CN107570852A - 一种太阳电池片焊接系统及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳电池片焊接系统，包括载物平台，所述载物平台的上方设置有焊接平台，所述焊接平台上安装有连体式平行间隙焊接电极。本发明的太阳电池片焊接系统具有结构简单、焊接稳定可靠等优点。本发明的焊接方法，在进行焊接时，通过连体式平行间隙焊接电极对太阳电池片和互连片进行焊接。本发明的太阳电池片的焊接方法具有操作简便等优点。

Description

一种太阳电池片焊接系统及焊接方法

技术领域

本发明主要涉及电池片焊接技术领域，特指一种太阳电池片焊接系统及焊接方法。

背景技术

卫星、飞船等空间飞行器通常搭载高比功率砷化镓太阳电池阵为其负载供电，砷化镓太阳电池阵由太阳电池片通过焊接互连方式串并联在一起。作为电池阵封装的关键环节，焊接互连结构的耐空间环境高低温骤变、原子氧腐蚀等特性直接关系太阳电池阵的使用寿命。而卫星的工作寿命基本在三年以上，为保证在轨运行时能够为其负载持续、可靠性供电，焊接电极需具备较高的耐空间环境能力。

为提高砷化镓太阳电池阵的空间环境使用寿命，通常采用耐空间环境腐蚀性强的纯钼、可伐等材料作为互连片，在其表面制备一定粘结强度及厚度的纯银后，通过电阻焊接工艺把砷化镓电池片的正负银电极焊接在一起。与传统锡焊工艺相比，该种焊接工艺耐高低温骤变能力强，抗空间原子氧腐蚀性高，是目前航天飞行器用太阳电池阵焊接互连工艺的首选。利用该种焊接工艺焊接时，焊接温度需要达到900℃以上，才能保证互连片的银和电池片的银电极互熔成为一体。由于焊接温度过高，焊接过程通常会遇到以下技术问题：1）成品率低，通常所用的劈刀式平行间隙焊接电极，单一电极横截面积较小，焊接时由于温度过高，电极表面极易粘附熔融的银颗粒，导致电极横截面粗糙不平，严重情况会堵塞电极间隙，从而严重影响焊接时电极接触电阻和回路电阻的稳定性，导致焊接时流过互连片的电流大幅度变化，温度过高会使电池电极引发短路漏电现象，严重影响电池焊接的成品率；2）焊接效果可靠性差，为减小焊接系统复杂程度，通常在室温有氧的空气环境下焊接，由于焊接温度过高，焊接过程极易产生金属氧化物，从而影响焊接时纯金属熔焊效果的可靠性和高低温骤变条件下的使用寿命；3）焊接工艺可操作性差，在连续性进行电阻焊接时，电极温度高低不一、稳定性差，焊接时间长易产生电极短路问题，焊接时间短则易产生焊接粘附强度太小的问题，从而导致焊接过程工艺调整空间过于狭窄，可操作性差；4）部分焊接设备结构复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、焊接稳定可靠的太阳电池片焊接系统，并相应提供一种操作简便的焊接方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种太阳电池片焊接系统，包括载物平台，所述载物平台的上方设置有焊接平台，所述焊接平台上安装有连体式平行间隙焊接电极。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述焊接平台上还设置有氮气保护单元，用于向焊接区域充入氮气。

