CN111774713A - 一种汇流条焊接装置、系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汇流条焊接装置、系统和方法，该装置包括：加热单元、超声波单元、焊接单元和驱动单元，加热单元设置在焊接单元内，用于对焊接单元加热；超声波单元与焊接单元连接，向焊接单元加载超声波；驱动单元与焊接单元连接，用于调节焊接单元与汇流条的相对位置和接触压力。本发明通过在施加超声波振动的焊接单元中设置加热单元，减少焊接压力和超声波振动的振幅，在不破坏电池片玻璃基体的前提下，实现电池片与汇流条的高强度连接；且本发明在汇流条与电池片之间加入焊带，可降低成本，提高效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏组件技术领域，尤其涉及一种汇流条焊接装置、系统和方法。
背景技术
在光伏电池组件的生产过程中，需要把多个单体电池串进行连接，即在每两个相邻的单体电池串之间，需要焊接汇流条将单体电池串连接成为一个整体。
传统地，汇流条焊接技术是通过超声波压力焊的方法或采用点胶设备，实现汇流条与光伏单体电池的连接。这种超声波压力焊的方法容易产生虚焊区域，且连接强度不高。而常用的点胶设备，是直接将导电胶粘接汇流带或者汇流条后进行固化，这类点胶设备要求具有高精度的控制精度，具有较高的工艺复杂性，且所使用的导电胶需要采用价格昂贵的作为制备材料，整体成本较高。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种虚焊点少，连接强度高，同时工艺制造简便，成本较低的汇流条的焊接装置、系统和方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的一方面，提供了一种汇流条焊接装置。
本发明提供的一种汇流条焊接装置，其特征在于，该装置包括：加热单元、超声波单元、焊接单元和驱动单元；
所述加热单元设置在所述焊接单元内，用于对所述焊接单元加热；
所述超声波单元与所述焊接单元连接，向所述焊接单元加载超声波振动；
所述驱动单元与所述焊接单元连接，用于调节所述焊接单元与汇流条的相对位置和接触压力。
本发明的另一方面，提供了一种汇流条焊接系统。
本发明提供的一种汇流条焊接系统，包括焊接装置，其特征在于，该系统还包括：设置传动带和固定件的传动机构；
所述传动机构，用于将传送带上的电池片移动并固定在焊接区域。
本发明的第三方面，提供了一种汇流条焊接方法。
本发明提供的一种汇流条焊接方法，基于焊接系统，其特征在于，该方法包括：
传动机构将电池片固定于焊接区域，并在所述电池片上依次铺设焊带和汇流条；
加热单元将焊接单元加热至预设温度，超声波单元对所述焊接单元加载预设的超声波振动；
所述焊接单元将热量传导至汇流条，并在预设的超声波振动下，对依次叠放的汇流条、焊带和电池片进行压焊。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过在施加超声波的焊接单元中设置加热单元，减少了焊接压力和超声波振动的振幅，在不破坏电池片玻璃基体的前提下，实现了电池片与汇流条的高强度连接；且本发明提供的焊接方法通过在汇流条与电池片之间加入的焊带，降低了成本，提高了效率。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例一提供的一种汇流条焊接装置的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种滚轮上的加热元件分布示意图；
图3为本发明实施例一提供的一种滚轮的剖面图；
图4为本发明实施例二提供的一种汇流条焊接系统结构示意图；
图5为本发明实施例三提供的一种汇流条焊接方法的流程图；
图中：
1-加热单元，11-加热元件；
2-超声波单元，21-超声波产生器，22-超声波变幅杆；
3-焊接单元；
4-驱动单元，41-驱动机构，42-压力调整机构；
5-电池片，6-焊带，7-汇流条；
8-传送带，9-固定件。
具体实施方式
为了使得本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，还可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
