través de una resistencia de 1MΩ utilizando alicates aislados ).
Tenga en cuenta que algunos hornos de microondas de alta potencia utilizan un inversor de potencia HV electrónicoen lugar de un transformador para ahorrar peso (de hecho esa es la tendencia actual ), obviamente, en ese caso no serviría para semejante utilidad dicho componente…
Resumidamente hay dos formas de soldar con un soldador de puntos:
Soldadura por puntos de configuración en serie:Los electrodos están en el mismo lado. Es muy importante que la fuerza de ambos electrodos sea casi idéntica pues de lo contrario un lado será soldado mal.
Soldadura por puntos de configuración opuesta:Esta técnica es la más utilizada consistiendo en que las piezas a soldar se sujetan entre los electrodos.
Los soldadores por puntos portátiles ligeros profesionales ofrecen una corriente de soldadura de al menos 4000 A, los cuales permiten la soldadura de 2 hojas de acero de 1 mm . Un soldador de punto casero normalmente puede ofrecer 1100A, que está bien para soldar pequeñas piezas electrónicas ( por ejemplo conectar baterías entre si con laminas de niquel ) aunque se sabe que hay personas que han soldado 2 hojas de 0,75 mm con este tipo de soldadores de punto.
A continuación veamos varias opciones alternativas y muy seguras que se alejan del uso del típico transformador reciclado para realizar un soldador de puntos casero:
CIRCUITOS BASADO EN SUPERCONDENSADORES
Es la forma mas habitual de y fácil de construir un soldador de puntos a un precio bastante asequible.
Estas configuraciones funcionan durante mucho tiempo y bajo mi criterio estas configuraciones son mucho mas optimas y eficientes que los soldadores basados en transformadores de microondas modificados.
La alta temperatura destruye las baterías de litio, por lo que la soldadura tradicional térmica no es una opción, así que esta configuración es perfecta , (es por eso que hay personas que la llaman «soldadura fria» )
Como vemos en el siguiente circuito, es principio es bastante sencillo usando 8 transistores Mosfet del tipo IRF1401 en configuración paralelo para controlar la descarga de un supercondensador de 1 Faradio de 15V , el cual almacena la energía suficiente para producir la chispa que permita realizar la soldadura por puntos.
Las resistencias de 1k y 10K únicamente sirven para asegurar que pase a conducción los transistores motivo por el cual se usa un pulsador para conducir únicamente durante un breve espacio de tiempo:
Otra opción, en lugar de usar transistores de potencia para controlar la descarga , es usar un tiristor de potencia de al menos 100Amp para controlar la descarga del supercondensador.
Esta configuración conlleva que se necesita una pequeña batería unido a a un pulsador normalmente abierto para cebar al tiristor haciendo que este pueda conducir permitiendo la descarga de condensador sobre los electrodos .
Claramente este esquema se puede modificar usado un red de resistencias similar al el esquema anterior para cebar al SCR, pero dado el poquísimo consumo y que puede ir integrado en el interruptor de pie no es una mala opción.
(Más información en http://ledhacks.com/power/battery_tab_welder.htm)
Sobre este ultimo circuito también hay interesantes variaciones ,sobre todo controlando el tiempo de exposición de la puerta del tiristor, como por ejemplo con un circuito astable que proporcione el pulso adecuado.
Si le interesa el primer diseño ( quizás el mas simple) en el siguiente vídeo podemos ver el proceso de construcción del primer montaje:
Esta configuración es muy típica para soldar la típicas baterías de litio Panasonic ncr18650b ( las mismas baterías usadas por los vehículos y placas solares de Tesla) , como podemos ver en el siguiente vídeo:
Este soldador ofrece un único pulso suficiente para la mayoría de las soldaduras , pero es posible construir otros mas avanzado basados también en descarga capacitiva que sea capaz de producir doble pulso emitiendo hasta 400 amps en 60 micro segundos usando electrónica adicional como por ejemplo un Arduino…
SOLDADOR DE PUNTOS PORTABLE
Ahora vamos a ver cómo construir un soldador de arco pequeño para funcionar con una sola batería 3.7v . Otro condensador o uno más grande puede ser substituido y el voltaje fijado más bajo para aumentar el potencial total de los joules, pero, al parecer con un condensador de 1000uf / 35v es suficiente para soldar alambres de la plata, del níquel, del nichrome y del kanthal de 28-34 gr juntos.
