CN107192958B - 用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法，针对现有测试方法无法有效检测太阳电池阵在热真空环境下的失效问题，本发明采用原位连续实时采集IV曲线的方法，在较大程度上提高了检测的有效性和分辨率。而且，电池电路在轨工作时负载处于不断变化的状态，即使是实时连续采集负载电压的方法，恒定的负载电阻也无法完全表征电池电路的在轨工作状态，而本发明采用的连续实时采集IV曲线的方法，可以判断电池电路在任意负载下的工作状态，解决混联电路在热真空试验中的失效无法实时、有效检测的问题；对于非混联电路，所述测试方法仍然适用，且相对于传统测试方法，所述测试方法对电路的失效更为敏感。

Description

用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法

技术领域

本发明涉及一种用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法。

背景技术

热真空环境试验是航天器太阳电池阵常用的一种试验方法，试验主要考核太阳电池阵所用元器件、原材料以及各连接环节在热真空环境下的适应能力。因此，其测试方法需要准确判断太阳电池阵在试验模拟条件下工作时是否发生了失效。通常的测试方法主要是采集电池电路的短路电流或开路电压，断续抽检或试验后测试等，这些方法的测试数据或不能有效检测出电路故障，或不能在试验过程中实时采集监测，因而无法做到有效、及时地发现试验中的电路故障。

路火平等在《太阳电池阵EM板热真空试验电路故障测试技术》（航天器环境工程，Vol.31，No.4）一文中提出的实时连续采集负载电压的方法在极大程度上解决了故障检测实时、有效的问题，并在实际应用中取得了较好成效。但是，随着电池电路设计方案的不断改进，为了提高电池电路可靠性，串、并联混联的方式在航天器太阳电池阵中得到了越来越多的应用。对于这种混联电路，即使是实时连续采集某一恒定负载的电压，也无法分辨一片或少量太阳电池片的开路/短路失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法，能够解决现有测试方法无法有效检测太阳电池阵在热真空环境下的失效问题。

为解决上述问题，本发明提供一种用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法，包括：

采用与真实产品设计状态相同的太阳电池阵EM板（电性板）进行试验，所述太阳电池阵EM板为刚性板，所述太阳电池阵EM板的基板状态与真实产品完全一致；

利用多通道IV测试仪对太阳电池阵EM板进行原位连续实时IV曲线采集测试。

进一步的，在上述方法中，利用多通道IV测试仪对太阳电池阵EM板进行原位连续实时IV曲线采集测试，包括：

将太阳电池阵各电池电路的正负输出端通过真空罐内外转接电缆引出至真空罐外，接入多通道IV曲线测试仪，在整个“模拟光照区”，从低温保持段结束（开始升温时）到高温保持段结束（开始降温时），实时连续采集各电池电路的IV曲线，得到整个“模拟光照区”不同时刻各电路的IV曲线形状和特征参数，根据整个“模拟光照区”不同时刻各电路的IV曲线形状和特征参数，判断电池电路在模拟工况下是否发生失效。

进一步的，在上述方法中，利用多通道IV测试仪对太阳电池阵EM板进行原位连续实时IV曲线采集测试，包括：

将灯阵吊挂固定在支架上，然后将太阳电池阵EM板吊挂在灯阵的正前方，太阳电池阵EM板的电池片朝向灯阵面，太阳电池阵EM板与灯阵相对距离为400mm，所述支架底部设置四个轮子，与真空罐内的导轨相匹配；

在支架和灯阵的结构上包裹热控多层，灯阵和太阳电池阵EM板在所述支架上吊挂完毕后，通过真空罐内的导轨，将2个支架都放置在真空罐内；

所述支架在真空罐内放置稳妥后固定，然后通过真空罐内外转接电缆，将太阳电池板上的接插件引出至真空罐外；

两块太阳电池阵EM板的功率输出分别通过两个接插件Xa和Xb提供给负载电阻板和IV测试仪，分别进行负载电压采集和IV曲线采集。

进一步的，在上述方法中，利用多通道IV测试仪对太阳电池阵EM板进行原位连续实时IV曲线采集测试之后，还包括：

通过真空罐外接插件更换，对电路进行实时连续负载电压采集测试。

进一步的，在上述方法中，对电路进行实时连续负载电压采集测试，包括：

通过更换真空罐外接插件的方式将电池电路接入负载电阻板，模拟在轨工作状态，通过数据采集仪实时采集监测各电池电路在负载电阻两端的工作电压，根据负载电压曲线判断所述太阳电池阵的工作状态。

进一步的，在上述方法中，通过数据采集仪实时采集监测各电池电路在负载电阻两端的工作电压，包括：

将各电路的正负输出端分别接入负载电阻的两端，通过数据采集仪进行负载电压的采集，设置自动采集时间间隔为5s，其中，负载电阻根据光照条件和电池电路设计状态通过计算和光照测试得到，使电池电路工作在最大功率点偏恒流段位置，模拟在轨实际工作状态，根据对本实施例所述灯阵与电池板的匹配试验，得到合适的负载电阻为280。

