CN114515895A - 一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置及其焊接方法；该装置包括焊头和垫板。焊头对焊条进行电磁感应加热。垫板用于支撑焊条。所述的焊头包括外壳和焊芯。焊芯设置在外壳内。所述的焊芯包括磁芯和线圈。磁芯包括底板、中板和两块侧板。中板和两块侧板均固定在底板上。线圈绕置在中板上，并位于两块侧板之间。工作过程中，线圈能够覆盖下方的多根栅线。本发明在焊头内设置长条形的磁芯和线圈，只需更换不同的垫板即可对不同栅线数量或间距的同类电池片进行汇流条焊接，增大了焊头的使用范围，减少不同规格栅线电池片焊接所需的焊头数量，降低了成本。

Description

一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置及其焊接方法

技术领域

本发明属于光伏汇流焊加工技术领域，具体涉及一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置及其焊接方法。

背景技术

光伏板生产中，需要电流汇流输出功能。行业里目前都是通过栅线与光伏电池片连接，先将栅线与焊带(汇流条)连接，再将焊带与接线盒连接，最后将接线盒引线输出。栅线与光伏电池片需要焊接，栅线与焊带需要焊接。行业中有热风焊、电磁焊、电阻焊等各种焊接方法。电磁焊目前是最节能、效率最高效、尺寸最小、焊接时间最短等优点被行业所追捧。但电磁焊结构的设计难度较大，其结构和转化效率直接影响生产效率。现有电磁焊设备中设置多个线圈来对不同焊点进行焊接，难以适应不同规格电池片(不同栅线数量或间距的电池片)的汇流条焊接任务。此外，现有电磁焊设备存在明显的漏磁现象，能量转换效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置及其焊接方法。

一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，包括焊头和垫板。焊头对焊带进行电磁感应加热。垫板用于支撑焊带。所述的焊头包括外壳和焊芯。焊芯设置在外壳内。所述的焊芯包括磁芯和线圈。磁芯包括底板、中板和两块侧板。中板和两块侧板均固定在底板上。线圈绕置在中板上，并位于两块侧板之间。工作过程中，线圈能够覆盖下方的多根栅线。

作为优选，所述的外壳内填充有导热胶。

作为优选，所述外壳的底部设置有隔热片。隔热片采用底面平整的陶瓷片。

作为优选，所述外壳的两侧均开设有散热气道。

作为优选，所述外壳的顶部安装有控制模块；控制模块为提供给焊芯内的线圈提供交流信号，实现电磁感应焊接。

作为优选，底板、中板和两块侧板均采用软磁材料。两块侧板到中板的距离相等。中板厚度小于或等于被焊接焊带宽度。

作为优选，所述线圈的匝数为8～12匝。

作为优选，所述磁芯中的两块侧板与外壳的内壁接触。

作为优选，所述焊芯的长度与电池串的宽度对应，电磁感应焊接的范围能够覆盖同一电池串上的所有栅线。

作为优选，焊接过程中，中板和两块侧板均垂直于电池串上栅线的轴线。

作为优选，所述的垫板上设置有多个顶柱；各顶柱之间的相对位置与电池片上各栅线之间的相对位置对应。

作为优选，所述的顶柱与垫板沿竖直方向滑动连接，且顶柱与垫板之间设置有弹簧。

作为优选，所述的顶柱采用软磁材料。

作为优选，所述的垫板还包括垫座和吸盘：垫座上安装有多个用于吸附焊带的吸盘。吸盘在动力元件的驱动下能够升高至高于顶柱的顶面，或低于顶柱的顶面。

该用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置的焊接方法具体如下：

步骤一、在垫板上放置焊带。

步骤二、焊头、垫板分别移动至各栅线被焊接位置的正上方、正下方。

步骤三、电池串上各栅线降低至与焊带接触。焊带由垫板上的顶柱支撑。各顶柱与各栅线分别对齐。

步骤四、焊头降低挤压各栅线，使得焊带与各栅线之间产生压力。

步骤五、焊头内的线圈通交变电流，焊带在电磁感应的作用下加热，与栅线焊接在一起。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明在焊头内设置长条形的磁芯和线圈，只需更换不同的垫板即可对不同栅线数量或间距的同类电池片进行汇流条焊接，增大了焊头的使用范围，减少不同规格栅线电池片焊接所需的焊头数量，降低了成本。

