WO2021179604A1 - 锂电焊机工作电流调整方法 - Google Patents
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Abstract
锂电焊机工作电流调整方法，具有如下几个步骤：步骤1、对焊接电压和电流采样及锂电池供电电压和电流采样；步骤2、根据限流/边界电流公式Iout＝Ubat*Ibatmax*η/Uf计算，判断焊机工作过程中的电弧焊接状态，动态调整焊接电流；步骤3、输出调整后的焊接电流。该方法充分利用锂电池系统的峰值放电和连续放电性能，限流/边界电流公式Iout＝Ubat*Ibatmax*η/Uf对于焊接过程中正常焊接状态、短路状态、长电弧状态都适用，焊机焊接电流不局限于传统的横流设计方式，能得到更宽范围的输出电流，提高了焊接工艺性能，提高了焊接作业工效，增加了续航。
Description
本发明涉及电焊机领域，具体是锂电焊机工作电流调整方法。
锂电池作为电源的电焊机在无动力电（野外施工）或动力电连接不方便的场所焊接作业施工中带来了很大便利，移动灵活，不需供电电缆，没有发电机焊机的噪声，受到许多用户的喜欢。锂电池由于受到本体性能或者自身配套的电池管理系统（BMS）的限制，其输出的最大峰值电流和功率都有限制要求（锂电池的满充电压和放电截止电压相差较大，因而输出功率也相差较大），而配套的焊机部分其输出性能只能控制在锂电池的所限范围内，因而相同原理设计的同型号焊机，锂电焊机感觉比市电焊机出力上有些力道欠缺。
为了解决上述问题，本发明提出了锂电焊机工作电流调整方法，具有如下几个步骤：步骤1、对焊接电压和电流采样及锂电池供电电压和电流采样；步骤2、根据限流/边界电流公式Iout=Ubat*Ibatmax*η/Uf计算，判断焊机工作过程中的电弧焊接状态，动态调整焊接电流；步骤3、输出调整后的焊接电流，提高焊接工艺性能。
进一步地，所述步骤2中，当检测到焊机工作电压低于12V时，认为焊接处于短路状态，根据检测的锂电池的实际电压，通过限流/边界电流公式，计算出能够输出的最大电流，使工作电流值在计算值以内。
进一步地，所述步骤2中，当检测到焊机工作电压高于30V时，认为焊接处于长电弧状态，工作电流自动降低到维持电弧不断的小电流状态。
进一步地，所述步骤2中，当检测到焊机工作电压在20~30V时，认为焊接处于正常焊接电弧状态，按常规恒流方式控制。
进一步地，包括微控制器，所述微控制器对焊机输出电压、焊机输出电流、锂电池输出电压、锂电池的输出电流实时采样。
进一步地，所述微控制器选用STM32F407。
本发明的有益效果是，限流/边界电流公式Iout=Ubat*Ibatmax*η/Uf对于焊接过程中正常焊接状态、短路状态、长电弧状态都适用，焊机焊接电流不局限于传统的横流设计方式，能得到更宽范围的输出电流，提高了焊接工艺性能，提高了焊接作业工效，增加了续航。
图1是本发明的工作原理框图。
图2是本发明电流输出曲线图。
图3是本发明微控制器的示意图。
图4是本发明微控制器的示意图的A部分放大图。
图5是本发明微控制器的示意图的B部分放大图。
图6是本发明微控制器的示意图的C部分放大图。
图7是本发明微控制器的示意图的D部分放大图。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本方案是为锂电焊机更好的利用电池的性能而提出的，充分利用了锂电池系统的峰值放电和连续放电性能。限流/边界电流公式为Iout=Ubat*Ibatmax*η/Uf。
公式中：Iout—允许输出的最大电流；
Ubat—同一时间的电池输出电压（对于锂电池，输出电压与剩余电量/电荷状态（SOC）相关，是变动的）；
batmax—电池最大允许供电电流；
η—焊机的效率；
U—焊机的输出电压。
公式对于焊接过程中的正常焊接状态、短路状态、长电弧状态都适用。焊机焊接电流不局限于传统的恒流设计方式，能得到更宽范围的输出电流。
