CN217253626U - 一种电池串焊接装置及焊接设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光伏电池串焊接领域，具体涉及一种电池串焊接装置及焊接设备，电池串焊接装置包括设置于焊接工位处的激光焊接装置，激光焊接装置包括激光发生器、振镜组件和场镜，其中：激光发生器朝向振镜组件发射激光束；振镜组件将激光束反射至场镜；场镜将激光束聚焦后打向位于焊接工位处的待返修焊接电池串的待焊接点，以将待焊接点处的两根焊带焊接或者将待焊接点处的焊带焊接至电池片上。本实用新型采用激光焊接装置对待返修焊接电池串进行焊接，激光焊接的受热面积小，能够避免返修时非返修区域发生过焊。

Description

一种电池串焊接装置及焊接设备

技术领域

本实用新型涉及光伏电池串焊接领域，具体地说是一种电池串焊接装置及焊接设备。

背景技术

电池串由若干电池片经焊带焊接而成。由于电池片材质比较薄、脆，在焊接或流转过程中，电池串内可能会出现缺陷电池片，需要对电池串进行返返修。

对于可以补虚焊返修的电池片，需要将虚焊的焊盘点处的焊带与电池片重新焊接在一起；对于需要换片返修的电池片，先剔除缺陷电池片，将合格的替换电池片放在原缺陷电池片的位置，再将替换电池片上的焊带与邻接电池片上的焊带一一焊接。

常规的电池串焊接装置有红外灯箱、电磁焊接装置、电烙铁等，上述焊接装置在焊接电池串时，电池串的受热面积大，而电池串返修时，待焊接位置通常在虚焊点或者替换电池片与邻接电池片的焊带搭接点，电池串中其余部位不需要焊接，使用常规的电池串焊接装置容易造成电池串中非返修部位的再次焊接而产生过焊问题，最终影响光伏组件的发电性能。

实用新型内容

本实用新型针对常规焊接装置在返修电池串时容易造成过焊的问题，一方面提出了一种电池串焊接装置，技术方案如下：

一种电池串焊接装置，电池串焊接装置包括设置于焊接工位处的激光焊接装置，激光焊接装置包括激光发生器、振镜组件和场镜，其中：激光发生器朝向振镜组件发射激光束；振镜组件将激光束反射至场镜；场镜将激光束聚焦后打向位于焊接工位处的待返修焊接电池串的待焊接点，以将待焊接点处的两根焊带焊接或者将待焊接点处的焊带焊接至电池片上。

本实用新型采用激光焊接装置对待返修焊接电池串进行焊接，激光焊接的受热面积小，能够实现点焊，因此在返修电池串时可以针对各个待焊接点进行单独焊接，不会对电池串中非返修部位进行加热焊接，从而避免非返修部位发生过焊。

可选的，激光束为脉冲激光或连续激光，激光束的光束质量因子大于3。

选择光束质量因子大于3的激光束，使光斑内光强分布相对均匀，不会在光斑中心处烧蚀材料，能够进一步提高返修时的焊接质量。

可选的，激光束的焦点位于待焊接点的上方或者下方，激光束在待返修焊接电池串上形成的光斑长径为1mm～3mm。

将激光束的焦点聚焦于待焊接点的上方或者下方，使激光束的焦点离焦，可以避免焦点处的高强度对待焊接点造成损伤，提高返修焊接质量；激光束在待返修焊接电池串上形成的光斑长径在1mm～3mm内，根据操作环境或待焊接点的尺寸可以灵活选择，增加了激光焊接的适应性。

可选的，激光束焊接待焊接点时的扫描次数为一次或至少两次。

根据不同的操作环境，控制激光束对待焊接点进行一次扫描，或至少两次扫描，以达到更好的焊接效果。

可选的，激光束扫描待焊接点的过程中，在待返修焊接电池串上形成的相邻光斑之间相交、相切或分离。

可选的，激光焊接装置还包括安装座，激光发生器、振镜组件和场镜均固定安装在安装座上；电池串焊接装置还包括横移模组，安装座固定安装在横移模组的移动端上，横移模组的横移方向垂直于待返修焊接电池串的串接方向。

将激光发生器、振镜组件和场镜通过安装座设置在横移模组上，能够实现激光发生器、振镜组件和场镜沿垂直于待返修焊接电池串的串接方向的横移运动，提高了激光焊接装置对焊接区域的灵活控制。

可选的，电池串焊接装置还包括相机和控制芯片，激光焊接装置和相机均与控制芯片连接，相机固定安装在安装座上，相机用于对位于焊接工位处的待返修焊接电池串进行拍照。

通过设置相机，能够对待返修焊接电池串进行拍照，控制芯片根据拍摄图像确定待焊接点的位置，能够提高返修时的焊接精度；将相机也固定在安装座上，使相机能够和激光焊接装置中的激光发生器、振镜组件和场镜同步横移，每次拍照后即进行焊接，能够进一步提高对待焊接点的定位精度。

