一种内置锂电池组的便携式离网型直流弧焊的制造方法
一种内置锂电池组的便携式离网型直流弧焊的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及的一种内置锂电池组的便携式离网型直流弧焊机，主要由锂电池组及控制系统，焊接电流控制系统，弧焊发生装置组成。具体实现焊接的工作原理是由焊机自带的锂电池组向弧焊发生器提供稳定的48伏特直流电，经过弧焊发生器的滤波脉宽调制及斩波电路，转换为不小于50千赫兹具有下降外特征的直流脉冲电流，经过维弧电路形成稳定的燃烧，熔化电焊条和焊材，冷却后来达到使它们结合的目的。控制系统通过电压、电流检测电路监控放电电流、电压的变化，控制延时电路及继电器的通断状态，达到保护内部电路及电池组的目的。
【专利说明】一种内置锂电池组的便携式离网型直流弧焊机
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及的是用于户外应急、抢修、抢险需要，在没有电网支持时可使用内 置锂电池组进行焊接作业的直流弧焊机。 技术背景
[0002] 现在市场主流的直流弧焊机均为逆变直流弧焊机，其基本工作原理是将三相或单 相50赫兹工频交流电整流、滤波后得到一个较平滑的直流电，由IGBT或场效应管组成的 逆变电路将该直流电变为15?100千赫兹的交流电，经中频主变压器降压后，再次整流滤 波获得平稳的直流输出焊接电流(或再次逆变输出所需频率的交流电)。逆变直流焊割设备 的控制电路由给定电路和驱动电路等组成，通过对电压、电流信号的回馈进行处理，实现整 机循环控制，采用脉宽调制PWM为核心的控制技术，从而获得快速脉宽调制的具有恒流特 性的焊接直流输出，确保了优异的焊割工艺效果。其关键技术特征为交流变直流，直流逆变 为中频交流，交流整流变直流。
[0003] 与交流焊机相比，逆变直流弧焊机空载电压高，引弧容易，输出电流没有"过零 点"，能提供稳定的电弧和平稳的熔滴过渡。一旦电弧被引燃，直流电弧能保持连续燃烧；而 采用交流电源焊接时，由于电流和电压方向的改变，并且每秒钟电弧要熄灭和重新引燃120 次以上，电弧不能连续稳定燃烧。在焊接电流较低的情况下，直流电弧对熔化的焊缝金属有 很好的润湿作用，适用范围广，并且能规范焊道尺寸，对于交流焊机无法焊接的金属薄件有 着非常好的焊接效果。
[0004] 不论是交流焊机还是逆变焊机在没有电网支持的情况下，只能通过汽柴油发电装 置或铅酸电池组逆变为220伏特或380伏特交流电源后，为其供电才能满足实现户外作业 的需要。采用这两种方式整套装备的重量均在100公斤以上，使用发电机的还要携带油料。 即便是采用铅酸电池组，由于逆变焊机较高的起弧电流和工作端电压不规律变化，将造成 铅酸电池组的深度放电使其使用寿命大大缩短。由于铅酸电池放电倍率较低，又需要首先 逆变为4000瓦以上的交流电，为了保证逆变功率达到焊机的使用要求，铅酸电池的装备模 块较多，一般仅铅酸电池箱就重达90公斤且体积较大、携带不便。采用这两种方式均极大 的影响了应急、抢修、抢险的机动性，整套装备的造价较高，限制了该类装备在应急、抢修、 抢险方面的使用。
【发明内容】
[0005] 为了解决在没有电网支持时的户外焊接作业装备体积大、重量重、机动性不好、不 利于携带等诸多弊端，一种内置锂电池组的便携式离网型直流弧焊机，在壳体内锂电池组、 充放电控制板、断路继电器、弧焊发生器按顺序连接，其特征是：锂电池组通过充放电控制 板输出48伏特，300安培恒流直流电源，连接由斩波开关、续流二极管和电感组成的弧焊发 生器，回路接继电器组成的安全防护电路，构成非逆变型直流弧焊机。
