專利名稱：使用由車輛供電的ac逆變器的由電池供電的焊機系統(tǒng)的制作方法
使用由車輛供電的AC逆變器的由電池供電的焊機系統(tǒng)
背景技術(shù)：
本發(fā)明總體上涉及位于遠離電網(wǎng)的位置處的焊接、切割和/或感應(yīng)加熱系統(tǒng)。
焊接、切割和/或感應(yīng)加熱系統(tǒng)通常包括配置為提供在各個系統(tǒng)的操作中 所使用的電流的電源。在這些系統(tǒng)中，在工件當中、附近或是周圍可以流過電 流來焊接工件，切割工件和/或加熱工件。典型地，電源接收來自電網(wǎng)的交流 (AC)電功率(power)并且調(diào)節(jié)該電功率以適用于特定系統(tǒng)。在某些應(yīng)用中， 可能不存在用來向特定系統(tǒng)提供電功率的電網(wǎng)。例如，在越野愛好者市場中， 對在遙遠地方或是在不能使用傳統(tǒng)系統(tǒng)的地方的車輛進行焊接修理，便攜式焊 機是有用的。經(jīng)常使用發(fā)電機來向便攜式焊機提供電功率。不幸的是，這些發(fā) 電機體積龐大并且4艮昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
在特定實施例中， 一種焊接、切割和/或感應(yīng)加熱系統(tǒng)包括都被配置用來 接收來自多個電源的電功率的充電電路和電池。例如，在一個實施例中，系統(tǒng) 包括被配置基于要被連接到充電電路的多個電源的容量來改變輸出充電電平 的充電電路。該系統(tǒng)還包括連接到充電電路的輸出的電池。此外，該系統(tǒng)包括 連接到電池的切割電路、焊接電路、感應(yīng)加熱電路或是其組合。
根據(jù)另 一實施例， 一種系統(tǒng)包括被配置用來自動地檢測連接到充電電路的 電源的容量并且被配置用來基于電源的容量自動地設(shè)定充電輸出電平的充電 電路。
根據(jù)再一實施例， 一種便攜式工具包括電池、連接到電池的輸出以及連接 到電池并且被配置用來基于多個不同的電源的輸出容量設(shè)定充電電平的充電 電路。
根據(jù)再一實施例， 一種充電方法包括自動地檢測電源的容量，該步驟包括 指定(command)在連接到電源的充電電路的輸出上的至少一個脈沖的生成，感應(yīng)在輸出上所生成的實際的電功率電平，以及基于在輸出上所生成的實際的 電功率電平來檢測電源的容量。該方法還包括基于所檢測到的容量來自動地設(shè) 定充電電路的充電電平輸出。


當參考所附的附圖來閱讀如下的詳細說明時可以更好地理解本發(fā)明的這 些和其它特征、方面以及優(yōu)點，其中，在所有這些附圖中，相同的字符代表相
同的部件，其中
圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性焊接系統(tǒng)、切割系統(tǒng)以及感應(yīng)加
熱系統(tǒng)的示意圖2是圖1中的系統(tǒng)的充電電路的示例性實施例的示意圖3是連接到圖2中的充電電路的開關(guān)和輸入設(shè)備的示意圖4是圖1中的電纜的可選實施例的示意圖5、 6、 7是說明操作圖2中的充電電路的方法的流程圖8是說明能夠提供指定功率的AC電源的指定電流與供給電流之間的關(guān)
系的曲線圖9是說明在功率超載后不會自動復(fù)位的AC電源的指定電流與供給電流 之間的關(guān)系的曲線圖；以及
圖IO是說明在功率超載后自動復(fù)位的AC電源的指定電流與供》合電流之 間的關(guān)系的曲線圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖，圖1說明了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一個實施例的響應(yīng)電源的、可 變輸入電平充電系統(tǒng)10。如下所述，充電系統(tǒng)10基于連接到系統(tǒng)10的特定 電源的電功率容量是可調(diào)節(jié)的。所說明的系統(tǒng)10包括焊接系統(tǒng)12、切割系統(tǒng) 14以及感應(yīng)加熱系統(tǒng)16。然而，系統(tǒng)IO可適用于各種其它的工業(yè)設(shè)備、工具 等。如同下面詳細討論的一樣，系統(tǒng)12、 14、 16都可包括配置用來存儲并且 向各個系統(tǒng)提供電功率的電池18。電池18可再充電，因此系統(tǒng)12、 14和16 都可包括配置用來接收并且調(diào)節(jié)來自多個電源22其中之一的電功率并且傳遞 調(diào)節(jié)后的電功率到電池18的充電電路20。在所說明的實施例中，電源22可 包括提供交流(AC)電功率的電網(wǎng)24、連接到車輛電源系統(tǒng)28或是其它的AC或DC電源30的AC逆變器26。系統(tǒng)12、 14和16都能夠接收來自電源 22的至少一個或是全部的電功率。
如下面詳細討論的一樣，在一個實施例中，充電電路20可基于向充電電 路20提供電功率的電源22來改變用來對電池18充電的電功率輸出。例如， 實施例可包括充電電路20,用于降低向電池18提供的電功率電平并且如果電 源22不能夠提供初始時所期望的用來充電電池18的電功率，則該充電電路 20延長對系統(tǒng)12、 14和16的電池18的充電時間。正如下面將要進一步討論 的一樣，實施例可包括用來使充電電路20識別電源22的容量的手動輸入或特 定應(yīng)用的電纜。此外，充電電路20可被配置用來自動地檢測電源22的容量并 且相應(yīng)地調(diào)節(jié)向電池18的電功率輸出。在某些實施例中，自動地;險測電源22 的容量可包括充電電路20指定輸出電功率(例如，電流和/或電壓)的脈沖并 且監(jiān)視來自充電電路20的實際電功率電平輸出以確定電源22是否能夠支持所 指定的電功率電平。進一步，實施例還可包括充電電路20指定在不同電功率 電平下的一系列脈沖以便更加準確地確定電源22的容量。相應(yīng)地，充電電路 20的靈活性可實現(xiàn)系統(tǒng)12、 14和16中的每一個與一個或多個電源22的連接 并且實現(xiàn)電池18的優(yōu)化充電。