2、本发明利用软磁材料作为顶柱，能够实现焊接位置的局部快速加热，避免了整条焊带均匀加热的情况出现，显著提升了电磁感应焊接的效率。

3、本发明中的焊芯采用对称磁路，增加了有效工作面，从而减小了焊带与焊头对准性要求，操作十分便捷。

4、本发明中用于磁芯的中板厚度小于或等于被焊接焊带宽度，属于小尺寸焊面焊接，其能够对多种不同宽度的焊带进行焊接，并避免大量漏磁的情况出现，增大了本发明的适用范围，避免不同规格焊带需要匹配不同焊头的情况出现。

5、本发明的焊芯采用铁氧体与铜线绕制形成，减小了铜损及磁损，提高了效率。此外，匝数为8～12匝的线圈的电压较低，减小引线要求，且不需要变压器变压等要求，电气操作十分便捷。

6、本发明在焊头的底部设置光滑超薄陶瓷片或花纹超薄陶瓷片作为隔热片；光滑超薄陶瓷片能够在避免热量散失的同时使得焊疤更光滑；花纹超薄陶瓷片能够在避免热量散失的同时使得焊疤更好看。此外，陶瓷片的使用使得表面磨损减少，使用寿命延长。

7、本发明采用长条形的线圈和E型磁芯，提高了输出功率密度，相比于功率约为每米3KW的现有光伏汇流条电磁焊设备，本发明的功率能够达到两倍以上，从而降低了焊接时长，提高了工作效率。同时，由于本发明转换效率高，焊头发热量少，故不需要水凉或风凉，只需自然凉，降低了工作环境要求。

8、本发明的外壳的两侧设置散热气道，增加了散热面积，使得散热更加有效，且磁能更加集中。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中焊头的结构示意图；

图3为本发明中焊芯的内部示意图；

图4为本发明中焊芯的结构示意图；

图5为本发明中垫板的结构示意图；

图6为本发明的工作状态图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，用于将电池串13上的栅线与焊带焊接在一起，其包括焊头1和垫板2。焊头1用于产生交变磁场，使得焊带产生感应电流而加热焊接。垫板2用于支撑焊带，并在焊接位置使用软磁材料减小磁阻，使得焊带的焊接位置得以集中加热。焊头1和垫板2由两个位置调节装置12分别驱动，从而使得焊头1和垫板2能够精准移动到需要焊接的位置。两个位置调节装置12均采用三轴电动滑台。

如图2、3和4所示，焊头1包括外壳4、隔热片5、焊芯6和导热胶。焊芯6设置在铝制的外壳4内。外壳4内部的间隙中填充有导热胶，使组装更方便且散热更高效。外壳4的两侧均开设有散热气道4-1；且散热气道的外侧设置有盖板。外壳4的底部设置有隔热片5。隔热片5采用陶瓷材料。由于因陶瓷片硬及光滑，当陶瓷片压到0.35mm直径的栅线上时不会因自身变形而接触到位于栅线下侧的焊带，进而使得焊带上产生的焊疤更美观。此外，外壳4底部的隔热片5能够使得电磁感应焊接产生的热量难以从焊带传递到焊头1上，避免焊头1温度过高。外壳4的顶部安装有控制模块7；控制模块7根据外部输出的控制信号产生高频交流电提供给焊芯6内的线圈6-1，以实现电磁感应焊接。

焊芯6包括磁芯和线圈6-1。磁芯的纵截面呈开口向上的E形，包括底板6-2、中板6-3和两块侧板6-4。底板6-2水平设置。竖直设置中板6-3固定在底板6-2顶面的中间位置。两块侧板6-4分别固定底板6-2顶面的两侧。两块侧板6-4到中板6-3的距离相等。底板6-2、中板6-3和两块侧板6-4均采用导热与导磁综合性能比较好的软磁材料，本实施例中具体选用铁氧体。线圈6-1绕置在中板6-3上，且线圈6-1整体的轴线方向竖直设置。线圈6-1位于两块侧板6-4之间。由于两块侧板6-4包住了线圈6-1，故本发明的线圈6-1漏磁较小，电磁转换效率较高。绕置线圈6-1的导线采用多股细线编织成的大股电线，以减少线圈6-1上的漏磁和高频效应，提高电磁效率。线圈6-1的匝数为8～12匝，因此线圈6-1电压较低，对绝缘要求也较低；此外，该匝数范围内的线圈6-1对电线电流的要求也相对较低，故对电线直径要求也较低。由于线圈6-1隐藏在铁氧体的磁芯的内侧，故焊芯6能够与外壳4的内壁直接接触，从而使散热更高效，漏磁更小。中板6-3的宽度小于焊带的宽度，本实施例中取值等于被焊接的最窄焊带的宽度k；磁芯的宽度(两块侧板6-4相背侧面的间距)小于或等于焊带所在位置两侧电池片的间距(本实施例中该数值为4k)；焊芯6的长度与电池串13的宽度相等，线圈6-1产生的交变磁场能够覆盖焊带上的各个焊接位置。由于焊带3和栅线均为高导热高导电材料，故焊头1能够通过电磁感应的方式对焊带3与栅线进行焊接。

