Нікелеві стрічки, або чим з’єднують акумулятори в збірках

Не так давно я бачив згадку про те, що бракує оглядів незвичайних товарів, і сьогодні в мене саме такий огляд. Хоча сам товар я б незвичайним не назвав, але подібних оглядів мені не траплялося, власне, тому я й вирішив написати.
Неодноразово зустрічав запитання, чим зварюють акумуляторні збірки. Зрозуміло, що для цього використовують спеціальну стрічку, але якою вона буває, чим відрізняється і яку краще використовувати — про це я сьогодні й спробую розповісти.


Спершу невелике зауваження щодо ціни, зазначеної в заголовку. Стрічку найчастіше продають або на вагу, або на метраж. У цьому випадку купували лоти вагою 1 кг, ціна такого лота — близько 52–53 доларів незалежно від ширини й товщини. Виняток становить широка стрічка: її ціна за 1 кг вища, і про неї я також сьогодні розповім.

Наскільки мені відомо, для стрічок використовують кілька матеріалів: нікель і сталь, покриту нікелем. Другий варіант із цілком зрозумілих причин коштує трохи дешевше, але має свої недоліки:
1. Трохи вищий опір.
2. Схильність до корозії.

Якщо щодо опору особливої різниці немає, то матеріал може мати вирішальне значення. Готуючи акумуляторні збірки для електросамокатів, велосипедів та іншої подібної техніки (саме там використовують багато стрічки), слід враховувати умови експлуатації. Річ у тім, що нікель сам по собі хімічно малоактивний, а отже, не піддається корозії. Сталеву стрічку також покривають нікелем із тією самою метою, але торці стрічки, а особливо місця зварювання, залишаються незахищеними. І якщо для батареї ноутбука (наприклад) це неважливо, то в якого-небудь Сіґвея батарея працює в умовах підвищеної вологості, і рано чи пізно місце контакту може просто проржавіти.
Але не забуваймо й про те, що нікель зазвичай використовують у чистому вигляді, а сталь — це сплав, і що туди домішали, нікому не відомо. Думаю, багато хто чув про секретні рецепти сплаву на кшталт «фольга з картоном» :)



Доставка й пакування. Тут п’ять балів: продавець не лише досить добре все запакував, а й відправив DHL. Замовляв у два заходи — по 2 кг у кожній посилці. Єдине, до чого можна трохи причепитися, — відправив він не дуже швидко, але в будь-якому разі посилка прибула за досить короткий час.
Думаю, продавець просто збирає замовлення на стрічку різної ширини, потім віддає велике замовлення на нарізання й розсилає покупцям.

Стрічку щільно обмотали поліетиленом, потім кілька разів загорнули в пухирчасту плівку й щільно вклали в картонну коробку.


Стрічка пропонується в кількох варіантах товщини/ширини:
0.1x5mm
0.1x6mm
0.1x8mm
0.1x10mm
0.15x5mm
0.15x6mm
0.15x8mm
0.15x10mm
0.2x5mm
0.2x6mm
0.2x8mm
0.2x10mm
0.15х7х27mm

Вище я виділив варіанти, показані в сьогоднішньому огляді.

Заявлений матеріал — нікель 99.96%. Спробую перевірити це трохи пізніше, а поки — трохи загальної інформації про товар.
Як я вже писав, замовлень було два: перше — на мене, друге — на товариша. Особисто мені стрічка була не потрібна, а замовлення розділив на дві частини частково через ціну, а частково тому, що спершу хотів перевірити якість товару після отримання й лише потім замовити другу партію.

Почну зі стрічки 0.2x8mm і 0.15х7х27mm


Кожна котушка намотана на пластикову втулку. Діаметр котушок — 165 мм для вузької та 137 мм для широкої.


Намотана дуже щільно, і, крім загального пакування, кожну котушку обгорнуто окремо.


На мій погляд, вага чесна: кожна котушка важить трохи більше кілограма, тобто враховано вагу матеріалу, а не котушки загалом.


