專利名稱：能量轉(zhuǎn)換方法和設(shè)備以及焊接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種用于轉(zhuǎn)換用于操作負(fù)載特別是電弧的能量存儲器的能量的方法，其中為了轉(zhuǎn)換能量，以受控方式接通和斷開降壓轉(zhuǎn)換器的至少ー個開關(guān)，其中所述至少一個開關(guān)在輸入端連接至所述能量存儲器。本發(fā)明還涉及ー種用于轉(zhuǎn)換用于操作所述電弧的能量存儲器的能量的設(shè)備，該設(shè)備包括具有至少ー個開關(guān)的降壓轉(zhuǎn)換器，能夠以受控方式接通和斷開所述至少ー個開關(guān)，所述至少一個開關(guān)在輸入端連接至所述能量存儲器。最后，本發(fā)明還涉及ー種焊接裝置，該焊接裝置包括能量存儲器、用于產(chǎn)生電弧的焊炬和用于轉(zhuǎn)換用于操作所述電弧的能量存儲器的能量的設(shè)備，所述設(shè)備具有降壓轉(zhuǎn)換器，所述降壓轉(zhuǎn)換器具有至少ー個開關(guān)，能夠以受控方式接通和斷開所述至少ー個開關(guān)。
背景技術(shù)：
為了增強移動性，通常的理解是使用能量存儲器作為向?qū)?yīng)裝置的電子系統(tǒng)或功率電子器件供應(yīng)電能的電源，使得能夠利用所述裝置執(zhí)行應(yīng)用。由于能量存儲器的有限能量，所述能量存儲器必須定期充電。從文獻(xiàn)DE2650522A1和GB2316244A例如已知在用于金屬處理的裝置中(例如在
焊接裝置中)使用能量存儲器。US2005/0109748A1描述了ー種焊接設(shè)備，該焊接設(shè)備具有用于產(chǎn)生焊接能量或電弧的能量存儲器。該能量存儲器的電壓通過升壓轉(zhuǎn)換器或增壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成中間電壓，該中間電壓又通過下游的降壓轉(zhuǎn)換器或減壓轉(zhuǎn)換器降壓至電弧所需的電壓。所述能量存儲器能夠使用充電裝置來充電。所述充電裝置形成ー個獨立単元，該獨立単元可以集成在該焊接裝置中，或者可以作為外部單元連接至該能量存儲器。在這方面，不利之處在于，用于電弧的能量在兩個步驟中產(chǎn)生，由此在升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器中都發(fā)生開關(guān)損失，并且由此而導(dǎo)致效率度降低。另外，需要降壓轉(zhuǎn)換器將升壓的中間電壓轉(zhuǎn)換為電弧電壓，從而由于更大的電壓差而增加了開關(guān)損失。EP0949751A2描述了ー種用于焊接裝置的轉(zhuǎn)換器，其中對應(yīng)地接通和斷開降壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)。但沒有公開電池驅(qū)動的焊接裝置。US2007/181547A1描述了ー種電池驅(qū)動的焊接裝置，該電池驅(qū)動的焊接裝置具有用于對能量存儲器進(jìn)行充電的電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于創(chuàng)造出ー種以上提到的方法和以上提到的設(shè)備，通過所述方法和設(shè)備可以將所述能量存儲器可用的有限能量以最小的開關(guān)損失供應(yīng)給所述電弧。應(yīng)該避免或至少減少公知方法或設(shè)備的缺點。本發(fā)明的另一目的在于創(chuàng)造出ー種以上提到的焊接裝置和方法，該方法可以利用所述焊接裝置來執(zhí)行，通過所述焊接裝置和方法，可以給用戶提供最佳的能量管理，以便利用所述能量存儲器的有限能量。本發(fā)明的目的通過以上提到的用于轉(zhuǎn)換能量的方法實現(xiàn)，其中使用同步轉(zhuǎn)換器作為用于操作所述電弧的所述降壓轉(zhuǎn)換器，并且設(shè)計為電源単元的所述同步轉(zhuǎn)換器的所述至少ー個開關(guān)在輸出端連接至緩沖電路，使得至少所述開關(guān)在緩沖狀態(tài)下接通和斷開，并且在所述至少一個開關(guān)的接通過程中，電流上升由與所述開關(guān)串聯(lián)布置的電感器限制，在所述接通過程之后，致動控制単元，并且在所述開關(guān)處于所述接通狀態(tài)的同時對在所述輸出端分配給所述開關(guān)的至少ー個電容器充電，在所述至少一個開關(guān)的斷開過程中，并且在所述控制単元停用的情況下，在所述輸出端施加在所述開關(guān)處的電壓通過所述電容器基本保持為所述能量存儲器的電壓。由于利用存儲元件實現(xiàn)緩沖電路，實現(xiàn)了高度有效地利用所述能量存儲器的能量，這是由于通過所述存儲元件，在切換過程中能量被臨時存儲，并且隨后供應(yīng)至電弧。