[0006] 本发明的技术方案主要由锂电池组及控制系统，焊接电流控制系统，弧焊发生装 置组成(如图1所示)。
[0007] 1、锂电池组及充电控制系统
[0008] 锂电池组选用8安时，3. 7伏特锰酸锂高倍率电芯，采用13串3并结构，组成48 伏特，24安时锂电池组，使用EG4313集成芯片为核心，组成智能化充电控制系统，通过对每 只电芯充电电压的实时取样检测，采用单点反馈电路，使每只电芯在充电时自动进行恒流 恒压转换，确保每只电芯达到4. 3伏特充电电压后，以300毫安电流截止充电，从而实现了 对锂电池组充电时的单点单控，使储能单元的供电能力最优。其基本控制电路如图2所示。
[0009] 2、焊接电流控制系统
[0010] 放电回路采用350安培固态继电器作为开关部件，通过电压、电流检测电路监控 放电电流、
[0011] 电压的变化，当检测电池组输出电压低于2. 8伏特后，延时电路启动，5秒后，电 压如不能恢复至2. 8伏特以上，继电器启动，断开放电回路，以防止过放导致的锂电池组损 坏。当检测电流高于300安培时，继电器启动，断开放电回路，防止过载导致的内部电路和 电池组损坏。其基本电路原理如图3所示。
[0012] 3、弧焊发生装置
[0013] 直流斩波器（D.C. Chopper)又称为截波器，它是将电压值固定的直流电，转换为 电压值可变的直流电源装置，是一种直流对直流的转换器（DC to DC Converter)，该技术 成熟稳定，在电机调速控制、调阻、励磁等领域已被广泛使用。焊机的起弧方式的特征是：利 用由斩波开关，电感，续流二极管组成斩波电路，将锂电池组输出的具有低压高电流特征平 滑直流电转化为具有下降外特性的直流电源，通过脉宽调制方式响应焊机输出端在接通和 断开时产生巨大的电压变化，在两极瞬间短路时引燃电弧，利用产生的电弧来熔化电焊条 和焊材，冷却后来达到使它们结合的目的。其基本电路原理如图4所示。
[0014] 本新型实用技术的实现方式是在壳体内锂电池组、充放电控制板、断路继电器、弧 焊发生器按顺序连接，其特征是：锂电池组通过充放电控制板输出48伏特，300安培恒流直 流电源，连接由斩波开关、续流二极管和电感组成的弧焊发生器，回路接继电器组成的安全 防护电路，构成非逆变型直流弧焊机。
【专利附图】
【附图说明】 [0015] ：
[0016](本新型实用技术的工作过程结合【专利附图】
【附图说明】如下）
[0017] 图1是内置锂电池便携式离网型直流弧焊机组成结构示意图，图2是锂电池组及 充电控制系统，图3是焊接电流控制系统，图4是弧焊发生装置。
【具体实施方式】 [0018] ：
[0019] 锂电池组充电时，见图2所示，打开电源总开关（1 )，控制系统（2 )启动工作，充电 控制继电器（3) (4)吸合，打开充电控制开关（5)，恒流充电回路（7)接通，充电器器（6)接 入220伏特市电，转化为60伏特/3安培直流电，为储能锂电池组（8)进行恒流充电，此时 显示模块（9 )显示当前充电状态，并显示电池组电压。当电压采集模块（10 )所采集到所有 电池电压都达到4. 3伏特时，控制系统（2)将充电控制继电器（3)关闭，恒流充电回路（7) 断开，电源适配器（2)输出的电流将通过变压器（11)降压为55. 9伏特，并通过恒压充电回 路（12)，继续为储能锂电池组（8)进行恒压充电。当电流传感器（12)所检测到的充电电流 下降到300毫安的时候，控制系统（2)将充电控制继电器（4)关闭，切断所有充电回路，此时 显示模块（9)显示充电结束。
