电池组件的组装装置和方法与流程

本发明涉及太阳能电池技术，尤其涉及电池组件的组装装置和方法。

背景技术：

目前，在太阳能电池的生产过程中涉及到将处理完成的太阳能电池单体，特别是薄膜电池单体按照一定串并联数量比例、排布方式拼接成指定几何形状电池组件的需求，传统设备主要依靠人工根据所要生产的电池组件尺寸，计算求得串并联数量比例和排布间隙，手动抓取、排布，依据机械工装约束电池组件尺寸规格。现有技术串并联单体电池数量比例、排布方式完全由人工计算，对操作人员有专业性的要求，不适合推广应用。另外，由人工对照电池组件排布图纸进行太阳能电池组件的组装操作，自动化程度低，人工进行抓取、排布操作，位置精度低，效率低下，由人工依据机械工装对完成的电池组件尺寸规格进行校准检测，校准精度低，并且，太阳能电池组件的整体尺寸规格受机械工装约束，一定数量的单体电池只能拼接成一种外形规格，产品外形种类单一。

因此，提出一种机械化自动组装太阳能电池组件的装置及方法是非常必要的。

技术实现要素：

(一)发明目的

本发明提供一种自动组装太阳能电池组件的装置及方法，可以根据预先设定的太阳能电池组件，自动计算串并联数量比例、排布，并对太阳能电池组件单体进行自动抓取和排布，形成太阳能电池组件。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种电池组件的组装装置，包括：

上位机、机械手和末端执行器；

所述机械手与所述上位机通讯连接，所述末端执行器位于所述机械手的活动端；

所述机械手根据所述上位机的指令移动所述末端执行器，以调整至少一个太阳能电池单体的位置或将多个太阳能电池单体形成太阳能电池组件。

所述上位机向所述机械手发出指令，驱使机械手移动所述末端执行器，自动抓取生产设备中成型的太阳能电池单体到指定的位置，并且自动抓取连接器件，将多个太阳能电池单体相互之间进行串联或者并联，形成太阳能电池组件。实现对太阳能电池组件单体自动抓取和排布，形成预设形状的太阳能电池组件。

在一种优选的实现方式中，所述末端执行器上设置有图像采集装置，所述图像采集装置与所述上位机连接；

所述图像采集装置将采集的图像传输至所述上位机，以使所述上位机根据所述图像控制所述机械手调整所述太阳能电池单体的位置。

通过安装在末端执行器上的图像采集装置，实时获取当前太阳能电池单体图像，上位机根据当前太阳能电池单体的图像，将当前太阳能电池单体的位置坐标与预设的位置坐标矩阵进行比对计算，获得需要调整的位置姿态矩阵，对当前太阳能电池单体进行二次调整，可以实现更加准确抓取、排布。

可选地，所述装置还包括用于承载太阳能电池组件的托盘；

所述托盘的下方设置有用于吸附太阳能电池组件中每一个太阳能电池单体的真空吸附结构；

其中，所述机械手将生产设备中成型的太阳能电池单体移动至所述托盘上或在所述托盘内调整部分太阳能电池单体的位置。

将抓取的太阳能电池单体排布在托盘上，进行预设外形太阳能电池组件的排布，且托盘下方连接真空吸附腔室，可以保证每一个电池单体排布完成后位置不发生偏移。

所述上位机的指令包括：所述上位机根据预组装的太阳能电池组件中各太阳能电池单体的位置信息，向所述机械手发出的用于移动太阳能电池单体以及移动太阳能电池单体的连接线的控制指令。

另一方面，本发明提供一种电池组件的组装方法，包括以下步骤：

s1、获取预组装的太阳能电池组件的太阳能电池单体的数量以及排布位置关系；

s2、根据所述太阳能电池单体的数量以及排布位置关系，获得待组装的电池组件中每一个所述太阳能电池单体的坐标矩阵；

s3、根据所述太阳能电池单体的坐标矩阵，向所述机械手发出用于将太阳能电池单体的位置移动至所述坐标矩阵的位置的控制指令。

通过上位机自动获取预组装的太阳能电池组件的太阳能电池单体的数量以及排布位置关系，并生成坐标矩阵，驱使机械手臂自动抓取、排布太阳能电池单体。避免了人工计算、人工排布的问题，提高了太阳能电池组件组装的精度和效率。