可选的，电池串焊接装置还包括升降模组，横移模组固定连接在升降模组的移动端上。

将横移模组固定在升降模组的移动端上，可以对激光发生器、振镜组件和场镜进行高度方向的调节，灵活调整激光束的扫描幅面。

可选的，激光发生器和振镜组件之间设置有发散角可调扩束镜，用于调节激光束在焦平面上的聚焦光斑的大小。

利用发散角可调扩束镜调整激光束在聚焦平面上的光斑大小，使本实用新型既能满足小光斑的标定精度要求，又可满足大光斑焊接的焊接精度要求。

可选的，发散角可调扩束镜和振镜组件之间设置有DOE光束整形器，用于整形光束的形状。

可选的，激光束的扫描幅面沿第一方向的宽度大于电池片沿第一方向的宽度，第一方向为待返修焊接电池串的串接方向。

使激光束的扫描幅面沿第一方向的宽度大于电池片沿第一方向的宽度，使得焊接时，激光束只需沿着垂直于第一方向的方向移动，便能实现对一片电池片与该电池片上的焊带的焊接，提高了焊接效率。

另一方面，提出了一种电池串焊接设备，技术方案如下：

一种电池串焊接设备包括电池串承载台和上述的电池串焊接装置，电池串焊接装置设置在电池串承载台的一侧，激光焊接装置位于电池串承载台的上方。

采用本实用新型的电池串焊接装置，对电池串承载台上的电池串进行返修，能够进一步提高电池串返修时的焊接质量。

附图说明

图1为本实用新型中电池串焊接装置的一种可选实施例的立体结构示意图；

图2为图1中电池串焊接装置的另一视角下的立体结构示意图；

图3为图1中电池串焊接装置的主视图；

图4A为激光光斑相切的示意图；

图4B为激光光斑相交的示意图；

图4C为激光光斑分离的示意图；

图5为激光扫描幅面与待焊接电池串的示意图；

图6为本实用新型中电池串焊接设备的结构示意图；

图1～图6中，包括：电池串焊接装置100；激光发生器1；振镜组件2；场镜3；安装座4；相机5；第一连接板6；横移模组7；横移模组的移动端71；横移模组的固定端72；升降模组8；升降模组的移动端81；手轮9；第二连接板10；扫描幅面11；电池串承载台200；电池片300；焊带400。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、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实用新型作进一步详细的说明。

如图1和3所示，为本实用新型所提出的电池串焊接装置的一种实施方式下的示意图，电池串焊接装置100包括设置于焊接工位处的激光焊接装置，激光焊接装置包括激光发生器1、振镜组件2和场镜3，其中：激光发生器1朝向振镜组件2发射激光束；振镜组件2将激光束反射至场镜3；场镜3将激光束聚焦后打向位于焊接工位处的待返修焊接电池串的待焊接点，以将待焊接点处的两根焊带焊接或者将待焊接点处的焊带焊接至电池片上。其中，在补虚焊返修时，待焊接点为虚焊点，激光束打向虚焊点以将虚焊点处的焊带焊接至电池片上；在换片返修时，待焊接点为替换电池片上的焊带与邻接电池片上的焊带之间的焊带重合搭接点，激光束打向焊带重合搭接点以将重合搭接的两根焊带焊接在一起。

本实用新型采用激光焊接装置对待返修焊接电池串进行焊接，激光焊接的受热面积小，能够实现点焊，因此在返修电池串时可以针对各个待焊接点进行单独焊接，不会对电池串中非返修部位进行加热焊接，从而避免非返修部位发生过焊。

为了使光斑内光强分布相对均匀，不在光斑中心处烧蚀材料，提高返修时的焊接质量，激光束选择脉冲激光或连续激光，激光束的光束质量因子大于3。

可选的，激光束的焦点位于待焊接点的上方或者下方，激光束在待返修焊接电池串上形成的光斑长径为1mm～3mm。

需要注意的是，本申请中所提到的光斑长径，是指不同光斑形状下(圆形、长方形、椭圆等)，光斑边缘上两点连线最大值。

将激光束的焦点聚焦于待焊接点的上方或者下方，使激光束的焦点离焦，能够避免焦点处的高强度损伤待焊接点，提高返修焊接质量；激光束在待返修焊接电池串上形成的光斑长径在1mm～3mm内，根据操作环境或待焊接点的尺寸可以灵活选择，增加了激光焊接的适应性。