进一步的，在上述方法中，所述太阳电池阵EM板的电池电路的连接环节包括互连片、汇流条、电缆线、板上电缆安装支座、电连接器、太阳电池焊接、粘接均与真实产品设计状态相同。

进一步的，在上述方法中，每个太阳电池阵EM板有12个电池电路。

进一步的，在上述方法中，每个太阳电池阵EM板采用平均效率26.8%的三结砷化镓太阳电池。

进一步的，在上述方法中，所述电池电路的串联片数为18片，并联片数为4~6并，采用串间混联。

与现有技术相比，采用本发明的太阳电池阵热真空环境失效测试方法，可有效解决新型混联电池电路在热真空试验中的失效无法实时、有效检测的问题。采用本发明，可以及时、有效地监测太阳电池阵在热真空环境试验中的失效，由此提高太阳电池阵地面热真空试验的有效性和说服力。

附图说明

图1是本发明一实施例的太阳电池板电池电路内板布置示意图；

图2是本发明一实施例的太阳电池板电池电路外板布置示意图；

图3是本发明一实施例的电性能测试罐内外连接示意图；

图4是本发明一实施例的负载电压（工作电压）测试原理图；

图5是本发明一实施例的IV曲线采集原理图；

图6是本发明一实施例的模拟电池片失效下的IV曲线测试结果；

图7是本发明一实施例的热真空环境试验中的典型负载电压曲线；

图8是本发明一实施例的“模拟光照区”不同时刻典型IV曲线测试结果。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法，包括：

采用与真实产品设计状态相同的太阳电池阵EM板（电性板）进行试验，所述太阳电池阵EM板为刚性板，所述太阳电池阵EM板的基板状态与真实产品完全一致，利用多通道IV测试仪对太阳电池阵EM板进行原位连续实时IV曲线采集测试。

针对现有测试方法无法有效检测太阳电池阵在热真空环境下的失效问题，本发明采用原位连续实时采集IV曲线的方法，在较大程度上提高了检测的有效性和分辨率。而且，电池电路在轨工作时负载处于不断变化的状态，即使是实时连续采集负载电压的方法，恒定的负载电阻也无法完全表征电池电路的在轨工作状态，而本发明采用的连续实时采集IV曲线的方法，可以判断电池电路在任意负载下的工作状态，解决混联电路在热真空试验中的失效无法实时、有效检测的问题；对于非混联电路，所述测试方法仍然适用，且相对于传统测试方法，所述测试方法对电路的失效更为敏感。

本发明的用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法一实施例中，利用多通道IV测试仪对太阳电池阵EM板进行原位连续实时IV曲线采集测试之后，还包括：

通过真空罐外接插件更换，对电路进行实时连续负载电压采集测试。

本发明的用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法一实施例中，对电路进行实时连续负载电压采集测试，包括：

根据需要通过更换真空罐外接插件的方式将电池电路接入负载电阻板，模拟在轨工作状态，通过数据采集仪实时采集监测各电池电路在负载电阻两端的工作电压，根据负载电压曲线判断所述太阳电池阵的工作状态。

本发明的用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法一实施例中，通过数据采集仪实时采集监测各电池电路在负载电阻两端的工作电压，包括：

将各电路的正负输出端分别接入负载电阻的两端，通过数据采集仪（安捷伦34970）进行负载电压的采集，设置自动采集时间间隔为5s，其中，负载电阻根据光照条件和电池电路设计状态通过计算和光照测试得到，使电池电路工作在最大功率点偏恒流段位置，模拟在轨实际工作状态，根据对本实施例所述灯阵与电池板的匹配试验，得到合适的负载电阻为280。

本发明的用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法一实施例中，所述真空罐内设有红外灯阵，所述红外灯阵用于提供升温的热流，同时提供“模拟光照区”的光照，以便对电池阵进行测试。

本发明的用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法一实施例中，利用多通道IV测试仪对太阳电池阵EM板进行原位连续实时IV曲线采集测试，包括：

将太阳电池阵各电池电路的正负输出端通过真空罐内外转接电缆引出至真空罐外，接入多通道IV曲线测试仪，在整个“模拟光照区”，从低温保持段结束（开始升温时，即开灯时）到高温保持段结束（开始降温时，即关灯时），实时连续采集各电池电路的IV曲线，得到整个“模拟光照区”不同时刻各电路的IV曲线形状和特征参数，根据整个“模拟光照区”不同时刻各电路的IV曲线形状和特征参数，判断电池电路在模拟工况下是否发生失效（升温段变温速率较大，尤其需要注意判读）。