[0020] 锂电池组供电工作时，见图3所示，打开总开关（1)控制系统（2)启动工作，放电 控制继电器（3)吸合，储能锂电池组（4)通过放电回路（5)为弧焊发生器（6)供电，此时 焊钳（7 )可以进行焊接作业，显示模块（8 )显示当前工作状态，并显示电池组电压。当电压 采集模块（9)所采集到储能锂电池组（4)中的某一节电池电压下降到2. 8伏特并持续5秒 时，控制系统（2)将放电控制继电器（3)关闭，切断放电回路（5)，此时显示模块（8)显示低 电压警示，提示充电。当电池电压恢复到高于2. 8伏特并持续30秒时，放电控制继电器（3) 恢复吸合，放电回路（5)重新接通，焊机可以再次工作。当电流传感器（12)所检测到的放电 电流超过到300安培的时候，控制系统（2)将放电控制继电器（3)关闭，此时显示模块（8) 显示过电流保护，提示重新启动。
[0021] 焊接作业时，见图4所示，锂电池组放电回路向弧焊发生器（1)供电，供电平均 电压为48伏特，接入弧焊发生器的电流经过由隔离二极管和电抗器组成的整流滤波电路 (2)，通过由主控模块（3)控制的斩波器（4)转换为不小于50千赫兹具有下降外特征的直 流脉冲电流，输出的脉冲直流电经由电容器（5)、晶闸管（6)组成的维弧电路（7)，并通过由 主控模块（3)提供时间模量，对斩波器（4)与晶闸管（6)进行导通与关断控制，结合电容器 (5)的充电与放电，以提供维弧电流，实现电流的稳定燃烧。
[0022] 本发明的有益效果是以内置锂电池组为供电单元，利用直流直流转换电路，将锂 电池组输出的直流电直接转化为具有平稳恒流特征的下降外特征焊接电流，从而，省去了 逆变直流焊机将交流变直流、直流变中频交流、中频交流变稳态直流的过程，减少了二级变 压器和相关控制电路，提高了能效比，极大的降低了设备的重量和体积，装备1200瓦时的 锂电内置直流焊机总重量不高于9公斤，体积仅为0. 03立方米，并保持了现有逆变直流焊 机的焊接效果。为户外应急、抢修、抢险所需要的金属焊接作业提供了一种便于携带，移动 方便、节能环保新型焊接设备。
【权利要求】
1. 一种内置锂电池组的便携式离网型直流弧焊机，在壳体内锂电池组、充放电控制板、 断路继电器、弧焊发生器按顺序连接，其特征是：锂电池组通过充放电控制板输出48伏特， 300安培恒流直流电源，连接由斩波开关、续流二极管和电感组成的弧焊发生器，回路接继 电器组成的安全防护电路，构成非逆变型直流弧焊机。
2. 根据权利要求1所述的直流弧焊机，其电源部分的特征是：采用锂电池组作为供电 单元，以EG4313芯片为核心控制元件，通过对每只电芯充电电压的实时取样检测，采用单 点反馈电路，使每只电芯在充电时自动进行恒流恒压转换，确保每只电芯达到4. 3伏特充 电电压后，以300毫安电流截止充电，从而实现了对锂电池组充电时的单点单控。
3. 根据权利要求1所述的直流弧焊机，其工作电流的控制特征是：采用350安培固态 继电器作为开关部件，通过电压、电流检测电路监控放电电流、电压的变化，当检测电池组 输出电压低于2. 8伏特后，延时电路启动，5秒后，电压如不能恢复至2. 8伏特以上，继电器 启动，断开放电回路，当检测电流高于300安培时，继电器启动，断开放电回路。
4. 根据权利要求1所述的直流弧焊机，其焊机起弧方式的特征是：利用由斩波开关，电 感，续流二极管组成斩波电路，将锂电池组输出的具有低压高电流特征平滑直流电转化为 具有下降外特性的直流电源，通过脉宽调制方式响应焊机输出端在接通和断开时产生巨大 的电压变化，在两极瞬间短路时引燃电弧，利用产生的电弧来熔化电焊条和焊材，冷却后来 达到使它们结合的目的。
【文档编号】B23K9/10GK203843347SQ201420069553
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年2月18日 优先权日:2014年2月18日