Realmente cualquier fuente de alimentación antigua se puede sustituir por la batería usada , siempre y cuando se encuentre dentro de los límites de la tensión de entrada para la placa usada (LM2577)
El costo de los componentes es de alrededor de $ 25.
Esta es simplemente una referencia de las piezas (con parte de digikey # ‘s), no dude en sustituir sus propios equivalentes:
Condensador: 399-6556-ND (es decir un condensador de 1000UF 20% 50V )
Pinzas de cocodrilo liso de la mandíbula: 314-1018-ND
Como vemos, aparte del condensador de 1000UF ,el alma del circuito es el LM2577 ,un ondulador dc-dc con pantalla LED de 3 dígitos. Estas son sus principales características
Voltaje de entrada: DC 3-34V
Voltaje de la salida: CC 4-35V (ajustable)
Corriente de entrada: 3A (máx.)
Corriente de salida: 2.5A (máximo)
Tamaño (L x W x H): Aprox. 2,56 x 1,4 x 0,5 pulgadas / 6,5 x 3,5 x 1,2 cm
Método de ajuste: Conecte primero la potencia de entrada (3-34V), a continuación, utilizar un multímetro para monitorear el voltaje de salida y ajustar el potenciómetro.
En la siguiente imagen vemos el esquema de funcionamiento donde una vez mas vemos el circuito de carga del condensador con un pulsador en la entrada y usando un diodo a la salida para impedir la corriente inversa .
La placa LM2577 tiene pastillas de soldadura en la parte superior, para todas las conexiones, llevar los cables de la parte posterior de la placa y soldar a la almohadilla. Algunas placas tienen IN / OUT y +/- marcadas en la parte posterior de la placa, otras no.
Con todo el cableado completo, puede probar y verificar que todo está funcionando como debería y ajustar el voltaje de la placa utilizando el potenciómetro. Enganchar los clips del cocodrilo a su multímetro y pulsar el botón momentáneo, usted debería ver el voltaje subir un poco y permanecer constante alrededor 12-14v que es donde las placas se fijan cuando usted las compra.
Usando un pequeño destornillador empiece a girar el potenciómetro mientras sostiene el interruptor hacia abajo. Si el voltaje no sube, lo está haciendo de manera incorrecta. Mantenga presionado el botón y girando el tornillo hasta llegar a 35v,lo cal permite aproximadamente almacenar 0,6 julios energía en el condensador. Toque los cables de alambre juntos y causara una chispa (acción prevista) lo cual significa que ya puede empezar a soldar ( más info en http://www.instructables.com/id/Small-Welder-for-joining-Nichrome-and-Nickel-Wires/)
SOLDADOR DOBLE PUNTO
Basada en el principio de los soldadores de un punto , la mejora del circuito en primer lugar es hacer una descarga más pequeña para limpiar la superficie del material de impurezas tales como el petróleo y crear una soldadura débil. El segundo impulso con más energía hace enlace final. Con el fin de tener un pulso estable durante la descarga de un condensador grande fue empleado.
El nuevo diseño añade un Arduino UNO y un Driver de MOSFET MIC4451 para enviar las señales de control a los IGBT que deben controlar el circuito, entregando el pulso a los conductores utilizados para entregar la corriente alta de hasta 700 pulso amperios deben ser no más pequeños que el cable de filamento alto calibre 4. Un pedal momentáneo con audio jack de ¼» se utiliza para enviar la señal de control el microcontrolador.
Para mas información mire en http://www.instructables.com/howto/spot+welder+dual+pulse/
SOLDADOR BASADO EN EL USO DE UNA BATERIA DE 12V /45ah
Hay personas que optan en lugar de usar supercondensadores usar en su lugar Baterías de 12V de automóvil para generar la chispa. Con objeto de tener mas control se puede usar un relé de coche para controlar la descarga pero otros optan por electrónica mas sofisticada ,como por ejemplo usar un Arduino Nano.
