CN107838533A - 具有辅助充电器的焊接系统 - Google Patents

Abstract

一种焊接系统，包括发动机，所述发动机配置为驱动发电机以产生第一电力输出。所述焊接系统还包括电池，所述电池配置为放出能量以产生第二电力输出。此外，所述焊接系统包括耦接至电池和发电机的辅助充电器。辅助充电器配置为当第一和第二电力输出从基本负荷减少时维持电池的浮充电。

Description

具有辅助充电器的焊接系统

本申请为申请日为2014年2月24日、国际申请号为PCT/US2014/018118、国家申请号为201480013795.8、发明名称为“具有辅助充电器的焊接系统”的发明专利申请的分案申请。

背景技术

本发明总体上涉及焊接系统，并且更具体而言，涉及具有辅助充电器的混合发动机驱动的焊接系统。

在许多行业和应用中，焊接已经成为一种日益普遍的过程。因此，各种焊接应用(例如，建造和造船)可需要便携的且易于运输到偏远焊接地点的焊接设备。因此，在一些情况下，通常期望此类焊接设备作为远离电网或其他主电源的独立的单元可操作。因此，现已开发了多种利用替代电源(例如，电池)的焊接系统。此外，在焊接操作期间，一些焊接负荷需求可能较低(例如，低于150安培)，并且为了满足此类较低的负荷需求，启动发动机-发电机单元。然而，通过启动发动机-发电机单元来满足此类较低的负荷需求通常效率较低。因此，需要能克服此类缺点的混合焊接系统。

发明内容

在一个示例性实施例中，焊接系统包括发动机，所述发动机配置为驱动发电机以产生第一电力输出。焊接系统还包括电池，所述电池配置为放出能量以产生第二电力输出。此外，焊接系统包括与电池和发电机耦接的辅助充电器。辅助充电器配置为当第一和第二电力输出从基本负荷减少时维持电池的浮充电。

在另一个实施例中，混合焊接供电单元包括与电池耦接的辅助充电器。辅助充电器配置为当由混合焊接供电单元产生的电力输出从基本负荷减少时维持电池的浮充电。

在另一个实施例中，方法包括当由混合焊接供电单元产生的电力输出从基本负荷减少时维持混合焊接供电单元的电池的浮充电。

附图说明

当参考附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。在整个附图中，相同的标记代表相同的部件，其中：

图1是示例性混合焊接系统的立体图，所述混合焊接系统起到为焊接操作和/或辅助设备供电、控制和提供耗材的作用；

图2是图1中的混合供电单元的示意图；

图3示出了图2中混合供电单元的电池的充电周期的多个充电阶段；

图4是图2中的混合供电单元的示意图，其中，辅助充电器利用来自混合供电单元的发动机的交流发电机的电力来维持电池的浮充电；

图5是图2中的混合供电单元的示意图，其中，所述辅助充电器利用来自公用电源的电力来维持电池的浮充电；

图6是图2中的混合供电单元的示意图，其中，所述辅助充电器利用来自工作车辆的电力来维持电池的浮充电；以及

图7示出了多个能源中的任何一个能源如何向辅助充电器提供电力，以用于维持电池的浮充电的目的。

具体实施方式

如下文所详述的，提供了具有辅助充电器的焊接系统的实施例。具体来说，辅助充电器配置为维持电池的浮充电。更具体地，当由电池或通过发动机驱动的发电机产生的电力从基本负荷降低时，辅助充电器维持电池的浮充电。在某些实施例中，被辅助充电器用于维持浮充电的电力接收自发动机的交流发电机、公用电源(例如电网)、工作车辆的电力系统，或以上的组合。在某些实施例中，控制器可用于选择性地控制这些电源的哪些可被辅助充电器用于维持浮充电。