Стрічка 0.2х8. Ширина й товщина відповідають заявленим з урахуванням похибки штангенциркуля.


А ось друга стрічка набагато цікавіша: зовні вона нагадує фотоплівку.


Така стрічка призначена для зручнішого з’єднання великих збірок, особливо актуальних для електротранспорту. Наприклад, чотири акумулятори можна зварити одним шматком, причому зробити це буде і легше, і надійніше. На жаль, за це доводиться платити майже в півтора раза більше за саму стрічку.


Виміряні розміри стрічки.


Товщину вимірював вузькою частиною губок штангенциркуля.


Креслення від продавця. У мене вийшли трохи інші розміри, особливо ширина внутрішньої поперечної частини. За розрахунками там має бути 6 мм (20.2-14.2=6), а в мене чомусь вийшло 7.22.


Перейдемо до випробувань.
Спершу я спробував паяти. Результат просто чудовий. Я паяв, використовуючи лише флюс самого припою. Паяння виходить гарним, а паяти дуже легко: просто взяв припій, торкнувся паяльником — і отримав результат, як на фото.


Але за допомогою паяння насправді нічого не перевіриш: сталь, покрита нікелем, найімовірніше, паятися буде так само.

На жаль, я не хімік, який, застосувавши хімікати, уже за хвилину-дві дав би точну відповідь, що це таке, тому доведеться перевіряти кількома іншими способами.

Спосіб № 1.
Для початку відрізаємо від кожної стрічки шматок завдовжки приблизно 110–120 см.


Потім маркером позначаємо на кожному шматку метрову ділянку так, щоб з обох кінців залишилися приблизно однакові «хвостики».


До кінців стрічки під’єднуємо регульований блок живлення. Взагалі можна просто під’єднати навантаження через стрічку, але тоді треба знати, який струм тече в колі, і, найімовірніше, знадобиться ще й амперметр. З регульованим блоком живлення просто зручніше.
Щупи тестера під’єднуємо до позначених раніше точок і подаємо струм.

Спочатку я перевірив за струму 1 А, потім — за струму 5 А. У результаті отримав певне падіння напруги на стрічці: у цьому випадку це 54.95 мВ за струму 1 А. За струму 5 А стрічка починає нагріватися, а напруга зростає. Загалом що менший струм, то краще, але тоді потрібен вольтметр, здатний вимірювати дуже низьку напругу, або стрічка більшої довжини.
Отже, опір метрового шматка стрічки становить майже 55 мОм. Якщо ви використовуєте інше значення струму, просто поділіть виміряну напругу на струм. Наприклад, отримали 123 мВ за струму 0.45 А: 0.123/0.45=0.273 Ом, або 273 мОм.

Так само я виміряв опір другого шматка, щоправда, уже з дещо іншою метою. У мене вийшло 40.9 мОм.


Для перевірки під’єдную вимірювач, про який я розповідав не так давно, і отримую практично ті самі значення з урахуванням похибки як першого тесту, так і самого вимірювача: 53.7 і 40.4 мОм.


Тепер перерахуємо виміряний опір для перерізу 1 мм². Вузька стрічка мала товщину 0.2 мм і ширину 8 мм, тобто площу перерізу 1.6 мм² (0.2х8=1.6). Опір 54–55 мОм множимо на 1.6, отримуємо 86.4–88 мОм.
Дивимося в таблицю й бачимо, що опір нікелю становить 87 мОм на 1 м за перерізу 1 мм², що збігається з наведеними вище вимірюваннями.
До речі, щодо сталі, про яку я говорив вище. У таблиці видно, що для неї вказано діапазон опорів, адже це сплав, і, відповідно, опір залежить від того, що саме туди намішали.

Вище я заодно вимірював опір широкої стрічки, але робив це трохи з іншою метою — просто хотів дізнатися її переріз, бо математично обчислювати його не дуже зручно..
Опір нікелю — 87 мОм, відповідно, стрічка з виміряним опором 40.4 мОм має переріз близько 2.17 мм².