如圖1所描繪的，系統(tǒng)10包括電源22、焊接系統(tǒng)12、切割系統(tǒng)14以及 感應(yīng)加熱系統(tǒng)16。電源22可被配置為向系統(tǒng)12、 14和16提供AC電流。在 一個實施例中，電源22中的其中 一個可包括用來傳遞115伏特AC ( VAC )或 230VAC的電功率的AC電網(wǎng)24。例如，AC電網(wǎng)24可經(jīng)由電功率出口 (諸如 墻壁插座)提供電功率。AC電網(wǎng)24通常能夠連續(xù)地提供大量的電功率。換 句話說，AC電網(wǎng)24通常應(yīng)該能夠提供滿負荷地向電池18充電的大約1000 瓦特(W)的電功率。
電源22還可包括AC逆變器26。通常地，AC逆變器26包括用來將直流 (DC)轉(zhuǎn)換為交流電(AC)的電子電路。因此，AC逆變器26可使12或24 伏特的電池(諸如車輛電池)提供AC電功率來才喿作典型地由AC電源(諸如 AC電網(wǎng)24)供電的電子設(shè)備。在一個實施例中，如圖1所示，AC逆變器26 可電連接到車輛電源系統(tǒng)28。例如，AC逆變器26可經(jīng)由12 VDC輔助電源 插頭(例如，點煙器插頭)連接到車輛電池或車輛的電氣系統(tǒng)(例如，電池、發(fā)電機等)。因此，逆變器26可將車輛電源系統(tǒng)28的DC電功率轉(zhuǎn)換為能夠 :燥作焊接系統(tǒng)12、切割系統(tǒng)14和/或感應(yīng)加熱系統(tǒng)16的AC電功率。例如， 逆變器26可被設(shè)計為將由車輛電源系統(tǒng)28提供的12 VDC轉(zhuǎn)換為115 VDC。 最好的是，AC轉(zhuǎn)換器26可基于特定模式而包括多種特征和容量。
AC逆變器26的一個特征可包括它能夠傳遞給定量的電功率的能力。換 句話說，逆變器26可受到它自身能夠輸出的最大電功率電平的限制。例如， 逆變器能夠傳遞最大為100瓦特的電功率，因而不能夠提供充足的電功率來操 作使用1000W的設(shè)備(諸如充電電路20的實施例)。具有受限容量的逆變器 26可包括對超過逆變器26可以提供的電功率(即，超載)的請求的特殊響應(yīng)。 例如，在發(fā)生超載時，某些逆變器26可完全關(guān)斷并且請求手動復(fù)位，其它的 逆變器26可"回送(fold-back)"它們的輸出電壓或電流以限制電功率輸出， 而另外的逆變器26可臨時關(guān)斷且隨后自動重啟。如同下面將要進一步討論的 一樣，并不是所有的逆變器26都能夠提供所需求的滿額容量的電功率，因此 系統(tǒng)10需要調(diào)節(jié)充電電路20以在所提供的受限電功率下操作。
電源22還可包括不是典型地作為以電網(wǎng)24或逆變器26的其它電源30。 例如，其它電源30包括普通發(fā)電機、交流發(fā)電機、逆變器或其它能夠提供AC 或DC電功率的電功率系統(tǒng)。在系統(tǒng)10中，這些其它電源30可提供與系統(tǒng) 12、 14和16的充電電路20所期望的電功率電平相比較而言較小、較大或相 等的電功率電平。
如上面所討論的一樣，系統(tǒng)10包括焊接系統(tǒng)12、切割系統(tǒng)14和/或感應(yīng) 加熱系統(tǒng)16。在一個實施例中，可獨立地提供這些系統(tǒng)12、 14和16作為每 個系統(tǒng)10中的唯一單元。例如，系統(tǒng)10可包括不具有切割系統(tǒng)14或感應(yīng)加 熱系統(tǒng)14的功能的由電池操作的焊接系統(tǒng)12。系統(tǒng)10的另一實施例可包括 系統(tǒng)12、 14和16的任意組合。例如，單個系統(tǒng)10可包括單個單元中所包含 的焊接系統(tǒng)12和切割系統(tǒng)14。因此，這樣的實施例可包括單個充電電路20 以及操作焊接系統(tǒng)12和切割系統(tǒng)14的電池18。進一步，系統(tǒng)10還包括被配 置為在類似的AC電功率限制下操作的其它的類似系統(tǒng)。
焊接系統(tǒng)12、切割系統(tǒng)14以及感應(yīng)加熱系統(tǒng)16都可以包括類似的部件 設(shè)置。在一個實施例中，系統(tǒng)12、 14和16都包括充電電if各20、電池18以及配置用來提供焊接、切割或感應(yīng)加熱的附加電路。例如，焊接系統(tǒng)12、切割
系統(tǒng)14以及感應(yīng)加熱系統(tǒng)16可分別包括焊接電路32、切割電路36以及感應(yīng) 加熱電路40。這些電路32、 36和40可被配置用來實現(xiàn)每個系統(tǒng)的所期望的 功能。換句話說，電路可被配置用來控制焊接執(zhí)行機構(gòu)34 (諸如焊炬)、切割 執(zhí)行機構(gòu)38 (諸如等離子體切割機)和/或感應(yīng)加熱執(zhí)行機構(gòu)42 (諸如感應(yīng)加 熱線圈)的操作。
在一個實施例中，充電電路20接收來自多個電源22其中之一的AC電功 率并且將此電功率轉(zhuǎn)換為配置用來向電池18充電的輸出。例如，充電電路20 的輸出可電連接到電池18并且提供用來向電池18充電的給定量的電流和電 壓。在另一實施例中，充電電路20將至少部分的所接收到的電功率轉(zhuǎn)換為被 配置用來操作其它的電路32、 34、 36的輸出。例如，當充電電路20沒有連接 到電源22時，焊接電路32至少主要地在由電池18所提供的電功率下操作。 然而，當充電電路20連接到電源22時，焊接電路32可從充電電路20和/或 電池18抽取電功率。切割系統(tǒng)14和感應(yīng)加熱系統(tǒng)16可以類似的方式來配置。 在下面將要進一步詳細地討論充電電路20的操作及配置。
