CN106300594B - 一种强电流供应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强电流供应系统，包括供电单元，其用以给整个系统提供电能；快速充电单元；存储阵列单元，其与快速充电单元电连接，存储阵列单元用于储存强电流输出时所需消耗的电能；一个或数个排布成阵列的电能转换单元，其从存储阵列单元获取电能，降压后输出持续稳定电流；强电流汇合机构，其用于将数个电能转换单元输出的电流汇集；工作部单元，工作部单元与强电流汇合机构电连接，并向工作部供应电能；还包括有系统控制器，系统控制器与快速充电单元、存储阵列单元、电能转换单元、强电流汇合机构、工作部单元分别相连。本发明中给出了100A以上乃至10000A以上强电流供应系统，可以大幅减小设备重量和设备体积。

Description

一种强电流供应系统

技术领域

本发明涉及电力电工，自动化生产制造、五金加工技术领域，还涉及3D打印技术领域，及其他需要强电流供应的系统。

背景技术

碰焊机原理是焊件组合后通过正负电极施加压力，使强电流通过正负电极之间接头的接触面及邻近区域，利用电流产生的电阻热进行焊接的方法。也称为电阻焊，冷焊。

碰焊工艺优点甚多，如无需焊料直接焊接，焊接速度快，异材焊接，焊接没有电弧或者电弧较小，能焊较薄的金属板材板，较细线材，焊后工件变形较小等。

另外根据碰焊材料种类，厚度，及相应熔点，电阻率，热导率等区别，工作需要的电流从百安培到上万安培。由于此类焊接工作需要很高的电流，常规碰焊机主要使用变压器换能，将200-380V转换到10V以下的低压工作，变压器次级绕组使用铜板线并饶，可以承受很高的电流负荷。近年来又发展出现了以法拉电容作为储能器件，借助其超低内阻，可承受瞬间强电流放电负荷，被使用在一些500A左右的小型电池生产碰焊设备上。但是无论哪种碰焊设备都有一个共同的问题，设备极其沉重，500A设备5KG左右，18KA设备重达60KG左右，不易搬移。另外随着工作电流越大，设备造价大幅上涨，以致于大型碰焊设备通常只有大型生产加工厂房使用。

随着生产自动化程度越来越高，24小时不间断工作机器人之列的焊接机械臂等会逐渐普及，但是碰焊装备机械臂遇到前所未有的难题，体积大，设备沉重，即使机械臂上只装导引强电流的铜线，重量也相当可观，伴随线缆寿命问题，同时对供电电网的瞬间负载能力也造成挑战，大幅提升装备碰焊的成本代价。如何实现1000A级，10000A级强电流供应核心的小型化，轻量化，智能化成为碰焊技术发展的一大阻碍。

另外其他技术领域也存在电阻发热原理工作部件需大电流供应的技术瓶颈，限制了部分技术的革新。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术之不足而提供一种强电流供应系统，本发明目的在于克服上述弊病和顺应上述发展趋势，发明中提出了100A以上，至1000A级别乃至10000A以上强电流供应及配套运用系统，可以大幅减小设备重量和设备体积，同时兼备成本优势，易于与其他系统集成。特别指出，较低电流配置设备在本发明系统下实现了以内置电池供电为前提的无拖拽供电线缆型手持设备。为需要强电流供应之设备的技术发展，提供了一种新的解决方案，同时因之体积小，工作波形易于控制，使其能更易于与自动化生产设备如机械手结合。