Спосіб № 2.
Також матеріал можна перевірити за його густиною.
Для цього я відрізав від попередніх «піддослідних» шматочки завдовжки рівно 1 метр — добре, що на них уже були позначки, які я поставив перед вимірюванням опору.
Потім просто зважив їх на своїх вагах. Ваги, звісно, не ідеальні, але для таких вимірювань цілком точні.


Далі перераховуємо об’єм зваженої смужки. Спочатку приводимо стрічку до ширини 10 мм: для цього 100 см множимо на ширину 0.79 см, отримуємо 79 см за ширини стрічки 10 мм.
Товщина стрічки — 0.2 мм, множимо на 79, отримуємо 1,58 см, або 15,8 мм. Такою була б товщина, якби ми нарізали нашу стрічку завширшки 10 мм на смужки завдовжки 10 мм і склали їх разом.
Отже, тепер вагу 1 м стрічки треба поділити на 1,58 — і отримаємо густину, перераховану на 1 куб. см.
13,931,58=8,816

За інформацією, знайденою в інтернеті, густина нікелю становить 8.907, у мене вийшло 8.816 — трохи менше, але тут велику роль відіграють похибки вимірювання, особливо товщини стрічки. У будь-якому разі це явно більше за густину сталі, яка становить від 7,7 до 7,9 г/см³.


Є ще третій, відносно простий спосіб перевірки, але його я вже не проводив. Річ у тім, що нікель магнітиться, але точка Кюрі для нього становить 358 градусів, а для сталі — понад 800. Відповідно, якщо нагріти смужку нікелю до температури понад 358 градусів, вона втратить магнітні властивості.


На цьому я вирішив закінчити експерименти, але товариш пішов ще далі. Його цікавило, скільки ж чистого металу він насправді отримав. Я не став намагатися витягнути пластикову котушку, але він таки ризикнув це зробити зі спортивного інтересу.
У результаті виявилося, що вона важить близько 65 грамів. Загальна вага котушки була 1053 грами, чиста вага виходить 988 грамів. Менше, ніж заявлено, але, на мій погляд, не критично.


Ну от, приїхала й друга замовлена пара котушок. Доставка була також за допомогою DHL express, що за ваги 2 кг, наскільки я розумію, не дуже й дешево.
Було замовлено стрічку 0.1x5mm і 0.15x6mm, котушки зі стрічкою важили 1070 і 1005 грамів відповідно. Перша трохи переважила, друга недоважила, у середньому приблизно по 1 кг на котушку.
Щоб не тягнути все це додому й не проводити все повторно, я просто попросив відрізати мені пару шматків по 120 см.


Далі та сама послідовність тестування з вимірюванням опору. Можу зазначити, що за струму 5 А в стрічки 0.1x5mm опір починає сильно зростати. Ще б пак: за струму 5 А на ній розсіюється близько 4 Вт, і хоча на дотик стрічка не нагрівається, її опір зростає.


Розрахунковий переріз першої стрічки — 0.5 мм, другої — 0.9 мм, при цьому виміряний опір першої — 153х0,5=77 мОм, другої — 76.3х0.9=68.7 за норми 87. Щось дивне.


Зважуємо. Навіть простий підрахунок показує, що бачимо ми трохи не те, що мали б. Річ у тім, що переріз стрічок становить 0.5 і 0.9 мм, а вага чомусь відрізняється вдвічі.


Вимірюємо й отримуємо, що перша стрічка має нормальні розміри, а друга замість ширини 6 мм має цілих 7. У продавця в асортименті немає такої стрічки: після 6 одразу йде 8.
Взагалі, я весь час чекав, у чому ж підступ, адже не буває, щоб усе було так добре: і ціна влаштовувала, і доставка DHL, і матеріал відповідав заявленому. Зрештою виявилося, що в однієї зі стрічок наплутали з розміром. Проблема не надто велика, але якщо перерахувати на довжину стрічки, то виходить, що її приблизно на 15% менше.