可提供電池18來存儲用于系統(tǒng)12、 14和16的操作的電功率。如上所述， 電池18包括經(jīng)由充電電路20再充電的可再充電的電池。電池18還可被配置 為傳遞適當?shù)碾妷汉碗娏鱽碇С窒到y(tǒng)12、 14和16的需求。在一個實施例中， 電池18包括能夠再充電的鉛酸電池。在另一實施例中，在系統(tǒng)12、 14和16 當中包含多個可再充電的電池。因此，可串聯(lián)提供兩個或多個電池18來提供 操作系統(tǒng)12、 14和16的電功率。例如，串聯(lián)地連接兩個12V密封的鉛酸電 池來提供24V。還可使用其它的電池18、配置以及電壓。例如，電池18可包 括鋰離子(Li-ION)電池、鎳金屬氫化物(Ni-MH)電池、鎳鎘(Ni-Cd)電 池等。進一步，電池18還可包括諸如電容或電感在內(nèi)的各種其它形式的能量 存儲器件。
如同上面所討論的一樣，焊接系統(tǒng)12可包括配置用來使能焊接的焊接電 路32。在一個實施例中，焊接電路32包括用來控制金屬惰性氣體(MIG)焊 機、鵪惰性氣體(TIG)焊機、焊條焊機、或是其它形式的焊機的電路。這種 系統(tǒng)可包括多個部件，包括配置用來接收來自電池18和/或充電電路20的電功率的電源、焊接材料源、保護氣體源、以及焊接執(zhí)行機構(gòu)34(諸如焊炬 及電纜連接)。在實施例中，由電池18提供的電功率被配置用來經(jīng)由焊接執(zhí)行
機構(gòu)34提供到工件的焊接電流。電流在焊接位置處通常生成電弧，因此通過
加熱工件和焊接材料來形成焊縫。
與焊接系統(tǒng)12相類似，切割系統(tǒng)14可包括切割電路36和切割執(zhí)行機構(gòu) 38。在一個實施例中，切割電路36包括用來控制等離子體切割機的電路。這 種系統(tǒng)可包括多個部件，包括配置用來接收來自電池18和/或充電電路20的 電功率的電源、加壓氣體源、以及切割執(zhí)行機構(gòu)38 (諸如等離子體炬及電纜 連接)。由電池18提供的電功率可被配置用來提供電流到等離子體炬中的電 極。在等離子體切割機的操作期間，在用來將加壓氣體轉(zhuǎn)換為等離子體的電極 處生成大功率的電火花。等離子體高速地從噴嘴中噴射出，因此通過將切割區(qū) 域縮小為熔渣來形成切割。等離子體還？I起從電極到工件的電流并且保持電 弧。
進一步，感應(yīng)加熱系統(tǒng)16可包括感應(yīng)加熱電路40。在一個實施例中，感 應(yīng)加熱電路40包括用來控制感應(yīng)加熱機的電路。這種系統(tǒng)可包括多個部件， 包括配置用來接收來自電池18和/或充電電路20的電功率的電源以及配置用 來傳遞電流到工件的加熱執(zhí)行機構(gòu)42(諸如感應(yīng)線圈)。在感應(yīng)加熱系統(tǒng)16 的操作期'間，可利用射頻電流來激勵感應(yīng)線圈。射頻電流生成作用于導(dǎo)電的或 鐵磁的工件的高頻電磁場。
系統(tǒng)IO還可包括配置用來提供操作各種設(shè)備的電功率的其它電路。在實 施例中，系統(tǒng)10包括能夠向多個設(shè)備提供電功率的AC電功率輸出。例如， 這種系統(tǒng)10包括電連接到115 VAC輸出的充電電路20和電池18。相應(yīng)地， AC輸出可使對附加工具或設(shè)備進行供電。進一步，AC輸出可操作作為不間 斷電源(UPS)。例如，AC輸出可提供給定時長的高輸出電功率的突發(fā)并且較 低電功率AC逆變器可維持向電池18的充電。
現(xiàn)在返回充電電路20，下面的討論將考慮充電電路20的操作及配置。如 上面所簡單討論的一樣，可提供充電電路20來向電池18充電并且在系統(tǒng)12、 14和16中正確地i洛由電功率。進一步，因此，系統(tǒng)12、 14和16以及充電電 路20能夠接收來自多個不同的電源22的電功率。在一個實施例中，系統(tǒng)12、14和16 — 皮插入電網(wǎng)24、 AC逆變器26、或是其它電源30。例如，充電電^各 20能夠接收并且調(diào)節(jié)來自各個電源24、 26和30的電功率。因此，如上所述， 用來向系統(tǒng)12、 14和16提供電功率的電纜44可被插入任意的電源22。作為 進一步的說明，焊接系統(tǒng)12可被插入連接到電網(wǎng)24的墻壁插座來提供電池 18的初始充電。接下來，焊接系統(tǒng)12可被插入位于車輛中的AC逆變器26 以保持向電池18的充電并且做好使用準備。這種系統(tǒng)可包括在單一外殼中容 納的便攜式焊接系統(tǒng)12，從而越野駕駛愛好者可在偏僻道路上使用焊接系統(tǒng) 12。
如同前面所討論的一樣，充電電路20可提供向電池的DC輸出來補充電 池18中的電荷并且還可向焊接、切割和/或感應(yīng)加熱電路32、 36和40提供部 分的電功率。根據(jù)這個功能，充電電路20可包括多個部件以正確地接收并且 分配電功率。現(xiàn)在參考圖2,描繪了充電電路20的實施例的方框圖。如圖所 示，充電電路的實施例包括AC電功率輸入46、電功率電路48、控制器電路 50以及電功率輸出52。在一個實施例中，AC輸入46電連接到電源22的其 中之一。例如，電纜44可一端連接到AC輸入46并且另一端連接到電源22 的其中之一(參見圖l)。如同下面將要詳細討論的一樣，電纜44可包括用來 協(xié)助充電電路20識別連接到充電電路20的電源22的附加特征。
在一個實施例中，充電電路20包括整流器54。例如，充電電路20可包 括用來將來自AC輸入46的AC電功率轉(zhuǎn)換為DC總線電壓的整流器54。在 系統(tǒng)12、 14和16當中，DC總線電壓可被傳遞到多個部件。