可选的，激光束焊接待焊接点时的扫描次数为一次或至少两次。

焊接前，人为根据离焦距离和电池片材质等因素设置好激光发射功率和激光束的扫描速度，激光发射功率为1～200W，返修时，激光焊接装置移动到待焊接点上方，激光发生器1根据设置的激光发射功率发射激光束，振镜组件控制激光束以一定的速度扫描待焊接点。

当激光作用时间内激光束提供的能量相对作用区域材料融化所需的能量比较高时，单次扫描即可完成对待焊接点的焊接要求时，扫描次数为一次；

当激光作用时间内激光束提供的能量相对作用区域材料融化所需的能量比较低时，单次扫描无法完成对待焊接点的焊接要求时，扫描次数为至少两次。

单次扫描和多次扫描时，扫描路径可以是沿直线方向扫描，也可以是曲线扫描。多次扫描时，可以是来回扫，或者为多次进行单向扫。

根据不同的操作环境，控制激光束对待焊接点进行一次扫描，或至少两次扫描，以达到更好的焊接效果。

如图4A～4C所示，激光束扫描待焊接点的过程中，在待返修焊接电池串上形成的相邻光斑之间的状态有多种，均可实现对待焊接点的焊接，图4A所示的是相邻光斑之间相切、图4B所示的是相邻光斑之间相交、图4C所示的是相邻光斑之间分离。

如图1和2所示，激光焊接装置还包括安装座4，激光发生器1、振镜组件2和场镜3均固定安装在安装座4上；电池串焊接装置100还包括横移模组7，安装座4固定安装在横移模组的移动端71上，横移模组7的横移方向垂直于待返修焊接电池串的串接方向。

对于横移模组7的结构，可选的，横移模组7包括电机、同步带和第一滑座，第一滑座固定在同步带上，电机驱动同步带运动，进而实现第一滑座和横移模组7外壳之间的相对移动。

需要注意的是，对于图1和图2所示的这种实施方式下，为了使安装座4在横移模组7上的安装更加稳定，将横移模组7中的面积较大的外壳作为横移模组的移动端71，相对的，将横移模组7中的第一滑座作为横移模组的固定端72。

将激光发生器1、振镜组件2和场镜3通过安装座4设置在横移模组7上，能够实现激光发生器1、振镜组件2和场镜3沿垂直于待返修焊接电池串的串接方向的横移运动，提高了激光焊接装置对焊接区域的灵活控制。

如图2所示，电池串焊接装置100还包括相机5和控制芯片，激光焊接装置和相机5均与控制芯片连接，相机5用于对位于焊接工位处的待返修焊接电池串进行拍照；控制芯片根据相机5拍照得到的图像确定待焊接点的位置；激光焊接装置根据待焊接点的位置对待焊接点进行焊接。

通过设置相机5，能够对待返修焊接电池串进行拍照，控制芯片根据拍摄图像确定待焊接点的位置，从而保障焊接精度。

可选的，可通过第一连接板6将相机5固定安装在安装座4上。将相机5也固定在安装座4上，使相机5能够和激光焊接装置中的激光发生器1、振镜组件2和场镜3同步横移，每移动一次，相机先拍照获取本次激光扫描幅面内的各个待焊接点的位置，随即激光焊接装置根据待焊接点的位置对待焊接点进行焊接，避免了移动过程中产生的定位误差，能够进一步提高对待焊接点的定位精度。

可选的，电池串焊接装置100还包括升降模组8，横移模组7固定连接在升降模组的移动端81上。

可选的，升降模组8包括丝杠、螺母座、第二滑座和手轮9，手轮9固定连接丝杠，螺母座与丝杠螺纹配合，第二滑座固定连接在螺母座上；第一滑座通过第二连接板10固定连接在第二滑座上。

将横移模组7固定在升降模组的移动端81上，可以对激光发生器1、振镜组件2和场镜3进行高度方向的调节，灵活调整激光束的扫描幅面11。

可选的，激光发生器1和振镜组件2之间设置有发散角可调扩束镜，用于调节激光束在焦平面上的聚焦光斑的大小。

利用发散角可调扩束镜调整激光束在聚焦平面上的光斑大小，使本实用新型既能满足小光斑的标定精度要求，又可满足大光斑焊接的焊接精度要求。

可选的，发散角可调扩束镜和振镜组件2之间设置有DOE光束整形器，用于整形光束的形状。

可选的，如图5所示，激光束的扫描幅面11沿第一方向的宽度W大于电池片300沿第一方向的宽度w，第一方向为待返修焊接电池串的串接方向。

请继续参考图5，X轴方向代表横移模组7的横移方向，Y轴方向代表待返修焊接电池串的串接方向即第一方向。在利用本申请的电池串焊接装置100对电池串上的电池片300和焊带400进行返修时，激光束的扫描幅面11先覆盖电池片300的右侧部分，激光束将位于扫描幅面11内的各个待焊接点依次进行返修焊接；随后，在横移模组7的带动下，将激光束的扫描幅面沿X轴方向横移，使第二次的扫描幅面覆盖电池片300的左侧部分，激光束将位于第二次的扫描幅面11内的各个待焊接点依次进行返修焊接。

