一种基于便携式锂电池包的电焊机用逆变弧焊系统的制作方法

本实用新型涉及电焊机领域，特别是涉及一种基于便携式锂电池包的电焊机用逆变弧焊系统。

背景技术：

传统电焊机工作时，需要连接交流电源，在野外、停电等情况下使用非常不便，通常需要搬运燃油发电机或驾驶移动电力车等大型发电设备来供应电源。此类方法不仅耗费大量人力物力，而且携带、搬运极其不便，在救灾、抢修、抢险、急救等应急场所将会延误时间，造成生命财产损失。

现有技术提出了一种可充电式的电焊机，无需外接交流电源。但此类设备供电电压过低，导致焊接手感差、容易断弧，而且焊接时功率开关承受电流过大，很容易烧坏功率开关，不能长时间工作，稳定性与可靠性都不达标，难以实现产品化。

现有技术还提出了一种采用高压锂电池包作为供电电源的便携式电焊机的设计方案，也无需外接交流电源，达到了便携性的要求。但此种方案在锂电池充电技术上采用多组并联充电，存在硬件电路复杂、可靠性低、体积大、成本高、接线困难等缺点；同时这种设计导致锂电池组充电电流不一致，带来电池不均衡问题，缩短电池寿命，存在安全隐患。此外，此种方案在锂电池包放电时也缺乏保护机制，锂电池安全性得不到保障。由此导致整个设备成本高昂，充电和焊接过程都缺乏安全保护措施。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种基于便携式锂电池包的电焊机用逆变弧焊系统，提高电焊机的便携性和移动供电系统的稳定性，确保锂电池的使用稳定性和安全性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种基于便携式锂电池包的电焊机用逆变弧焊系统，包括：锂电池包和逆变系统，所述锂电池包的输出端连接所述逆变系统的输入端而使得逆变系统的输出端输出直流焊接电源，所述逆变系统包括逆变电路和整流滤波电路，所述逆变电路包括电子开关电路和中频变压器，所述电子开关电路的输入端连接所述锂电池包的输出端，所述中频变压器的输入端与电子开关电路的输出端相连接，所述整流滤波电路的输入端与所述中频变压器的输出端连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述逆变系统还包括反馈系统和驱动/控制电路，所述反馈系统包括连接所述逆变电路输出端正极的第一输入端以及连接所述整流滤波电路输出端正极的第二输入端，所述反馈系统输出端与所述驱动/控制电路相连接用于将采集的电力参数送至所述驱动/控制电路，所述驱动/控制电路与所述电子开关电路相连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述驱动/控制电路将经过计算、分析、处理获得的电力参数输出PWM驱动信号至所述电子开关电路。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述锂电池包的输入端连接DC12V-DC42V供电电源，用于给所述锂电池包充电。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述锂电池包包括电池管理系统、高压锂电池组和放电保护装置，所述电池管理系统的输出端正极连接所述高压锂电池组的正极，电池管理系统输出端负极连接所述高压锂电池组的负极；所述放电保护装置的输入端分别连接所述高压锂电池组的正极和负极，输出端为锂电池包的电源输出。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述电池管理系统包括充/放电控制电路和被动均衡系统，所述充/放电控制电路的输入端连接DC12V-DC42V直流电源，所述充/放电控制电路的输出端正极连接所述高压锂电池组的正极，充/放电控制电路的输出端负极连接所述高压锂电池组的负极；所述充/放电控制电路还和所述被动均衡系统连接；

所述高压锂电池组包括数个依次串联的子锂电池组，每个子锂电池组由数个单节锂电池通过串联、并联组合而成；所述电池管理系统还连接所述高压锂电池组中每一串电池的正极和负极；

所述被动均衡系统包括数组与子锂电池组分别对应的被动均衡电路，被动均衡电路之间依次串联连接，每一组被动均衡电路用于管理一个对应的子锂电池组，所述被动均衡电路连接对应子锂电池组中的每一串锂电池的正极和负极。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述充/放电控制电路包括PTC、第三可控开关、全桥DC/DC升压电路、第二可控开关、温度监测电路、放电检测电路和第一控制器，所述PTC的第一端连接DC12V-DC42V直流电源的正极，第二端连接所述全桥DC/DC升压电路的正极；