为了保持本申请实施例的以下说明清楚且简明，本申请省略了已知功能和已知部件的详细说明。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
本发明实施例提供一种汇流条焊接装置，减少焊接的虚焊点，并提高汇流条与薄膜背电极的结合强度。
本发明实施例提供的一种汇流条焊接装置的结构示意图如图1所示，该装置包括：加热单元1、超声波单元2、焊接单元3和驱动单元4。加热单元1设置在焊接单元3内，用于对焊接单元3加热；超声波单元2与焊接单元3连接，用于向焊接单元3加载超声波振动；驱动单元4与焊接单元3连接，用于调节焊接单元3与汇流条7的相对位置和接触压力。
该焊接装置各部件的具体内容如下：
(1)加热单元1
加热单元1设置在焊接单元3内，用于对焊接单元3加热。
加热单元1包括：加热元件11、连接元件、温度传感器和温度控制器；加热元件11通过连接元件与温度控制器连接，温度传感器与温度控制器连接。其中，加热元件11是通电后能够产生电热现象的元器件。可选地，加热元件11可以采用盘式电阻丝或卷式电阻丝等结构。
在本发明实施例中的焊接单元3，具体地，可以采用一种滚轮。
在一些实施例中，加热元件11可以嵌入式地设置在滚轮上，具体地，加热元件11可以嵌入式地设置在滚轮的外侧面；即在滚轮的两外侧面上分别开设若干组沟槽，将加热元件11嵌入在沟槽内。可选地，如图2所示，本发明实施例可在滚轮的两个环形外侧面上分别开设两个环形沟槽。环形沟槽的外径大于滚轮的内径，小于滚轮的外径；环形沟槽的内径也大于滚轮的内径，小于滚轮的外径。分别嵌设在两个环形外侧面上的四个环形沟槽的直径可以两两相同，也可以完全不相同。环形沟槽的深度和宽度根据加热元件11的形状进行确定。
在一些实施例中，加热元件11可以嵌入式地设置在滚轮内；具体地，加热元件11可以在滚轮内圆环的内侧面上开设若干组沟槽，这些沟槽可以相互连通，也可以相互不连通；将加热元件11嵌入在沟槽内。可选地，一种滚轮的剖面图如图3所示，本发明实施例可以在滚轮内圆环的内侧面上开设两个环形沟槽，且该环形沟槽的直径等于滚轮的内径，环形沟槽的深度和宽度根据加热元件11的形状进行确定。
在一些实施例中，加热元件11还可以直接设置在滚轮内；即在滚轮的内部埋设若干个加热元件11，且加热元件11不会显露在滚轮的表面。
连接元件可以是若干根连接电线，用于与与温度控制器和加热元件11连接，在温度控制器的控制下，将电能传递至加热元件11，从而实现将滚轮加热至预设温度。
温度传感器，设置在滚轮内，用于实时检测滚轮的温度，并将检测到的滚轮的实时温度传送至温度控制器。
温度控制器，用于根据温度传感器检测到的滚轮的温度，控制加热元件11的加热开启与加热关闭。
在该实施例中，加热单元1的功能为：控制焊接单元3加热至预设温度。在对薄膜太阳能电池进行汇流条7焊接时，为了减少虚焊区域，增强汇流条7与薄膜太阳能电池的结合强度，需要增加超声波振动焊接的压力，但焊接压力过大，极有可能破坏薄膜太阳能电池的玻璃基体。因此，本发明实施例采用在焊接单元3中设置加热元件11的方式，对焊接单元3进行加热，将滚轮形式的焊接单元3的外圆周面加热到预设温度，可以减少焊接压力，减弱超声焊接的振幅，从而在不破坏玻璃基体的前提下，实现电池片5与汇流条7的高强度连接。此外，通过设置温度传感器和温度控制器，可以量化焊接单元3的具体温度，并在达到预设温度时停止加热，避免热量的浪费。
(2)超声波单元
超声波单元2包括：超声波产生器21和超声波变幅杆22，超声波变幅杆22的一端连接超声波产生器21，超声波变幅杆22的另一端与滚轮连接，且超声波变幅杆22的轴线与滚轮的轴线重合。
超声波产生器21，用于产生超声波信号。具体地，超声波产生器21可以采用超声波换能器；超声波换能器是将输入的电功率转换成超声波信号再传递出去的装置。
超声波变幅杆22，用于将超声波信号调整至预设振幅，并将预设振幅的超声波信号传递至滚轮。超声波变幅杆22是配合超声波换能器改变超声波振幅的功能组件，超声波变幅杆22还具有将超声能量集中的功能。
在该实施例中，超声波单元2的功能为：用于向焊接单元3加载预设的超声波振动。
(3)焊接单元
焊接单元3是用于与汇流条直接接触的压焊元件，焊接单元3与汇流条直接接触的焊接面在焊接时需要被加热至预设温度。在进行焊接时，将焊接单元3的焊接面与汇流条7接触，并在驱动单元4的作用下，按照预设速度，沿汇流条7的长度方向移动。