Este soldador de puntos puede utilizarse para soldar baterías 18650 . Se necesita un cargador de 12V y utiliza una batería de coche de 12V como fuente de corriente de soldadura. Normalmente una batería de 45Ah proporciona suficiente corriente para obtener buenas soldaduras con tiras de níquel de 0,15 mm. Si usa tiras más gruesas de níquel tal vez necesite una batería mas grande o dos en paralelo.
La máquina genera un pulso doble, donde el primero es 1/8 del tiempo de la segunda. Tiempo del pulso del segundo pulso es ajustable mediante el potenciómetro y aparece en la pantalla en mS para que pueda ajustar exactamente el tiempo. Regulable de 1… mS de 20.
Ver el vídeo para obtener instrucciones detalladas sobre cómo construirla.
Aspectos generales para la construcción de soldador por puntos
Brazos:El aislamiento entre las articulaciones del brazo debe ser bueno y la fricción entre los brazos debe ser muy baja; Apriete el perno de tal manera que la fricción sea pequeña pero la holgura no sea demasiado alta.
Portaelectrodos :Los soportes de electrodos pueden hacerse de una abrazadera de tierra de radiador de latón rectangular de 20 mm de ancho. Taladre un agujero de 4 mm en el centro para el tornillo de montaje. Agrande el orificio para el cable de soldadura a 7mm.
Cable de soldadura:Utilice un cable de soldadura flexible 3AWG / 25mm 2 con una longitud de 140cm, esto permite 3 devanados. Un cable más grueso NO da una corriente de soldadura más alta.Dado que la fuerza del electrodo es crítica, los brazos de soldadura deben ser capaces de moverse libremente, no obstaculizados por la rigidez de los cables. Por lo tanto, los cables tienen una curva grande. No utilice el cable sólido, el cable de la soldadura es flexible y costará apenas $ 15 / m.
Electrodos de punto de soldadura:Es importante usar una barra de cobre puro. No latón o alambre eléctrico, que es suave recocido. Utilice una barra cuadrada con el mismo tamaño que la ranura del portaelectrodo o coloque la barra en el tamaño adecuado. Un diámetro de la punta adecuado es de 1.5mm. Para mantenerlo simple puede archivar la punta del electrodo en vez de redonda. Soporte de electrodo soldador por puntos:Limpie periódicamente las puntas del electrodo de soldadura con papel de lija.
Abrazaderas de muelle:La fuerza del electrodo es un parámetro igualmente importante como los otros parámetros de soldadura tales como la corriente de soldadura y el tiempo de pulso. Ajuste la fuerza del electrodo desplazando la posición de la abrazadera de resorte y mida la fuerza con una báscula de cocina
Palanca de maniobra:Utilicé una a placa de materiales plásticos pero pueden producir un pitido en el aluminio.
Medición de corriente de soldadura
Puede determinar la corriente de soldadura midiendo el voltaje a través de una cierta distancia del cable de soldadura.
Para calcular la corriente de soldadura puede usar la siguiente formula:
I = U * diámetro [mm2] / (0,0175 * longitud [m])
Para la medición de la corriente de soldadura, se unen dos cables a un cable de soldadura a una distancia de 44,5 cm. El voltaje en el cortocircuito es 0.34V; Por lo que la corriente de soldadura máxima = 0,34 V * 25 mm2 / (0,0175 * 0,445 m) = 1100A.
CONSEJOS
Asegúrese de tener una buena conexión en las abrazaderas, periódico de lijado con papel de 400 grano puede ser necesario.
Asegúrese de mantener los extremos del cable tan cerca de los clips como sea posible.
Si su cable tiene un revestimiento en él, arena ligeramente las puntas a soldar.
En lugar de intentar empujar los extremos del alambre juntos, trate de superponer los extremos de 1 mm para una articulación fuerte.