所述第三可控开关的第一端连接DC12V-DC42V直流电源的负极，第二端连接所述全桥DC/DC升压电路的负极；所述第三可控开关的控制端连接所述第一控制器，用于接收所述第一控制器发出的控制信号，接通或断开DC12V-DC42V直流电源的负极和所述全桥DC/DC升压电路的负极；

所述全桥DC/DC升压电路的输出端正极连接所述高压锂电池组的正极，输出端负极连接所述第二可控开关第一端，所述全桥DC/DC升压电路对所述高压锂电池组整体串联充电；

所述第二可控开关的第二端连接所述高压锂电池组的负极，所述第二可控开关的控制端连接所述被动均衡系统的输出端，用于接通或断开所述全桥DC/DC升压电路的输出端负极和所述高压锂电池组的负极；

所述温度监测电路的输出端连接所述第一控制器的输入端，用于监测所述高压锂电池组的温度数据，并将其输出至所述第一控制器，由所述第一控制器进行分析处理，执行相应动作；

所述放电检测电路的输出端连接所述第一控制器的输入端，用于检测所述高压锂电池组放电时的电流、电压等信息，并将其输出至所述第一控制器，由所述第一控制器进行分析处理，执行相应动作；

所述第一控制器包括数组串口通信1端口，分别和所述被动均衡电路连接，用于传输所述高压锂电池组的电压、电流、电量和温度等信息，综合数据分析、管理；

所述第一控制器还包括串口通信0端口，引出此端口用于锂电池包与锂电池包之外的控制系统进行数据通信。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述被动均衡电路包括电压监测电路、第二控制器和多组电阻耗能电路，所述电压监测电路的输入端经过RC网络连接对应子锂电池组中每一串锂电池的正极和负极，用于监测每一串锂电池的电压；所述电压监测电路的输出端与所述第二控制器连接，用于输出每一串锂电池的电压；

所述电压监测电路的输出端还连接所述第二可控开关的控制端，用于控制接通或关断所述第二可控开关；

所述第二控制器的输出端依次与所述电阻耗能电路的输入端连接，用于根据输入端接收到的每一串锂电池的电压信息，控制每一组电阻耗能电路打开或关闭；

所述第二控制器还包括串口通信1’端口，与所述第一控制器的1组串口通信1端口连接，用于数据传输。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述电阻耗能电路均包括第一电阻、光耦、第二电阻、第三电阻和三极管，所述第一电阻的两端分别连接所述光耦的阳极和所述第二控制器的一个输出端，所述光耦的阴极接地；

所述光耦的集电极连接对应子锂电池组中一串锂电池的正极，所述光耦的发射极连接所述三极管的基极；

所述第二电阻的第一端连接所述三极管的基极，第二端连接所述子锂电池组中一串锂电池的负极；

所述第三电阻的第一端连接对应子锂电池组中一串锂电池的正极，第二端连接所述三极管的集电极；

所述三极管的发射极连接对应子锂电池组中一串锂电池的负极。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述放电保护装置包括过流保护装置和第一可控开关，所述过流保护装置的第一端连接所述高压锂电池组的正极，过流保护装置的第二端为锂电池包输出端的正极；

所述第一可控开关的第一端连接所述高压锂电池组的负极，第一可控开关的第二端为锂电池包输出端的负极，所述第一可控开关的控制端连接所述第一控制器的输出端，用于接收所述第一控制器发出的控制信号，接通或断开所述高压锂电池组的负极。