为实现上述目的，本发明提供一种强电流供应系统，包括：

供电单元，其用以给整个系统提供电能；

快速充电单元，其与供电单元电连接；

存储阵列单元，其与快速充电单元电连接，所述快速充电单元用于给所述存储阵列单元充电，所述存储阵列单元用于储存强电流输出时所需消耗的电能；

一个或数个排布成阵列的电能转换单元，其从所述存储阵列单元获取电能，降压后输出持续稳定电流；

强电流汇合机构，其用于将数个所述电能转换单元输出的电流汇集，并向工作部供应电能；

工作部单元，所述工作部单元与所述强电流汇合机构电连接；

还包括有系统控制器，所述系统控制器与所述快速充电单元、存储阵列单元、电能转换单元、强电流汇合机构、工作部单元分别相连，其负责配置和管理各个单元的工作。

优选的，所述供电单元为电池或者与电源相连的电源插口。

优选的，所述存储阵列单元中的储能器件是法拉电容、石墨烯电容或特种高倍率锂电池。

优选的，所述电能转换单元包括DC-DC单元，所述DC-DC单元包括有内部控制器，其从DC-DC单元外部获取反馈信号或者补偿信号，用以对所述DC-DC单元进行控制和补偿；所述电流间接采集放大单元与所述系统控制器、DC-DC单元、信号加权单元分别相连；所述漂移补偿单元与所述信号加权单元相连，所述信号加权单元与DC-DC内部控制器相连；

其中，所述DC-DC单元直接与所述存储阵列单元相连，并将所述存储阵列单元送来的电能转换为低电压、强电流的电能进行输出；

信号加权单元将电流间接采集和放大单元和系统控制器以及漂移补偿单元送来的信号按照预设比例曲线进行加权后，送到DC-DC单元；

漂移补偿单元用于提供阵列的电能转换单元内部各个单元的静态和动态修正，使阵列中的每个电能转换单元性能一致；

电流间接采集和放大单元，其采用间接测量方式测量每个电能转换单元输出电流，降低电流带来的额外功率耗散；

优选的，间接测量方式为等效电感内阻DCR的并联RC网络方案、或在电流线附近做磁通量检测以及利用输入电流换算得知输出电流(当然，也可以采用其他方法得知输出电流)；

采集到的电流波形将送给系统控制器，进行实时数据分析及保存。

优选的，所述强电流汇合机构采用共轴组织形式或者采用横列乘竖列组织形式。

优选的，所述系统控制器包括有波形输出单元、电压电流采集单元、模式、波形发生器单元、快速PID单元；

电能转换单元组成阵列，成为阵列单元；一定数量的电能转换单元可组成子阵列；

优选的，波形输出单元，其由DAC实时输出动态修正后控制调整波形，送到每个阵列单元或子阵列，使每个单元输出能够接近或到达预期值；

优选的，电压电流采集单元，其由ADC实时采集每个阵列单元或子阵列送来的输出电流情况和末端强电流汇合机构的电压情况；

模式及波形发生器单元，其通过快速对比当前系统输出波形，与内部数据进行比较后，根据偏差程度换算出新的修正波形数据，然后发给波形输出单元生成波形；

快速PID单元，其实时换算出目前功率输出瞬时功率和累计功率，为模式及波形发生器单元做波形修正提供准确快速的数据支撑；

所述系统控制器还与显示屏、散热系统、通信系统相连，所述显示屏用于提供用户界面、输出可视化配置参数和系统状态。

优选的，所述散热系统包括有系统工作温度采集装置、散热装置。所述系统控制器上的通信口，通信口通过信号接口与其他设备相连。信号接口负责与外部控制器或上层系统通信，用于工作参数设定，状态报告，和每次焊接质量评估等。

优选的，所述散热系统可以是风冷散热系统或者水冷散热系统。

优选的，所述显示屏是OLED屏。

优选的，所述快速充电单元还与系统控制器相连。

优选的，多个所述电能转换单元可以形成一个子阵列，而在本发明中还可以使用多个子阵列。当涉及多个子阵列时，系统控制器通过分组来分别控制每个子阵列。

优选的，所述工作部单元是碰焊设备的焊针或者3D单元设备的熔融喷头。

本发明的工作原理：

由供电单元提供低压直流电送到快速充电单元，快速充电单元根据系统控制器给出的充电曲线，给存储阵列单元充电，系统控制器获知存储阵列单元充满后系统进入待触发状态。当收到触发信号，电能转换单元组成的阵列被系统控制器使能并启动电能从高电位向低电位转换，电能转换单元阵列输出电流汇集到强电流汇合机构，工作部单元最终获取到工作所需强电流。

