CN104384689A - 三元锂电池电焊机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种三元锂电池电焊机，其包括：三元锂电池组，包括若干电池模块，若干电池模块的一端分别连接至正极焊钳和负极焊钳的其中之一；若干引弧开关，分别串接在若干电池模块的另一端与正极焊钳和负极焊钳的其中另一之间；若干恒流模块，分别包括第一恒流开关、第二恒流开关、以及储能器件，第一恒流开关和第二恒流开关的一端分别通过储能器件连接至正极焊钳和负极焊钳的其中另一上，第一恒流开关的另一端连接至对应的电池模块，第二恒流开关的另一端连接至正极焊钳和负极焊钳的其中之一上；控制器，其用于控制若干引弧开关、第一恒流开关、以及第二恒流开关的开断。本发明的三元锂电池电焊机安全性能高，且成本低。

Description

三元锂电池电焊机及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电焊机，尤其涉及一种利用三元锂电池作为电源的移动电焊机及其控制方法。

背景技术

电焊机是利用正极焊钳和负极焊钳在瞬间短路时产生的高温电弧来熔化电焊条上的焊料和被焊材料，来达到使它们结合的目的的一种电动工具。常见的电焊机一般是利用市电作为驱动电源，其优点是输出稳定，在不断电的情况下理论上可以长时间续航。然而，在一些特殊的应用情形，例如抢险抢修等突发事故中，可能并没有可供电的市电电源；并且，这种有绳电焊机空载输出电压大于DC60V，每年都发生触电伤亡事故。

针对上述问题，现有技术已经提供例如使用铅酸电池作为电源的移动式电焊机，其可以满足一定的应用需求。然而众所周知，铅酸电池体积和重量大，并不方便携带。

自从18650动力锂电池成功应用在电动工具上后，移动电焊机市场将目光瞄准了可使用锂电池作为电源的轻便无绳便携式电焊机。但是，由于这样的电焊机存在连续可调的大电流输出问题、引弧瞬间过大电流问题、夹子意外短路的安全保护问题，成本问题等，至今行业内还没有被市场接受的成熟产品。

有鉴于此，急需一种新型三元锂电池电焊机以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种三元锂电池电焊机。

本发明的目的还在于提供一种三元锂电池电焊机的控制方法。

为实现上述发明目的之一，本发明提供一种三元锂电池电焊机，其具有正极焊钳和负极焊钳，该三元锂电池电焊机包括：

三元锂电池组，其包括若干电池模块，所述若干电池模块的一端分别连接至所述正极焊钳和负极焊钳的其中之一；

若干引弧开关，其分别串接在所述若干电池模块的另一端与所述正极焊钳和负极焊钳的其中另一之间；

若干恒流模块，其分别包括第一恒流开关、第二恒流开关、以及储能器件，所述第一恒流开关和第二恒流开关的一端分别通过所述储能器件连接至所述正极焊钳和负极焊钳的所述其中另一上，所述第一恒流开关的另一端连接至对应的所述电池模块，所述第二恒流开关的另一端连接至所述正极焊钳和负极焊钳的所述其中之一上；

控制器，其用于控制所述若干引弧开关、第一恒流开关、以及第二恒流开关的开断。

作为本发明的进一步改进，所述引弧开关为MOS管，所述若干引弧开关的栅极与所述控制器相连。

作为本发明的进一步改进，所述三元锂电池电焊机还包括引弧开关驱动，所述控制器通过所述引弧开关驱动分别控制所述若干引弧开关的开断。

作为本发明的进一步改进，所述三元锂电池电焊机还包括与所述若干恒流模块对应的若干恒流驱动，所述控制器通过所述若干恒流驱动分别控制所述若干恒流模块中所述第一恒流开关和第二恒流开关的开断。