因此。基本沒有能量損失。通過將同步轉(zhuǎn)換器直接連接至所述能量存儲器，甚至能夠進(jìn)一歩降低損失，從而獲得非常高的效率度。由于所述同步轉(zhuǎn)換器的所述至少一個開關(guān)中僅發(fā)生最小的開關(guān)損失，能夠獲得99%左右的效率度。所減少的損失還使得熱廣生非常低，從而非常小的通風(fēng)設(shè)備或風(fēng)扇就足夠了，或者特別是在較小功率的情況下，通過對流就已經(jīng)獲得了所需的冷卻。因而，對于電源單元來說，僅需要非常的空間，與所述 能量存儲器的空間要求相比，在大多數(shù)情況下這并不相關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的目的還通過以上提到的用于轉(zhuǎn)換用于操作負(fù)載的能量存儲器的能量的方法實現(xiàn)，其中使用設(shè)置為電源單元的降壓轉(zhuǎn)換器為所述負(fù)載和所述能量存儲器的充電提供供電(即給負(fù)載饋電)。優(yōu)選地，所述控制単元由開關(guān)形成，該開關(guān)在輸出端連接到至少ー個電容器和ニ極管，從而所述開關(guān)將在緩沖狀態(tài)下停用。在所述開關(guān)處于接通狀態(tài)并且所述控制単元停用的同吋，優(yōu)選地所述緩沖電路的至少ー個存儲元件由所述緩沖電路的至少ー個另外的存儲元件完全充電，以用于所述開關(guān)在緩沖狀態(tài)下的接通過程。由于在接通過程時和接通過程期間的測量，有利地實現(xiàn)了僅有非常小的電流將流過所述開關(guān)，因此僅僅導(dǎo)致最小的開關(guān)損失。并且在接通過程中，所述開關(guān)基本不受緩沖電路的影響，由于所述緩沖電路或控制單元僅在所述接通過程之后才被致動。在該接通過程中，所述存儲元件將以受控方式被充電，使得可以實現(xiàn)最佳的開關(guān)緩沖。而且，在存儲元件的充電過程中，有效地利用臨時存儲的能量，與此同時部分其他存儲元件被充電。在所述同步轉(zhuǎn)換器的所述開關(guān)的斷開過程中，優(yōu)選地所述緩沖電路的至少一部分存儲元件在所述開關(guān)的斷開過程的情況下獨立地作用。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)ー步的特征，在斷開過程的情況下，所述緩沖電路的至少ー個存儲元件向所述同步轉(zhuǎn)換器的輸出端放電，以用于開關(guān)的接通過程。通過在斷開過程時和斷開過程期間的測量，緩沖電路基本沒有任何延時地作用，開關(guān)損失能夠保持在最低水平。而且所述開關(guān)處的電壓降也可以保持非常低，從而由此僅產(chǎn)生最小的開關(guān)損失。還有利的是，確保了用于接下來的接通過程的接通緩沖。在這方面，另外在輸出端所述電弧可獲得臨時存儲的能量。而且，通過將該同步轉(zhuǎn)換器的輸入端和輸出端互換，所述同步轉(zhuǎn)換器還用來作為升壓轉(zhuǎn)換器對所述能量存儲器充電，這也是有利的。通過這樣，不需要額外的元件來對所述能量存儲器進(jìn)行充電。本發(fā)明的目的還通過以上提到的用于轉(zhuǎn)換能量存儲器的能量的設(shè)備來實現(xiàn)，其中所述降壓轉(zhuǎn)換器由同步轉(zhuǎn)換器形成，設(shè)計為電源單元的所述同步轉(zhuǎn)換器的至少ー個開關(guān)在輸出端連接至緩沖電路，所述緩沖電路具有用于所述至少ー個開關(guān)在緩沖狀態(tài)下的接通和斷開的存儲元件，其中為了對所述至少一個開關(guān)的接通過程進(jìn)行緩沖，設(shè)置了與所述開關(guān)串聯(lián)連接的電感器，并且為了對所述至少ー個開關(guān)的斷開過程進(jìn)行緩沖，設(shè)置了與所述至少ー個開關(guān)連接的ニ極管和連接至控制單元的電容器。由此獲得的優(yōu)點可以從以上已經(jīng)描述的優(yōu)點和如下的描述中推斷出。有利地，設(shè)置用于對所述能量存儲器進(jìn)行充電的充電裝置，并且所述裝置由所述輸入端和所述輸出端被互換的所述同步轉(zhuǎn)換器形成，從而所述同步轉(zhuǎn)換器能夠用作用于對所述能量存儲器進(jìn)行充電的升壓轉(zhuǎn)換器。為了顯示所述能量存儲器的充電狀態(tài)，優(yōu)選的是在輸入和/或輸出裝置處設(shè)置發(fā)
光二極管。而且，再次優(yōu)選地在輸入和/或輸出裝置(5)處設(shè)置用于所述充電裝置的接通和斷開的設(shè)置元件。最后，根據(jù)本發(fā)明的目的還通過以上提到的焊接裝置實現(xiàn)，其中用于轉(zhuǎn)換能量的設(shè)備被設(shè)計成用于執(zhí)行以上提到的方法。