当系统触发后，系统控制器单元使能电能转换单元阵列，于是强电流汇合机构单元处电压开始建立，同时包含了电流间接采集和放大单元的电能转换单元向外输出本单元电流测量波形，系统控制器内电压电流采集单元采集到输出电压，和电能转换单元阵列内电流间接采集和放大单元测量得到的多组电流输出值，这些数据在快速PID单元内快速计算出输出瞬时功率和累计功率，数据送往模式及波形发生器单元，模式及波形发生器单元根据预设波形对比后产生修正后波形数据发往波形输出单元输出波形，修正后的控制波形被送到每个电能转换单元内的信号加权单元，信号加权单元将之与另外两个补偿信号加权后送给DC-DC单元，用以调整DC-DC单元的工作状态。于是DC-DC单元和强电流汇合机构单元->电压电流采集单元->快速PID单元->模式及波形发生器单元->波形输出单元->DC-DC单元形成闭环控制网络，系统控制器参与的所述控制环路单次控制流程需达到100us以下。在此控制环路作用下，系统得以输出接近预设波形的稳定电流。

另外由于本发明系统中每个电能转换单元相互存在差异，以及瞬时工作状态的差别等，要使DC-DC单元输出稳定的电流，在每个独立的电能转换单元内，电流间接采集和放大单元还参与将检测到的DC-DC单元输出电流波形通过信号加权单元反馈给DC-DC单元，即DC-DC单元->电流间接采集和放大单元->信号加权单元->DC-DC单元形成高速闭环控制网络，如果DC-DC单元使用IC元件带恒流或限流等稳定输出电流功能，信号加权单元到DC-DC单元的反馈可以减弱或撤销。此外本发明系统还包含漂移补偿单元，用以补偿元器件参数偏离，工作温升等导致电能转换单元特性的离散。上述两个反馈及补偿措施保证了DC-DC单元在不出现瞬时异常的同时输出持续而稳定。

当系统触发后系统控制器参照预设波形控制输出直至波形时间完结，系统控制器控制所有电能转换单元停止输出。整个电能输出过程系统控制器将所有采集数据保存，便于实时或电能输出结束后进行数据分析。对于电能输出过程中可能出现的异常，是通过评估输出累积功率是否超出范围，电流电压线性关系是否符合预设配置中电阻率特性，电能输出期间各参数波形是否异常波动断续等特征来完成的。分析完毕系统控制器通过OLED给出警示或透过信号通信接口上报。

电能输出结束的同时，系统控制器使能快速充电单元向储能阵列充电，储能阵列电量充足时，系统可被再次触发。对于存储阵列单元内部分为两组交替工作的储能阵列，系统控制器保持非放电组处于充电或满充状态。对于存储阵列单元内部为其他高能存储器件的，不做赘述。

本发明可以提供强电流供应，且体积小，重量轻，易于在各种场合下使用。

附图说明

图1是本发明系统模块关系及工作流程图；

图2是本发明提供的电路电子系统较佳实现系统图；

图3是图1是本发明实施例三的一种移动手持碰焊设备较佳实现图；

图4是图3的底部剖视图；

图5是本发明实施例四提供的另一种移动手持碰焊设备较佳实现图

图6是图5的顶部剖视图；

图7是本发明图8所示公式相对应元器件图；

图8是本发明电流间接采集之DCR等效电感内阻方法的公式推导图；

图9是本发明实施例3D打印熔融喷头，配合本发明强电流供应系统之较佳实现；

图10是图9的剖面图；

图11是图10的顶部放大图；

图12是本发明便于理解的系统简化图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例一：

请参阅图1，工频变压器和DC-DC电源转换电路其能量输入输出间都遵循规律，W(有效)＝W(总)×η，η为电源转换效率，上式也可表达为I(输出)×V(输出)＝I(输入)/V(输入)×η。在输入功率，负载功率和转换效率不变的前提下，输入电压越高，输入电流越小。输出电压越低，输出电流越大。工频变压器和DC-DC变换电路在一定技术条件下具有相同特性，可将DC-DC电源转换电路作为强电流输出系统的主要功能部分。但同时由于DC-DC输入电压较低，输出短路后系统失效等与工频变压器诸多区别，运用DC-DC电源转换电路实现强电流输出系统需要配合高精度采集，高速反馈，高速控制，波形拟合等多种技术配合才能实现。