由于电池片有正负极，且同极栅线间导电，故焊带3、栅线、电池片间能形成环形导电回路。如果环形回路中，有电磁变化通过，会形成电动势产生热量。发热量高到一定程度，会烧断栅线。针对这一情况，本发明采用E形结构的磁芯，使得两块侧板6-4的磁通流入中板6-3的磁通或中板6-3的磁通流入两块侧板6-4；只要中板6-3底面的中心对称线位于焊带3的两侧边缘所在竖直平面之间，则焊带3两侧的环形回路中磁场变化会被中板6-3与对应侧的侧板6-4之间产生的磁场变化抵消；从而不会在前述环形回路中产生电动势，避免栅线烧断的情况出现。该种情况下，焊带3的位置允许偏移焊带3宽度的一半，故本发明焊带3与焊头1之间的对准精度要求较低，不易出现故障。

如图5所示，垫板2包括垫座8、吸盘9、气缸10和顶柱11：垫座8呈长条形，顶面形状与焊头1的底面形状对应。垫座8顶面的两端对中开设有让位孔。两个气缸10分别固定在垫座8底面的两端，且活塞杆朝上设置，并与吸盘9固定。两个吸盘9分别穿过两个让位孔，且开口朝上，用于吸附固定焊带。垫板2的顶面开设有多个沿自身长度方向依次排列的安装孔。各安装孔与两个让位孔在同一条直线上。各安装孔的位置与被焊接的电池串13上各个焊接位置(栅线所在位置)分别对应。各安装孔内均滑动连接有顶柱11。顶柱11的底面与安装孔的底面之间设置有弹簧。

吸盘9在气缸10的推动下具有上极限位置和下极限位置。当吸盘9处于上极限位置时，吸盘9的顶部开口高于各顶柱11的顶面；当吸盘9处于下极限位置时，吸盘9的顶部开口低于各顶柱11的顶面；顶柱11受到焊带3的挤压时能够向下移动，从而确保各顶柱11能够与焊带3的各个不同焊接位置分别接触。此外，弹簧的压力能够使得焊带3的各个焊接位置与对应的栅线紧密接触，且相互之间有压力。顶柱11采用软磁材料，本实施例中具体为铁氧体，能够减小焊带3焊接位置下方的磁通，使得焊带3的焊接位置得以集中发热，提高电磁焊效率，并降低整体发热量。由于本发明中的焊头1呈长条形，且内部仅有一个同样呈长条形的线圈6-1，故其只需要配合不同数量或间距的顶柱11，即可实现不同栅数或不同栅线间距的电池串13进行焊带3的焊接作业。顶柱11的顶面设置有隔热层，用以避免焊带上的热量沿着顶柱11快速流失，以提高焊接效果。

如图6所示，该用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置的焊接方法具体如下：

步骤一、根据被焊接的电池串13数量，在两个位置调节装置12上分别安装对应数量的焊头1和垫板2；通过焊带上料装置或人工的方式在各垫板2的吸盘9上放置焊带。吸盘9在外部真空源的作用下吸住焊带。此时，焊带位于各顶柱11的上方。

步骤二、并排设置的多条电池串13通过电池串13输送设备运输至目标位置，并由电池串13上提装置提起；各焊头1在对应的位置调节装置12的驱动下分别移动至各电池串13上的栅线被焊接位置的正上方。各垫板2在对应的位置调节装置12的驱动下分别移动至各电池串13上的栅线被焊接位置的正下方，且垫板2上的各顶柱11与电池片上的各栅线分别对齐。

步骤三、各吸盘9停止抽气，不再吸附焊带，并由气缸10带动进行下降。焊带支撑在各顶柱11上。

步骤四、电池串13上提装置将电池串13放下，使得各栅线与对应的焊带3接触。

步骤五、各焊头1在对应的位置调节装置12的驱动下降低，挤压在对应的各栅线的被焊接位置，各焊带3受到挤压后带动顶柱11降低，使得弹簧通过顶柱11对焊带3与栅线施加弹簧力。焊带3与栅线紧密接触在一起。