現(xiàn)在將通過所附示意圖詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中圖I是焊接裝置的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于執(zhí)行緩沖切換過程的示意性框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的焊接裝置的電源單元的電路圖；以及圖4和圖5是焊接裝置的輸入和/或輸出裝置的示意圖。
具體實施例方式首先，給實施方式的相同元件提供相同的附圖標(biāo)記。在圖I中示出了裝置1，該裝置I包括至少ー個能量存儲器2、電源單元3、控制裝置4和輸入和/或輸出裝置5。裝置I被設(shè)計成用于形成電弧6，該電弧6由控制裝置4控制。因而，裝置I例如能夠用作焊接裝置、切割裝置、清潔裝置或釬焊裝置。這種裝置I的細(xì)節(jié)，例如焊炬7的冷卻，將不再進(jìn)行詳細(xì)描述，因為這通?？梢詮默F(xiàn)有技術(shù)中獲知。用于電弧6的電流在布置在焊炬7的電極夾中或由該電極夾中保持的電極32與エ件8之間產(chǎn)生。為此，由若干個零件形成的エ件8也連接至裝置I。對應(yīng)地，電流從由能量存儲器2供電的電源単元3提供。而且，可以在輸入和/或輸出裝置5上調(diào)整或控制或調(diào)控該電流以及其他的參數(shù)(如果合適的話)。為此目的，所述輸入和/或輸出裝置5連接至控制裝置4。優(yōu)選地，電源單元3在其輸出端設(shè)置有連接部或插座，通過該連接部或插座可以連接焊炬7或エ件8。相對應(yīng)地，電源單元3轉(zhuǎn)換被存儲在能量存儲器2中的能量，使得能夠像下面實施方式中所描述的那樣執(zhí)行例如焊接處理。根據(jù)本發(fā)明，通過使用降壓轉(zhuǎn)換器作為用于操作電弧的電源單元3，并且通過在緩沖狀態(tài)中執(zhí)行該降壓轉(zhuǎn)換器的至少ー個開關(guān)9的切換過程，則能夠以最小的開關(guān)損失將能量存儲器2可用的有限能量供應(yīng)給電弧6，其中所述至少一個開關(guān)9連接至能量存儲器2。為此目的，將在降壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)集成用于執(zhí)行緩沖切換過程的緩沖電路10?，F(xiàn)在將在下文中基于圖2和圖3描述根據(jù)本發(fā)明的具有集成緩沖電路10的電源単元3。降壓轉(zhuǎn)換器的基本元件是開關(guān)9和11以及電感器12。在這方面，提及了作為同步降壓轉(zhuǎn)換器使用的同步轉(zhuǎn)換器。為了能夠有效地產(chǎn)生用于電弧6的能量，即以99%左右的效率度產(chǎn)生用于電弧6的能量，根據(jù)本發(fā)明，開關(guān)9與緩沖電路10相連，從而由此獲得接通過程期間的接通緩沖和斷開過程期間的斷開緩沖。由此，非常少的能量轉(zhuǎn)換成熱，因此，只需要對電源単元3的電子器件進(jìn)行最小程度的冷卻。因此，還將電源單元3所需的空間減低至最少。
在當(dāng)前實施方式中，緩沖電路10利用存儲元件例如電容器和電感器以及ニ極管實現(xiàn)。通常，ニ極管控制電流的方向，由此在至少開關(guān)9的切換過程中能量存儲器2的能量能夠以最小的開關(guān)損失轉(zhuǎn)換成焊接處理、切割處理或清潔處理的電弧6所需的能量。就此而言，接通的緩沖分成兩個電路，其中第一電路由與開關(guān)9串聯(lián)聯(lián)接的電感器13形成，第二電路通過電感器14和ニ極管15而形成。第二電路通過控制単元16主動地控制或調(diào)控。第一電路借助于第二電路而被間接地控制或調(diào)控，從而總體上實現(xiàn)了主動接通緩沖。在其最簡單的形式中，控制單元16由開關(guān)17形成，與開關(guān)9 一祥，該開關(guān)17在輸入端與能量存儲器2相連。在這種情況下，開關(guān)17也相應(yīng)地被緩沖。具體而言，借助于電容器18和ニ極管19進(jìn)行斷開緩沖，借助于電感器20和電感器21進(jìn)行接通緩沖。開關(guān)9的斷開緩沖以與開關(guān)17類似的方式進(jìn)行，即借助于電容器22和ニ極管23。在這方面，ニ極管23防止電容器22在開關(guān)9處于接通狀態(tài)時的時間期間借助于開關(guān)9進(jìn)行不受控制的充電。開關(guān)11不需要緩沖，因為如現(xiàn)有技術(shù)中一般所知的那樣，由同步降壓轉(zhuǎn)換器的基本功能原理自動地產(chǎn)生這種緩沖。將從如下初始情況開始詳細(xì)地描述根據(jù)同步轉(zhuǎn)換器的控制由焊接裝置I的控制裝置4主動控制的切換過程期間的接通緩沖和斷開緩沖的功能開關(guān)9打開；開關(guān)11閉合；電容器14、18和22以及電感器20、21和12未充電。