電功率電路48可包括在充電電路20當中。在一個實施例中，電功率電路 48將DC總線電壓轉(zhuǎn)換為被配置為向電池18再充電和/或向焊接、切割和/或 感應(yīng)加熱電路32、 36和40提供部分電功率的DC輸出電壓和電流電平。在另 一實施例中，電功率電路48包括提供對來自電功率電路48的電功率輸出的額 外調(diào)節(jié)的變壓器56。例如，如圖所示，電功率電路48向被配置為將電功率輸 出轉(zhuǎn)換為電池18和/或在系統(tǒng)12、14和16當中的其它部件(諸如焊接電路32、 切割電路36以及感應(yīng)加熱電路40)所期望的電壓電平的變壓器56提供電壓 和電流。輸出二極管58可被配置為在電功率輸出52處將變壓器56的輸出整 流為所期望的直流電流。在一個實施例中，在充電電路20當中可以監(jiān)視并且控制電功率電路48。
例如，控制器電路50可控制電功率電路48的操作。在一個實施例中，控制器 電路50可包括微處理器，該微處理器包括模擬電路、數(shù)字電路和/或非易失性 存儲器62。因此，控制器電路50可向電功率電路48提供必要的控制信號(諸 如柵極和驅(qū)動信號)來提供所期望的輸出電流、電壓或電功率電平。例如，控 制器電路50可通過被配置用來控制電功率電路48的操作的控制信號來指定給 定的電功率輸出。
為了正確地向電池18充電，控制器電^各50可扭J于一皮配置用來控制的電功 率電路48的輸出的充電算法。例如，充電算法可指定向電池18提供的電功率 的時長和電平來保持最優(yōu)的充電條件。在一個實施例中，控制器電路50包括 反饋回路來監(jiān)視電功率輸出并且根據(jù)充電算法來控制電功率電路48的輸出。 例如，如圖2所示，控制器電路50可連接到被配置用來提供與輸出電流相關(guān) 的反饋的輸出電流傳感器64，并且連接到被配置用來向控制器電路50提供代 表電功率輸出52的輸出電壓的信號的輸出端66?；谶@些輸入和充電算法， 控制器電路50可提供適當?shù)男盘杹砜刂齐姽β孰娐?8。在另一實施例中，控 制器電路50還監(jiān)視溫度輸入68。例如，溫度輸入68可提供表示電池18的溫 度和/或控制器電路50的溫度的信號。因此，電功率電路48的輸出可被優(yōu)化 以經(jīng)由電功率輸出52來對電池18充電。
進一步，控制器電路50可包括用來存儲關(guān)于充電算法以及其它功能的信 息的存儲器。在一個實施例中，控制器電路50可包括能夠存儲信息的非易失 性存儲器62。例如，非易失性存儲器可包括電可擦除的可編程只讀存儲器 (EEPROM)芯片來存儲少量的易失性(配置)數(shù)據(jù)。還可使用包括RAM和 閃存存儲器的其它存儲器。
如上面所討論的一樣，系統(tǒng)12、 14和16的性能可能受到向系統(tǒng)12、 14 和16供電的電源22的限制。更具體地，當使用具有受限電功率輸出的電源 22 (諸如AC逆變器26)時，充電電路20不能夠提供所期望的滿額電功率來 充電電池18和/或操作系統(tǒng)12、 14和16的其它部件。因此，當充電電路20 連接到電網(wǎng)24時，充電電路20能夠為充電電池18提供包括IOOOW輸出電功 率的充電特性。然而，當充電電路20連接到AC逆變器26或是僅可以向系統(tǒng)12、 14和16提供100W的電功率的其它電源30時，充電電路20不能夠輸出 所期望的IOOOW的電功率，因此充電電路20可相應(yīng)地改變充電特性和電功率 輸出。盡管可以簡單地執(zhí)行適當?shù)碾姽β孰娖降脑O(shè)定，但是證明很難去檢測電 源22的限度和容量。
為了解決;險測電源22的限度的問題，系統(tǒng)12、 14和16可包括用來識別 電源22的限度的設(shè)備。在實施例中，系統(tǒng)12、 14和16可包括被配置用來識 別電源22的限度的開關(guān)70。例如，如圖3所示，開關(guān)70可電連接到充電電 路20。因此，可由使用者根據(jù)連接上的電源22來調(diào)節(jié)開關(guān)位置并且充電電路 20可相應(yīng)地調(diào)節(jié)其輸出。開關(guān)70可包括旋鈕、按鈕或其它的輸入設(shè)備。例如， 實施例可包括被配置用來使操作者在電網(wǎng)24與AC逆變器26之間選擇的開關(guān) 70。在另一實施例中，開關(guān)70包括多個電流設(shè)定。進一步，實施例可包括與 充電電路20電通信的設(shè)備。例如，使用者可連接通信設(shè)備72 (諸如手持計算 機)到充電電路20并且通過串聯(lián)或其它通信協(xié)議與充電電^各20傳送電源的限 度。
在另一實施例中，連接設(shè)備包括用來識別電源22的限度的特征。例如， 如圖4所示，用來連接電源22到系統(tǒng)12、 14和16的電纜44可包括識別特征 74。在一個實施例中，當電纜44連接到充電電路20時，識別特征74包括電 連接到充電電路20的電阻等。因此，充電電路20可感知電阻的電阻值并且基 于感知的電阻值來識別連接上的電源22的容量、類型或其它的特點。例如， 用來連接系統(tǒng)12、 14和16到AC電網(wǎng)24的電纜44可包含200歐姆的電阻， 而用來連接系統(tǒng)12、 14和16到AC逆變器26的電纜44可包含400歐姆的電 阻。因此，如果充電電路20感知到400歐姆的電阻值，則充電電路20則將電 源22識別為AC逆變器26并且相應(yīng)地調(diào)節(jié)充電電路20的輸出。辨別特征還 可用來識別電源22的具體特點，諸如最大電功率電平輸出、和/或在超載調(diào)節(jié) 后復(fù)位設(shè)備的能力。