现转向附图，图1是示例性混合焊接系统10的立体图，所述混合焊接系统起到为焊接操作和/或辅助设备供电、控制和提供耗材的作用。混合焊接系统10包括建立在机柜或外壳14中的混合供电单元12。在一些实施例中，混合焊接系统10可配置为允许混合供电单元12相对容易地从一处移动到另一处，或者可设计为总体静态的系统。此外，混合焊接系统10可设计用于现场操作，在这种情况下，混合焊接系统10可包括提供所需电力且经过适当调制用于给定焊接操作的发动机-发电机单元、燃料电池和在外壳14内的能量存储装置中的至少一个。混合焊接系统10的实施例可设计为在接近于公用电源中的一个或多个电源或远离此类电源使用的情况下使用。因此，在一些实施例中，混合供电单元12可以通信地耦接至附加系统部件，例如壁式电源插座、电池、发动机驱动的电源等。然而，在其他实施例中，混合供电单元12可以适于作为独立的单元操作，以在与附加电源隔离的情况下产生焊接操作和/或辅助操作所需的电力。

混合供电单元12包括控制面板16，通过控制面板16，用户可以经由调节钮18、开关20等控制向焊接操作供应材料，例如电力、保护气体等。当用户经由控制面板16调节焊接参数时，产生了信号，并且该信号被混合供电单元12内的控制器接收。混合供电单元12的控制器根据这些输入实施期望的焊接操作。例如，在一个实施例中，控制器可以实施适用于与MIG焊接操作一起使用的恒压机制和送丝。

电极组件22从混合供电单元12延伸至焊缝位置。第一电缆24和焊接电极26作为电极组件22的部件耦接至混合供电单元12。电极26可以是适合于各种焊接过程的任意电极。例如，电极26可设置于适合于金属惰性气体保护焊(MIG)操作的焊炬中，设置于适合于焊条焊接操作的托管架中等。从混合供电单元12延伸至焊缝的工作组件28包括终止于工作引线夹32的第二电缆30。在操作期间，工作引线夹32一般连接至工件34以闭合电极26、工件34和混合供电单元12之间的电路，从而确保适当的电流流动。也就是说，当焊接操作员将电极26的端部接触或者紧密地靠近工件34时，通过电缆24和30、电极26、工件34和夹32的电路形成，以在电极端部和工件34之间形成电弧。

图2是图1中的混合供电单元12的示意图。如图所示的，混合供电单元12包括控制器36、包括发动机40和发电机42的发动机-发电机单元38、辅助充电器44、电池46、转换器48和焊接电力转换器50。混合供电单元12包括耦接至辅助输出52的输出终端、示出为焊炬的焊接输出26以及接地(或共用)32。

在所示的实施例中，发动机-发电机单元38和电池46分别耦接至单独的电力转换器、焊接电力转换器50和转换器48。然而，在其他实施例中，单个电力转换器可配置为接收来自发动机-发电机单元38和电池46两者的电力，并且配置为将此进线电力转换为一个或多个合适的电力输出。进一步地，所示的实施例示出了发动机-发电机单元38、焊接电力转换器50、电池46以及容纳在单个机械外壳中的转换器48。然而，在其他实施例中，此类部件可能会以多种合适方式中的任何一种一起耦接至机械外壳中。例如，在一个实施例中，发动机-发电机单元38可与焊接电力转换器50耦接在一个外壳中，并且电池46和转换器48可容纳在另一个机械外壳中。在此种实施例中，单独的机械外壳可经由通过焊接环境的电缆耦接。

在操作中，正如下文所详述的，混合供电单元12配置为满足焊接操作的指令的电力水平。此指令的电力输出水平可根据电流强度、电压强度、焊丝类型、送丝速度、焊条直径等中的一个或多个进行指令。因此，发动机40配置为驱动发电机42以产生电力，所述电力可用于提供辅助输出52，用于经由辅助充电器44为电池46充电，和/或用于经由焊接电力转换器50为焊接输出供电。在一些实施例中，发动机40的额定功率可能低于约75马力，低于约55马力，低于约45马力，低于约35马力，低于约25马力，低于约15马力或者低于约5马力。例如，对于高电力焊接操作(例如，切割或气刨操作)，发动机40的额定功率可高达75马力，从而发动机40配置为满足焊接操作的高电力需求。