本发明的用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法一实施例中，所述太阳电池阵EM板的电池电路的连接环节包括互连片、汇流条、电缆线、板上电缆安装支座、电连接器、太阳电池焊接、粘接均与真实产品设计状态相同。

本发明的用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法一实施例中，每个太阳电池阵EM板有12个电池电路，采用平均效率26.8%的三结砷化镓太阳电池，电池电路串联片数为18片，并联片数为4~6并，采用串间混联设计状态。

本发明的用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法一实施例中，利用多通道IV测试仪对太阳电池阵EM板进行原位连续实时IV曲线采集测试，包括：

将灯阵吊挂固定在支架上，然后将太阳电池阵EM板吊挂在灯阵的正前方，太阳电池阵EM板的电池片朝向灯阵面，太阳电池阵EM板与灯阵相对距离为400mm，所述支架底部设置四个轮子，与真空罐内的导轨相匹配；

在支架和灯阵的结构上包裹热控多层，灯阵和太阳电池阵EM板在所述支架上吊挂完毕后，通过真空罐内的导轨，将2个支架都放置在真空罐内；

所述支架在真空罐内放置稳妥后固定，然后通过真空罐内外转接电缆，将太阳电池板上的接插件引出至真空罐外；

两块太阳电池阵EM板的功率输出分别通过两个接插件Xa和Xb提供给负载电阻板和IV测试仪，分别进行负载电压采集和IV曲线采集。

以下将结合图1～图8对本发明的太阳电池阵热真空环境失效测试方法作进一步的详细描述。

本发明的太阳电池阵热真空环境失效测试方法采用与真实产品设计状态相同的太阳电池板，太阳电池板为刚性板，基板状态与真实产品设计状态完全相同，电池电路连接环节如互连片、汇流条、电缆线、板上电缆安装支座、电连接器、太阳电池焊接、粘接等均与真实产品设计状态完全相同。如图1和2所示，每个太阳电池阵EM板有12个电池电路，采用平均效率26.8%的三结砷化镓太阳电池，电池电路串联片数为18片，并联片数根据设计为4~6并不等，采用串间混联设计状态。

将灯阵吊挂固定在支架上，然后将太阳电池阵EM板吊挂在灯阵的正前方，太阳电池阵EM板的电池片朝向灯阵面，太阳电池阵EM板与灯阵相对距离为400mm，所述支架底部设置四个轮子，与真空罐内的导轨相匹配，为支架在真空罐内的放置提供方便，为了在可靠性试验中达到较快的降温速率，需要尽量降低真空罐内设备的热容，因此在支架和灯阵的结构上包裹了热控多层，灯阵和太阳电池阵EM板在所述支架上吊挂完毕后，通过真空罐内的导轨，将2个支架都放置在真空罐内。

所述支架在真空罐内放置稳妥后固定，然后通过真空罐内外转接电缆，将太阳电池板上的接插件引出至真空罐外。如图3所示，两块太阳电池阵EM板的功率输出分别通过两个接插件Xa和Xb提供给负载电阻板和IV测试仪，分别可以进行负载电压采集和IV曲线采集。本实施例连续实时采集负载电压作为辅助判断。

图4为各电池电路负载电压测试原理示意图。如图4所示，将各电路的正负输出端分别接入负载电阻的两端，通过数据采集仪（安捷伦34970）进行负载电压的采集，设置自动采集时间间隔为5s。负载电阻根据光照条件和电池电路设计状态通过计算和光照测试得到，使电池电路工作在最大功率点偏恒流段位置，模拟在轨实际工作状态，根据对本实施例所述灯阵与电池板的匹配试验，得到合适的负载电阻为280。

图5为各电池电路IV曲线采集原理示意图。如图5所示，将各电路的正负输出端分别接入多通道IV曲线测试仪（Daystar MT5）的测试通道，通过IV曲线测试仪进行IV曲线采集，设置“模拟光照区”自动采集时间间隔为1min，“模拟阴影区”停止采集。

在试验开始前，为了证实所述测试方法对电路故障检测的有效性，利用所述灯阵设备和IV测试仪，进行了模拟电池片故障下的IV曲线采集测试。为了不对电池板产生影响，采用遮挡电池片的方式模拟电池片失效。如图6所示，Curve3为无遮挡时的IV曲线，Curve13为遮挡1片电池时的IV曲线，Curve22为遮挡2片电池时的IV曲线，Curve32为遮挡3片电池时的IV曲线。测试结果表明，在所述电池电路设计状态和光照条件下，2~3片电池失效便会导致IV曲线的明显变化，证明所述测试方法可以有效检测电池电路在热真空环境下的失效。