盡管手動開關(guān)70或識別特征74對于識別電源22的容量和限度非常有幫 助，其它的解決方案也證明很有價值。 一個解決方案可包括用來自動地檢測電 源22的容量和限度并且相應(yīng)地調(diào)節(jié)系統(tǒng)12、 14和16的功能的系統(tǒng)。例如， 系統(tǒng)IO可識別電源22是否能夠提供所期望的用來充電電池18的滿額電功率電平和/或是否能夠向系統(tǒng)12、 14和16的部件供電?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖5，流程圖描 繪了用來識別電源22是否能夠提供所期望的用來充電電池18的滿額電功率電 平和/或向系統(tǒng)12、 14和16的部件供電的方法。例如，如方框76所示，第一 步驟可包括充電電路20指定輸出滿額電平的電流。在一個實施例中，指令包 括從控制器電路50到電功率電路48用來生成在給定電平下的電功率輸出的信 號。例如，當電源22能夠傳遞所指定的電功率(諸如電網(wǎng)24)時，可設(shè)定給 定的電平為用來充電電池18的值。如方框78所示，在指定電流為滿額電平之 后，充電電路20可監(jiān)視在輸出52所產(chǎn)生的實際電流來確定實際的電流輸出是 否低于期望的電平。例如，再次參考圖2,控制器電路50可通過輸出電流傳 感器64和輸出端66來監(jiān)視輸出電流和電壓。因此，控制器電路50可確定實 際的電流輸出是否高于期望的電平。在一個實施例中，期望的電平基于用來向 充電電池18^是供滿額電功率所期望的電平。
如果實際的電功率輸出高于期望的電平，則系統(tǒng)12、 14和16根據(jù)能夠提 供期望的電功率電平來繼續(xù)操作。例如，如方框80所示，充電電路20可繼續(xù) 輸出滿額電平的電流。然而，如果實際的電流輸出低于所期望的電平，這表示 能夠提供受限容量的電功率的電源22 (諸如AC逆變器26)。因此，如方框 82所示，系統(tǒng)12、 14和16可根據(jù)受限容量的電源來操作。例如，如同下面 將要詳細討論的一樣，充電電路20可將輸出電功率限制到降低的電平或是基 于電源22的其它所;險測到的特點來嘗試發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的降低的電平。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖6，其中提供了替代方框82的可選方法。相應(yīng)地，圖6說明 了考慮受限容量的電源22的操作方法。所說明的方法包括檢測電源22是否自 動地對自己復(fù)位并且相應(yīng)地控制系統(tǒng)12、 14和16的操作。在一個實施例中， 在確定電流輸出低于所期望的電平之后(參見圖5,方框78和82),如方框 84所示，系統(tǒng)12、 14和16停止輸出電流。例如，當充電電路20的控制器電 路50已經(jīng)檢測到實際的輸出電功率電平不充足時，控制器電路50可停止輸出 滿額電平的電流的指令。
接下來，如方框86所示，實施例可包括在存儲器中設(shè)定標志位。在存儲 器中設(shè)定位對于嘗試識別電源22的其它特點的實施例來說是非常有幫助的步 驟。例如，如在方框100的討論中將要注意的，可使用標志位來表示電源22是否在這之前不能提供所期望的輸出電平。在設(shè)定標志位之后，如方框88所
表示的那樣，系統(tǒng)12、 14和16可等待一段時間。在一個實施例中，等待一段 時間可提供使電源22復(fù)位的充足時間。例如，如果電源22在超載時關(guān)斷，則 電源22不會自動地復(fù)位，因此需要手動地復(fù)位。然而，如果電源22回送它的 電功率輸出或是自動地復(fù)位，則時間周期可提供電源這樣做的機會。
在時間周期終止之后，如方框90所示，系統(tǒng)12、 14和16可確定電源是 否復(fù)位。例如，充電電路20可查看在AC輸入46處是否存在任何的輸入電功 率。如果已經(jīng)復(fù)位電源22,如方框92所示，則系統(tǒng)12、 14和16可根據(jù)自動 復(fù)位的受限容量的電源來操作。換句話說，如果電源22已經(jīng)復(fù)位，公知的是 在超載條件下電源22通常不需要手動復(fù)位。如下面參考圖7將要詳細討論的 一樣，可以改變方框92中的操作來優(yōu)化來自電源22的電功率的分配。如方框 94所示，如果電源不復(fù)位，則接下來的步驟可包括充電電路50的關(guān)斷。如果 電源22關(guān)斷，則可通過控制器電路50的指令，或是通常通過去除用來中斷或 終止充電電路20的操作的電源22,來實現(xiàn)方框94中的充電電路的關(guān)斷步驟。 在關(guān)斷充電電路之后(方框94)，如方框96所示，操作者可手動地復(fù)位AC 電源。在一個實施例中，這包括操作者筒單地丟棄已經(jīng)出錯的斷路器或是替換 在AC逆變器26中的已經(jīng)被燒掉的保險絲。進一步，如方框98所示，可重啟 充電電路。在一個實施例中，配合AC電源22的手動復(fù)位，由操作者手動地 重啟充電電路20 (方框96)。在另一實施例中，充電電路98自動地重啟。例 如，當檢測到被關(guān)斷的電源和/或AC電源22的手動復(fù)位時，控制器電路50 可啟動復(fù)位。因此，充電電路20自動地重啟。
在重啟之后，如方框100所示， 一個實施例包括讀^^并且清除標志位。例 如，正如前面所提到的一樣，標志位表示先前的循環(huán)包含有期望值以下的電流。 因此，當重啟充電電路20時，可從存儲器中讀取該位并且表示需要指定輸出 具有降低的電平的電流。在其它實施例中，標志位被配置用來表示降低的電流 電平或是與充電電路20的操作相關(guān)的其它信息。例如，在方框86中可在存儲 器中設(shè)定實際的輸出電平，并且基于存儲器中設(shè)定的實際輸出來配置充電電路 20以豐命出降j氐的電平。