根據(jù)該初始情況，輸出電流Ia或焊接能量借助于由開關(guān)11和電感器12形成的電路供應(yīng)，其中開關(guān)11處的電壓基本為零。因而，電感器12將放電。為了在接下來的步驟中對電感器12充電，開關(guān)9將被接通，而開關(guān)11將在緩沖狀態(tài)下被斷開。當(dāng)開關(guān)9被接通時，根據(jù)本發(fā)明，接通緩沖將起到作用，從而當(dāng)接通吋，僅開關(guān)9的自身電容必須被再放電或轉(zhuǎn)移。因此，由此僅產(chǎn)生輕微的幾乎可忽略不計的接通損失。這是通過與開關(guān)9串聯(lián)連接的電感器13實現(xiàn)的，所述電感器13限制接通時的電流上升，從而電流上升將根據(jù)電感器13的尺寸連續(xù)地發(fā)生。因而，只有少量的輸出電流Ia將導(dǎo)致最小的開關(guān)損失。該電流增加持續(xù)進(jìn)行，直到經(jīng)過電感器13的電流與輸出電流Ia —樣大。這意味著，因為電流限制，輸出電流Ia以延時方式完全通過開關(guān)9流到輸出端。因而，電流不再經(jīng)由與開關(guān)11并聯(lián)連接的ニ極管15流到輸出端，使得電容14與開關(guān)11并聯(lián)地再充電。在最簡單的情況下，所述ニ極管15和所述電容14是形成開關(guān)11的功率晶體管的一部分。在這方面，所述再充電借助干與所述電容14串聯(lián)連接的電感器13進(jìn)行。由此，導(dǎo)致節(jié)點Kl處的電壓將以延時方式増加，并且連續(xù)地或緩慢地増加至電源電壓，即能量存儲器2的電壓。而且，通過所述電壓的緩慢增加，避免了開關(guān)9處以及開關(guān)11處的電壓峰值，從而防止開關(guān)9或11意外短時間的切換。具體地說，防止了在開關(guān)9處于接通狀態(tài)時開關(guān)11也被接通。在這方面，提及了所謂的“導(dǎo)電狀態(tài)”，在該“導(dǎo)電狀態(tài)”中，焊接能量直接從能量存儲器2供應(yīng)。當(dāng)電源電壓位于節(jié)點Kl兩端時情況就是如此。在“導(dǎo)電狀態(tài)”期間，必須對隨后的斷開緩沖和接下來的接通緩沖進(jìn)行對應(yīng)準(zhǔn)備。在“導(dǎo)電狀態(tài)”期間發(fā)生的“充電階段”中，電容器14、18和2將被充電，因為控制単元16將被致動，即開關(guān)17將被接通。致動控制単元16的第一個可能時間點是在節(jié)點Kl上施加電源電壓吋。開關(guān)17將保持接通狀態(tài)，直到在電容器14處施加了一半的電源電壓。而且，尺寸比電容器14小的電容器22和18在該時間期間將借助于電感器21和ニ極管24而被完 全充電。所述電感器21和ニ極管24布置在電容器18和電容器22之間，從而電容器18、22都將以相同的充電電流IL2進(jìn)行充電。在這方面，電感器21控制尺寸相同的電容器18和22的充電時間，從而這些電容器將被同步充電并且同時達(dá)到電源電壓。在這方面，電容器18和22至多在電容器14達(dá)到一半的電源電壓所需的時間期間充電。據(jù)此，將實現(xiàn)電感器21的尺寸設(shè)計。而且，扼流器21和ニ極管24將導(dǎo)致在電容器18和22充電期間所述電容器將被串聯(lián)連接。然而，為了實現(xiàn)斷開緩沖，電容器18和ニ極管19或電容器22和ニ極管33彼此獨立操作。在所述時間期間，根據(jù)電容器14的充電電流IL1，在與開關(guān)17串聯(lián)連接的電感器20中還存儲有能量。當(dāng)電容器18和22已經(jīng)被完全充滿電，并且電容器14處被施加一半的電源電壓時，開關(guān)17將被斷開。這里，充電的電容器18和ニ極管19起到開關(guān)17的斷開緩沖的作用，因為在切換時，由于電容器18而在開關(guān)17的輸出端也存在電源電壓，并且因此，開關(guān)17能夠基本沒有電壓地或沒有任何電位差地斷開或打開。隨后借助于電感器20使電容器18實現(xiàn)完全放電至電容器14或輸出端。因此，由于電感器21、ニ極管19和ニ極管25，所述臨時存儲的能量不會丟失。電容器18將放電，而電容器22將繼續(xù)保持電源電壓。通過將開關(guān)17斷開，電容器41將利用存儲在電感器20中的能量而被充電至電源電壓。這通過由電感器20、電容器14和ニ極管25形成的電路進(jìn)行。電感器20的尺寸使得在開關(guān)17接通時間期間將存儲足夠的能量，以便能夠在開關(guān)10處于斷開狀態(tài)時將電容器14充電至電源電壓。最后，當(dāng)在電容器14處達(dá)到電源電壓吋，“導(dǎo)電階段”期間的“充電階段”也結(jié)束。因而，還可以終止“導(dǎo)電階段”，因為確保了開關(guān)9的斷開緩沖。