La combustión de metal galvanizado puede liberar humos tóxicos de óxido de zinc. Este proyecto es extremadamente peligroso y no debe ser intentado sin la supervisión de un adulto y la formación adecuada. El uso indebido o el uso descuidado de herramientas o proyectos puede resultar en descarga eléctrica severa, paro cardíaco, lesiones graves, daño permanente al equipo y propiedades y / o muerte. El uso de este contenido de video es bajo su propio riesgo.
Las baterías de fosfato de hierro y litio (LiFePO4 o LFP), son las baterías tradicionales de Li-Ion más seguras. Una característica fundamental de estas e que la tensión nominal de una celda de LFP es de 3,2V, cuando en las de plomo-ácido suele ser de 2V por celda.
Por ejemplo una batería LFP de 12,8V, por lo tanto, consiste en 4 celdas conectadas en serie; y una batería de 25,6V consiste de 8 celdas conectadas en serie.
Una batería de plomo-ácido fallará prematuramente debido a la sulfatación si:
Funciona en modo de déficit durante largos periodos de tiempo (esto es, si la batería raramente o nunca está completamente cargada).
Se deja parcialmente cargada o, peor aún, completamente descargada (yates o caravanas durante el invierno).
Por el contrario las baterías LFP no necesitan estar completamente cargadas. Su vida útil incluso mejorará en caso de que esté parcialmente cargada en vez de estar completamente cargada (de hecho esta suele ser una ventaja decisiva de las LFP en comparación con las de plomo-ácido).
Otra ventaja fundamental es su mucho mayor densidad energética ahorrando hasta un 70% de espacio y hasta un 70% de peso .
Otras ventajas interesantes de estas baterias son el amplio rango de temperaturas de trabajo, excelente rendimiento cíclico, baja resistencia interna y alta eficiencia
Como desventaja clara de las baterias de LiFePO4 o LFP, destacar que las baterías LFP son caras en comparación con las de plomo-ácido ,pero si se usan en aplicaciones exigentes, el alto coste inicial se verá más que compensado por una vida útil mayor, una fiabilidad superior y una excelente eficiencia debido a su mayor densidad energética ,razón por la cual son mucho mas pequeñas y ligeras que el resto .
En el mercado podemos encontrar baterías de iones de litio, si buscamos en profundidad , a partir de 120€(12v /10AH) por ejemplo en Amazon siguiendo este enlace
Aunque evidentemente podemos comprar la batería ya montada, vamos a ver como podemos montar nuestro propio pack de baterías de iones de litio por mucho menos precio de lo que nos ofrecen las grandes marcas , pues no necesitamos mucha experiencia, ya que la única complejidad estriba en elegir bien los componentes y ensamblarlos de forma correcta.
Para construir pues una batería de celdas necesitamos pues dos componentes esenciales:
Por un lado , un numero determinado de celdas en función de la tensión e intensidad que se precise ( las mas típicas son las del tipo 18650)
El circuito de control de carga PCB (protection circuit modules PCB/PCM/BMS/CMB) de las celdas , el cual también estará en función de la tensión e intensidad que se precise.
Seleccion del cicruito de carga para baterías de litio
Los pack de baterías Li-ion y Li-Poly siempre deben ser usadas con un circuito de protección para prevenir que las celdas tengan sobrecarga, sobre-descarga o exceso consumo. Los distintos controladores de carga se presentan con diferentes versiones dependiendo del número de células, voltaje y capacidad. Elegir el circuito correcto ( y aplicarlo) es vital para asegurar la longevidad de las baterías e incluso también por nuestra propia seguridad.Como norma general podemos seleccionar un controlador de carga en función de la tensión necesaria:
Para celdas > 5 o 18,5v li-ion packs, debería escoger un PCM con función de equilibrio para mantener cada celda en el mejor balance y otorgue un buen servicio durante su vida útil.
Para un pack de baterías Li-ion de alto voltaje (celdas > 20) debemos escoger un BMS (battery manage system) para supervisar el rendimiento de cada celda y asegurar que la batería trabaja de forma correcta. BMS (o sistema de gestión de baterías) es un sistema electrónico que controla una batería recargable monitorizando su estado, calculando los datos secundarios, protegiendo la batería, controlando el entorno y haciendo que trabaje en equilibrio.El BMS monitoriza diversos datos como:
Voltaje: Voltaje total, o voltaje individual de cada celda.