所述氮气保护单元包括气源，管路以及多个出气孔，所述气源通过管路与所述出气孔相连，所述出气孔分布在所述连体式平行间隙焊接电极的周侧焊接平台上。

所述管路上设置有阀门，所述阀门连接至一脚踏板，并通过脚踏板进行启闭控制。

所述出气孔为四个，均匀分布在焊接平台的四角处。

本发明还公开了一种基于如上所述的太阳电池片焊接系统的焊接方法，在进行焊接时，通过连体式平行间隙焊接电极对太阳电池片和互连片进行焊接。

作为上述技术方案的进一步改进：

在进行焊接前以及焊接过程中，通过氮气保护单元对连体式平行间隙焊接电极所处的焊接区域内充入氮气。

在焊接完成后，通过氮气保护单元对连体式平行间隙焊接电极所处的焊接区域内充入氮气以降低焊接区域的温度。

所述连体式平行间隙焊接电极的电压波形为双脉冲形式，其中前脉冲用于对连体式平行间隙焊接电极进行预热，后脉冲用于连体式平行间隙焊接电极进行高温焊接。

所述预热时间为2～4ms，预热电压为1～1.5V；所述焊接过程为5～10ms，焊接电压为1.5～2V。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的太阳电池片焊接系统，在焊接时，连体式平行间隙焊接电极和互连片的接触面积恒定一致，即为焊接电极的横截面积，焊接回路电阻仅由焊接电极自身特性决定，保证了焊接回路的电阻值大小一致，也就保证了焊接过程中焊接点的热量均衡一致，不会因回路电阻变化产生温度过高或过低问题。本发明的焊接方法同样具有如上焊接系统所述的优点，而且操作简便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图之一。

图2为本发明的结构示意图之二。

图3为本发明中焊接平台的结构示意图。

图4为本发明在焊接时的结构示意图。

图5为本发明中焊接电极的电压波形图。

图中标号表示：1、载物平台；2、焊接平台；21、焊接电极；22、氮气保护单元；221、管路；222、出气孔；223、阀门；224、脚踏板；225、气源；3、电池片；4、互连片。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1至图5所示，本实施例的太阳电池片焊接系统，包括载物平台1，载物平台1上放置待焊接的电池片3和互连片4，载物平台1的上方设置有焊接平台2，焊接平台2可相对载物平台1做上下运动，焊接平台2上安装有连体式平行间隙焊接电极21。焊接时，连体式平行间隙焊接电极21（以下简称焊接电极21）和互连片4的接触面积恒定一致，即为焊接电极21的横截面积，焊接回路电阻仅由电极自身特性决定，保证了焊接回路的电阻值大小一致，也就保证了焊接过程中焊接点的热量均衡一致，不会因回路电阻变化产生温度过高或过低问题。

本实施例中，焊接电极21的电极材料为含量≥99.9%的钼材，横截面厚度为0.5mm，横截面规格为0.8×0.7mm，单体电极规格为0.25×0.8mm，间隙宽度为0.2mm，焊接电极21距离载物台高度为5-7mm。

本实施例中，焊接平台2上还设置有氮气保护单元22，用于向焊接区域充入氮气（也可以充入不会产生反应的惰性气体），一方面保证焊接区域基本无氧气，避免焊接高温过程中被氧化的可能性；另一方面在焊接结束后氮气可增加焊接电极21散热速率，提高焊接电极21在焊接时的温度稳定性，在整体上增加焊接过程的焊接效果的可控性。其中氮气保护单元22包括气源225、管路221以及多个出气孔222，气源225通过管路221与出气孔222相连，出气孔222分布在连体式平行间隙焊接电极21的周侧焊接平台2上。具体地，如图3所示，焊接平台2呈正方形，出气孔222的数量为四个，均匀分布在正方形的四角处。出气孔222的孔间距及其距离焊接电极21的间距均一致，孔间距均为6cm、出气孔222距载物台高度为40-45mm、出气孔222内径为12mm，以上设置能够进一步保证焊接区域几乎无氧气。

如图2所示，本实施例中，管路221上设置有气流开关阀门223，阀门223连接至一脚踏板224，并通过脚踏板224进行启闭控制以及流量大小控制（具体结构为现有结构，类似汽车油门），操作方便。

本发明还相应公开了一种基于如上所述的太阳电池片焊接系统的焊接方法，在进行焊接时，通过连体式平行间隙焊接电极21对太阳电池片3和互连片4进行焊接。采用连体式平行间隙焊接电极21保证了焊接过程中焊接点的热量均衡一致，不会因回路电阻变化产生温度过高或过低等问题。

