Lengüetas de soldadura y barras colectoras a terminales
Para unir las celdas en un paquete de baterías, los terminales de las celdas se sueldan en serie o en paralelo para lograr un voltaje más alto, una capacidad más alta o ambos. Pero soldar soldaduras de terminales es un desafío porque es necesario minimizar la entrada de calor para evitar daños en las celdas o terminales.
Las variables vitales son el grosor de la pestaña y los materiales de la terminal y la pestaña desde la perspectiva de la soldadura. Es más sencillo soldar lengüetas y terminales a barras colectoras porque esto no requiere tanta penetración o control de entrada de calor en comparación con las soldaduras de lengüeta a terminal.
Entonces, veamos qué método de soldadura funciona mejor para qué aplicación.
Soldadura por puntos por resistencia
El material de lengüeta de níquel para soldadura por resistencia funciona muy bien con un grosor de hasta 0,015 pulgadas, y las lengüetas de cobre revestidas de níquel o acero de hasta 0,012 pulgadas de grosor para muchos materiales de terminales.
La soldadura por puntos por resistencia es un método extremadamente eficiente y rentable para unir lengüetas en una amplia gama de tipos y tamaños de baterías, incluidas las celdas Li-ion 18650.
La soldadora por puntos de resistencia puede usar fuentes de alimentación de descarga de capacitor y circuito cerrado de inversor de CC, pero también puede funcionar con batería. Gracias a su control de retroalimentación de bucle cerrado, cambio de polaridad, tiempos de subida rápidos y opciones de detección y desplazamiento de fuerza, el proceso de soldadura por resistencia permite soldaduras de ajuste fino y resultados de alta calidad.
La soldadura por resistencia normalmente utiliza un pulso dual. El primer pulso limpia la superficie de óxidos y contaminantes, y el segundo pulso suelda las dos piezas de metal. Los metales exhiben resistencia al flujo de corriente eléctrica, lo que resulta en un aumento del calor en el material. En este caso, en los puntos de contacto del soldador con los electrodos. Una vez que el metal se ha derretido, las dos piezas se fusionan y crean una soldadura de «pepita».
Para el material de lengüeta de níquel con un grosor inferior a 0,007 pulgadas, no es necesario realizar modificaciones. Sin embargo, más allá de este espesor, es necesario estampar la ranura y las proyecciones en el material para evitar el desgaste del electrodo y la derivación eléctrica. Las proyecciones actúan como el punto donde la energía se concentra en la soldadura y reducen el desgaste de los electrodos de soldadura por puntos.
Soldadura Micro-TIG
La soldadura Micro-TIG se basa en un proceso de soldadura con gas inerte de tungsteno pero a intervalos cortos gracias a la soldadura por arco pulsado. El pulso TIG se usa comúnmente para reducir la entrada de calor en aplicaciones típicas de soldadura por arco de tungsteno con gas para soldar láminas de metal delgadas.
De manera similar, usamos pulsos TIG cortos con bajo amperaje para soldar pestañas y barras colectoras a terminales de celdas. Es un método muy limpio que suelda de manera eficiente combinaciones de materiales diferentes. Se utiliza mejor para aluminio, cobre, níquel y acero. Es especialmente importante usar pulsos TIG al soldar cobre para evitar la porosidad en la soldadura.
El micro-TIG se usa para soldaduras a tope, de filete y traslapadas de manera muy efectiva, y puede ir más allá del cobre de 0.02″ de espesor sin problemas. Pero es interesante señalar que no hay informes de soldadura micro-TIG en la fabricación de paquetes de baterías de vehículos eléctricos. Quizás porque el proceso de soldadura TIG requiere gas de protección, lo que aumenta el costo y la complejidad del trabajo.
Soldadura por rayo láser
La soldadura por rayo láser («LBW») es un proceso de soldadura que utiliza un rayo láser concentrado como fuente de calor para fusionar materiales. Hay algunos componentes de una máquina de soldadura láser.
Pero, los tres más importantes son un medio láser, una cavidad láser y una fuente de bombeo.
El diseño de la cavidad determina la forma del haz saliente y las lentes reflectantes enfocan el láser.
Créditos de imagen: laserline.com
Es posible modificar la forma y el enfoque del láser para lograr diferentes resultados de soldadura con una máquina de soldadura láser. Por ejemplo, puede crear un tamaño de punto estrecho, ancho o pequeño.
Este alto grado de salida de láser permite la variabilidad para soldar barras conductoras gruesas o delgadas y lengüetas a terminales de celdas. Funciona muy bien con pestañas delgadas o gruesas y materiales como cobre, aluminio, níquel y acero.
Una regla general es que debe soldar una pestaña más delgada que la terminal porque, de lo contrario, puede penetrar la carcasa de la celda.
Quizás la mejor ventaja de la soldadura por rayo láser en paquetes de baterías es que no hay limitación en la proximidad de las soldaduras. Por lo tanto, es posible soldar con láser cualquier patrón de puntos de soldadura en la lengüeta, lo que le permite lograr los requisitos de resistencia.
Por lo general, la resistencia al pelado es una medida de la calidad de soldadura de las celdas soldadas. La fuerza de pelado, por definición, es la fuerza promedio requerida para separar dos materiales unidos. Si un proyecto exige una resistencia específica al pelado de las lengüetas soldadas a los terminales de las celdas, el proceso de soldadura por rayo láser es una de las mejores formas de lograrlo con precisión.
Sin embargo, la fuerza de la vibración también es vital, especialmente para una batería expuesta a ella. Las cargas dinámicas “atacan” la soldadura en todas las direcciones, por lo que es una buena idea hacer un patrón de soldadura por puntos con láser de forma circular en los terminales de la batería.