當充電電路20檢測到標志位已經(jīng)被事先設(shè)定來表示在滿額電流電平下超載時，如方框102所示，控制器電路50可指定輸出降低的電平的電流。在一 個實施例中，所降低的電平可包括先前設(shè)定的大多數(shù)AC逆變器26能夠提供 的電平。例如，與滿額電功率"快速"充電相比較，預(yù)定的電流可被用來向電 池18提供"連續(xù)補充式(trickle)"充電。在另一實施例中，降低的電功率電 平可基于在方框86中的標志位和/或在存儲器中所記錄的信息。
在指定輸出降低的電平的電流(方框102)之后，如方框104所示，控制 器電路50可監(jiān)視實際的電功率輸出來確定實際的電流輸出是否低于所期望的 電平。在一個實施例中，執(zhí)行這個步驟來確保電源22不會超載。例如，如方 框106所示，如果實際的電功率輸出不低于所期望的電平，則充電電路50可 繼續(xù)在降低的電流電平下操作。然而，如果實際的電流輸出降落到低于期望的 電平，則充電電路20可降低所指定的電流到甚至更低的值。例如，如圖所示， 在方框108中，充電電路20可設(shè)定降低的電流電平為更低的值。在設(shè)定降低 的值為更低的電平之后，充電電路20可返回方法的方框86中的操作來驗證是 否已經(jīng)復(fù)位電源22,并且相應(yīng)地操作?？衫^續(xù)這個操作直至實際的電流輸出 不會降落到低于期望的電平。
如上面所簡要討論的一樣，方框92可包括根據(jù)自動復(fù)位受限容量的電源 來搡作?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖7，流程圖說明了一種根據(jù)自動復(fù)位受限容量的電源的操 作方法。首先，如方框110所示，系統(tǒng)12、 14和16可清除參考的圖6的方框 86中的標志位。例如，當控制器電路50已經(jīng)檢測到電源22在超載之后可復(fù) 位時，由于充電器控制已經(jīng)知曉電源22的狀態(tài)，不再需要讀取標志位。考慮 到電源20不支持滿額電平的輸出(參見圖5，方框78)，充電電路20可執(zhí)行 確定充電電路20可操作的最優(yōu)值的規(guī)則。另外，還值得注意的是，由于電源 22自動地復(fù)位，因此充電電路20很可能無需操作者手動復(fù)位即可執(zhí)行用來指 定多個電平下的脈沖的規(guī)則。
在一個實施例中，規(guī)則包括初始生成在數(shù)值范圍內(nèi)的脈沖序列。例如，可 指定初始脈沖為低值，隨后的各個脈沖在數(shù)值增大直至實際的輸出低于所期望 /希望的輸出電平。在確定產(chǎn)生期望得到的實際輸出的最大脈沖之后，充電電 路20可相應(yīng)地設(shè)定操作輸出。在圖7的方法中說明了這個規(guī)則。例如，如方 框112所示，通過指定在降低的電平下的輸出電流的脈沖的控制器電路50,來生成初始脈沖。在一個實施例中，脈沖可包括僅為在給定電平下的半秒鐘的
周期。接下來，如方框114所示，控制器電路50可監(jiān)^L充電電路50的輸出來 確定實際電流輸出是否低于所期望的電平。在一個實施例中，控制器電路50 可監(jiān)視與用來生成降低的電平脈沖的指令同步的輸出(方框112)。"所期望的 電平"可包括在方框112中所指定的降低的電平的百分比。如方框116所示， 如果控制器電路50確定電流輸出不低于所期望的電平，則控制器電路50可設(shè) 定所降低的電平為增加的值。例如，在這點上，控制器電路50 "知曉"了電 源22能夠提供先前所請求的電功率電平(方框112)，并且現(xiàn)在可以增大所指 定的輸出來確定可由電源22提供的最大電功率。在增大并且設(shè)定所降低的電 平到增大值之后(方框116)，控制電路可等待一段時間(方框118)并且指定 在降低的電平下的輸出電流的脈沖(方框112)。這個循環(huán)可繼續(xù)直至確定實 際電流輸出低于所期望的電平(步驟114)。
在充電電路20確定電流輸出低于所期望的電平的循環(huán)中，如方框120所 示，控制器電路50可設(shè)定"降低的電平"為較低值。在一個實施例中，"較低 值"可以是先前的"降低的電平"的百分比。因此，新的"降低的電平"將不 會使電源22超載并且生成復(fù)位條件。在另一實施例中，可將新的"降低的電 功率電平"設(shè)定為提供不低于所期望電平的電流的最后操作電流電平。在這樣 的配置下，可極大地降低電源超載的可能性。盡管指定"降低的電功率電平" 可降低電源22超載的可能性，但是如方框124所示，仍需要執(zhí)行核對。在一 個實施例中，控制器電路50監(jiān)視充電電路20的輸出來確定實際的電功率輸出 是否低于所期望的電平(方框124)。如果實際的電功率低于所期望的電平， 則控制器電路50設(shè)定所降低的電平到較低值(方框128),等待一段時間(方 框130)來使電源22復(fù)位，隨后指定降低的電功率電平的輸出(方框122)。 可重復(fù)這個循環(huán)直至實際的電流輸出不低于所期望的電平。如方框126所示， 充電電路20可在降低的電功率電平輸出下繼續(xù)操作。
可以理解的是，本技術(shù)并未局限于上面所說明的那些方法。例如，可以在 充電電路20當中或是在系統(tǒng)12、 14和16的其它部件當中執(zhí)行用來檢測及生 成輸出電流的方法。進一步，其它的實施例可包括監(jiān)視用來自動地檢測電源 22和/或系統(tǒng)12、 14和16的其它部件的容量的其它條件。例如，實施例可包括監(jiān)視表示輸入電壓(即，由電源22提供的電壓)的條件。例如，系統(tǒng)10 可監(jiān)視AC輸入電壓、電流或電功率、整流后的DC總線電壓、或是與輸入電 壓成比例的另一信號。
