CN104078522A - 轻质的太阳电池子阵、该子阵的制作方法和电池阵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开轻质的太阳电池子阵、该子阵的制作方法和电池阵。该电池子阵包括采用轻质的薄膜材料或薄板材料的基板、设置在所述基板的正面的太阳电池组件和太阳电池焊盘以及设置在基板的背面的板内电缆，太阳电池焊盘和板内电缆均为敷设在所述基板上的金属薄片，太阳电池焊盘和板内电缆均有二组，其中，至少有一组的太阳电池焊盘每个太阳电池焊盘和一组板内电缆的每根板内电缆的一端以一一对应的关系分别设置在基板的正面和背面的对应位置。由于基板采用轻质的薄膜材料或薄板材料，太阳电池焊盘和板内电缆均为金属薄片，所以，具有重量轻、厚度小和通用性好的优点。另外，板内电缆、板间电缆等可以自动化敷设，所以，生产效率高、制作简单。
Description
技术领域
本发明涉及航天领域电源技术，尤其涉及轻质的太阳电池子阵、该子阵的制作方法和电池阵。
背景技术
航天器绝大部分都采用太阳电池阵进行供电，太阳电池阵上的太阳电池串发出的电能通过电缆输送至航天器内部供航天器使用。传统的太阳电池阵采用刚性的铝蜂窝基板，电缆采用多股导线，电缆通过捆扎成束状后固定在基板背面，隔离二极管采用玻璃封装的球状二极管，太阳电池阵电路的连接主要采用锡焊方式。这种电池阵由于受到基板和电缆的限制其重量较大，另外基板和电缆束的厚度较大，其收拢体积受到很大的影响。此外传统电池阵的电缆制作过程较为复杂，先要将多股导线裁剪成一定长度后按照设计图纸捆扎成特定走向的电缆束，再将电缆束安装在基板的背面，并分别和电连接器、隔离二极管焊接，另外还需要在基板上钻孔，将电缆的另一端穿孔后与基板正面的太阳电池串焊接。这个电缆制作过程的工作量占了太阳电池阵整个生产过程的大部分，难以实现自动化操作，生产效率低下。
发明内容
本发明解决的问题是现有的太阳电池阵的制作方法生产效率低和制作过程复杂的问题。
本发明解决的另一个问题是现有的太阳电池阵重量和厚度都较大的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种轻质的太阳电池子阵，该电池子阵包括基板、设置在所述基板的正面的太阳电池组件、设置在基板的正面的太阳电池焊盘和设置在基板的背面的板内电缆，所述基板采用轻质的薄膜材料或薄板材料，所述太阳电池焊盘和板内电缆均为敷设在所述基板上的金属薄片，，所述太阳电池焊盘和板内电缆均有二组，其中，至少有一组的太阳电池焊盘每个太阳电池焊盘和一组板内电缆的每根板内电缆的一端以一一对应的关系分别设置在基板的正面和背面的对应位置。
作为一种可选方案，所述板内电缆由并列排放的多个细长的金属薄片构成。
作为一种可选方案，所述太阳电池焊盘的材料为银、铜或可阀合金，所述板内电缆的材料为银、铜或可阀合金。
作为一种可选方案，所述太阳电池子阵还包括设置在基板背面的隔离二极管和隔离二极管焊盘，所述隔离二极管为薄片状结构，所述隔离二极管焊盘为敷设在基板上的金属薄片，所述隔离二极管和隔离二极管焊盘串联在太阳电池焊盘和板内电缆之间。
作为一种可选方案，所述隔离二极管焊盘的材料为银、铜或可阀合金。
本发明还公开轻质的太阳电池阵，该电池阵包括至少一个前述任何一种太阳电池子阵，每个电池子阵上设置的板内电缆和另一电池子阵的板间电缆或电池阵支架上的板间电缆连接而使得所述太阳电池子阵构成所述太阳电池阵。
作为一种可选方案，所述板间电缆由并列排放的多个细长的金属薄片构成。
作为一种可选方案，所述板间电缆的材料为银、铜或可阀合金。