作为本发明的进一步改进，所述若干电池模块与所述正极焊钳和负极焊钳的其中之一之间分别串接有热敏电阻。

作为本发明的进一步改进，所述热敏电阻为自恢复保险丝。

作为本发明的进一步改进，所述三元锂电池电焊机还包括用于检测所述正极焊钳和负极焊钳之间电压和/或电流的检测模块，所述控制器与所述检测模块相连。

作为本发明的进一步改进，所述三元锂电池组中电池模块的数量为8-10组。

为实现上述另一发明目的，本发明提供一种三元锂电池电焊机的控制方法，该方法包括以下步骤：

接收控制信号；

若所述控制信号为引弧信号，所述控制器控制所述引弧开关和第一恒流开关打开且控制所述第二恒流开关关断；

若所述控制信号为恒流焊接信号，所述控制器控制所述引弧开关关断且控制所述第一恒流开关和第二恒流开关彼此互补开断。

作为本发明的进一步改进，所述“若所述控制信号为引弧信号，所述控制器控制所述引弧开关和第一恒流开关打开且控制所述第二恒流开关关断”还包括：

接收电路负载信号；

若所述负载信号所表征的电路负载值超过预设阈值，所述控制器控制所述引弧开关关断。

与现有技术相比，本发明提供的三元锂电池电焊机通过虚拟并联的引弧开关和恒流模块，可以利用控制器控制该引弧开关和恒流模块中第一恒流开关和第二恒流开关的开断，引弧时，电池模块中的电流通过引弧开关和第一恒流开关接入电焊机的正负极焊钳，在保证大电流输出的同时，不会对电流通路造成过大的负担，而在恒流焊接时，引弧开关被关断，通过第一恒流开关和第二恒流开关的互补开断，实现电池模组和储能器件对电焊机的正负极焊钳的供能比例调节，进而实现三元锂电池电焊机的恒流焊接功能，且安全性高，成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明三元锂电池电焊机一实施方式的结构示意图；

图2是本发明三元锂电池电焊机的控制方法一实施方式的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

并且，在不同的实施方式中，可能使用相同的标号或标记，但这并不代表结构或者功能上的联系，而仅仅是为了描述的方便。

参图1，介绍本发明三元锂电池电焊机100的一具体实施方式。在本实施方式中，该三元锂电池电焊机100包括三元锂电池组20、若干引弧开关41、若干恒流模块31、以及控制器10。

三元锂电池电焊机100具有正极焊钳71和负极焊钳72，在使用过程中，正极焊钳71和负极焊钳72之间夹持焊条，通过瞬间断路引发高温电弧，以融化焊条上的焊料，并进而对目标物体进行焊接。

三元锂电池组20包括若干电池模块21，其中，该若干电池模块21的一端分别连接至正极焊钳71和负极焊钳72的其中之一，在本实施方式中，示范性地，该若干电池模块21的一端（负极）都分别连接至三元锂电池电焊机100的负极焊钳72。当然，在其它变换的实施方式中，该若干电池模块21的一端也可以都分别连接至三元锂电池电焊机100的正极焊钳71。

优选地，在本实施方式中，该三元锂电池组20中的若干电池模块21的数量为8-10组。这样做的好处是，在满足一定续航能力的前提下，使得三元锂电池电焊机100的空载输出电压小于等于DC42V（小于我国36V安全电压标准中空载输出电压小于等于43V的标准），这样，即可避免了由于可能的漏电事故而造成的安全隐患。当然，可以理解的是，在其它变换的实施方式中，三元锂电池组20中电池模块21的数量在满足三元锂电池电焊机100正常使用的前提下，可以根据需要被设置为多种规格。

若干引弧开关41分别串接在若干电池模块21的另一端与正极焊钳71和负极焊钳72的其中另一之间。适应性地，在本实施方式中，若干引弧开关41被分别串接在若干电池模块21的另一端（正极）和正极焊钳71之间。

优选地，在本实施方式中，该引弧开关41为MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)。在实际的应用中，可以选择NMOS管或PMOS管作为该开关器件，示范性地，这里以选用NMOS为例作为引弧开关为例，该引弧开关41的源极和漏极可以分别对应连接至若干电池模块21的正极和正极焊钳71，以实现串接。

由于采用了上述的引弧开关41的连接方式，若干引弧开关41之间并没有直接并联，而是将若干引弧开关41的输出端实现“并联”，利用多个引弧开关41分别负载多个电池模块21的输出，实现三元锂电池电焊机100的大电流供给，这种引弧开关41的连接方式也被称作为“虚拟并联”。当三元锂电池组20中的电池模块21通过引弧开关41给三元锂电池电焊机100供电时，可以实现引弧时所需的500A的大电流输出。

恒流模块31包括第一恒流开关311、第二恒流开关312、以及储能器件313，第一恒流开关311和第二恒流开关312的一端分别通过储能器件313连接至正极焊钳71和负极焊钳72的其中另一上，适应性地，在本实施方式中，为连接至正极焊钳71上。第一恒流开关311的另一端连接至对应的电池模块，第二恒流开关312的另一端连接至负极焊钳72上。