Temperatura: Temperatura media o temperatura de las celdas individuales
Estado de carga (SOC) o profundidad de descarga (DOD) para ajustar el nivel de la batería.
Estado de la salud (SOH) medidas sobre el estado general de la batería
Corriente, Entrada ó salida de la batería.
En cuanto a las especificaciones del circuito de carga, ademas de las consideraciones anterioes ,es interesante seleccionar este en función de sus especificaciones electricas como pueden ser:
Tensión de protección de sobrecarga para una sola célula: Debido a que la delicada química de la batería de iones de litio se puede dañar si se carga con una tensión demasiado alta, el PCB se encarga de cortar la corriente a las células. Esto no debería ser un problema si realizamos la carga con un cargador inteligente el cual se apagará una vez que la batería ha terminado de cargar.
Tension de protección ante descarga de una sola célula:Si el voltaje de una batería de iones de litio caé a cero, o incluso simplemente por debajo de 2 voltios, se verá seriamente perjudicada, y nunca serás capaz de volver a cargarla. Los teléfonos móviles tienen esta misma protección. Si mides el voltaje de una batería de un móvil «muerto» verás que entrega 2.5 voltios.
Protección de detección ante exceso de corriente: Sobre la protección de exceso de corriente es necesario porque un controaldor de carga es relativamente pequeño con componentes diminutos y no puede manejar demasiada corriente.
Máxima corriente de descarga continua:es la corriente máxima que es capaz de gestionar en modo descarga
Consumo de Corriente: nos indica el consumo de los componentes electrónicos en el controlador. Es prácticamente nada y no agotará en ningún caso la batería.
Protección del cortocircuito: La protección por cortocircuito significará que el controlador se apagará si detecta un cortocircuito; si un cable se desconectó , si tenemos un cable pelado,etc.
Resistencia de los circuitos de protección:Relacionado con el consumo de corriente podríamos decir que es la resistencia causada por el PCB.. Una vez más el consumo es tan pequeño que no se aprecia.
Baterías o celdas se usan indistintamente, la diferencia es que una celda es la parte más pequeña e indivisible de la batería, la cual almacena la energía y una batería puede estar hecha de muchas celdas.
La capacidad de la batería se mide en vatios hora. Para saber los Watt horas debemos utilizar la fórmula (Watts = Voltios x Amperios) para multiplicar la capacidad (en amperios hora) con tensión(voltios) para obtener X vatios hora.
Todas las celdas tienen un formato común, por lo tanto puede encontrarlas con facilidad y con precios asequibles en muchos sitios por internet.
El formato mas habitual es 18650s , cuya numeración en realidad solo corresponde a sus dimensiones físicas de 18 mm por 65 mm (medidas muy similares a una pila AA).
Las celdas nuevas de LI-ion recargables pueden costar en torno a los 8€ por cada ( tensión de voltaje: 3.6v-4.2v, capacidad: 2600mAh, salida: 4.2v, carga máxima: 1.5 , resistencia interna: por debajo 50milliohm ,tiempo de carga: 1000 veces , peso: 48 y Tamaño: 65 mm x 18 mm )
Una vez seleccionemos el numero de celdas en función de la tensión y la corriente a obtener mediante asociación de celdas en serie para obtener la tensión necesaria y en paralelo para obtener la capacidad requerida el siguiente paso será conectar todas las celdas.
La conexión eléctrica de las celdas podemos hacerlo de muchas , desde cinta aislante ó americana (aunque no es la mejor opción pues seguro que en un momento u otro se acaba soltando), con portapilas , soldándolas con estaño o incluso mediante maquinas de soldadura por puntos, que es lo que usan los fabricantes profesionales, lo cual como vamos a ver, tampoco es tan complicado:
La soldadura por puntos se basa en presión y temperatura. Dos piezas se sueldan entre si cuando una parte de ellas se calienta a temperaturas próximas a la fusión y se hace presión entre ellas. En el caso de esta soldadura el calentamiento de la pieza se hace por una alta corriente eléctrica entre dos electrodos y la presión la realizan precisamente estos electrodos en forma de pinza.