本发明还公开轻质的太阳电池子阵的制作方法，该方法包括：步骤一、将板内电缆敷设在基板的背面，将太阳电池焊盘敷设在基板的正面，将太阳电池焊盘和板内电缆进行连接；步骤二、将太阳电池组件粘贴在基板的正面，将太阳电池组件的正负输出端分别和太阳电池焊盘进行焊接；或者，步骤一、将板内电缆敷设在基板的背面并在敷设板内电缆的同时在基板的背面敷设隔离二极管焊盘，将太阳电池焊盘敷设在基板的正面，将太阳电池焊盘和板内电缆进行连接，在将太阳电池焊盘和板内电缆进行连接的同时将太阳电池焊盘和隔离二极管焊盘进行连接；步骤二、将太阳电池组件粘贴在基板的正面，将太阳电池组件的正负输出端分别和太阳电池焊盘进行焊接，将隔离二极管粘贴在基板的背面，将隔离二极管分别和隔离二极管焊盘和板内电缆进行焊接。
作为一种可选方案，所述隔离二极管焊盘、板内电缆、板间电缆以及太阳电池焊盘的敷设，采用先将整张金属箔粘贴在基板上然后通过光刻和腐蚀将金属箔制成预先设计的特定图形的方法，或者，采用先将金属箔裁剪成预先设计的特定形状后再粘贴在基板相应位置上的方法。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
由于本发明的基板采用轻质的薄膜材料或薄板材料，所述板内电缆、板间电缆、太阳电池焊盘和隔离二极管焊盘均为敷设在所述基板上的金属薄片，所述隔离二极管为薄片状结构，所以，具有重量轻、厚度小和通用性好的优点。另外，板内电缆、板间电缆、太阳电池焊盘和隔离二极管焊盘等可以自动化敷设，所以，生产效率高、制作简单。
附图说明
图1为本发明的实施例1提供的轻质太阳电池子阵示意图；
图2为本发明的实施例1提供的轻质太阳电池子阵的单个太阳电池电路的连接示意图；
图3为本发明的实施例1提供的轻质太阳电池阵的多个太阳电池子阵的连接示意图；
图4a~图4c为本发明的实施例1提供的轻质太阳电池子阵的太阳电池组件的三种布局形式；
图5为本发明的实施例1提供的太阳电池子阵的板内电缆示意图；
图6为本发明的实施例1提供的太阳电池子阵的板间电缆示意图；
图7为本发明的实施例1的太阳电池焊盘和隔离二极管焊盘的连接方法示意图；
图8为本发明的实施例1的太阳电池组件和太阳电池焊盘的连接方法示意图；
图9为本发明的实施例1的轻质太阳电池子阵的背面电路制作示意图；
图10为本发明的实施例1的轻质太阳电池子阵的正面电路制作示意图；
图11为本发明的实施例1的隔离二极管安装示意图；
图12为本发明的实施例1的太阳电池组件安装示意图；
图13为本发明的实施例2提供的轻质太阳电池子阵示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
实施例一
如图1所示，轻质的太阳电池子阵包括基板1、设置在基板1的正面（图中基板的下表面）的太阳电池组件2、设置在基板1的正面的太阳电池焊盘3、设置在基板1的背面的板内电缆6，还包括设置在基板1的背面（图中基板的上表面）的隔离二极管4、隔离二极管焊盘5和板间电缆7。在同一块基板1上，可根据需要设置多个太阳电池组件2、太阳电池焊盘3、隔离二极管4、隔离二极管焊盘5、板内电缆6和板间电缆7。在本实施方式中，所述基板1采用轻质的薄膜材料或薄板材料制成以降低电池阵的重量，如玻璃纤维、碳纤维、聚酰亚胺等。所述太阳电池焊盘3、隔离二极管焊盘5、板内电缆6、板间电缆7均为敷设在基板上的具有特定形状的金属薄片。所述隔离二极管4为薄片状结构。所述太阳电池焊盘3、隔离二极管焊盘5、板内电缆6以及板间电缆7采用易于焊接、电阻小、质软、韧性好的金属材料，优选银、铜或可阀合金。