如图1是本发明提出的系统架构，系统中包含许多功能单元，下面简述各单元功能。

电池或电源单元(供电单元)101，当本发明设备类型为移动设备时即为电池，作为使用电源或其他外接电源时即为电源或电源接口。本单元主要给整个系统提供足够工作电量。

快速充电单元102是给与系统储能阵列充电使用，功率较大，输出电流电压范围较宽，满足将储能阵列从空电或亏电状态迅速冲满至可用电压。同时还应起到避免快速充电单元103瞬间放电时对101的冲击作用。另外本单元还具备，在储能阵列低电压时充电电流大，随电压升高，充电电流逐渐减小，基本保持充电功率稳定的特性。

存储阵列103单元用于储存强电流输出时所需消耗的电能。对于碰焊机此类脉冲输出的设备应配置为单次使用电量或单次使用电量的两倍容量，也可为A、B两组交替等使用。对于设备需要持续输出电流的，要保证能够稳定电能转换单元104输入电压的需要。储能器件可为法拉电容，石墨烯电容或特种高倍率锂电池等可快速充电，并可承受瞬时强电流输出等类型元件。储能阵列电压值需视后端电能转换单元104耐压和DC-DC转换效率等综合因素决定。

电能转换单元104，是本发明系统工作核心单元，内部包含DC-DC单元105，电流间接采集和放大单元108，信号加权单元106，漂移补偿单元107等功能电路。电能转换单元104完成从储能阵列获取电能，降压后输出持续稳定电流。本发明系统中，数量可扩展的电能转换单元104组成电流输出阵列，阵列输出电流通过低电阻路径输送给强电流汇合机构单元109。

DC-DC单元105，将从快速充电单元103单元送来电能转换为低电压，强电流输出。DC-DC单元105中内有控制器(CU即control unit)，其可以获取反馈或者补偿等外部信号，便于本系统进行控制和补偿。

信号加权单元106，将电流间接采集和放大单元108和系统控制器111以及漂移补偿单元107送来的信号按照预设比例曲线进行加权后，送到DC-DC单元105。

漂移补偿单元107，本发明系统包含若干个电能转换的单元104，电能转换单元104又组成阵列。每个单元或子阵列因为温度，布局，器件离散等必然存在不同，使得本发明系统需要留出额外裕量，才能保证每个单元工作时都处于正常状态。漂移补偿单元107用于提供电能转换单元104内部各单元的静态和动态修正，使每个电能转换的电能转换单元104性能一致。为达到更好的效果，电能转换单元104的静态离散需在测试时于漂移补偿单元107内部进行设置。

电流间接采集和放大单元108，使用间接方式测量每个电能转换单元104实时输出电流波形，尽量降低测量带来的额外功率耗散。间接测量方法包括但不限于实施例2里介绍的等效电感内阻(DCR)的并联RC网络方案,或于电流线附近做磁通量检测，以及利用输入电流换算输出电流等方法。采集到的电流波形将送给系统控制器111采集后进行实时数据分析及保存。本发明系统在电能转换单元104个体一致性较高的情况下，可根据电能转换单元104的阵列组成情况，适当减少电压电流采集单元114采集电流间接采集和放大单元108输出电流波形的数量，即减少了系统控制器111内ADC通道数和线路数量从而降低系统复杂度。

强电流汇合机构单元109，是经过优化的结构架构形式，用于高效的将多个电能转换单元104输出的电流汇集，并送到系统工作部。本发明的实施例三提供了共轴组织形式和实施例四M×N(横列×竖列)组织形式两种基本的优化模式给与说明和借鉴。