需要注意的是，实际返修时，完成一片电池片的返修焊接，可以使用更大的扫描幅面11一次完成，也可使用较小的扫描幅面11，进行多次横移扫描焊接，多次横移扫描焊接时，相邻的扫描幅面之间可以相接，也可以有部分重合。

使激光束的扫描幅面11沿第一方向的宽度大于电池片沿第一方向的宽度，使得焊接时，激光束只需沿着垂直于第一方向的方向移动，便能实现对一片电池片的返修焊接，提高了焊接效率。

本实用新型的激光焊接装置，能够实现电池片与焊带的点焊，因此同样适用于有局部焊接需求的电池片焊接生产，例如多主栅电池片焊接和IBC电池片焊接等，提高焊接质量。

如图6所示，本申请还提出了一种电池串焊接设备，包括电池串承载台200和上述任意一种的电池串焊接装置100，电池串焊接装置100设置在电池串承载台200的一侧，激光焊接装置位于电池串承载台200的上方。

采用本实用新型的电池串焊接装置100，对电池串承载台200上的电池串进行返修，能够进一步提高电池串返修时的焊接质量。

上文对本实用新型进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本实用新型的真实精神和范围的前提下做出所有改变都应该属于本实用新型的保护范围。本实用新型所要求保护的范围是由所述的权利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。

Claims (12)

1.一种电池串焊接装置，其特征在于，所述电池串焊接装置包括设置于焊接工位处的激光焊接装置，所述激光焊接装置包括激光发生器、振镜组件和场镜，其中：

所述激光发生器朝向所述振镜组件发射激光束；

所述振镜组件将所述激光束反射至所述场镜；

所述场镜将所述激光束聚焦后打向位于所述焊接工位处的待返修焊接电池串的待焊接点，以将所述待焊接点处的两根焊带焊接或者将所述待焊接点处的焊带焊接至电池片上。

2.根据权利要求1所述的电池串焊接装置，其特征在于，所述激光束为脉冲激光或连续激光，所述激光束的光束质量因子大于3。

3.根据权利要求1所述的电池串焊接装置，其特征在于，所述激光束的焦点位于所述待焊接点的上方或者下方，所述激光束在所述待返修焊接电池串上形成的光斑长径为1mm～3mm。

4.根据权利要求1所述的电池串焊接装置，其特征在于，所述激光束焊接所述待焊接点时的扫描次数为一次或至少两次。

5.根据权利要求4所述的电池串焊接装置，其特征在于，所述激光束扫描所述待焊接点的过程中，在所述待返修焊接电池串上形成的相邻光斑之间相交、相切或分离。

6.根据权利要求1所述的电池串焊接装置，其特征在于，所述激光焊接装置还包括安装座，所述激光发生器、所述振镜组件和所述场镜均固定安装在所述安装座上；

所述电池串焊接装置还包括横移模组，所述安装座固定安装在所述横移模组的移动端上，所述横移模组的横移方向垂直于所述待返修焊接电池串的串接方向。

7.根据权利要求6所述的电池串焊接装置，其特征在于，所述电池串焊接装置还包括相机和控制芯片，所述激光焊接装置和所述相机均与所述控制芯片连接，所述相机固定安装在所述安装座上，所述相机用于对位于所述焊接工位处的待返修焊接电池串进行拍照。

8.根据权利要求6所述的电池串焊接装置，其特征在于，所述电池串焊接装置还包括升降模组，所述横移模组固定连接在所述升降模组的移动端上。

9.根据权利要求1所述的电池串焊接装置，其特征在于，所述激光发生器和所述振镜组件之间设置有发散角可调扩束镜，用于调节激光束在焦平面上的聚焦光斑的大小。

10.根据权利要求9所述的电池串焊接装置，其特征在于，所述发散角可调扩束镜和所述振镜组件之间设置有DOE光束整形器，用于整形光束的形状。

11.根据权利要求1或6所述的电池串焊接装置，其特征在于，所述激光束的扫描幅面沿第一方向的宽度大于电池片沿所述第一方向的宽度，所述第一方向为所述待返修焊接电池串的串接方向。

12.一种电池串焊接设备，其特征在于，所述电池串焊接设备包括电池串承载台和如权利要求1～11任意一项所述的电池串焊接装置，所述电池串焊接装置设置在所述电池串承载台的一侧，所述激光焊接装置位于所述电池串承载台的上方。

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