【发明者】杜育 申请人:杜育
【专利摘要】本实用新型涉及的一种内置锂电池组的便携式离网型直流弧焊机，主要由锂电池组及控制系统，焊接电流控制系统，弧焊发生装置组成。具体实现焊接的工作原理是由焊机自带的锂电池组向弧焊发生器提供稳定的48伏特直流电，经过弧焊发生器的滤波脉宽调制及斩波电路，转换为不小于50千赫兹具有下降外特征的直流脉冲电流，经过维弧电路形成稳定的燃烧，熔化电焊条和焊材，冷却后来达到使它们结合的目的。控制系统通过电压、电流检测电路监控放电电流、电压的变化，控制延时电路及继电器的通断状态，达到保护内部电路及电池组的目的。
【专利说明】一种内置锂电池组的便携式离网型直流弧焊机
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及的是用于户外应急、抢修、抢险需要，在没有电网支持时可使用内 置锂电池组进行焊接作业的直流弧焊机。 技术背景
[0002] 现在市场主流的直流弧焊机均为逆变直流弧焊机，其基本工作原理是将三相或单 相50赫兹工频交流电整流、滤波后得到一个较平滑的直流电，由IGBT或场效应管组成的 逆变电路将该直流电变为15?100千赫兹的交流电，经中频主变压器降压后，再次整流滤 波获得平稳的直流输出焊接电流(或再次逆变输出所需频率的交流电)。逆变直流焊割设备 的控制电路由给定电路和驱动电路等组成，通过对电压、电流信号的回馈进行处理，实现整 机循环控制，采用脉宽调制PWM为核心的控制技术，从而获得快速脉宽调制的具有恒流特 性的焊接直流输出，确保了优异的焊割工艺效果。其关键技术特征为交流变直流，直流逆变 为中频交流，交流整流变直流。
[0003] 与交流焊机相比，逆变直流弧焊机空载电压高，引弧容易，输出电流没有"过零 点"，能提供稳定的电弧和平稳的熔滴过渡。一旦电弧被引燃，直流电弧能保持连续燃烧；而 采用交流电源焊接时，由于电流和电压方向的改变，并且每秒钟电弧要熄灭和重新引燃120 次以上，电弧不能连续稳定燃烧。在焊接电流较低的情况下，直流电弧对熔化的焊缝金属有 很好的润湿作用，适用范围广，并且能规范焊道尺寸，对于交流焊机无法焊接的金属薄件有 着非常好的焊接效果。
[0004] 不论是交流焊机还是逆变焊机在没有电网支持的情况下，只能通过汽柴油发电装 置或铅酸电池组逆变为220伏特或380伏特交流电源后，为其供电才能满足实现户外作业 的需要。采用这两种方式整套装备的重量均在100公斤以上，使用发电机的还要携带油料。 即便是采用铅酸电池组，由于逆变焊机较高的起弧电流和工作端电压不规律变化，将造成 铅酸电池组的深度放电使其使用寿命大大缩短。由于铅酸电池放电倍率较低，又需要首先 逆变为4000瓦以上的交流电，为了保证逆变功率达到焊机的使用要求，铅酸电池的装备模 块较多，一般仅铅酸电池箱就重达90公斤且体积较大、携带不便。采用这两种方式均极大 的影响了应急、抢修、抢险的机动性，整套装备的造价较高，限制了该类装备在应急、抢修、 抢险方面的使用。
【发明内容】
[0005] 为了解决在没有电网支持时的户外焊接作业装备体积大、重量重、机动性不好、不 利于携带等诸多弊端，一种内置锂电池组的便携式离网型直流弧焊机，在壳体内锂电池组、 充放电控制板、断路继电器、弧焊发生器按顺序连接，其特征是：锂电池组通过充放电控制 板输出48伏特，300安培恒流直流电源，连接由斩波开关、续流二极管和电感组成的弧焊发 生器，回路接继电器组成的安全防护电路，构成非逆变型直流弧焊机。
[0006] 本发明的技术方案主要由锂电池组及控制系统，焊接电流控制系统，弧焊发生装 置组成(如图1所示)。
[0007] 1、锂电池组及充电控制系统