如图2所示，本实施例的太阳电池焊盘3有两组，图2示意出的每组太阳电池焊盘3中的一个，以太阳电池焊盘31、32标记；板内电缆6也有两组，示意出每组中的一个，以板内电缆61、62标记。太阳电池组件2的正、负输出端分别和太阳电池焊盘31、32相连接，连接太阳电池组件2一端的太阳电池焊盘31和隔离二极管焊盘5相连接，连接太阳电池组件2另一端的太阳电池焊盘32和板内电缆相62连接，隔离二极管4的正负极分别和隔离二极管焊盘5和板内电缆61相连接，从而形成一个太阳电池电路。一个太阳电池子阵上包含多个太阳电池电路。
请继续参阅图2并结合图7，在本实施例中，一组太阳电池焊盘的每个太阳电池焊盘31和每个隔离二极管焊盘5以一一对应的关系分别设置在基板正面和背面的对应位置，另一组太阳电池焊盘的每个太阳电池焊盘32和一组板内电缆的每根板内电缆62的一端以一一对应的关系分别设置在基板正面和背面的对应位置，该对应位置可以理解为在基板1的厚度方向，一个太阳电池焊盘32在一个隔离二极管焊盘5的正下方或一板内电缆62的一端的正下方。这样，可以便于太阳电池焊盘和隔离二极管焊盘采用图7所示的方法进行连接，同样也便于太阳电池焊盘和板内电缆的一端参照图7所示的方法进行连接。
如图3所示，每个太阳电池阵包括多个太阳电池子阵，对于由二个太阳电池子阵构成的太阳电池阵，外侧子阵11上的板内电缆6依次和内侧子阵12上的板间电缆71以及电池阵支架13上的板间电缆72相连接，从而使外侧子阵11上的太阳电池组件2发出的电能传输至航天器14。连接可通过电连接器实现，也可采用过渡电缆分别和板内电缆、板间电缆焊接的方法实现。
对于由一个太阳电池子阵构成的太阳电池阵以及更多个太阳电池子阵构成的太阳电池阵，可以参照图3采用类似的方法将各子阵进行连接以使得各子阵上的太阳电池组件发出的电能传输至航天器。
如图4a、4b和4c所示并结合图1和图2，所述太阳电池组件2由一定数量的太阳电池片通过串联和并联组成，具有一定的输出电压和输出电流，太阳电池片的串联可通过目前太阳电池阵普遍采用的互连片实现。根据需要太阳电池组件可布置成多种形式，本实施方式中叙述三种方式：第一种方式如图4a所示的“一”字形，即多片太阳电池片串联成一长串的太阳电池串21而构成所述太阳电池组件2，太阳电池串21的正、负输出端211、212分别和太阳电池焊盘31、32相连接，这种形式的太阳电池组件2的太阳电池焊盘31、32分别在电池组件的两侧，相应地基板背面的板内电缆6也设置在基板1的两侧；第二种方式如图4b所示的双串并联形，即多片太阳电池片分别串联成2个太阳电池串22和23而构成所述太阳电池组件2，太阳电池串22的正输出端221和太阳电池串23的正输出端231同时和太阳电池焊盘33相连接，太阳电池串22的负输出端222和太阳电池串23的负输出端232同时和太阳电池焊盘34相连接；第三种方式如图4c所示的“U”字形，即多片太阳电池片分别串联成2个太阳电池串24和25，太阳电池串24的负输出端242和太阳电池串25的正输出端251同时和太阳电池焊盘39相连接，从而使太阳电池串24和太阳电池串25实现串联构成所述太阳电池组件2，正输出端241和太阳电池焊盘35相连接，负输出端252和太阳电池焊盘36相连接，这种形式的太阳电池组件2的太阳电池焊盘35、36均在太阳电池组件的同一侧，相应地基板背面的板内电缆也设置在基板的同一侧。
如图5所示，所述板内电缆6由细长的金属薄片构成，分为两组。一组板内电缆61的一端611设置在基板1的边缘附近，便于和其余基板上的板间电缆相连接，板内电缆61的另一端612弯折后设置在基板1的另一侧边缘附近，便于和隔离二极管4相连接，多根板内电缆61并列排放在一起构成电缆束，在电缆束的上方可以覆盖绝缘层81，电缆束的两端应露出金属薄片以便于进行焊接。另一组板内电缆62的一端621设置在基板1的边缘附近，便于和其余基板上的板间电缆相连接，板内电缆62的另一端622弯折后设置在基板1的另一侧边缘附近，便于和基板1正面的太阳电池串相连接，多根板内电缆62并列排放在一起构成电缆束，在电缆束的上方可以覆盖绝缘层82，电缆束的两端应露出金属薄片以便于进行焊接。