另外，還確保了從電感器13將能量移除，使得利用開關(guān)9的斷開還可同時獲得用于接下來的開關(guān)9的接通過程的接通緩沖。當(dāng)開關(guān)9斷開時，以與開關(guān)17相同的方式進(jìn)行斷開緩沖，通過充電的電容器22并借助于ニ極管23，在開關(guān)9的輸出端或在節(jié)點K2處也可獲得電源電壓，使得在開關(guān)9處基本上不會由此產(chǎn)生任何電壓降或電位差，因此，所述開關(guān)9幾乎可以沒有任何損失地斷開。因此，電流不再從能量存儲器2經(jīng)由開關(guān)9流向電感器13，使得存儲在其中的能量也能夠基本完全放電。這執(zhí)行為使得通過電容器22的完全放電，節(jié)點K2處的電壓將借助于ニ極管23連續(xù)地降低至輸出端。而且通過斷開開關(guān)9，使得影響節(jié)點Kl處的電壓的電容器14也放電。在這方面，通過比電容器22大的電容器14，節(jié)點Kl處的電壓以比節(jié)點K2處的電壓低的速率下降。由此，向電感器13施加所謂的負(fù)電壓時間面積，由此使流過電感器13的電流降低，這是由于電感器13處的電壓極性由于在更早時間點放電的電容器22而倒置。因此，在電容器22放電之后，節(jié)點K2處或開關(guān)9的輸出端處的電位將基本為零，其中節(jié)點K2的所述電位由ニ極管26保持。在這方面，電感器13處的負(fù)電壓時間面積招致由電感器13的放電產(chǎn)生的電流被供應(yīng)至輸出端。因此，電感器13和電容器14的能量將基本沒有任何損失地供應(yīng)至輸出電流la。因而，對于開關(guān)9的接下來的接通過程來說接通緩沖再次可用。對應(yīng)地，當(dāng)開關(guān)9將被斷開時，開關(guān)I將被再次接通，使得輸出電流Ia不會被 中斷。具體地說，當(dāng)在節(jié)點Kl處電壓已經(jīng)基本降低到零時開關(guān)11接通。因而，給出了接通緩沖。據(jù)此，再次建立了所述初始情況。因而，只要需要焊接能量，則反復(fù)進(jìn)行該過程。由于特別地采用了根據(jù)本發(fā)明的電源單元3用來從能量存儲器2提供焊接能量，因此用戶可利用根據(jù)能量存儲器2的容量的有限能量。根據(jù)圖4和圖5，可以在輸入和/或輸出裝置5的顯示器27上顯示可用的能量或由此導(dǎo)出的參數(shù)。為此目的，優(yōu)選地，為了產(chǎn)生電弧6，根據(jù)能量存儲器2的容量以及通過設(shè)置元件28設(shè)置的電流來計算足夠用于設(shè)置電流的能量的時間。例如以在下文中描述的方式實現(xiàn)參數(shù)的計算，特別是可用時間即剰余或剩下的時間的計算。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的能量存儲器2中，通常集成所謂的“充電狀態(tài)”(SOC)控制器和/或“健康狀態(tài)”(S0H)控制器。根據(jù)裝置I的控制裝置4，所述控制器特別地提供當(dāng)前充電狀態(tài)，該當(dāng)前充電狀態(tài)基本與能量存儲器2的容量對應(yīng)。而且，對于控制裝置4來說用于電弧6的設(shè)置電流也是已知的。由于能量存儲器2的可有效使用的容量高度依賴于負(fù)載，由此需要所述設(shè)置電流。在這方面，所述負(fù)載對應(yīng)于所述設(shè)置電流。例如，當(dāng)利用高焊接電流進(jìn)行焊接吋，能量存儲器2的容量將比利用中焊接電流或低焊接電流進(jìn)行焊接時更快速地消耗。因此，能量存儲器2的容量以及用于操作電弧6的電流用作計算的基礎(chǔ)。當(dāng)起動裝置I時，將根據(jù)電流和容量計算可利用所述設(shè)置電流工作的時間，并且在顯示器27上顯示時間。在這方面，提及了剩余時間或剩下時間，或在焊接裝置的情況下，提及了剩余焊接時間。當(dāng)用于操作電弧6的電流，特別是焊接電流改變時，則剩余焊接時間也對應(yīng)地被校正。由于在起動焊接裝置吋，尚未執(zhí)行任何焊接處理，所顯示的剩余焊接時間僅僅作為ー個近似值。這里，尚未考慮到實際能量消耗。實際能量消耗特別地取決于電弧6的長度、所使用的焊接電極32、對應(yīng)的焊接應(yīng)用等?，F(xiàn)在，當(dāng)進(jìn)行焊接處理時，控制裝置4基于焊接電流和焊接電壓的實際值或能量存儲器2的電流和電壓的實際值計算在一定時間段上的實際能量消耗?；诘竭_(dá)此時的能量消耗，可以推斷出將來的能量消耗，因此，可以對應(yīng)地校正剩余焊接時間，即焊接能夠持續(xù)多長時間，并且可以在顯示器27上顯示新的值。這可以在電弧6操作期間以規(guī)則時間間隔例如每隔五秒、三十秒或六十秒進(jìn)行。在顯示器27上，優(yōu)選顯示最后計算的剩余焊接時間，直到開始新的焊接處理、焊接電流改變或裝置I斷開為止。而且，可以存儲至少所述最后計算的值，從而在下一次開始時，將所述值顯示在顯示器27上。