其它變化可包括用來檢測適當?shù)妮敵鲭娖降目蛇x方法。在實施例中，系統(tǒng) 10和控制電路20可包括如上所述的"脈沖"的變化。例如，不是在初始的降 低的脈沖電平下開始并且在一系列循環(huán)中增大電平(參見圖7),而是充電電 路20可初始地指定增大的電流電平并且在隨后的循環(huán)中降低電平直至確定了 可接受的電流電平。進一步，系統(tǒng)10可使用其它指定的輸出來檢測適當?shù)妮?出電平。例如，系統(tǒng)10可指定逐漸上升或下降的連續(xù)的電功率輸出來確定電 源22和系統(tǒng)10的限度。因此，指定的輸出可包括線性增長曲線、"階梯"曲 線或其它測試曲線。相應(yīng)地，所指定的輸出的變化可實現(xiàn)系統(tǒng)10和/或電源22 的限度的檢測。
實施例還包括監(jiān)視并且控制系統(tǒng)10的其它功能。例如，當充電電路20 已經(jīng)檢測到電源22的容量時，充電電路20可基于電源22的容量來提供特定 的充電規(guī)則(即，充電算法)。充電算法通?？梢栽O(shè)定充電特點，諸如在多個 電壓、電流或電功率電平下充電特定時長，基于定時器間隔、纟僉測到的電流、 電壓或電功率閾值而過渡到其它階段并且基于諸如溫度的輸入來修改電壓、電 流、電功率電平和/或定時器間隔。在實施例中，充電電路20基于所檢測到的 電源22的容量來修改時間間隔、輸出電流、輸出電壓、或所有這些。例如， 如果電源22受到限制并且輸出電平降低，則充電電路20可配置充電規(guī)則來增 大時間間隔以補償較低的輸出。進一步，充電電路20可修改用來檢測從充電 的 一個階4爻過渡到充電的另 一 階段的時刻的多個電流/電壓閾值。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖8、9和IO，描繪了代表實際電流輸出132與DC總線電壓(即， 在充電器20當中的整流器54的輸出)133之間的關(guān)系的曲線圖。例如，圖8 描繪了當能夠提供滿額電功率充電的電源22連接到充電電路20時表示實際電 流輸出132的響應(yīng)。如圖所示，正常脈寬的電流脈沖134表示用于來自充電電 路20的滿額電流輸出的充電控制器的初始指定。僅在DC總線電壓133中存 在輕微的降落136,表示電壓22能夠在指定的電流脈沖的整個期間提供滿額 電功率。DC總線電壓133始終保持在高于最小電平138。因此，充電控制器50隨后指定輸出滿額電平的電流140。
圖9描繪了在超載條件下不自動復(fù)位的受限容量的電源22的響應(yīng)。例如， 電流脈沖134表示用于來自充電電路20的滿額電流輸出的充電控制器的初始 指定為。可以看出的是，DC總線電壓133具有低于最小電平138的降落142。 在這個最小DC總線電壓電平138之下，充電器20不再能夠維持所指定的輸 出電流電平。這可以由充電器20感應(yīng)到并且過早地終止脈沖134。 DC總線電 壓133繼續(xù)降落144直至它接近零點146。在一段時間間隔之后，電源22被 手動地復(fù)位并且DC總線電壓上升147。充電器20隨后在降低的輸出電流電 平148下操作。輸出電流被充分地降低以使DC總線電壓150維持在高于最小 電平138，從而電源22能夠提供降低的輸出的電平。因此，根據(jù)圖6，充電電 路20已經(jīng)檢測到關(guān)斷,，重啟，并且指定降低的電流輸出電平148。
圖10描繪了在超載條件之后自動重啟的受限容量的電源22的響應(yīng)。例如， 電流脈沖134表示用于來自充電電路20的滿額電流輸出的充電控制器的初始 指定為。可以看出的是，DC總線133已經(jīng)降落到低于最小電平138。在這個 最小DC總線電壓電平138之下，充電電路20不再能夠維持所指定的輸出電 流電平。這可以由充電電路20感應(yīng)到并且過早地終止脈沖134。然而，與圖9 所示的DC總線電壓144的額外的劇烈降落不同，DC總線升高到高于最小電 平138的電平150。因此，響應(yīng)表示在超載之后電源22自動地復(fù)位。進一步， 根據(jù)圖7所示的方法，所指定的脈沖序列152與用來確定電源22的容量的充 電電路的規(guī)則相一致。例如，所指定的前四個電流脈沖154引起在沒有降落到 低于最小電平138的DC總線電壓156中的每一個降落。然而，第五個指定的 脈沖158引起DC總線電壓160降落到低于最小值138。當DC總線電壓降落 到低于最小電平138時，輸出電流電平不再被維持住。這可以由充電器20感 應(yīng)到，并且過早地終止電流的脈沖。如曲線圖的其余部分所示，響應(yīng)于超載， 在指定降低的輸出電平164之前，充電電路20等待一段時間162。響應(yīng)于降 低后的輸出電平，DC總線電壓166不會降落到低于最小電平138,因此控制 器電路50繼續(xù)指定降低的電平164的電流。
盡管僅在這里已經(jīng)描述且說明了本發(fā)明的特定特征，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員 仍可以想到許多修改和變化。因此，可以理解的是，所附的權(quán)利要求應(yīng)該包括 落入本發(fā)明的真正精神之中的所有這些修改和變化。
權(quán)利要求
1. 一種系統(tǒng)，包括充電電路，被配置用來基于被配置為連接到充電電路的多個電源的容量改變輸出充電電平；電池，連接到充電電路的輸出；以及連接到電池上的切割電路、焊接電路、感應(yīng)加熱電路或是其組合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，電源包括AC電網(wǎng)、或是AC逆變 器、或是AC電網(wǎng)和AC逆變器兩者。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，系統(tǒng)被容納在單個外殼中。