如图6所示，所述板间电缆71由细长的金属薄片构成，板间电缆71的一端711设置在基板1的边缘附近，另一端712设置在基板1的另一侧边缘附近，便于和其余基板上的板内电缆或板间电缆相连接。多根板间电缆71并列排放在一起构成电缆束，在电缆束的上方可以覆盖绝缘层83，板间电缆的两端应露出金属薄片以便于进行焊接。
如图7所示，为实现太阳电池焊盘3和隔离二极管焊盘5的连接，将太阳电池焊盘3和隔离二极管焊盘5分别敷设在基板1的正、背面相对应的位置，在太阳电池焊盘3的中间位置钻孔，然后，采用电镀的方法在孔的侧壁淀积金属91，从而使太阳电池焊盘3和隔离二极管焊盘5实现连接。太阳电池焊盘和板内电缆的连接可采用同样的方法。
如图8所示，设置在基板1上的太阳电池组件2的输出端211和太阳电池焊盘3的连接可采用分别和金属薄片92焊接的方式实现，金属薄片92上设置减应力环以防止金属薄片92在高低温交变过程中断裂。隔离二极管和隔离二极管焊盘的连接，隔离二极管和板内电缆的连接，可采用同样的方式实现。
如前所述，与传统的刚性太阳电池阵相比，本发明的太阳电池阵的基板1采用轻质的薄膜材料或薄板材料，所述太阳电池焊盘3和板内电缆6均为敷设在所述基板1上的金属薄片，所述隔离二极管4为薄片状结构，所述隔离二极管焊盘5为敷设在基板上的金属薄片，所以，具有重量轻、厚度小和通用性好的优点。另外，本发明的太阳电池阵，其电缆的敷设可采用自动化的方法进行，具有制作过程简单、生产效率高的优点，详细的制作过程如下：
步骤一，如图9所示，在基板1的背面敷设隔离二极管焊盘5、板内电缆6和板间电缆7，板内电缆6和隔离二极管焊盘5的敷设同时进行；如图10所示，在基板1的正面敷设太阳电池焊盘3；采用图7所示的方法，将太阳电池焊盘3和隔离二极管焊盘5进行连接；参照图7的方法将太阳电池焊盘3和板内电缆6进行连接，在本实施方式中，太阳电池焊盘3和板内电缆6的连接和太阳电池焊盘和隔离二极管焊盘的连接同时进行。
所述隔离二极管焊盘5、板内电缆6、板间电缆7以及太阳电池焊盘3的敷设，可采用先将整张金属箔粘贴在基板上然后通过光刻和腐蚀将金属箔制成预先设计的特定图形的方法，也可采用先将金属箔裁剪成预先设计的特定形状后再粘贴在基板相应位置上的方法。
步骤二，如图11所示，在基板1的背面的隔离二极管焊盘5和板内电缆6之间的区域粘贴隔离二极管4，再将隔离二极管4分别和隔离二极管焊盘5、板内电缆6进行焊接；如图12所示，在基板1的正面粘贴太阳电池组件2，再将太阳电池组件2的正负输出端分别和太阳电池焊盘3进行焊接。
隔离二极管4和隔离二极管焊盘5、板内电缆6的焊接以及太阳电池组件2和太阳电池焊盘3的焊接，可参照图8所示的方法。
需要注意的是，根据具体采用的工艺方法，上述制作过程可作适当的改动，如所述隔离二极管焊盘5、板内电缆6、板间电缆7以及太阳电池焊盘3的敷设采用先将金属箔裁剪成预先设计的特定形状后再粘贴在基板相应位置上的方法时，可采用如下的制作过程：
步骤一，在基板1的正面粘贴太阳电池组件2，在太阳电池组件2的正负输出端附近粘贴太阳电池焊盘3，将太阳电池组件2和太阳电池焊盘3进行焊接，在基板1的背面粘贴隔离二极管4、隔离二极管焊盘5、板内电缆6以及板间电缆7，将隔离二极管4分别和隔离二极管焊盘5、板内电缆6进行焊接；
步骤二，在太阳电池焊盘3的中间位置钻孔，然后采用金属薄片穿孔后分别与太阳电池焊盘3、隔离二极管焊盘5、板内电缆6进行焊接，从而实现将基板正面地太阳电池焊盘与隔离二极管焊盘、板内电缆的连接。
实施例2
如果将电池阵的隔离二极管4设置在航天器内部，则电池阵的电路布局和制作方法更为简单。