為了能夠甚至更精確地執(zhí)行剩余焊接時間的計算，例如，在焊接處理期間存儲以規(guī)則時間間隔收集到的實際值。因而，在焊接處理之后，可以基于該實際值計算在該焊接處理期間消耗的能量，其中能量消耗的所述值在焊接處理期間將被分配給所設(shè)置的焊接電流?，F(xiàn)在，當(dāng)利用相同設(shè)置的焊接電流執(zhí)行若干次焊接處理時，可以確定能量消耗的平均值。對應(yīng)地，每個所執(zhí)行的焊接處理需要的焊接時間同樣將被存儲，而且也能夠獲得所述焊接時間的平均值。這樣，能夠建立所謂的數(shù)據(jù)庫，在該數(shù)據(jù)庫中，例如，除了焊接電流的多個可能設(shè)置之外，還存儲了在規(guī)定時間上的能量消耗的平均值。在這方面，可以利用所執(zhí)行的每個焊接處理來對應(yīng)地更新這種數(shù)據(jù)庫。這樣，可以實現(xiàn)的是，當(dāng)焊接裝置I起動或當(dāng)焊接電流改變時，利用根據(jù)數(shù)據(jù)庫經(jīng)驗地建立的圖形基本獲知由于該設(shè)置的焊接電流引起的能量消耗。根據(jù)能量存儲器2的容量和每次焊接處理的能量消耗(存儲在數(shù)據(jù)庫中)，能夠因此計算出利用所設(shè)置的焊接電流和能量存儲器2的可用容量能夠執(zhí)行多少次焊接處理。由于在數(shù)據(jù)庫中還對應(yīng)地存儲了屬于能量消耗的焊接時間，因此能夠計算剩余焊接時間并在顯示器27上顯示該剩余焊接時間。因而，反復(fù)地計算或確定剩余焊接時間，因為以規(guī)則的時間間隔考慮到了仍然可 用的能量和當(dāng)前能量消耗。因此，定期調(diào)節(jié)顯示在顯示器27上的剩余焊接時間，使得可以獲得關(guān)于能量存儲器2的相對精確的信息。剩余焊接時間的上述顯示當(dāng)然還可以用于類似的功能。當(dāng)能量存儲器2不與用于焊接的模塊組合而是例如與逆變器模塊或工具模塊組合時，情況尤其如此。當(dāng)可以對能量存儲器2進(jìn)行充電時則是更有利的。當(dāng)使用同步降壓轉(zhuǎn)換器作為電源単元3吋，還可以通過作為升壓轉(zhuǎn)換器操作該同步轉(zhuǎn)換器來使用所述同步降壓轉(zhuǎn)換器對能量存儲器2進(jìn)行充電。在這方面，通過將輸入端和輸出端互換，同步降壓轉(zhuǎn)換器可以在反向方向上操作。因而，對于根據(jù)圖2的升壓轉(zhuǎn)換器的操作來說，開關(guān)11、電感器12和ニ極管28十分重要。如果ニ極管28的功能被開關(guān)替換，則其被稱為同步升壓轉(zhuǎn)換器。因此，在同步轉(zhuǎn)換器的兩個操作模式中都采用開關(guān)11，從而對于每個操作模式來說需要不同的控制。例如，對于作為升壓轉(zhuǎn)換器的操作來說，通過根據(jù)圖4和圖5的設(shè)置元件30在輸入和/或輸出裝置5處致動充電模式(充電)來致動開關(guān)11的控制。所致動的充電模式例如通過發(fā)光二極管31指示。因此，當(dāng)致動充電模式時，給出基本先決條件，即能夠?qū)δ芰看鎯ζ?進(jìn)行充電。為此，必須連接對應(yīng)的電壓源。這在同步降壓轉(zhuǎn)換器的輸出端進(jìn)行，該輸出端在這種情況下又作為同步升壓轉(zhuǎn)換器的輸入端。具體地說，當(dāng)在焊接裝置中使用電源單元3時，輸出端由焊接插座形成。例如，可以使用車輛的電池作為電壓源。在焊接插座的區(qū)域中，可以提供反向電池保護(hù)，使得當(dāng)電壓源連接至電源單元3時，該電源単元3能夠得到保護(hù)。根據(jù)升壓轉(zhuǎn)換器的通常已知的功能，電壓源的電壓必須低于能量存儲器2的電壓。在致動充電模式并且連接電壓源之后，對能量存儲器2進(jìn)行充電。為此，控制開關(guān)11，使得電壓源的電壓上升至能量存儲器2的電壓。對應(yīng)地，用于能量存儲器2的充電電流經(jīng)由ニ極管28流到能量存儲器2，其中以上提到的可能的SOC和/或SOH控制器確保能量存儲器2的各個單元均勻地充電。充電狀態(tài)由SOC和/或SOH控制器監(jiān)測，并且傳送至控制裝置4。因而，充電狀態(tài)可以例如以百分比形式顯示在顯示器27上。因而，一旦能量存儲器2被完全充滿，則由控制裝置4自動地終止充電過程。這在顯示器27的輸入和/或輸出裝置5處或通過其中ー個發(fā)光二極管31 (能量)對應(yīng)地指示。例如，當(dāng)能量存儲器必須充電時發(fā)光二極管31 (能量)以紅色閃爍，或當(dāng)能量存儲器2完全充滿時以綠色閃爍。因而，通過設(shè)置元件30，例如可以從充電模式改變回到焊接模式(WIG或ELE)。