此外，电池46配置为放电以产生电力，所述电力可经由转换器48输送至焊炬26和/或通过合适的转换器输送至切割和/或气刨焊炬和/或辅助电力(例如，输送至合成辅助输出)。控制器36配置为接收与过程操作有关的输入(例如，传感器反馈、人工输入等)，并且配置为从发动机-发电机单元38和电池46中获取电力以按需产生电力。例如，此类实施例可能适用于低频率、高峰值电力需求的情况，在所述情况中，发动机-发电机输出通过能量存储装置输出补充。在此类实施例中，能量存储装置可能在较低的电力需求的情况下从发动机-发电机单元38重新充电或者当发动机-发电机单元38关闭时从另一个电源重新充电。

正如下文所更详细描述的，混合供电单元12配置为确保混合焊接系统10能在长时间休止后一经要求即能提供充足的焊接电力。在某些操作条件下，混合供电单元12需要提供的电力可能比发动机-发电机单元38能够单独产生的电力更多。例如，当混合供电单元12满负荷操作时，混合供电单元12在一定程度上放出存储在电池46内的电力。因此，发动机-发电机单元38必须在焊接完成之后运行一段时间，以重新为电池46充满电。

电池46的充电周期通常具有多个阶段56、58、60。例如，图3示出了电池46的充电周期的多个充电阶段。在第一阶段56(例如，“恒流充电”阶段)中，向电池46提供相对较高的电流，直至电池46中的电压达到极限电压。在第二阶段58(例如，“恒压充电”阶段)中，电池46的电压基本上保持恒定(例如，在几伏之内)，直至电池46内的电流降低至相对较低的水平(例如，小于约5安培)。当电池46内的电流达到该相对较低的水平之后，电池46的电压保持恒定固定的时间段。在第三阶段(例如，“浮充电”阶段)中，电池46内的电压基本上维持恒定不确定的时间段，从而尽管电池具有固有的自放电电流特性，电池仍能充满电。换言之，一旦电池46充满电，它可能仍然倾向于随时间推移而略微放电。

本文描述的辅助充电器44配置为确保电池46在浮充电阶段60保持充分充电。发动机40可能需要在满载额定速度下运行，以产生足够的电压以使电池46浮充电。当发动机40在其满载额定速度下运行时，发动机40所消耗的燃料比减慢速度而在空转速度操作时消耗的燃料更多。本文描述的实施例缩短了发动机40必须在满载额定速度下运行的时间量。更具体地，本文描述的实施例允许电池46进行浮充电，并且能在比以前所可能的更广的情况范围内进行满电力焊接。

更具体地，当由混合供电单元12产生的电力输出从基本负荷减小时，辅助充电器44维持电池46上的浮充电。例如，如图4所示的，在某些实施例中，辅助充电器44可能被提供有来自发动机40的交流发电机62的电力。当发动机40空转时，仍可经由交流发电机62足量地获取12伏(例如，交流发电机)的电力，以维持克服电池46的自放电所需的涓流充电(或浮充电)，从而使电池46保持在充满电的状态。作为另一个实例，如图5所示的，在某些实施例中，辅助充电器44可能被插入公用电源64(例如，电网)，并且可经由公用电源64维持电池46的浮充电。作为又一个示例，如图6所示的，辅助充电器44可连接至工作车辆(例如，公用载重汽车)的电力系统66。当载有混合供电单元12的工作车辆(例如，公用载重汽车)运行时，电池46的浮充电可通过车辆的电力维持。美国专利序列号7,870,915、7,908,911、8,257,056、8,261,717以及美国专利申请公布序列号2009/0193800、2009/0218327、2010/0199655、2010/0199950、2010/0316505、2010/0318283、2011/0052415、2011/0173963、2012/0023921、2012/0023922、2012/0023923、2012/0029775中更详细地描述了示例性工作车辆，兹为了所有目的以引用的方式将以上中的每一个并入本文中。

