Internetpräsenz ala corvintaurus - Impuls-Punktschweißgerät für Akkus

Impuls-Punktschweißgerät für Akkus - Seite 1/4

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Impuls Schweißgerät für das Schweißen von Primärzellen
Alles fing im wie immer, ganz harmlos an. Eine alte und funktionsunfähige 2KW USV landete irgendwann mal auf meinem Schreibtisch. Ich bildete mir tatsache ein, dieses Gerät wieder lauffähig zu bekommen. Etwa zur gleichen Zeit, probierte ich mich etwas an LiPo Akkus herum. Gewohnt war ich es diese durch Löten zu verbinden. Warum aber nicht mal wie die Profis arbeiten und die Akkus mit passendem Nickelband sdchweißen? Bei Ebay findet man reichlich Angebote, die einem perfekte Ergebnisse mit kleinsten Geräten versprechen. Naja...nur das ich mich nicht so gut tue mit dem Gedanken, das alles SMD ist...gehts kaputt, war´s das oft. Dann ist da noch ein µC verbaut. Alles in allem...wo bleibt da der Spaß? Also baue ich mir einfach ein einfaches Punktschweißgerät selbst.
Am Ende der Führung, gibt es noch einige Videos zu bestaunen.
Ab gehts.
Stand: Juli 2020

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Als erstes stand mir eine alte 2kW USV auf dem Schreibtisch. Ein erster Versuch das Teil wieder zum laufen zu bewegen, scheiterte kläglich. Zumal ich zu diesem Zeitpunkt auch keine leistungsstarken Blei-Gel Akkus zur Verfügung hatte, wurde das Gehäuse eingelagert.
Mit der Idee, ein Impuls-Punktschweißgerät zu bauen, wurde die alte USV erst einmal komplett zerlegt.

Da die Bleiakkus stellenweise geplatzt sind und der Inhalt das Blechgehäuse angegriffen hat, wurde kurzerhand mit allen mir zur verfügung stehenden Mitteln behandelt.

Anschließend schaute ich bei Ebay nach, ob es hochkapazitive Elektrolytkondensatoren gibt, die auch bezahlbar sind. Die Wahls stand zwischen 12V Elkos aus der Auto-Audio Szene, welche eben auch 1F haben. Ob die hingegen SO hochstromfest sind, wie ich es benötige, wage ich zu bezweifeln. Geliefert wurden 6 x gebrauchte 130.000µF Elkos. Davon waren zwei taub und hatten einen internen Kurzschluss. Alle anderen waren nutzbar. Wie lange die funktionieren wird sich zeigen, denn deren Alter ist auch schon etwas worüber man nicht mehr redet.

Um das der benötigte Strom von zig huntert Ampere auch fließen zu lassen, habe ich Stromsammelschienen aus dem Verteilungsbau genutzt. Diese waren verfügbar und sind auch feinstem Kupfer. Die Anschlüsse mit ihren Leitungen sind nur für das Laden der Elkos zuständig. Die entladung geschieht über einen deutlich größeren Querschnitt.

Als kleinen Spaß habe ich die Elkobank einmal aufgeladen und sie über einen 24V Sofitte entladen und war erstaunt wie lange diese leuchtet.

Diese kleine Schaltung realisiert den Impuls, welcher den Mosfet kurz ansteuert und sofort wieder ablässt. Im grunde nix wildes, jedoch steckt der Wurm im Detail.

Diese kleine Schaltung habe ich einmal auf eine Lochrasterplatine aufgebaut, welche auch auf anhieb funktionierte. Mit dem Osziloskop konnte man sehr gut die Impulse sehen. Zudem kann man die Impulslänge verändern und auf den jeweiligen Nutzen abstimmen.

Diese Schaltung habe ich entworfen, um die Impulsplatine direkt aus einem Trafo versorgen zu können. Günstigerweise sollte man darauf verzichten den gleichen Trafo wie jener zum laden der Elkos zu nutzen. Schwankungen in der Spannung könnten beim sprungartigen laden der Elkos nach dem erfolgten Entladevorgang die Impulsplatine beeinflussen.