當(dāng)然，焊接裝置還可以具有對應(yīng)的連線，借助于該連線，可以通過充電裝置對能量存儲器2進(jìn)行充電。在這種情況下，不需要同步轉(zhuǎn)換器作為升壓轉(zhuǎn)換器的操作模式。而且，還可以在裝置I處，特別是在焊接裝置處布置附加輸出端，該附加輸出端呈低壓插座形式，該低壓插座優(yōu)選并聯(lián)連接至電源單元3處的焊接輸出端或焊接插座，即在焊接裝置處上布置用于供應(yīng)額外用電設(shè)備的輸出端。因而，可以將其他負(fù)載，例如燈、氖管、切斷磨光機，特別是角向磨光機模塊、膠槍、鉆孔機器或鉆孔模塊、鋼絲鋸或豎鋸、或鋼絲鋸 或豎鋸模塊等連接至該焊接裝置。當(dāng)然，在裝置I或焊接裝置中，還可以布置升壓轉(zhuǎn)換器和DC/AC模塊，因此，所述的附加輸出端可以形成為交流電壓輸出端，特別是240V 插座。在這方面，可以在裝置I處，特別是在焊接裝置處布置ー個或若個低壓輸出端和ー個交流電壓輸出端，因而可以將以對應(yīng)電壓驅(qū)動的其他裝置直接連接至裝置I。當(dāng)連接并使用這種附加設(shè)備時，也可以以之前所描述的方式確定和指示其能量消耗。為此目的，可以呈現(xiàn)仍然可用能量的一般顯示和/或用于ー個或更多個焊接處理的持續(xù)時間的顯示，從而用戶能夠以理想方式使用可用能量。裝置I或焊接裝置的這種設(shè)計的優(yōu)點是用戶現(xiàn)在具有用于結(jié)合材料的焊接裝置，而且甚至用于其他任務(wù)(例如分離材料)的附加裝置可以連接至該焊接裝置，其中設(shè)置了公共電流源。
權(quán)利要求
1.ー種用于轉(zhuǎn)換用于操作電弧(6)的能量存儲器(2)的能量的方法，其中為了進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，以受控方式接通和斷開降壓轉(zhuǎn)換器的至少ー個開關(guān)(9)，其中所述至少一個開關(guān)(9)在輸入端連接至所述能量存儲器(2)，其特征在于，使用同步轉(zhuǎn)換器作為用于操作所述電弧(6)的所述降壓轉(zhuǎn)換器，并且設(shè)計為電源単元(3)的所述同步轉(zhuǎn)換器的所述至少ー個開關(guān)(9)在輸出端連接至緩沖電路(10)，使得至少所述開關(guān)(9)在緩沖狀態(tài)下接通和斷開，并且在所述至少一個開關(guān)(9)的接通過程中，電流上升由與所述開關(guān)(9)串聯(lián)布置的電感器(13)限制，在所述接通過程之后，致動控制単元(16)，并且在所述開關(guān)(9)處于所述接通狀態(tài)的同時對在所述輸出端分配給所述開關(guān)(9)的至少ー個電容器(22)充電，在所述至少一個開關(guān)(9)的斷開過程中，并且在所述控制単元(16)停用的情況下，在所述輸出端施加在所述開關(guān)(9)處的電壓通過所述電容器(22)基本保持為所述能量存儲器(2)的電壓。
2.ー種用于轉(zhuǎn)換用于操作負(fù)載的能量存儲器(2)的能量的方法，所述負(fù)載特別是電弧(6)，其中為了進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，以受控方式接通和斷開降壓轉(zhuǎn)換器的至少ー個開關(guān)(9)，其中所述至少一個開關(guān)(9)在輸入端連接至所述能量存儲器(2)，其特征在于，使用同步轉(zhuǎn)換器作為所述降壓轉(zhuǎn)換器，并且使用被設(shè)計為電源單元(3)的所述同步轉(zhuǎn)換器為所述負(fù)載和所述能量存儲器(2)的充電提供供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述控制単元(16)由開關(guān)(17)形成，該開關(guān)(17)在輸出端連接到至少ー個電容器(18)和ニ極管(19)，從而所述開關(guān)(17)將在緩沖狀態(tài)下停用。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述開關(guān)(9)處于接通狀態(tài)并且所述控制単元(16)停用的同時，所述緩沖電路(10)的至少ー個存儲元件由所述緩沖電路(10)的至少ー個另外的存儲元件完全充電，以用于所述開關(guān)(9)的緩沖接通過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項所述的方法，其特征在于，在所述開關(guān)(9)的斷開過程中，所述緩沖電路(10)的至少一部分存儲元件在所述開關(guān)(9)的斷開過程的情況下獨立地作用。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在斷開過程的情況下，所述緩沖電路(10)的至少ー個存儲元件向所述同步轉(zhuǎn)換器的輸出端放電，以用于開關(guān)(9)的接通過程。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項所述的方法，其特征在于，通過將該同步轉(zhuǎn)換器的輸入端和輸出端互換，所述同步轉(zhuǎn)換器還用來作為升壓轉(zhuǎn)換器對所述能量存儲器(2)充電。
