Solda a ponto e baterias

Solda a ponto, por que ela é utilizada para soldar baterias?

O que é uma solda a ponto?

Antes de respondermos, vamos explicar um pouquinho.

Solda a ponto é um equipamento que serve para fazer soldagem de chapas metálicas.

Conforme indicado na figura 1 abaixo, adaptada de International Conference On Researches In Science And Engineering (2016), a solda a ponto é composta basicamente por dois eletrodos que aplicam uma alta corrente elétrica através das chapas metálicas, provocando uma fusão pontual das chapas e a consequente soldagem das mesmas.

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Diagrama de como funciona a soldagem à ponto.
Figura 1: Princípio de funcionamento de solda a ponto

Conforme figuras 2, 3 e 4, máquinas de solda a ponto existem de todo tamanho:

Máquina de solda à ponto de grande porte.
Figura 2: https://wsiweld.com/used-welding-equipment/

Na figura 3, temos um equipamento menorzinho, operando:

Máquina de solda a ponto Miller
Figura 3: https://www.youtube.com/watch?v=7tfcyESQmrw

A máquina de solda a ponto é um equipamento com várias aplicações, indo desde a ortodontia, na fabricação de aparelhos dentários e aquelas, do meu interesse, voltadas para a montagem de packs de baterias, como o exemplo da figura 4 abaixo:

SUNKKO 737G Battery Spot welder 1.5kw LED light Spot Welding Machine for  18650 battery pack welding precision pulse spot welders|Spot Welders| -  AliExpress
Figura 4: https://www.sunkko.net/

Por que montar packs de bateria utilizando solda à ponto?

Conforme figura 5, de Li, L., Danilov, Jan, Bergveld, Eichel e Notten (2019), podemos ver que as baterias são dispositivos complexos, compostos por diversas camadas.

Diagrama geral dos componentes internos de uma bateria.
Figura 5: Componentes internos de uma bateria.

Se consultarmos o manual da Panasonic (2021) ou mesmo outros manuais sobre soldagem de baterias, dá para deduzir que são dispositivos frágeis, pois muitas delas não suportam temperaturas de soldagem acima de 350ºC com tempo de soldagem maior que 5 segundos, o que é crítico de se fazer e há outros métodos de se interligar os terminais de baterias, dentre eles a soldagem a ponto, bastante comum de se utilizar.

Ok, podemos utilizar solda a ponto. Mas como são as outras opções?

Conforme tabela 1, adaptado de Das, Li, Williams e Greenwod (2018), podemos ver que existem várias técnicas e opções para se interligar baterias, cada qual com suas vantagens e desvantagens:

Tipos de soldagem // 1	Soldagem ultrasônica. Vantagem: Processo rápido, alta resistência mecânica e baixa resistência elétrica, capaz de unir materiais diferentes, baixo consumo de energia. Desvantagem:	Disponível apenas para baterias planas. Nota: Projeto do conjunto do eletrodo ultrassônico precisa ser bem elaborado. 2 Solda a ponto / resistência. Vantagem: Processo rápido, baixo custo, controle de boa qualidade, fácil automação. Desvantagem: Difícil para materiais altamente condutores e diferentes. Nota: Dificuldade para produzir grandes juntas e para unir mais de duas camadas. 3	Micro-TIG/soldagem por arco pulsante. Vantagem: Baixo custo, alta resistência mecânica da junta e baixa resistência elétrica, capaz de unir materiais diferentes, fácil automação. Desvantagem:	Aquece muito e tem problema de porosidade. Nota: Difícil para unir alumínio com aço. 4	União por pressão ultrassônica. Vantagem: Processo rápido, atuando enquanto funde, capaz de unir materiais diferentes, baixo consumo de energia e fácil automação. Desvantagem:	Disponível apenas para fios finos. Nota:	Prender a bateria é crítico. 5	Micro-rebites. Vantagem: Processo a frio, sem parte adicional, processo limpo, capaz de juntar materiais diferentes. Desvantagem: Adequado apenas para células de bolsa/envelope, dois acessos laterais, operação lenta. Nota: Se solta se houver vibração. 6	Soldagem. Vantagem: Une materiais diferentes, amplamente difundido na indústria eletrônica. Desvantagem: Alta temperatura, uso de fluxo é requerido. Nota: Qualidade da soldagem, restos de solda e necessidade de neutralizar o fluxo da solda. 7	Soldagem à laser. Vantagem: Alta velocidade, menor dissipação térmica, processo sem contato e de fácil automação. Desvantagem: Alto custo inicial e sistema adicional de proteção pode ser requerido. Nota: Necessita de um bom encaixe da junta, materiais de alto reflexo podem ser críticos. 8 Soldagem por pulso magnético. Vantagem: Processo de estado sólido, capaz de juntar materiais diferentes, alta resistência da junção e une materiais diferentes. Desvantagem: Pode deformar o material, base de soldagem precisa ser firme. Nota: Possibilidade de corrente elétrica indesejada acabar passando pelas baterias. 9 Montagem manual. Vantagem: Fácil desmontagem, reciclagem e manutenção. Desvantagem:	Peso adicional, alta resistência e caro. Nota: Potencial dano mecânico e pode vir a afrouxar.
Tabela 1: Técnicas para interligar baterias (clique para ampliar).

Embora a solda a ponto utilize temperatura de soldagem capaz de fundir metais como o aço (1538ºC) ou o níquel (1445ºC), ela é aplicada em um curto período de tempo, não havendo perigo do calor gerado ser transferido aos demais componentes da bateria.

Dada essa característica da solda a ponto dentre as alternativas possíveis, trata-se de um processo:

  • Rápido e de baixo custo,
  • Que permite um bom controle de qualidade,
  • Que é fácil de ser automatizado.

Por isso que essa alternativa é bastante utilizada na soldagem de baterias.

Se você curtiu esse artigo, tem outro com um monte de dicas e considerações sobre a prototipagem de uma máquina de solda a ponto utilizando transformador de micro ondas. Ele está nesse -> link aqui <- Vale a pena conferir :-).

Referências:

  • DAS, Abhishek; LI, Dezhi; WILLIAMS, David; GREENWOOD, David. Joining Technologies for Automotive Battery Systems Manufacturing. World Electric Vehicle Journal. Coventry Cv4 7Al, Uk, p. 1-13. 05 jul. 2018. Disponível em: https://bit.ly/3sm1SYH. Acesso em: 18 dez. 2021.
  • INTERNATIONAL CONFERENCE ON RESEARCHES IN SCIENCE AND ENGINEERING, 2016, Istambul. Evaluation of mechanical properties of Resistance Spot Welding and Friction Stir Spot Welding on Aluminium Alloys. Istambul: Istambul University, 2016. 12 p. Disponível em: https://bit.ly/32enETo. Acesso em: 18 dez. 2021.
  • LI, Dongjiang; L., Dmitri; DANILOV; JAN, Henk; BERGVELD; EICHEL, Rüdiger-A; NOTTEN, Peter H. L.. Understanding battery aging mechanisms. 2019. Disponível em: https://bit.ly/3q9PuIt. Acesso em: 18 dez. 2021.
  • PANASONIC (ed.). Batteries with terminals and soldering lithium batteries. Disponível em: https://bit.ly/3IWEwyV. Acesso em: 18 dez. 2021.

Publicado em 18/12/2021 por Renato de Pierri.

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