工作部单元110，对于碰焊设备而言，在配套的压力机构上，安装了系统最末端的焊针，一般为闭合钳式对针或开放直针形式两种基本焊针安装方案及相应的加压机构。手持便携化的碰焊设备的工作部还具有触发装置，便于操作施工。大型机本部分还包括了水冷循环管道等制冷措施。对于3D打印设备而言，工作部即熔融喷头。

系统控制器单元111，负责配置和管理各个单元的工作，当系统对外输出时，负责分析输出功率，电压电流波形，根据预设，通过波形输出单元113输出修正后波形，以调整电能转换单元104的输出曲线。接受用户配置，预定义，检测系统异常，报警等。

波形拟合线输出线排112，其用于将信号送到每个阵列单元或子阵列。

波形输出单元113，由DAC实时输出动态修正后控制调整波形，送到每个阵列单元或子阵列，使每个单元输出能够接近或到达预期值。

电压电流采集单元114，由ADC实时采集每个阵列单元或子阵列送来的输出电流情况和末端强电流汇合机构单元109的输出电压情况。

模式及波形发生器单元115，快速对比目前系统输出波形，与内部数据进行比较后，根据偏差程度换算出新的修正波形数据，然后发给波形输出单元113生成波形。

显示屏单元116，提供用户界面，输出可视化配置参数，系统状态等。

快速PID单元117，由于每次焊接电流从始至终只能接近预期，会高于或低于期望输出的能量总和，所以需要快速PID单元117实时换算出目前功率输出瞬时功率和累计功率，为模式及波形发生器单元做波形修正提供准确快速的数据支撑，保证每次焊接的质量和成功率。

电流波形采集线排118，来自每个阵列单元或子阵列。

系统工作温度采集和散热装置119，采集系统重要工作电路工作温度，控制并驱动散热系统。对于大型设备可检测和驱动其常规使用的水冷系统。

信号接口120负责与外部控制器或上层系统通信，用于工作参数设定，状态报告，和每次焊接质量评估等能容。

本例用于结合实际进一步阐述本发明系统架构，工作流程，以及调整机制等内容。

实施例二

图2是本发明电路电子系统较佳实现系统图，详述如下：

系统供电电池或电源201，本实施例中使用满充电压16.8V的高倍率锂电池。

快速充电单元202，使用LTC3789给予系统储能法拉电容阵列203充电，其支持输出支持升降压转换，具有限流功能。

系统储能法拉电容阵列203，使用大容量20-200F的法拉电容串联和并联后，充电后电压达到15V。

电能转换单元204，即如图1所述的电能转换单元104，是一个功能集合大致划分。

DC-DC单元205，本实施例使用LTM4650，此芯片支持2X25A连续输出，500A级的碰焊设备需10颗组成10个204单元。

信号加权单元206，本例中由电阻电容网络组成。

漂移补偿单元207，用于补偿电路温度变化，和电子电路器件特性离散，使得每个204一致。

电流间接采集和放大单元由208和209组成，本实施例中使用等效电感内阻(DCR)法，测量DC-DC单元205的输出电流。OPA336即208精密低漂移放大器。

强电流汇合机构单元210，使用导电良好的黄铜加工出的强电流五金结构件，在上面能够支持安装多个204单元或204组成的子阵列模块。

工作部单元211，使用钨合金做碰焊针的工作部，包含触发系统的开关和碰焊必须的压力机构和配套的冷却系统。

系统控制器212，即图1中系统控制器111，本例使用STM32F103系列单片机满足系统对多路DAC和ADC，高速DMA满足数据搬移以及高速处理的需要。系统控制器212内置本系统控制程序和输出波形快速调整算法。

波形拟合线输出线排213，系统控制器212发送给电能转换单元204或子阵列的控制调整波形，本例中使用系统控制器212的DAC转换出的电压型控制信号，ADC通过216线排获取OPA336精密低漂移放大器208转换出的204单元或子阵列电流情况的电压波形。图2中，214和215是分别是系统控制器212内部的DAC和ADC，转换时间可达5u以下。