可选地，焊接单元3可以采用滚轮，用于在预设温度和预设超声波振动下，将依次叠放的汇流条7、焊带6和电池片5进行滚压焊接，其中，滚轮的外周面与汇流条7直接接触。
滚轮可以包括轴承部，轴承部与超声波变幅杆22的一端进行转动连接，通过驱动超声波变幅杆22转动，带动滚轮进行转动。此外，滚轮也可以与超声波变幅杆22固定连接，并通过驱动超声波变幅杆22的转动，直接带动滚轮一起转动。
滚轮的外圆周面的宽度与汇流条7的宽度相适应；可选地，滚轮的外圆周面的宽度比汇流条7的宽度大0.1-1cm。
在该实施例中，滚轮可以是采用不锈钢、钛合金等材料制成的滚轮。
可选地，焊接单元3还可以是一个块状结构，其中，接触面为平面结构。焊接单元3在焊接时，被驱动单元以预设的压力放置在汇流条表面，并按照预设的速度沿汇流条7的长度方向移动，将汇流条与焊带、电池片焊接在一起。
(4)驱动单元
驱动单元4包括：驱动机构41和压力调整机构42。
驱动机构41可以直接与焊接单元3连接，用于调节焊接单元3与汇流条7的相对位置。驱动机构41与焊接单元3连接，驱动焊接单元3按照预设的速度沿汇流条7的长度方向移动。驱动机构41具体可以采用气缸结构、电机配合联轴器等机构。
驱动机构41还可以与超声波单元2连接，通过驱动超声波单元2带动焊接单元3移动。具体地，可以将驱动机构41与超声波变幅杆22的一端连接，用于驱动超声波变幅杆22带动滚轮，在依次叠放的汇流条7、焊带6和电池片5上滚动。
压力调整机构42，可以直接与焊接单元3连接，用于调节焊接单元3与汇流条7的接触压力。
压力调整机构42，还可以与超声波单元2连接，通过对超声波单元2的位置调整，间接地调节焊接单元3与汇流条7的接触压力。该实施例中，可以将压力调整机构42与超声波单元2连接，用于调整超声波变幅杆22与滚轮施加在汇流条7上的接触压力。具体地，压力调整机构42可以采用高度调整机构。高度调整机构通过调整超声波变幅杆22与滚轮的高度，改变滚轮施加在汇流条7上的接触压力。在该实施例中，滚轮的部分重力施加在汇流条-焊带-电池片的“三明治结构”上，通过调整滚轮的高度，可以改变施加在汇流条-焊带-电池片的“三明治结构”上的重力。高度调整机构还可以采用气垫加压装置。气垫加压装置用于对超声波变幅杆22进行加压和调压，从而实现滚轮的压力可调。
实施例二
如图4所示，本发明实施例还提供了一种汇流条焊接系统，包括上述焊接装置，还包括：传动机构。传动机构用于将传送带8上的电池片5移动并固定在焊接区域。
在该实施例中，传动机构可以包括：传送带8和固定件9，传送带8用于传送电池片5，固定件9则用于对传送至预设焊接区域的电池片5进行固定。当传动机构将电池片5固定至焊接区域时，依次铺设焊带6和汇流条7，再利用焊接装置进行焊接。
实施例三
该实施例提供了一种汇流条焊接方法，在汇流条7与电池片5的背电极之间加入焊带6，采用加热与加载超声波振动的方式，对汇流条-焊带-电池片的“三明治结构”实现稳定焊接，减少焊接压力并减小超声波振动的振幅。
如图5所示，该方法的具体步骤如下：
步骤S310：传动机构将电池片固定于焊接区域，并在电池片上依次铺设焊带和汇流条。
传动带8将电池片5传送至预设的焊接区域，固定件对电池片5进行固定。
将固定在焊接区域的电池片5的背电极朝上，并在背电极上放置焊带6，再在焊带6上放置汇流条7，其中，汇流条7覆盖在焊带6上并对焊带6实现完全覆盖。
其中，焊带6可以采用SnIn、SnGa、SnAgCu、SnZn等锡基合金形成的锡焊带。
在汇流条7与电池片5的背电极之间加入锡焊带，可以降低成本，并保证高强度的连接。
步骤S320：加热单元将焊接单元加热至预设温度，超声波单元对焊接单元加载预设的超声波振动。
在对汇流条-焊带-电池片的“三明治结构”进行焊接前，需要将焊接单元3的焊接面加热至预设温度：200-300℃。
可选地，可以将滚轮的外圆周面加热至预设温度，具体地，通过温度传感器确定滚轮的外圆周面的实时温度为：200-300℃。
超声波单元2将超声波振动通过超声波变幅杆22传递至焊接单元3。
可选地，超声波变幅杆22将超声波振动传递至滚轮，而滚轮将超声波的振动传递到汇流条-焊带-电池片的“三明治结构”，从而使汇流条7、焊带6与电池片5焊接在一起。其中，传递至滚轮中的超声波振动的振幅为：2-10μm。
步骤S330：焊接单元将热量传导至汇流条，并在预设的超声波振动下，对依次叠放的汇流条、焊带和电池片进行压焊。