本实用新型的有益效果是：本实用新型指出的一种基于便携式锂电池包的电焊机用逆变弧焊系统，可以反复充电使用，制成的焊机在焊接时无需外接交流电源（AC220V或AC110V），具有体积小、重量轻、功率大、携带方便等优点，特别适合在救灾、抢修、抢险、等应急场所及高空、野外等无交流电供电的场所使用，锂电池包输出高压直流电，使后级电子开关电路承受电流小、工作稳定可靠、不容易损坏，可长时间使用，输出电压稳定、波动范围小，使得电子电路能得到很好的保护，同时也使电子开关控制更加平稳，焊接手感佳、焊缝美观成型好，采用将锂电池包替换掉传统逆变弧焊焊机中的交流供电电源，无需额外增加电子电路，极大增强了设备的稳定性和可靠性，此种设计也具有极好的可移植性，也可用于其他用电设备如点焊机、交流移动电源、空气等离子切割机等电动工具中，通过替换交流供电电源，组成一种新的便携式用电设备，高压锂电池组采用整体串联充电，与现有的低压分组充电方案相比，具有电路简单、成本低、接线容易、生产效率高等优点，同时全桥DC/DC升压电路能够保证高压锂电池组的充电电流、时长一致，避免由充电导致电池不均衡带来的安全隐患，大大延长电池使用寿命，对高压锂电池组充、放电采用多级保护，对高压锂电池组中的每一串锂电池都进行全过程的均衡管理，显著提高了锂电池的安全性，延长锂电池的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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，其中：

图1是本实用新型一种基于便携式锂电池包的电焊机用逆变弧焊系统一较佳实施例的结构框图；

图2是图1中锂电池包的结构框图；

图3是图2中电池管理系统和高压锂电池组的结构框图；

图4是图3中充/放电控制电路的结构框图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至图4，本实用新型实施例包括：

一种基于便携式锂电池包的电焊机用逆变弧焊系统，包括：锂电池包和逆变系统，图1所示，所述锂电池包的输出端连接所述逆变系统的输入端而使得逆变系统的输出端输出直流焊接电源，所述逆变系统包括逆变电路和整流滤波电路，所述逆变电路包括电子开关电路和中频变压器，所述电子开关电路的输入端连接所述锂电池包的输出端而将锂电池包输出的高压直流电转换成高压中频电，所述中频变压器的输入端与电子开关电路的输出端相连接将电子开关电路输出的高压中频电转换成低压中频电，所述整流滤波电路的输入端与所述中频变压器的输出端连接而将低压中频电整流、滤波而输出直流焊接电源，体积小巧，携带方便，方便焊枪的工作，层层降压，确保焊接供电的电压稳定性，并避免电压过低而产生断弧问题。

所述逆变系统还包括反馈系统和驱动/控制电路，所述反馈系统包括连接所述逆变电路输出端正极的第一输入端以及连接所述整流滤波电路输出端正极的第二输入端，所述反馈系统输出端与所述驱动/控制电路相连接用于将采集的电力参数送至所述驱动/控制电路，所述驱动/控制电路与所述电子开关电路相连接，所述驱动/控制电路经过计算、分析、处理获得的电力参数，输出PWM驱动信号至所述电子开关电路以控制所述电子开关电路的工作模式，提高工作稳定性。

所述锂电池包的输入端连接DC12V-DC42V供电电源，用于给所述锂电池包充电，充电完成后，可以与焊机的基体一起移动进行焊接工作，体积小巧，移动灵活性高。

如图2所示，所述锂电池包包括电池管理系统、高压锂电池组和放电保护装置，所述电池管理系统的输出端正极连接所述高压锂电池组的正极，电池管理系统输出端负极连接所述高压锂电池组的负极，为充电提供保护；所述放电保护装置的输入端分别连接所述高压锂电池组的正极和负极，输出端为锂电池包的电源输出，为放电提供保护。

如图3所示，所述电池管理系统包括充/放电控制电路和被动均衡系统，所述充/放电控制电路的输入端连接DC12V-DC42V直流电源，便于充电工作，所述充/放电控制电路的输出端正极连接所述高压锂电池组的正极，充/放电控制电路的输出端负极连接所述高压锂电池组的负极；所述充/放电控制电路还和所述被动均衡系统连接；

所述高压锂电池组包括数个依次串联的子锂电池组，每个子锂电池组由数个单节锂电池通过串联、并联组合而成；所述电池管理系统还连接所述高压锂电池组中每一串电池的正极和负极，管理每一串电池的工作；

所述被动均衡系统包括数组与子锂电池组分别对应的被动均衡电路，被动均衡电路之间依次串联连接，每一组被动均衡电路用于管理一个对应的子锂电池组，所述被动均衡电路连接对应子锂电池组中的每一串锂电池的正极和负极，用于监测、均衡每一串锂电池的电压。