步骤六、各焊头1内的线圈6-1通交流电，使得焊带3在电磁感应的作用下加热，与栅线焊接在一起。此时，由于采用软磁材料的顶柱11减小了焊带3上各个焊接位置的磁阻，使得焊带3上各个焊接位置的磁通相对于其他位置更加剧烈，从而提高了焊接位置的发热量，降低了非焊接位置的发热量，提高了电磁焊效率，并降低整体发热量。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：顶柱11采用隔热材料；以减小焊带3焊接位置的热量损失，提高能量利用率和焊接速度。

Claims (19)

1.一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，包括焊头(1)和垫板(2)；其特征在于：所述的焊头(1)对焊带进行电磁感应加热；垫板(2)用于支撑焊带；所述的焊头(1)包括外壳(4)和焊芯(6)；焊芯(6)设置在外壳(4)内；所述的焊芯(6)包括磁芯和线圈(6-1)；磁芯包括底板(6-2)、中板(6-3)和两块侧板(6-4)；中板(6-3)和两块侧板(6-4)均固定在底板(6-2)上；线圈(6-1)绕置在中板(6-3)上，并位于两块侧板(6-4)之间；工作过程中，线圈(6-1)能够覆盖下方的多根栅线。

2.根据权利要求1所述的一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，其特征在于：所述外壳(4)的底部设置有隔热片(5)。

3.根据权利要求2所述的一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，其特征在于：隔热片(5)采用底面平整或带有花纹的陶瓷片。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，其特征在于：所述外壳(4)的两侧均开设有散热气道(4-1)。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，其特征在于：所述外壳(4)的顶部安装有控制模块(7)；控制模块(7)为提供给焊芯(6)内的线圈(6-1)提供交流信号，实现电磁感应焊接。

6.根据权利要求1、2或3所述的一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，其特征在于：底板(6-2)、中板(6-3)和两块侧板(6-4)均采用软磁材料；两块侧板(6-4)到中板(6-3)的距离相等；中板厚度小于或等于被焊接焊带宽度。

7.根据权利要求1、2或3所述的一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，其特征在于：所述线圈(6-1)的匝数为8～12匝。

8.根据权利要求1、2或3所述的一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，其特征在于：所述磁芯中的两块侧板(6-4)与外壳(4)的内壁接触。

9.根据权利要求1、2或3所述的一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，其特征在于：所述焊芯(6)的长度与电池串(13)的宽度对应，电磁感应焊接的范围能够覆盖同一电池串上的所有栅线。

10.根据权利要求1、2或3所述的一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，其特征在于：焊接过程中，中板(6-3)和两块侧板(6-4)均垂直于电池串上栅线的轴线。

11.根据权利要求1所述的一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，其特征在于：所述的垫板(2)上设置有多个顶柱(11)；各顶柱之间的相对位置与电池片上各栅线之间的相对位置对应。

12.根据权利要求11所述的一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，其特征在于：所述的顶柱(11)与垫板(2)沿竖直方向滑动连接，且顶柱(11)与垫板(2)之间设置有弹簧。

13.根据权利要求11或12所述的一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，其特征在于：所述的顶柱(11)采用软磁材料。

14.根据权利要求13所述的一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，其特征在于：顶柱的顶面设置有隔热层。

15.根据权利要求11或12所述的一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，其特征在于：所述的垫板(2)还包括垫座(8)和吸盘(9)：垫座(8)上安装有多个用于吸附焊带的吸盘(9)；吸盘(9)在动力元件的驱动下能够升高至高于顶柱的顶面，或低于顶柱的顶面。

16.根据权利要求1、2或3所述的一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，其特征在于：中板(6-3)的宽度小于焊带的宽度；磁芯的宽度小于或等于焊带所在位置两侧电池片的间距。

17.根据权利要求1、2或3所述的一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，其特征在于：进行焊接的过程中，中板(6-3)底面的中心对称线位于焊带(3)的两侧边缘所在竖直平面之间，使得焊带、栅线、电池片形成的环形回路的磁场变化被抵消。

18.根据权利要求1、2或3所述的一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，其特征在于：所述的外壳(4)内填充有导热胶。

19.如权利要求1、2或3所述的一种用于光伏板焊带的电磁感应焊接装置，其特征在于：步骤一、在垫板(2)上放置焊带；

步骤二、焊头(1)、垫板(2)分别移动至各栅线被焊接位置的正上方、正下方；

步骤三、电池串(13)上各栅线降低至与焊带接触；焊带有垫板(2)上的顶柱支撑；各顶柱与各栅线分别对齐；

步骤四、焊头(1)降低挤压各栅线，使得焊带与各栅线之间产生压力；

步骤五、焊头(1)内的线圈(6-1)通交变电流，焊带(3)在电磁感应的作用下加热，与栅线焊接在一起。

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