负载电压测试结果如图7所示，负载电压曲线随灯阵电流变化而变化，各路负载电压曲线变化趋势一致，未见异常下凹或上跳。

电池电路在“模拟光照区”不同时刻的典型IV曲线测试结果如图8所示，测试结果表明，从开始光照升温到温度稳定再到关灯降温的整个过程中，各个时刻的IV曲线完整、光滑，未出现类似图6所示的故障曲线，开路电压和短路电流值均正常。

综上所述，采用本发明的太阳电池阵热真空环境失效测试方法，可有效解决新型混联电池电路在热真空试验中的失效无法实时、有效检测的问题。采用本发明，可以及时、有效地监测太阳电池阵在热真空环境试验中的失效，由此提高太阳电池阵地面热真空试验的有效性和说服力。试验表明，对于一个6并的18串电池电路（效率26.8%的三结砷化镓电池），混联状态设计，采用所述测试方法，在所述灯阵光照条件下，2~3片电池的失效便会造成IV曲线形状的明显变化，极大提高了太阳电池阵热真空环境失效检测的分辨率和有效性。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法，其特征在于，包括：采用与真实产品设计状态相同的太阳电池阵EM 板（电性板）进行试验，所述太阳电池阵EM 板为刚性板，所述太阳电池阵EM 板的基板状态与真实产品完全一致；利用多通道IV 测试仪对太阳电池阵EM 板进行原位连续实时IV 曲线采集测试；

利用多通道IV 测试仪对太阳电池阵EM 板进行原位连续实时IV 曲线采集测试，包括：将太阳电池阵各电池电路的正负输出端通过真空罐内外转接电缆引出至真空罐外，接入多通道IV 曲线测试仪，在整个“模拟光照区”，从低温保持段结束到高温保持段结束，实时连续采集各电池电路的IV 曲线，得到整个“模拟光照区”不同时刻各电路的IV 曲线形状和特征参数，根据整个“模拟光照区”不同时刻各电路的IV 曲线形状和特征参数，判断电池电路在模拟工况下是否发生失效；

利用多通道IV 测试仪对太阳电池阵EM 板进行原位连续实时IV 曲线采集测试，包括：将灯阵吊挂固定在支架上，然后将太阳电池阵EM 板吊挂在灯阵的正前方，太阳电池阵EM板的电池片朝向灯阵面，太阳电池阵EM 板与灯阵相对距离为400mm，所述支架底部设置四个轮子，与真空罐内的导轨相匹配；在支架和灯阵的结构上包裹热控多层，灯阵和太阳电池阵EM 板在所述支架上吊挂完毕后，通过真空罐内的导轨，将2 个支架都放置在真空罐内；所述支架在真空罐内放置稳妥后固定，然后通过真空罐内外转接电缆，将太阳电池板上的接插件引出至真空罐外；两块太阳电池阵EM 板的功率输出分别通过两个接插件Xa 和Xb 提供给负载电阻板和IV 测试仪，分别进行负载电压采集和IV 曲线采集。

2.如权利要求1 所述的用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法，其特征在于，利用多通道IV 测试仪对太阳电池阵EM 板进行原位连续实时IV 曲线采集测试之后，还包括：通过真空罐外接插件更换，对电路进行实时连续负载电压采集测试。

3.如权利要求2 所述的用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法，其特征在于，对电路进行实时连续负载电压采集测试，包括：通过更换真空罐外接插件的方式将电池电路接入负载电阻板，模拟在轨工作状态，通过数据采集仪实时采集监测各电池电路在负载电阻两端的工作电压，根据负载电压曲线判断所述太阳电池阵的工作状态。

4.如权利要求3 所述的用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法，其特征在于，通过数据采集仪实时采集监测各电池电路在负载电阻两端的工作电压，包括：将各电路的正负输出端分别接入负载电阻的两端，通过数据采集仪进行负载电压的采集，设置自动采集时间间隔为5s，其中，负载电阻根据光照条件和电池电路设计状态通过计算和光照测试得到，使电池电路工作在最大功率点偏恒流段位置，模拟在轨实际工作状态，根据对本实施例所述灯阵与电池板的匹配试验，得到合适的负载电阻为280。

5.如权利要求1 至4 任一项所述的用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法，其特征在于，所述太阳电池阵EM 板的电池电路的连接环节包括互连片、汇流条、电缆线、板上电缆安装支座、电连接器、太阳电池焊接、粘接均与真实产品设计状态相同。

6.如权利要求1 至4 任一项所述的用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法，其特征在于，每个太阳电池阵EM 板有12 个电池电路。

7.如权利要求6 所述的用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法，其特征在于，每个太阳电池阵EM 板采用平均效率26.8%的三结砷化镓太阳电池。

8.如权利要求6所述的用于太阳电池阵热真空环境失效的测试方法，其特征在于，所述电池电路的串联片数为18 片，并联片数为4~6 并，采用串间混联。