[0008] 锂电池组选用8安时，3. 7伏特锰酸锂高倍率电芯，采用13串3并结构，组成48 伏特，24安时锂电池组，使用EG4313集成芯片为核心，组成智能化充电控制系统，通过对每 只电芯充电电压的实时取样检测，采用单点反馈电路，使每只电芯在充电时自动进行恒流 恒压转换，确保每只电芯达到4. 3伏特充电电压后，以300毫安电流截止充电，从而实现了 对锂电池组充电时的单点单控，使储能单元的供电能力最优。其基本控制电路如图2所示。
[0009] 2、焊接电流控制系统
[0010] 放电回路采用350安培固态继电器作为开关部件，通过电压、电流检测电路监控 放电电流、
[0011] 电压的变化，当检测电池组输出电压低于2. 8伏特后，延时电路启动，5秒后，电 压如不能恢复至2. 8伏特以上，继电器启动，断开放电回路，以防止过放导致的锂电池组损 坏。当检测电流高于300安培时，继电器启动，断开放电回路，防止过载导致的内部电路和 电池组损坏。其基本电路原理如图3所示。
[0012] 3、弧焊发生装置
[0013] 直流斩波器（D.C. Chopper)又称为截波器，它是将电压值固定的直流电，转换为 电压值可变的直流电源装置，是一种直流对直流的转换器（DC to DC Converter)，该技术 成熟稳定，在电机调速控制、调阻、励磁等领域已被广泛使用。焊机的起弧方式的特征是：利 用由斩波开关，电感，续流二极管组成斩波电路，将锂电池组输出的具有低压高电流特征平 滑直流电转化为具有下降外特性的直流电源，通过脉宽调制方式响应焊机输出端在接通和 断开时产生巨大的电压变化，在两极瞬间短路时引燃电弧，利用产生的电弧来熔化电焊条 和焊材，冷却后来达到使它们结合的目的。其基本电路原理如图4所示。
[0014] 本新型实用技术的实现方式是在壳体内锂电池组、充放电控制板、断路继电器、弧 焊发生器按顺序连接，其特征是：锂电池组通过充放电控制板输出48伏特，300安培恒流直 流电源，连接由斩波开关、续流二极管和电感组成的弧焊发生器，回路接继电器组成的安全 防护电路，构成非逆变型直流弧焊机。
【专利附图】
【附图说明】 [0015] ：
[0016](本新型实用技术的工作过程结合【专利附图】
【附图说明】如下）
[0017] 图1是内置锂电池便携式离网型直流弧焊机组成结构示意图，图2是锂电池组及 充电控制系统，图3是焊接电流控制系统，图4是弧焊发生装置。
【具体实施方式】 [0018] ：
[0019] 锂电池组充电时，见图2所示，打开电源总开关（1 )，控制系统（2 )启动工作，充电 控制继电器（3) (4)吸合，打开充电控制开关（5)，恒流充电回路（7)接通，充电器器（6)接 入220伏特市电，转化为60伏特/3安培直流电，为储能锂电池组（8)进行恒流充电，此时 显示模块（9 )显示当前充电状态，并显示电池组电压。当电压采集模块（10 )所采集到所有 电池电压都达到4. 3伏特时，控制系统（2)将充电控制继电器（3)关闭，恒流充电回路（7) 断开，电源适配器（2)输出的电流将通过变压器（11)降压为55. 9伏特，并通过恒压充电回 路（12)，继续为储能锂电池组（8)进行恒压充电。当电流传感器（12)所检测到的充电电流 下降到300毫安的时候，控制系统（2)将充电控制继电器（4)关闭，切断所有充电回路，此时 显示模块（9)显示充电结束。