如图13所示，在基板1的正面（图中基板的下表面）设置太阳电池组件2和太阳电池焊盘3，在基板1的背面（图中基板的上表面）设置板内电缆6，还可在基板1的背面设置板间电缆7。
所述太阳电池组件2、太阳电池焊盘3、板内电缆6和板间电缆7的结构形式均可参照实施例1，与实施例1的差异在于，由于基板1背面不设置隔离二极管4和隔离二极管焊盘5，太阳电池组件2正负输出端的两组太阳电池焊盘3分别和两组板内电缆6直接连接。
本实施例的太阳电池阵的制作过程为：
步骤一，在基板1的背面敷设板内电缆6和板间电缆7，在基板1的正面敷设太阳电池焊盘3；将太阳电池焊盘3和板内电缆6进行连接。
步骤二，在基板1的正面粘贴太阳电池组件2，再将太阳电池组件2的正负输出端分别和太阳电池焊盘3进行焊接。
Claims (10)
1.轻质的太阳电池子阵，该电池子阵包括基板、设置在所述基板的正面的太阳电池组件、设置在基板的正面的太阳电池焊盘和设置在基板的背面的板内电缆，其特征是：所述基板采用轻质的薄膜材料或薄板材料，所述太阳电池焊盘和板内电缆均为敷设在所述基板上的金属薄片，所述太阳电池焊盘和板内电缆均有二组，其中，至少有一组的太阳电池焊盘每个太阳电池焊盘和一组板内电缆的每根板内电缆的一端以一一对应的关系分别设置在基板的正面和背面的对应位置。
2.如权利要求1所述轻质的太阳电池子阵，其特征是：所述板内电缆由并列排放的多个细长的金属薄片构成。
3.如权利要求1所述轻质的太阳电池子阵，其特征是：所述太阳电池焊盘的材料为银、铜或可阀合金，所述板内电缆的材料为银、铜或可阀合金。
4.如权利要求1所述轻质的太阳电池子阵，其特征是：所述太阳电池子阵还包括设置在基板背面的隔离二极管和隔离二极管焊盘，所述隔离二极管为薄片状结构，所述隔离二极管焊盘为敷设在基板上的金属薄片，所述隔离二极管和隔离二极管焊盘串联在太阳电池焊盘和板内电缆之间。
5.如权利要求4所述轻质的太阳电池子阵，其特征是：所述隔离二极管焊盘的材料为银、铜或可阀合金。
6.轻质的太阳电池阵，其特征是：该电池阵包括至少一个权利要求1至5中任何一项所述的太阳电池子阵，每个电池子阵上的板内电缆和另一电池子阵的板间电缆或电池阵支架上的板间电缆连接而使得所述太阳电池子阵构成所述太阳电池阵。
7.如权利要求6所述轻质的太阳电池阵，其特征是：所述板间电缆由并列排放的多个细长的金属薄片构成。
8.如权利要求6所述轻质的太阳电池阵，其特征是：所述板间电缆的材料为银、铜或可阀合金。
9.轻质的太阳电池子阵的制作方法，其特征是：该方法包括：步骤一、将板内电缆敷设在基板的背面，将太阳电池焊盘敷设在基板的正面，将太阳电池焊盘和板内电缆进行连接；步骤二、将太阳电池组件粘贴在基板的正面，将太阳电池组件的正负输出端分别和太阳电池焊盘进行焊接；
或者，步骤一、将板内电缆敷设在基板的背面并在敷设板内电缆的同时在基板的背面敷设隔离二极管焊盘，将太阳电池焊盘敷设在基板的正面，将太阳电池焊盘和板内电缆进行连接，在将太阳电池焊盘和板内电缆进行连接的同时将太阳电池焊盘和隔离二极管焊盘进行连接；步骤二、将太阳电池组件粘贴在基板的正面，将太阳电池组件的正负输出端分别和太阳电池焊盘进行焊接，将隔离二极管粘贴在基板的背面，将隔离二极管分别和隔离二极管焊盘和板内电缆进行焊接。
10.如权利要求9所述轻质的太阳电池子阵的制作方法，其特征是：所述隔离二极管焊盘、板内电缆、板间电缆以及太阳电池焊盘的敷设，采用先将整张金属箔粘贴在基板上然后通过光刻和腐蚀将金属箔制成预先设计的特定图形的方法，或者，采用先将金属箔裁剪成预先设计的特定形状后再粘贴在基板相应位置上的方法。
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