因此，如图7所示，可使用一个或多个能源68为辅助充电器44提供电力，并且当混合供电单元12产生从基本负荷减小的电力输出时(例如，当经由转换器48、50中的一个或两个产生的电力从基本负荷减小时)，辅助充电器44可使用由所述一个或多个能源68提供的电力来维持电池46的浮充电。例如，如果由转换器48、50中的任一个产生的电力输出以一些预定量从基本负荷或相对恒定的负荷减小(例如，减小约30％或更多，减小约20％或更多，减小约10％或更多，或其他减小量)，辅助充电器44可使用混合供电单元12的过量电力输出能力来维持电池46的浮充电。

在某些实施例中，上文所述的控制器36可被配置为选择性地调节使用上述哪些能源68(例如，发电机42、发动机40的交流发电机62、公用电源64、工作车辆的电力系统66等)来给辅助充电器44提供电力。更具体地，辅助充电器44可能连接至上述能源68中的一些或全部，并且控制器36可能配置为选择性地调节这些能源68中的哪些向辅助充电器44提供电力以实现维持电池46的浮充电的目的。

如本文所述的，尽管电池46在未被使用时具有随时间推移放电的固有倾向性，浮充电在电池未被使用时将电池46的充电维持在给定的(例如，最大的)充电等级附近。例如，在某些实施例中，当电池46未被使用时(例如，电池未向焊炬26提供电力时)，可以维持电池46的浮充电，从而保存电池46的全部容量以防需要来自电池46的电力。因此，在某些实施例中，从辅助充电器44提供浮充电可将电池46的完全充电维持在电池46的最大完全充电的大约5％以内，或者甚至大约1％以内。

尽管本文仅图示并描述了本发明的某些特征，但本领域技术人员可想到许多修改和改变。因此，应当理解的是，所附权利要求旨在涵盖所有落入本发明真实精神内的此类修改和改变。

Claims (23)

1.一种焊接系统，包括：

配置为驱动发电机的发动机；

焊接电力转换器，所述焊接电力转换器电耦接至所述发电机，其中所述电力转换器配置为产生第一电力输出；

电池电路，所述电池电路包括辅助充电器和电池，其中所述电池电路同时电耦接至所述发电机和所述焊接电力转换器，并且其中所述电池配置为放出能量以产生第二电力输出；并且

其中，所述辅助充电器配置为电耦接至独立于所述焊接系统的能量源，其中所述辅助充电器配置为维持所述电池的浮充电，并且其中所述辅助充电器配置为当所述发动机空转并且当所述电池没有被使用时接收来自所述能量源的电力并且利用从所述能量源接收的电力来维持所述电池的浮充电。

2.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述辅助充电器配置为从所述发电机接收电力，并且利用从所述发电机接收的电力来维持电池的浮充电。

3.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述能量源包括所述发动机的交流发电机，并且其中所述辅助充电器配置为在所述发动机空转时从所述发动机的所述交流发电机接收12伏的信号。

4.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述能量源包括公用电源，并且其中所述辅助充电器配置为从所述公用电源接收电力，并且利用从所述公用电源接收的电力来维持所述电池的浮充电。

5.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述能量源包括工作车辆的电力系统，并且其中所述辅助充电器配置为从所述工作车辆的所述电力系统接收电力，并且利用从所述电力系统接收的电力来维持所述电池的浮充电。

6.根据权利要求5所述的焊接系统，其中，所述工作车辆包括公用载重汽车。

7.根据权利要求1所述的焊接系统，包括控制器，所述控制器配置为选择电耦接至所述辅助充电器的多个能量源中的其中一个，其中所述多个能量源配置为向所述辅助充电器传输电力。