А що ж із розрахунками? Щільність приблизно збігається, а от опір у мене чомусь вийшов навіть нижчим за заявлений і становив 76 мОм у першої (0.1х5) і 73 у другої (0.15х7). У цьому випадку я грішу на точність вимірювань, адже товщина мала й можливі природні похибки. Навіть похибка вимірювання 0.01 мм за вимірювання товщини 0.1 мм уже дає 10% похибки, що дуже багато.

Але можу впевнено сказати, що це не сталь, покрита нікелем: щільність більша, ніж у сталі, опір нижчий, і вона не пружинить.



Другу частину експериментів проводили вже в товариша, де ми вирішили спробувати приварити ці смужки до акумуляторів.
Для експерименту взяли п'ять смужок: чотири з огляду й ще одну зовсім вузьку, 0.1х4 мм.


В експерименті також брала участь певна кількість акумуляторів: частина нових, частина вживаних. Відповідно, до малих акумуляторів приварювали смужки завтовшки 0.1 мм, а до 18650 — 0.15 і 0.2 мм.


Ще на етапі підготовки товариш показав мені невеликий «фокус», про який я навіть не замислювався. Річ у тім, що широка стрічка не лише призначена для зварювання одразу кількох акумуляторів, а й має такі розміри, що підходить до тримачів акумуляторів, про які я вже розповідав. У результаті стрічка точно лягає у призначені для неї пази.


Зварювання виконували апаратом із контролером від Yurok, який я допомагав зібрати. Для кожної стрічки використовували свої налаштування, що залежать і від товщини стрічки, і від типу акумуляторів та матеріалу їхніх контактів.
У результаті стрічка завтовшки 0.1 мм і завширшки 4 мм приварилася так, що її ледве відірвали.


Аналогічно було і зі стрічкою 0.1х5 мм, купленою на AliExpress.


З більшими акумуляторами й товстішими стрічками результат був трохи гіршим: стрічку вдалося відірвати цілою. Але товариш пояснив, чому так сталося. Річ у тім, що для якісного зварювання потрібні не лише зручність користування апаратом, а й хороший притиск. А оскільки апарат просто стояв на столі, а я паралельно знімав відео, результат вийшов трохи гіршим, ніж планувалося.
Хоча загалом результату досягнуто: наприклад, на фото складання 6P1S.



Спочатку я подумав, що зварювати треба так, як показано ліворуч, але товариш сказав, що ні: результат кращий, якщо розташувати контакти так, щоб струм протікав по лінії, показаній праворуч.


Відео перевірок. Послідовні експерименти зі зварювання стрічок у такому порядку: 0.1х4, 0.1х5, 0.15х6(7), 0.12х8 і 0.15х27. На відео часом добре видно, як зварювальний апарат піднімається під час зварювання. Це те, про що я писав вище: зварювати в таких умовах було вкрай незручно, що трохи позначилося на результаті.


Заодно вирішив зробити спільне фото пристосувань, які використовуються в роботі. Кожна колодка призначена для певних збірок акумуляторів, електроінструментів, радіостанцій і навіть електробритв. Вище показано просто струбцину на випадок роботи з довгими збірками. Ба більше, зовні однакові колодки відрізняються ще й внутрішнім діаметром, адже акумулятори мають вставлятися з невеликим натягом, а іноді ще й розташовуватися певним чином один відносно одного.


На цьому, мабуть, усе. Від себе можу сказати, що загалом товар повністю відповідає заявленому, доставлення швидке, пакування нормальне, ціна явно нижча, ніж купувати на метраж. Єдине, що трохи зіпсувало загальне враження, — помилка з шириною однієї зі стрічок: замість 6 мм було 7 :(

Стрічки з огляду — посилання
Широка стрічка 0.5 кг — посилання
Широка стрічка 1 м — посилання
Звичайна стрічка шматочками — посилання
Одинарні нікелеві пелюстки — посилання
Подвійні нікелеві пелюстки — посилання


Як завжди, буду радий відповісти на запитання: що зможу — розповім сам, чого не знатиму — запитаю в товариша.