系统显示屏217，本例使用低功耗的OLED，可自发光，黑暗环境可正常使用。

ADC&IO单元218，用于系统控制器212采集系统温度和控制风冷和水冷系统。

219，提供系统温度检测和散热。

R485/CAN通信总线电信号转换单元220，为本系统与外部通信的上下行数据接口。

本实施例工作流程是这样的，开机后，202根据MCU212发出的充电曲线要求，将系统储能法拉电容阵列203充至15V，而后系统进入待触发状态，由显示屏给出状态提示，同时屏幕还会显示剩余电量，输出电流波形及脉冲时间，电流等级配置等信息，操作人员使用键盘选择适用波形，电流，脉冲时间等参数后，使用工作部单元211夹持待加工工件并预压稳定后，使用工作部单元211上的触发开关触发系统的碰焊工作流程，触发后，MCU212根据电流等级设定，启动部分或所有电能转换单元204，经MCU212给出初期启动电流配置信号。随后强电流汇合机构单元210上建立预设波形初期电压，放大器208输出各单元或子阵列的初期电流，MCU212采集并分析当前数据与预设波形差异，经MCU212内部程序计算后给出修正后控制信号，经DAC214发出到各电能转换单元204，之后循环上述过程直至预设波形时间终结。整个焊接过程MCU212将所有采集数据保存，焊接结束后进行数据分析。对于焊接中可能出现的焊接异常，是通过评估累积功率是否超出范围，电流电压线性关系是否符合预设中焊接工件电阻率特性，焊接期间各参数波形是否异常波动断续等情况，系统控制器即图1中111，本例中为MCU212可做出判断，并通过OLED给出警示或透过单元220通信接口上报。

本实施例之电流间接测试方法采用等效电感内阻法(DCR)即图2中209，如图7，一般降压型DC-DC电路电感前由上下两个MOS管组成图腾柱式斩波输出电路，电感后为输出滤波电容，本实施例中在DC-DC单元205内电感两端并联一个RC滤波网络，由于电感存在内阻DCR，电感等效为一个理想电感串联一个等于电感内阻的理想电阻。电感两端存在交直流叠加波形时，电感内阻存在分压，电容的等效阻抗也存在分压，欲使电容两端电压等于电流流过电感内阻所产生的电压，必须满足图8公式，由公式推导出若要等式成立只要满足电感支路和RC支路时间常数一致即可。电路设计时需选用基本满足图8等式参数的元器件，但由于电感，电阻，电容，都会因为温度变化等因素改变参数，仍需漂移补偿单元207给予漂移补偿。此外电能转换单元204或子阵列之间也存在静态的元件参数差异，207同时给予204一定程度的补正。

实施例三

如图3、图4是本发明提供的移动手持碰焊设备较佳实现图。本例包含了图1所述104(电能转换)单元组成阵列的一种较佳共轴排列组合形式，及其他用于实施本发明的优化设计要素，详述如下：

301，手动预压和触发按钮一体化机构。内装两级压力系统，在单一机构下实现预压和触发焊接功能。

302，钨合金碰焊针，根据碰焊要求不同，可以配置锥形头，或如图的刀形头。

303，即图1所述104(电能转换)单元组成之共轴排列子阵列板卡，每个子阵列板卡包含如图4所示三个104单元。

304，系统控制器单元承载板卡，此板卡上是以MCU作为控制器的控制板。由FPC线缆与其他板卡和OLED等连接。

305，可高倍率放电锂电池。

306，工作部保护外壳。

307，系统设置按钮。

308，OLED屏，显示系统工作状态信息，配置界面等。

309，设备正极电流输出导电螺纹铜柱。

310，设备负极电流输出导电螺纹铜柱。如图3中所示，309和310各自为设备输出的正负极导通电流。310围绕309呈共轴排布。

312，法拉电容储能阵列。

313，即图1所述，虚线圆圈内即为104电能转换单元，位于303板卡上。

314，设备保护壳。

在本实施例，系统输出功率大小可以通过调整303子阵列单元数量以及适配相应采集和控制通道数的304系统控制器板卡。本实施例的输出能力可以这样换算，303包括4个子阵列板卡，每个303板卡内有3个单元，总单元数即4×3＝12单元，若全部使用最大输出25A的单元，合计峰值可以输出300A。