附图1是焊机系统的工作原理框图，包括设定模块、驱动模块和功率输出模块。设定模块，指能完成焊接系统工作设定的功能部分，可以是按键、电位器、编码器或遥控接收的信息等。驱动模块，指把控制器的输出信号放大或调整能用于驱动相应功率器件（功率单元）的电路系统。功率输出模块，指能够提供所要求的的功率，能按所设定的要求工作的电路系统。反馈信号，指在所要求的控制的参数（节点）上采样，并把采集的信息传给控制器。从附图1中可以看出这是一个闭环控制系统，本方案针对其中控制模块的一部分内容。
如附图2所示，带有小三角形的区域是相对于常规设计得到的扩展电流范围，这个方位是在短路状态条件下，更大的电流能加快电弧从短路状态进入正常焊接状态；带有小正方形的区域是相对于常规设计方案恒电流特性的市电焊机节省的能量，这部分能量对于锂电焊机增加了工作时间。
进一步说明，在附图2中，当检测到焊机工作电压低于12V时，认为此时焊接处于短路状态，根据检测的锂电池的实际电压，通过上述限流/边界电流公式为Iout=Ubat*Ibatmax*η/Uf公式，计算出能够输出的最大电流，使工作电流值在计算值以内，不超出电池的性能，又能得到更好的焊接工艺性能。
进一步说明，在附图2中，当检测到工作电压高于30V时，认为此时焊接处于长电弧状态，长电弧状态不利于焊接，工作电流自动降低到维持电弧不断的小电流状态，节省了电能。
进一步说明，在附图2中，当检测到工作电压在20~30V时，认为此时焊接处于正常焊接电弧状态，按照常规恒流方式控制。
如附图3所示，微控制器（MCU）N53，对焊机输出电压、焊机输出电流、锂电池输出电压、锂电池输出电流实时采样，信号经内部A/D转换变为数字信号，微控制器根据上述控制方案运算、处理，把控制的设定电流值及采样得到的反馈电流值传给其他执行器，最终得到所要求的焊接电流。
具体的，微控制器选用型号STM32F407，其 23、24、25、26四个引脚采集反馈信号，包括：焊机输出电压信号、焊机输出电流信号、锂电池输出电压信号、锂电池输出电流信号；微控制器对上述信号实时采样，信号经内部A/D转换变为数字信号；微控制器N53的81、82、83、84四个引脚采集按键设定信号；微控制器把设定电流值及采样得到的反馈电流和电压值按本专利提出的控制方案运算、处理，处理结果通过引脚PE组（16个引脚：97、89、1~5、38~46） 传给下级执行器，最终得到所要求的焊接电流。R33、C39构成N53的上电复位电路，C45、C46是N53的耦合电容，R34、R35是N53的配置电阻，C40~42、R68、R74、R75构成N53的AD转换滤波电路。
本发明充分利用锂电池系统的峰值放电和连续放电性能，限流/边界电流公式Iout=Ubat*Ibatmax*η/Uf对于焊接过程中正常焊接状态、短路状态、长电弧状态都适用，焊机焊接电流不局限于传统的横流设计方式，能得到更宽范围的输出电流，提高了焊接工艺性能，提高了焊接作业工效，增加了续航。
Claims (6)
- 锂电焊机工作电流调整方法，其特征在于，具有如下几个步骤：步骤1、对焊接电压和电流采样及锂电池供电电压和电流采样；步骤2、根据限流/边界电流公式Iout=Ubat*Ibatmax*η/Uf计算，判断焊机工作过程中的电弧焊接状态，动态调整焊接电流；步骤3、输出调整后的焊接电流，提高焊接工艺性能。
- 根据权利要求1所述的锂电焊机工作电流调整方法，其特征在于，所述步骤2中，当检测到焊机工作电压低于12V时，认为焊接处于短路状态，根据检测的锂电池的实际电压，通过限流/边界电流公式，计算出能够输出的最大电流，使工作电流值在计算值以内。
- 根据权利要求1所述的锂电焊机工作电流调整方法，其特征在于，所述步骤2中，当检测到焊机工作电压高于30V时，认为焊接处于长电弧状态，工作电流自动降低到维持电弧不断的小电流状态。
- 根据权利要求1所述的锂电焊机工作电流调整方法，其特征在于，所述步骤2中，当检测到焊机工作电压在20~30V时，认为焊接处于正常焊接电弧状态，按常规恒流方式控制。
- 根据权利要求1所述的锂电焊机工作电流调整方法，其特征在于，包括微控制器，所述微控制器对焊机输出电压、焊机输出电流、锂电池输出电压、锂电池的输出电流实时采样。
- 根据权利要求5所述的锂电焊机工作电流调整方法，其特征在于，所述微控制器选用STM32F407。
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