控制器10用于控制若干引弧开关41和若干恒流模块31的开断。控制器10可以是包括微控制器（Micro Controller Unit, MCU）的集成电路。本领域技术人员所熟知的是，微控制器可以包括中央处理单元（Central Processing Unit, CPU）、只读存储模块（Read-Only Memory, ROM）、随机存储模块（Random Access Memory, RAM）、定时模块、数字模拟转换模块（A/D Converter）、以及若干输入/输出端口。当然，控制装置也可以采用其它形式的集成电路，如特定用途集成电路（Application Specific Integrated Circuits, ASIC）或现场可编程门阵列（Field-programmable Gate Array, FPGA）等。

在本实施方式中，控制器10连接至上述若干引弧开关41的栅极，以实现对引弧开关41的开断的控制。具体地，三元锂电池电焊机100还包括引弧开关驱动42，控制器10通过该引弧开关驱动42分别控制上述若干引弧开关41的开断。类似地，三元锂电池电焊机100还包括与若干恒流模块31对应的若干恒流驱动32，控制器10通过该若干恒流驱动32分别控制上述若干第一恒流开关311和第二恒流开关312的开断。

若干电池模块21与正极焊钳71和负极焊钳72的其中之一之间分别串接有热敏电阻。在引弧开关41失效（短路）或正、负极焊钳72意外短路的情况下，该串接的热敏电阻会快速进行过热保护，这里的热敏电阻优选地采用自恢复保险丝，这是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度（居里温度）时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。

三元锂电池电焊机100还包括用于检测正极焊钳71和负极焊钳72之间电压和/或电流的检测模块60，控制器10与该检测模块60相连。当该检测模块60检测到正极焊钳71和负极焊钳72之间的电压或电流超过预设阈值时，控制器10会控制引弧开关41断开，此时，由于所有提供电流的MOS管都没有直接并联，而每一路独立的DC/DC降压恒流电源回路（电池模块21-恒流驱动32-恒流模块31-连接的导线）都存在较大的内阻阻抗，最后一个断开的恒流模块31中的MOS管就不会有过大的电流流过，从而保证了其中的MOS管不会被烧坏，降低了设备的维护成本。

使用过程中，当开始焊接时，控制器10控制引弧开关41和第一恒流开关311打开并同时控制第二恒流开关312关断，此时，三元锂电池组20中的电池模块21通过引弧开关41和第一恒流开关311给三元锂电池电焊机100供给输出，以瞬时引弧；当引弧成功后，控制器10控制引弧开关41断开并同时控制第一恒流开关311和第二恒流开关312互补开断，此时，根据检测模块60反馈正极焊钳71和负极焊钳72之间的电流值，对第一恒流开关311和第二恒流开关312的开断时间进行调控。由于第一恒流开关311打开时，电焊机由其中的电池组20供电，而第二恒流开关312打开时，电焊机由其中的储能器件313供电，电池组20的供电能力大于储能器件313的供电能力，故通过调节第一恒流开关311和第二恒流开关312分别的开断时间，可以对焊钳端的电流进行相应调节，第一恒流开关311所占的打开时间越长，则焊钳输出电流越大，反之亦然。使用者可以依据实际的需求对恒流焊接时的电流进行调节，在本实施方式中，可以实现80A/23V到300A/28V的电流连续可调。在具体的应用过程中，控制器10通过PWM（脉冲宽度调制）的方式对恒流驱动32进行调控，具体地，通过调节输出信号的占空比，进而相应调节第一恒流开关311和第二恒流开关312各自的开断时间。所述的储能器件313可以例如选择电感，当然可替换的实施例中，也可以选择电容等常见的储能器件。

参图2，介绍本发明三元锂电池电焊机控制方法的一具体实施方式。在本实施方式中，该方法包括以下步骤：

接收控制信号，该控制信号可以例如是操作人员根据具体焊接情况，由外部操控部件控制发出。

若所述控制信号为引弧信号，所述控制器控制所述引弧开关和第一恒流开关打开且控制所述第二恒流开关关断；若所述控制信号为恒流焊接信号，所述控制器控制所述引弧开关关断且控制所述第一恒流开关和第二恒流开关互补开断。

同时，在引弧阶段，该方法还包括：

接收电路负载信号，该电路负载信号由上述的检测模块60发出，若所述负载信号所表征的电路负载值超过预设阈值，所述控制器控制所述引弧开关关断。一实施方式中，该负载信号可以是表征正极焊钳和负极焊钳之间电压或者电流的值，在其超过预设阈值时，控制器控制引弧开关断开，此时，由于所有提供电流的MOS管都没有直接并联，而每一路独立的DC/DC降压恒流电源回路（电池模块-恒流驱动-恒流模块-连接的导线）都存在较大的内阻阻抗，最后一个断开的恒流模块中的MOS管就不会有过大的电流流过，从而保证了其中的MOS管不会被烧坏。