4. 才艮據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，系統(tǒng)是便攜式的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括開關(guān)，該開關(guān)具有被配置為基于所 述多個電源的容量改變輸出充電電平的可選擇的位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括塞繩，被配置用來將充電電路連接到所述多個電源中的至少一個電源，并 且包括被配置用來識別至少 一個電源的容量的識別特征。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，充電電路被配置用來自動地檢測 電源的容量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，充電電路被配置用來指定在充電 電路的輸出上的至少一個輸出脈沖，并且被配置用來基于響應(yīng)于所指定的脈沖 在充電電路的輸出上所感應(yīng)到的實際的電功率電平來檢測電源的容量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，充電電路被配置用來指定在充電 電路的輸出上的脈沖序列的輸出，每個隨后的脈沖都包括大于在先脈沖的電功 率電平的電功率電平，并且充電電路被配置用來基于響應(yīng)于所指定的脈沖在充 電電路的輸出上所感應(yīng)到的實際的電功率電平來檢測電源的容量。
10. —種系統(tǒng)，包括充電電路，被配置用來自動地檢測連接到充電電路的電源的容量，并且被 配置用來基于電源的容量自動地設(shè)定充電輸出電平。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，包括連接到充電電路的焊接電路、切割電路、感應(yīng)加熱電路或是其組合。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，包括連接到充電電路的電池。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其中，電源包括AC電網(wǎng)、AC逆變器、 或是AC電網(wǎng)和AC逆變器兩者。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，充電電路被配置用來指定在充 電電路的輸出上的至少一個脈沖的生成，并且被配置用來基于響應(yīng)于所指定的 脈沖在充電電路的輸出上所感應(yīng)到的實際的電功率電平來自動地檢測電源的 容量。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，充電電路被配置用來在在輸出 上所感應(yīng)到的實際的電功率電平低于期望的電平時設(shè)定充電輸出電平為降低 的電平。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，充電電路被配置用來指定在充 電電路的輸出上的脈沖序列的生成，每個隨后的脈沖都包括大于在先脈沖的電 功率電平的電功率電平，并且充電電路被配置用來基于響應(yīng)于所指定的脈沖在 充電電路的輸出上所感應(yīng)到的實際的電功率電平來自動地4企測電源的容量。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，充電電路被配置用來繼續(xù)指定 脈沖序列直至在充電電路的輸出上所感應(yīng)到的實際的電功率電平低于期望的 電功率電平，其中，充電電路被配置用來設(shè)定充電輸出電平為使實際的電功率 輸出保持在或是高于期望的電功率電平所配置的電平。
18. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，充電電路被配置用來檢測電源 的容量以便在電源超載之后復(fù)位，并且被配置用來基于電源的容量來設(shè)定充電 輸出電平以便在電源超載之后復(fù)位。
19. 一種便攜式工具，包括 電池；輸出，連接到電池；以及充電電路，連接到電池并且被配置用來基于多個不同的電源的輸出容量設(shè) 定充電電平。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的便攜式工具，其中，充電電路被配置用來自 動地檢測連接到充電電路的電源的輸出容量。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的便攜式工具，其中，充電電路被配置用來指定在充電電路的輸出上的至少 一個脈沖的生成，并且感應(yīng)在輸出上所生成的實 際電功率電平以便檢測連接到充電電路的電源的輸出容量。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的便攜式工具，其中，充電電路被配置用來當 在輸出上所生成的實際的電功率電平低于期望的電平時設(shè)定充電電平為降低 的電平。
23. —種充電方法，包4舌 自動地檢測電源的容量，包括指定在連接到電源的充電電路的輸出上的至少一個脈沖的生成； 感應(yīng)在輸出上所生成的實際的電功率電平；以及基于所檢測到的容量來自動地設(shè)定充電電路的充電電平輸出。
全文摘要
一種系統(tǒng)和方法，在特定實施例中，基于多個電源的容量來調(diào)節(jié)充電輸出。該系統(tǒng)和方法可被用來充電諸如焊機、切割機、感應(yīng)加熱機、工具等在內(nèi)的各種設(shè)備。例如，被配置用來基于連接到充電電路的多個電源的容量來改變輸出充電電平的充電電路。在某些實施例中，通過評估實際的輸出對比指定的輸出，該系統(tǒng)和方法可測試多個電源的容量，并且如果實際的輸出降落到低于期望的電平，則降低指定的輸出。
文檔編號H02J7/00GK101416366SQ200780011948
公開日2009年4月22日 申請日期2007年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者伯納德·J.·沃格爾 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司