Como generalmente la resistencia de las piezas a soldar es muy baja la corriente que debe pasa por la zona a soldar debe ser muy alta del orden de los 500 amperios, pero sin embargo los voltajes son muy bajos, de 1 a 3 voltios pero la potencia total si es alta en torno a uno o dos kilovatios.
Los hornos microondas llevan un transformador de aproximadamente 2 kilovatios de potencia. El primario acepta los 220 V y tiene dos secundarios. Uno de ellos para alimentar el magnetrón suministra unos 2200 voltios eficaces, otro bobinado consiste en una o dos espiras y sirve para alimentar el filamento del magnetrón.
Al observar el transformador se puede ver que los bobinados de primario y secundario de alta tensión están perfectamente separados. El primario es de hilo mas grueso y el secundario no lo necesitamos porque además es peligroso debido a las altas tensiones que produce y además necesitamos el espacio que ocupa para el secundario de nuestra soldadura.Por ello para eliminarlo, cortar el bobinado con una sierra y extraer las espiras hasta que se quite completamente. Si tiene un carrete aislante dejarlo, nos puede venir bien aunque no es imprescindible.
El secundario que nosotros necesitamos, debe producir unos 2 voltios y unos 500 amperios aunque sea de manera temporal. Para este secundario necesitamos un par de espiras de hilo de unos 10 0 o 15 mm de diámetro. Arrollarlo directamente en el núcleo ( un par de espiras ) y su salidas a dos electrodos qeu pueden realizarse con una barra de cobre de unos 10 mm de diámetro, necesitaremos dos electrodos de unos 50 mm que limaremos mediante una lima para afilarla con forma cónica uno de los dos extremos de cada electrodo.
Téngase en cuenta que los tres voltios con que se alimentan las puntas no son peligrosos.
Por ultimo sólo falta equipar un interruptor que alimente el transformador. Lo mas sencillo es activarlo con el pie pues las manos suelen estar ocupadas sujetando la pieza.
Antes de dar paso a la corriente las piezas deben estar aprisionadas. En caso contrario las puntas chisporrotean. Después de hacer unas pruebas se puede decidir aumentar o bajar el voltaje, arrollando mas o menos espiras en el transformador. Cuando se tenga un montaje definitivo acortar todo lo posible los cables del secundario.
En el siguiente vídeo podemos verlo de una forma mas clara como es el proceso de construcción del soldador:
Una vez resuelta la conexión eléctrica de las celdas es recomendable usar algún soporte que haga de aislamiento entre las capas de baterías siendo lo mas típico usar unos anillos concéntricos de plástico con orificios del diámetro de las células que se colocan lógicamente tanto en la parte superior como la inferior
Si su pack de baterías sufre un cortocircuito, lo más probable es que se calentará de forma desmesurada, pudiendo salir incluso humo negro o ver la propia placa ennegrecida. No es extraño que pueda ocurrir y para evitarlo solo tenemos que poner una buena capa de aislamiento entre las pilas de baterías.Eso no significa que crear un pack de baterías sea un proyecto terriblemente peligroso, pero hay que tener cuidado.
En esta web encontrará diagramas de cableado y diferentes formas de cablear las baterías según configuraciones.
La primera vez que conecta todo, la preocupación por descubrir que no esta bien conectado aflora, ¿y si lo conectamos y se quema todo? Una vez completado todo el montaje tenemos que asegurarnos que todo esta bien conectado, que las baterías tienen carga y que el PCB esta activado y funciona correctamente.
Por ultimo acerca del Ratio C ,la C significa capacidad y representa lo que pasa a ser la capacidad de la batería. Si tenemos una batería de 8 amperios horas y carga a 8 amperios, entonces se está cargando a 1C de carga y podría terminar en una hora. Si carga a 2 amperios hora, como la mayoría de cargadores, entonces estaría cargando a un cuarto C, y tardaría 4 horas en cargar. Si agoto una batería de 8 amperios tendrá una duración de una hora; Eso es un consumo de 1C.
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