在对汇流条-焊带-电池片的“三明治结构”进行焊接时，需要将将焊接单元3沿汇流条7的长度方向移动，移动速度为：0.02-0.1m/s；并且，焊接单元3对汇流条7进行挤压的压力为：0.1-0.5MPa。
具体地，可以将滚轮沿汇流条7的长度方向进行移动；其中，滚轮与汇流条7进行连续地滚动接触，对汇流条7进行滚动接触所施加的滚压压力的范围为：0.1-0.5MPa。为了将汇流条7和焊带6焊接在电池片5上，避免虚焊区域的产生，需要将滚轮与汇流条7进行连续接触。因此，需要保证滚轮以较慢的速度进行滚动挤压，具体地，可以要求滚轮在汇流条7上的滚动速度的范围为：0.02-0.1m/s。
综上所述，本发明实施例提供了一种汇流条焊接装置和焊接方法，该装置包括：加热单元1、超声波单元2、焊接单元3和驱动单元4，加热单元1设置在焊接单元3内，用于对焊接单元3加热；超声波单元2与焊接单元3连接，用于向焊接单元3加载超声波振动；驱动单元4与焊接单元3连接，用于调节焊接单元3与汇流条7的相对位置和接触压力。本发明通过在施加超声波振动的焊接单元中设置加热单元，减少了焊接压力和超声波振动的振幅，在不破坏电池片玻璃基体的前提下，实现了电池片与汇流条的高强度连接；且本发明在汇流条与电池片之间加入焊带，降低了成本，提高了效率。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种汇流条焊接装置，其特征在于，该装置包括：加热单元、超声波单元、焊接单元和驱动单元；
所述加热单元设置在所述焊接单元内，用于对所述焊接单元加热；
所述超声波单元与所述焊接单元连接，用于向所述焊接单元加载超声波振动；
所述驱动单元与所述焊接单元连接，用于调节所述焊接单元与汇流条的相对位置和接触压力。
2.根据权利要求1所述的汇流条焊接装置，所述焊接单元为滚轮，在所述滚轮上具有沟槽，所述加热元件嵌入在所述沟槽内。
3.根据权利要求2所述的汇流条焊接装置，其特征在于，所述加热元件为电阻丝，所述电阻丝缠绕在所述沟槽内。
4.根据权利要求1所述的汇流条焊接装置，其特征在于，所述超声波单元包括：超声波产生器和超声波变幅杆，所述超声波变幅杆的一端与超声波产生器连接，另一端与所述滚轮连接，且所述超声波变幅杆的轴线与所述滚轮的轴线重合；
所述超声波产生器，用于产生超声波振动；
所述超声波变幅杆，用于将所述超声波振动调整至预设振幅，并将预设振幅的超声波振动传递至所述焊接单元。
5.根据权利要求1所述的汇流条焊接装置，其特征在于，所述驱动单元包括驱动机构和压力调整机构；
所述驱动机构与所述超声波变幅杆的一端连接，用于驱动所述超声波变幅杆带动所述焊接单元，在依次叠放的所述汇流条、焊带和电池片上滚动。
所述压力调整机构，用于调整所述超声波变幅杆与所述滚轮施加在所述汇流条上的接触压力。
6.一种汇流条焊接系统，包括权利要求1-5任一项所述的焊接装置，其特征在于，该系统还包括：设置传动带和固定件的传动机构；
所述传动机构，用于将传送带上的电池片移动并固定在焊接区域。
7.一种汇流条焊接方法，基于权利要求6所述的焊接系统，其特征在于，该方法包括：
传动机构将电池片固定于焊接区域，并在所述电池片上依次铺设焊带和汇流条；
加热单元将焊接单元加热至预设温度，超声波单元对所述焊接单元加载预设的超声波振动；
所述焊接单元将热量传导至汇流条，并在预设的超声波振动下，对依次叠放的汇流条、焊带和电池片进行压焊。
8.根据权利要求7所述的汇流条焊接方法，其特征在于，所述在电池片上依次铺设焊带和汇流条，包括：
将电池片的背电极朝上，所述背电极上放置所述焊带，所述焊带上放置所述汇流条，所述汇流条覆盖在所述焊带上。
9.根据权利要求7所述的汇流条焊接方法，其特征在于，所述加热单元将焊接单元加热至预设温度，超声波单元对所述焊接单元加载预设的超声波振动，包括：
所述预设温度为：200-300℃；
所述预设的超声波振动的振幅为：2-10μm。
10.根据权利要求7所述的汇流条焊接方法，其特征在于，所述焊接单元将热量传导至汇流条，并在预设的超声波振动下，对依次叠放的汇流条、焊带和电池片进行压焊，包括：
将所述焊接单元沿所述汇流条的长度方向移动，移动速度为：0.02-0.1m/s；
所述焊接单元对所述汇流条进行挤压的压力为：0.1-0.5MPa。
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