本发明提供的三元锂电池电焊机的特征指数如下：

空载电压(DC)：36V-42V；

输出电流范围(A)：80A-250A；

输出电压范围(V)：26V-30V；

引弧电流（A）：500A；

起始时间(S)：0.5S-1.0S；

启动电源(KVA)：12KVA；

推力调节：输出电流的1.25倍；

推力时间(S)：0.5S-1.0S；

总重量(Kgs)：15千克；

由上述指数可以看出，本发明提供的三元锂电池电焊机可以在满足便携性需求的前提下，提供较好的续航能力。

本发明通过上述实施方式，具有以下有益效果：本发明提供的三元锂电池电焊机通过虚拟并联的引弧开关和恒流模块，可以利用控制器控制该引弧开关和恒流模块中第一恒流开关和第二恒流开关的开断，引弧时，电池模块中的电流通过引弧开关和第一恒流开关接入电焊机的正负极焊钳，在保证大电流输出的同时，不会对电流通路造成过大的负担，而在恒流焊接时，引弧开关被关断，通过第一恒流开关和第二恒流开关的互补开断，实现电池模组和储能器件对电焊机的正负极焊钳的供能比例调节，进而实现三元锂电池电焊机的恒流焊接功能，且安全性高，成本较低。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三元锂电池电焊机，其具有正极焊钳和负极焊钳，其特征在于，该三元锂电池电焊机包括：

三元锂电池组，其包括若干电池模块，所述若干电池模块的一端分别连接至所述正极焊钳和负极焊钳的其中之一；

若干引弧开关，其分别串接在所述若干电池模块的另一端与所述正极焊钳和负极焊钳的其中另一之间；

若干恒流模块，其分别包括第一恒流开关、第二恒流开关、以及储能器件，所述第一恒流开关和第二恒流开关的一端分别通过所述储能器件连接至所述正极焊钳和负极焊钳的所述其中另一上，所述第一恒流开关的另一端连接至对应的所述电池模块，所述第二恒流开关的另一端连接至所述正极焊钳和负极焊钳的所述其中之一上；

控制器，其用于控制所述若干引弧开关、第一恒流开关、以及第二恒流开关的开断。

2.根据权利要求1所述的三元锂电池电焊机，其特征在于，所述引弧开关为MOS管，所述若干引弧开关的栅极与所述控制器相连。

3.根据权利要求1所述的三元锂电池电焊机，其特征在于，所述三元锂电池电焊机还包括引弧开关驱动，所述控制器通过所述引弧开关驱动分别控制所述若干引弧开关的开断。

4.根据权利要求1所述的三元锂电池电焊机，其特征在于，所述三元锂电池电焊机还包括与所述若干恒流模块对应的若干恒流驱动，所述控制器通过所述若干恒流驱动分别控制所述若干恒流模块的中所述第一恒流开关和第二恒流开关的开断。

5.根据权利要求1所述的三元锂电池电焊机，其特征在于，所述若干电池模块与所述正极焊钳和负极焊钳的其中之一之间分别串接有热敏电阻。

6.根据权利要求5所述的三元锂电池电焊机，其特征在于，所述热敏电阻为自恢复保险丝。

7.根据权利要求1所述的三元锂电池电焊机，其特征在于，所述三元锂电池电焊机还包括用于检测所述正极焊钳和负极焊钳之间电压和/或电流的检测模块，所述控制器与所述检测模块相连。

8.根据权利要求1所述的三元锂电池电焊机，其特征在于，所述三元锂电池组中电池模块的数量为8-10组。

9.一种根据权利要求1所述的三元锂电池电焊机的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

接收控制信号；

若所述控制信号为引弧信号，所述控制器控制所述引弧开关和第一恒流开关打开且控制所述第二恒流开关关断；

若所述控制信号为恒流焊接信号，所述控制器控制所述引弧开关关断且控制所述第一恒流开关和第二恒流开关彼此互补开断。

10.根据权利要求9所述的三元锂电池电焊机的控制方法，其特征在于，所述“若所述控制信号为引弧信号，所述控制器控制所述引弧开关和第一恒流开关打开且控制所述第二恒流开关关断”还包括：

接收电路负载信号；

若所述负载信号所表征的电路负载值超过预设阈值，所述控制器控制所述引弧开关关断。