焊接时操作时，操作人员手握设备，根据熔接工件厚度，材质，焊接所需时间等使用307进行选择，然后将待焊接到一起的两个工件插入302上下焊针之间的缝隙，再用食指按压301，301按压时人手能够通过力度感知到力有不同的两级，第一级按压力实现焊件的预压紧，第二级需食指增加力度基础上继续下压，当第二级按压到位的同时，301内部的开关触发系统启动焊接过程，焊接结束后308会给出一些焊接信息和设备电量信息等。本实施例的板卡或功能单元分割以及外观等仅为本发明系统的一种较佳实施方案。

实施例四

如图5、图6包含了图1所述104(电能转换)单元组成阵列的一种较佳M×N排列组合形式，及其他用于实施本发明的优化设计要素，详述如下：

401，多股电流传导硅胶线，导线一端接407，一端接402。

402，铜质碰焊针夹持柄，其装在滑动轨道405上，实现左右焊针独立上下滑动。

403，钨合金碰焊针，根据碰焊要求不同，可以配置锥形头，刀形头或其他焊针。

404，绝缘材质的双联滑轨机构，相对于405而言是死端。

405，单滑轨机构，相对于404而言是动端。

406，即图1所述电能转换单元104组成之M×N阵列板卡，本实施例包含10个子阵列。

407，即图1所述109之强电流汇合机构，为两块铜板侧立于406两边，406输出电流经407传导至401,401输送给402，继而最终传导给403钨合金焊针。

408，即图1所述存储整列。本实施例电源由外部获取，不附带电池部分。

409，即图1所述电能转换单元，本实施例中每个子阵列包含6个电能转换单元。

本实施例的输出能力可以这样换算，如图4所示406有10个子阵列，409有6个单元，总单元数即10×6＝60单元，若全部使用最大输出25A的单元，合计峰值可以输出1500A。本实施例适合装配于自动机械手，或配备电源后作为一般碰焊设备使用；由于重量轻，体积小，配置电池后也可作为手持碰焊或熔接设备使用。

实施例五

图9、图10、图11是本发明实施例3D打印熔融喷头，配合本发明强电流供应系统之较佳实现，详述如下：

501是本熔融喷头顶部发热核心，顶部有喷出孔509，加热熔融后的打印材料可从孔中喷出。喷头整体由耐高温之高电阻率材料或绝缘材料，头部加工为锥形后，表面电镀(或高温蒸镀等其他方法)一层低电阻率材料覆盖后制造得来，之后需添加502特征，如下。

502是除头部以外贯穿整个熔融喷头下半身的分割线，目的是将505和506分割为两个独立电极，在喷头顶部电流可以连通。

503是在熔融喷头整体使用导电材质时，502已将除喷头顶部以外整体切开分为两半的前提下加固使用，或可采取其他增强熔融喷头之措施；如果熔融喷头整体使用绝缘材质时，502可为激光加工之刻线，503即可撤销；

504是本熔融喷头三种打印物料之进料管导管，三个进料导管将打印物料引入熔融喷头内，最终汇聚到喷头顶部附近；送入的三种物料可有不同颜色；不同材质，如ABS和PLA；不同熔点,如锡和PLA等。

505和506是熔融喷头电流输入的两个电极。

507是本实施例中熔融喷头整体使用导电材质前提下，线切割加工分离左右电极的切割槽。

508是本实施例导引物料管之内壁，向上逐渐收缩变小。

509是本熔融喷头之喷出孔。

本喷头是这样工作的，由于加在两个电极505和506的电流只能在喷头顶部很小区域内流过，同时因顶部导电材料相较于喷头其他部位偏少偏薄，强电流流过将产生显著的电阻热效应(即，发热功率P＝I×I×R)。配合本发明之强电流供应系统，可提供持续稳定可控的预期电流使喷头顶部发热升温直至打印材料融化。