8.ー種用于轉(zhuǎn)換用于操作電弧(6)的能量存儲器(2)的能量的設(shè)備，該設(shè)備包括具有至少ー個開關(guān)(9)的降壓轉(zhuǎn)換器，能夠以受控方式接通和斷開所述至少ー個開關(guān)(9)，其中所述至少一個開關(guān)(9)在輸入端連接至所述能量存儲器(2)，其特征在于，所述降壓轉(zhuǎn)換器由同步轉(zhuǎn)換器形成，設(shè)計為電源單元(3)的所述同步轉(zhuǎn)換器的所述至少一個開關(guān)(9)在輸出端連接至緩沖電路(10)，所述緩沖電路(10)具有用于所述至少ー個開關(guān)(9)在緩沖狀態(tài)下的接通和斷開的存儲元件，其中為了對所述至少一個開關(guān)(9)的接通過程進(jìn)行緩沖，設(shè)置了與所述開關(guān)(9)串聯(lián)連接的電感器(13)，并且為了對所述至少ー個開關(guān)(9)的斷開過程進(jìn)行緩沖，設(shè)置了與所述至少一個開關(guān)(9)連接的ニ極管(23)和連接至控制單元(16)的電容器(22)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述緩沖電路(10)集成在所述同步轉(zhuǎn)換器中。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制単元(16)由開關(guān)(17)形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)置了用于對所述能量存儲器(2)進(jìn)行充電的充電裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述充電裝置由所述輸入端和所述輸出端被互換的所述同步轉(zhuǎn)換器形成，從而所述同步轉(zhuǎn)換器能夠用作用于對所述能量存儲器(2)進(jìn)行充電的升壓轉(zhuǎn)換器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的設(shè)備，其特征在于，優(yōu)選地在輸入和/或輸出裝置(5)處，設(shè)置用于指示所述能量存儲器(2)的充電狀態(tài)的發(fā)光二極管(31)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，優(yōu)選地在輸入和/或輸 出裝置(5)處，設(shè)置用于所述充電裝置的接通和斷開的設(shè)置元件(30)。
15.一種焊接裝置，該焊接裝置包括能量存儲器(2)、用于形成電弧￠)的焊炬(7)和用于轉(zhuǎn)換用于操作所述電弧(6)的能量存儲器(2)的能量的設(shè)備，所述設(shè)備具有降壓轉(zhuǎn)換器，該降壓轉(zhuǎn)換器具有至少ー個開關(guān)(9)，能夠以受控方式接通和斷開所述至少ー個開關(guān)(9)，其特征在于，用于轉(zhuǎn)換能量的設(shè)備被設(shè)計成用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I至7中任ー項所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于轉(zhuǎn)換用于操作電弧(6)的能量存儲器(2)的能量的方法和設(shè)備。為了轉(zhuǎn)換能量，以受控方式接通和斷開降壓轉(zhuǎn)換器的至少一個開關(guān)(9)，其中所述至少一個開關(guān)(9)在輸入端連接至所述能量存儲器(2)。為了能夠盡可能多地向所述電弧(6)供應(yīng)所述能量存儲器(2)可用的有限能量，使用同步轉(zhuǎn)換器作為用于操作所述電弧(6)的所述降壓轉(zhuǎn)換器，并且設(shè)計為電源單元(3)的所述同步轉(zhuǎn)換器的所述至少一個開關(guān)(9)在輸出端連接至卸載電路(10)，使得至少所述開關(guān)(9)在卸載狀態(tài)下接通和斷開。
文檔編號B23K9/10GK102655976SQ201080040117
公開日2012年9月5日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月10日
發(fā)明者于爾根·賓德爾, 伯恩哈德·阿特爾斯梅爾, 克里斯蒂安·梅格, 沃爾特·施蒂格爾鮑爾 申請人:弗羅紐斯國際有限公司