Die Platine ist sicher nichts besonderes, auch habe ich genommen was da war. Die Gleichrichterdioden sind schlichte doppel-shottky Dioden aus alten Netzteilen, die Folienkondensatoren gabs mal spottbillig im 100ter Pack und die LED ist irgendeine blaue und dient nur dazu dem 7812 seine Grundlast von 20mA zu zeigen um das er sauber regeln kann. Das Layout im Target3000! Format liegt kostenfrei zur privaten Nutzung vor.

Hier sieht man die Bilder auf dem Oszillographen, welche einfach nur den Unterschied der Impulslänge zwischen minimal und maximal zeigen.

Die Platine ist aufgebaut und wird noch einmal geprüft.

Nun galt es billig an Mosfets zu kommen. Nichts lag da näher die Schaltmosfets aus der USV zu nutzen. Gesagt getan. Als nächstes wurden alle von der Platine gelöst, durchgemessen und möglichs gleiche bei seite gelegt.

Das ist nun die Ausbeute. 12 wunderbare N-Channel Mosfets Typ IRF2807. Ich habe mich für zwei mal sechs Stück entschieden, um ausreichend Ersatz zu haben.

Das schwierigste an der gesamten Konstruktion war im Grunde die Montage der Mosfets. Einerseits war ich mir der Wärmeentwicklung recht unsicher, andererseits der zu erwartenden Ströme. Da ich auf verschiedenen Seiten gesehen habe, das die Mosfets auf Kühlkörper montiert wurden, übernahm ich diese Idee und nutzte die elektrische kontaktierung am Kühlkörper gleichsam als Anschluss.

Der Source Anschluss wurde ebenfalls zusammengeführt. Das bedeutet im Detail, das die sichtbaren Drahtbrücken aus Kupferdraht einen sehr geringen Widerstand zu jedem Mosfet bilden, welche Ausgleichsströme kompensieren sollen. Analog hierzu sind die Emitterwiderstände zu nennen.

Alle Gates sind über 100 Ohm zusammengeführt. Die 100kOhm liegen zwischen Gate und Source.

Die ersten Versuche liefen SO erfolgreich, das mir die Mosfets gleich reihenweise gestorben sind. Diese sind sauber explodiert, karamellisiert und legiert, wie man unschwer erkennen kann. Schade drum, ... aber wo liegt der Fehler ? Es sei gesagt, das die fette Lötbrücke auf dem kaputten Mosfet nur vom ablöten kommt. Ich habe mir keine Mühe gemacht den noch sauber abzulöten.
Also wird alles doch teurer als erwartet. Da denkt man, ...wenn es die anderen mal eben so hinrotzen, schafft man das auch. Mich würde aber mal interessieren, wie viele Mosfets bei dem einen oder anderen sterben mussten, bis die Schaltung so stand das sie weiterhin funktionierte.

Hier sieht man den Aufbau der Mosfets. Alles kein Hexenwerk. Bis auf R sind das alles 0,25 Watt Widerstände ohne nennenswerte Tolleranz.

3 von 8 Mosfets wareden durch nach dem ersten Knall. Wirklich ärgerlich, wenn man den Aufwand der Montage bedenkt. Sei es drum... die dicken Anschlussbrücken müssen durch Shunts ersetzt werden.

Hier habe ich ein SOAR Diagramm ( save operating Area ) gefunden, welches den erlaubten Bereich für die Mosfets TYP IRF2807 anzeigt. Ich kann zum aktuellen Zeitpunkt nur mutmaßen, wie lange der Impuls dauert...aber mit hoher Sicherheit kann ich mich nicht innerhalb der save Area bewegen, was schlecht ist. Um es trotzdem zu schaffen das die Mosfets nicht sterben, weird der Innenwiderstand erhöht werden, was einen langsameren Stromanstieg zur Folge hat. Anders wird es für den Zeitpunkt nicht anders zu lösen sein.

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