本熔融喷头可实现分时打印三种不同物料，是这样实现的，由于某一时刻在喷头内部三个进料导管内物料只允许一种物料被加热，另外两种物料需抽退到不干涉其他物料进料位置。三种物料自动更换时，只需进行三种物料抽退，再推进所需打印物料即可。

本熔融喷头加热行程极短，喷头挤出和抽退操作阻力小；加热速度快，热量散失小；可有效减小打印材料热膨胀；本熔融喷头顶端温度最高，在逐层打印中可快速加热上一层表面，可有效提高前后层的再融合强度。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种强电流供应系统，其特征在于，包括：

供电单元，其用以给整个系统提供电能；快速充电单元，其与供电单元电连接；存储阵列单元，其与快速充电单元电连接，所述快速充电单元用于给所述存储阵列单元充电，所述存储阵列单元用于储存强电流输出时所需消耗的电能；一个或数个排布成阵列的电能转换单元，其从所述存储阵列单元获取电能，降压后输出持续稳定电流；强电流汇合机构，其用于将数个所述电能转换单元输出的电流汇集；所述强电流汇合机构与工作部单元电连接，并向工作部供应电能；还包括有系统控制器，所述系统控制器与所述快速充电单元、存储阵列单元、电能转换单元、强电流汇合机构、工作部单元、显示屏以及散热系统分别相连，其负责配置和管理各个单元的工作；

所述供电单元为电池或者与电源相连的电源插口；

所述存储阵列单元中的储能器件是法拉电容、石墨烯电容或特种高倍率锂电池；

所述电能转换单元包括DC-DC单元，所述DC-DC单元包括有内部控制器，其从DC-DC单元外部获取反馈信号或者补偿信号，用以对所述DC-DC单元进行控制和补偿；电流间接采集放大单元与所述系统控制器、DC-DC单元、信号加权单元分别相连；漂移补偿单元与所述信号加权单元相连，所述信号加权单元与DC-DC内部控制器相连；

其中，所述DC-DC单元直接与所述存储阵列单元相连，并将所述存储阵列单元送来的电能转换为低电压、强电流的电能进行输出；

信号加权单元将电流间接采集和放大单元和系统控制器以及漂移补偿单元送来的信号按照预设比例曲线进行加权后，送到DC-DC单元；

漂移补偿单元用于提供阵列的电能转换单元内部各个单元的静态和动态修正，使阵列中的每个电能转换单元性能一致；

电流间接采集和放大单元，其采用间接测量方式测量每个电能转换单元输出电流，降低电流带来的额外功率耗散；

间接测量方式为等效电感内阻DCR的并联RC网络方案、或在电流线附近做磁通量检测以及利用输入电流换算输出电流；

采集到的电流波形将送给系统控制器，进行实时数据分析及保存。

2.根据权利要求1所述的强电流供应系统，其特征在于，所述强电流汇合机构采用共轴组织形式或者采用横列乘竖列组织形式。

3.根据权利要求2所述的强电流供应系统，其特征在于，

所述系统控制器包括有波形输出单元、电压电流采集单元、模式及波形发生器单元、快速PID单元；

电能转换单元组成阵列，成为阵列单元；一定数量的电能转换单元可组成子阵列；

波形输出单元，其实时输出动态修正后控制调整波形，送到每个阵列单元或子阵列，使每个单元输出能够接近或到达预期值；

电压电流采集单元，其实时采集每个阵列单元或子阵列送来的输出电流情况和末端强电流汇合机构的电压情况；

模式及波形发生器单元，其通过快速对比当前系统输出波形，与内部数据进行比较后，根据偏差程度换算出新的修正波形数据，然后发给波形输出单元生成波形；

快速PID单元，其实时换算出目前功率输出瞬时功率和累计功率，为模式及波形发生器单元做波形修正提供准确快速的数据支撑；

所述系统控制器还与显示屏、散热系统、通信系统相连，所述显示屏用于提供用户界面、输出可视化配置参数和系统状态。

4.根据权利要求3所述的强电流供应系统，其特征在于，所述散热系统包括有系统工作温度采集装置、散热装置以及系统控制器上的通信口，所述通信口通过信号接口与其他设备相连。