本实施例中，在进行焊接前以及焊接过程中，通过氮气保护单元22对连体式平行间隙焊接电极21所处的焊接区域内充入氮气，保证焊接区域基本无氧气，避免焊接高温过程中被氧化的可能性。另外，在焊接完成后，通过氮气保护单元22对连体式平行间隙焊接电极21所处的焊接区域内充入氮气以降低焊接区域的温度，提高了焊接电极21的散热速率，提高焊接电极21温度及回路电阻的稳定性。具体地，焊接前氮气输入时间为4-6S、焊接后氮气输入时间为6-8S，氮气压强为500-800Pa。

本实施例中，连体式平行间隙焊接电极21的电源采用高频逆变直流电源，实用性强；如图5所示，电压波形为双脉冲形式，其中前一个脉冲用于对连体式平行间隙焊接电极21进行预热，后一个脉冲用于连体式平行间隙焊接电极21进行高温焊接。具体工艺为：预热时间为2～4ms，预热电压为1～1.5V；焊接过程为5～10ms，焊接电压为1.5～2V，焊接电极21压力为12～15N。由于焊接时间短，降低了高温长时间焊接产生电极短路的可能性。

本发明的焊接方法，采用连体式平行间隙焊接电极21、氮气保护功能和相应的焊接工艺，使得单点焊接强度不均匀性降至10%以内，焊接可靠性和成品率大幅度提高，具体的测试项目的指标如下表所示：

序号	测试项目	指标
			1	单点焊接拉力（0.8×0.7mm2）	≥1.5N
2	焊接拉力不均匀性	≤10%
			3	电池片FF衰减	≤1.0%（相对值）
4	电池片成品率	≥95%

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种太阳电池片焊接系统，其特征在于，包括载物平台（1），所述载物平台（1）的上方设置有焊接平台（2），所述焊接平台（2）上安装有连体式平行间隙焊接电极（21）。

2.根据权利要求1所述的太阳电池片焊接系统，其特征在于，所述焊接平台（2）上还设置有氮气保护单元（22），用于向焊接区域充入氮气。

3.根据权利要求2所述的太阳电池片焊接系统，其特征在于，所述氮气保护单元（22）包括气源（225），管路（221）以及多个出气孔（222），所述气源（225）通过管路（221）与所述出气孔（222）相连，所述出气孔（222）分布在所述连体式平行间隙焊接电极（21）的周侧焊接平台（2）上。

4.根据权利要求3所述的太阳电池片焊接系统，其特征在于，所述管路（221）上设置有阀门（223），所述阀门（223）连接至一脚踏板（224），并通过脚踏板（224）进行启闭控制。

5.根据权利要求3所述的太阳电池片焊接系统，其特征在于，所述出气孔（222）为四个，均匀分布在焊接平台（2）的四角处。

6.一种基于权利要求1至5中任意一项所述的太阳电池片焊接系统的焊接方法，其特征在于，在进行焊接时，通过连体式平行间隙焊接电极（21）对太阳电池片（3）和互连片（4）进行焊接。

7.根据权利要求6所述的焊接方法，其特征在于，在进行焊接前以及焊接过程中，通过氮气保护单元（22）对连体式平行间隙焊接电极（21）所处的焊接区域内充入氮气。

8.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，在焊接完成后，通过氮气保护单元（22）对连体式平行间隙焊接电极（21）所处的焊接区域内充入氮气以降低焊接区域的温度。

9.根据权利要求6所述的焊接方法，其特征在于，所述连体式平行间隙焊接电极（21）的电压波形为双脉冲形式，其中前脉冲用于对连体式平行间隙焊接电极（21）进行预热，后脉冲用于连体式平行间隙焊接电极（21）进行高温焊接。

10.根据权利要求9所述的焊接方法，其特征在于，所述预热时间为2～4ms，预热电压为1～1.5V；所述焊接过程为5～10ms，焊接电压为1.5～2V。