[0020] 锂电池组供电工作时，见图3所示，打开总开关（1)控制系统（2)启动工作，放电 控制继电器（3)吸合，储能锂电池组（4)通过放电回路（5)为弧焊发生器（6)供电，此时 焊钳（7 )可以进行焊接作业，显示模块（8 )显示当前工作状态，并显示电池组电压。当电压 采集模块（9)所采集到储能锂电池组（4)中的某一节电池电压下降到2. 8伏特并持续5秒 时，控制系统（2)将放电控制继电器（3)关闭，切断放电回路（5)，此时显示模块（8)显示低 电压警示，提示充电。当电池电压恢复到高于2. 8伏特并持续30秒时，放电控制继电器（3) 恢复吸合，放电回路（5)重新接通，焊机可以再次工作。当电流传感器（12)所检测到的放电 电流超过到300安培的时候，控制系统（2)将放电控制继电器（3)关闭，此时显示模块（8) 显示过电流保护，提示重新启动。
[0021] 焊接作业时，见图4所示，锂电池组放电回路向弧焊发生器（1)供电，供电平均 电压为48伏特，接入弧焊发生器的电流经过由隔离二极管和电抗器组成的整流滤波电路 (2)，通过由主控模块（3)控制的斩波器（4)转换为不小于50千赫兹具有下降外特征的直 流脉冲电流，输出的脉冲直流电经由电容器（5)、晶闸管（6)组成的维弧电路（7)，并通过由 主控模块（3)提供时间模量，对斩波器（4)与晶闸管（6)进行导通与关断控制，结合电容器 (5)的充电与放电，以提供维弧电流，实现电流的稳定燃烧。
[0022] 本发明的有益效果是以内置锂电池组为供电单元，利用直流直流转换电路，将锂 电池组输出的直流电直接转化为具有平稳恒流特征的下降外特征焊接电流，从而，省去了 逆变直流焊机将交流变直流、直流变中频交流、中频交流变稳态直流的过程，减少了二级变 压器和相关控制电路，提高了能效比，极大的降低了设备的重量和体积，装备1200瓦时的 锂电内置直流焊机总重量不高于9公斤，体积仅为0. 03立方米，并保持了现有逆变直流焊 机的焊接效果。为户外应急、抢修、抢险所需要的金属焊接作业提供了一种便于携带，移动 方便、节能环保新型焊接设备。
【权利要求】
1. 一种内置锂电池组的便携式离网型直流弧焊机，在壳体内锂电池组、充放电控制板、 断路继电器、弧焊发生器按顺序连接，其特征是：锂电池组通过充放电控制板输出48伏特， 300安培恒流直流电源，连接由斩波开关、续流二极管和电感组成的弧焊发生器，回路接继 电器组成的安全防护电路，构成非逆变型直流弧焊机。
2. 根据权利要求1所述的直流弧焊机，其电源部分的特征是：采用锂电池组作为供电 单元，以EG4313芯片为核心控制元件，通过对每只电芯充电电压的实时取样检测，采用单 点反馈电路，使每只电芯在充电时自动进行恒流恒压转换，确保每只电芯达到4. 3伏特充 电电压后，以300毫安电流截止充电，从而实现了对锂电池组充电时的单点单控。
3. 根据权利要求1所述的直流弧焊机，其工作电流的控制特征是：采用350安培固态 继电器作为开关部件，通过电压、电流检测电路监控放电电流、电压的变化，当检测电池组 输出电压低于2. 8伏特后，延时电路启动，5秒后，电压如不能恢复至2. 8伏特以上，继电器 启动，断开放电回路，当检测电流高于300安培时，继电器启动，断开放电回路。
4. 根据权利要求1所述的直流弧焊机，其焊机起弧方式的特征是：利用由斩波开关，电 感，续流二极管组成斩波电路，将锂电池组输出的具有低压高电流特征平滑直流电转化为 具有下降外特性的直流电源，通过脉宽调制方式响应焊机输出端在接通和断开时产生巨大 的电压变化，在两极瞬间短路时引燃电弧，利用产生的电弧来熔化电焊条和焊材，冷却后来 达到使它们结合的目的。
【文档编号】B23K9/10GK203843347SQ201420069553
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年2月18日 优先权日:2014年2月18日
【发明者】杜育 申请人:杜育
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