8.一种混合焊接供电单元，包括：

焊接电力转换器，所述焊接电力转换器通过发动机电耦接至发电机；以及

电池电路，所述电池电路包括辅助充电器和电池，其中所述电池电路同时电耦接至所述发电机和所述焊接电力转换器，其中所述辅助充电器配置为电耦接至独立于所述混合焊接供电单元的能量源，其中所述辅助充电器配置为从所述能量源接收电力，并且其中所述辅助充电器配置为当所述发动机空转并且当所述电池没有被使用时利用从所述能量源接收的电力来维持所述电池的浮充电。

9.根据权利要求8所述的混合焊接供电单元，其中，所述辅助充电器配置为从所述混合焊接供电单元的发动机-发电机单元的发电机接收电力，并且配置为利用从所述发电机接收的电力来维持所述电池的浮充电。

10.根据权利要求8所述的混合焊接供电单元，其中所述能量源包括公用电源，并且其中，所述辅助充电器配置为从所述公用电源接收电力，并且配置为利用从所述公用电源接收的电力来维持所述电池的浮充电。

11.根据权利要求8所述的混合焊接供电单元，其中所述能量源包括工作车辆的电力系统，并且其中，所述辅助充电器配置为从所述工作车辆的所述电力系统接收电力，并且配置为利用从所述电力系统接收的电力来维持所述电池的浮充电。

12.根据权利要求8所述的混合焊接供电单元，包括控制器，所述控制器配置为选择耦接到所述辅助充电器的多个能量源中的其中一个，其中，所述多个能量源配置为向所述辅助充电器传输电力。

13.根据权利要求8所述的混合焊接供电单元，其中所述能量源包括所述发动机的交流发电机。

14.根据权利要求13所述的混合焊接供电单元，其中所述辅助充电器配置为在所述发动机-发电机单元的发动机空转时从所述发动机的所述交流发电机接收12伏的信号。

15.一种方法，包括：

利用混合焊接供电单元的辅助充电器维持所述混合焊接供电单元的电池的浮充电，其中所述辅助充电器电耦接在所述电池与所述混合焊接供电单元的发动机-发电机单元的发电机之间，其中所述辅助充电器与所述电池同时电耦接至所述发动机-发电机单元和焊接电力转换器，其中所述辅助充电器配置为电耦接至独立于所述混合焊接供电单元的能量源，其中，所述辅助充电器配置为从所述能量源接收电力，并且其中所述辅助充电器配置为当所述发动机-发电机单元的发动机空转并且当所述电池没有被使用时，利用从所述能量源接收的电力来维持所述电池的浮充电。

16.根据权利要求15所述的方法，包括利用从所述混合焊接供电单元的发动机-发电机单元的所述发电机接收的电力来维持所述电池的浮充电。

17.根据权利要求15所述的方法，包括利用从公用电源接收的电力来维持所述电池的浮充电，其中所述公用电源与所述混合焊接供电单元电耦接。

18.根据权利要求15所述的方法，包括利用从工作车辆接收的电力来维持所述电池的浮充电，其中所述工作车辆与所述混合焊接供电单元电耦接。

19.根据权利要求15所述的方法，包括利用所述混合焊接供电单元的控制器选择电耦接到所述辅助充电器的多个能量源中的其中一个，其中所述多个能量源配置为向所述辅助充电器提供电力。

20.根据权利要求15所述的方法，包括利用从所述发动机的交流发电机接收的电力来维持所述电池的浮充电。

21.一种焊接系统，包括权利要求1-7中的任一技术特征或它们的任意组合。

22.一种混合焊接供电单元，包括权利要求8-14中的任一技术特征或它们的任意组合。

23.一种方法，包括权利要求15-20中的任一技术特征或它们的任意组合。