如图4所示，所述充/放电控制电路包括PTC、第三可控开关、全桥DC/DC升压电路、第二可控开关、温度监测电路、放电检测电路和第一控制器，所述PTC的第一端连接DC12V-DC42V直流电源的正极，第二端连接所述全桥DC/DC升压电路的正极，用于提供充电时过流、过温的一级保护功能；

所述第三可控开关的第一端连接DC12V-DC42V直流电源的负极，第二端连接所述全桥DC/DC升压电路的负极；所述第三可控开关的控制端连接所述第一控制器，用于接收所述第一控制器发出的控制信号，接通或断开DC12V-DC42V直流电源的负极和所述全桥DC/DC升压电路的负极，在充电产生异常时提供二级保护功能；

所述全桥DC/DC升压电路的输出端正极连接所述高压锂电池组的正极，输出端负极连接所述第二可控开关第一端，所述全桥DC/DC升压电路对所述高压锂电池组整体串联充电，保证锂电池组的充电电流、时长一致，避免由充电导致电池不均衡带来的安全隐患，大大延长电池使用寿命；

所述第二可控开关的第二端连接所述高压锂电池组的负极，所述第二可控开关的控制端连接所述被动均衡系统的输出端，用于接通或断开所述全桥DC/DC升压电路的输出端负极和所述高压锂电池组的负极，提供充电时的三级保护功能，层层保护，确保高压锂电池组的安全性。

所述温度监测电路的输出端连接所述第一控制器的输入端，用于监测所述高压锂电池组的温度数据，并将其输出至所述第一控制器，由所述第一控制器进行分析处理，执行相应动作；

所述放电检测电路的输出端连接所述第一控制器的输入端，用于检测所述高压锂电池组放电时的电流、电压等信息，并将其输出至所述第一控制器，由所述第一控制器进行分析处理，执行相应动作；

所述第一控制器包括数组串口通信1端口，分别和所述被动均衡电路连接，用于传输所述高压锂电池组的电压、电流、电量和温度等信息，综合数据分析、管理；

所述第一控制器还包括串口通信0端口，引出此端口用于锂电池包与锂电池包之外的控制系统进行数据通信，便于焊机的设置和操作。

所述被动均衡电路包括电压监测电路、第二控制器和多组电阻耗能电路，所述电压监测电路的输入端经过RC网络连接对应子锂电池组中每一串锂电池的正极和负极，用于监测每一串锂电池的电压；所述电压监测电路的输出端与所述第二控制器连接，用于输出每一串锂电池的电压；所述电压监测电路的输出端还连接所述第二可控开关的控制端，用于控制接通或关断所述第二可控开关；

所述第二控制器的输出端依次与所述电阻耗能电路的输入端连接，用于根据输入端接收到的每一串锂电池的电压信息，控制每一组电阻耗能电路打开或关闭；

所述第二控制器还包括串口通信1’端口，与所述第一控制器的1组串口通信1端口连接，用于数据传输。

所述电阻耗能电路均包括第一电阻、光耦、第二电阻、第三电阻和三极管，所述第一电阻的两端分别连接所述光耦的阳极和所述第二控制器的一个输出端，所述光耦的阴极接地，所述光耦的集电极连接对应子锂电池组中一串锂电池的正极，所述光耦的发射极连接所述三极管的基极，所述第二电阻的第一端连接所述三极管的基极，第二端连接所述子锂电池组中一串锂电池的负极，所述第三电阻的第一端连接对应子锂电池组中一串锂电池的正极，第二端连接所述三极管的集电极，所述三极管的发射极连接对应子锂电池组中一串锂电池的负极，均衡每一串锂电池的充放电工作。

所述放电保护装置包括过流保护装置和第一可控开关，所述过流保护装置的第一端连接所述高压锂电池组的正极，过流保护装置的第二端为锂电池包输出端的正极，过流保护装置为不可恢复保险丝或PTC保险丝，提升系统安全性。

所述第一可控开关的第一端连接所述高压锂电池组的负极，第一可控开关的第二端为锂电池包输出端的负极，所述第一可控开关的控制端连接所述第一控制器的输出端，用于接收所述第一控制器发出的控制信号，接通或断开所述高压锂电池组的负极，提升系统工作稳定性，特别是锂电池放电时的安全性与可靠性，显著降低了风险等级。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。