在一种可选的实现方式中，所述步骤s1包括：

根据预组装的太阳能电池组件的规格参数，以及用于组装电池组件的太阳能电池单体的规格参数，基于排布规则，获取预组装的太阳能电池组件的太阳能电池单体的数量以及排布位置关系。

所述排布规则包括最小串联电阻规则和最小并联电流规则；

所述最小串联电阻规则包括：

组合后的太阳能电池组件的电阻值与所述太阳能电池组件中所有太阳能电池单体串联后电阻值一半匹配；

所述最小并联电流规则包括：

组合后的太阳能电池组件的电流值与所述太阳能电池组件中所有太阳能电池单体并联后电流值一半匹配。

所述步骤s1包括：

s11、根据所述预组装的太阳能电池组件的整体尺寸以及所述太阳能电池单体的单体尺寸，确定所述太阳能电池单体的数量；

s12、依据最小串联电阻规则和最小并联电流规则，确定所有太阳能电池单体相互之间的连接关系；所述连接关系包括串联关系和并联关系；

s13、根据太阳能电池单体的数量以及所有太阳能电池单体连接关系，获取每一个所述太阳能电池单体的排布位置。

在上位机录入预组装太阳能电池组件的预组装的太阳能电池组件的规格参数后，自动获得本次组装需要的电池单体的总数量。依据最小串联电阻规则，减少无功消耗；依据最小并联电流规则，减少内部热量的产生，获得所有太阳能电池单体连接关系和排布位置。

可选地，所述步骤s12包括：

s12a、假设所有太阳能电池单体并联，获得得最大电流值；假设所有太阳能电池单体串联，获得最大电阻值；同时，获得多种太阳能电池单体的连接关系的排列组合；

s12b、将每一种组合方式的电流值和电阻值与最大电流值一半、最大电阻值一半进行匹配，选择组合后电流值与电阻值与最大电流值一半、最大电阻值一半最接近的一组组合。

步骤s13包括：

s13a、根据太阳能电池单体的数量以及连接关系将太阳能电池单体分为多个区域；

s13b、获取相邻区域的排布间隙；

s13c、获取每一区域中每一个太阳能电池单体的排布位置。

在另外一种可行的方案中，所述步骤s1包括：

基于待组装的电池组件的排布图纸，获取用于组装电池组件的太阳能电池单体的数量、每一个所述太阳能电池单体之间的连接关系以及排布位置。

所述步骤s1包括：

识别电池组件排布图纸中的矩形，根据电池组件排布图纸中的矩形获得用于组装电池组件的太阳能电池单体的数量；

识别电池组件排布图纸中的直线，根据电池组件排布图纸中的直线获得每一个太阳能电池单体之间的连接关系；

识别电池组件排布图纸中的定位点，根据电池组件排布图纸中的定位点获得每一个太阳能电池单体的排布位置。

采用已计算好的排布图纸，将待组装的太阳能电池组件的排布图纸导入上位机，通过对排布图纸的解析，计算得到待组装的太阳能电池组件的尺寸，太阳能电池单体的数量，太阳能电池单体的连接关系，排布位置，继而生成抓取、排布太阳能电池单体的指令。

可选地，所述方法还包括：

s4、接收图像采集装置传输的当前太阳能电池单体的图像，根据所述当前太阳能电池单体的图像和预先确定的太阳能电池单体的坐标矩阵进行匹配。

太阳能电池组件排布完毕后，根据末端执行器上设置的图像采集装置对排布位置的记录，将自动生成太阳能电池组件的实际尺寸规格与要求数值进行比对，检测是否符合生产要求。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明的所述装置通过上位机驱使机械手移动末端执行器，自动抓取和排布太阳能电池组件单体，形成预设形状的太阳能电池组件，避免了现有技术中，完全由人工计算，人工操作，带来的误差问题，实现自动化生产，提高了生产效率及太阳能电池组件的精度。

本发明的所述方法，无需依靠有相关专业知识的人计算得到串并联单体电池数量比例、排布方式，可自动进行计算，对操作人员无特定专业知识要求，容易推广实现。

还可通过对图纸信息的识别解析，获得相关数据，提升自动化程度。无需由人工对照电池组件排布图纸进行操作。

附图说明

图1为本发明一种自动组装太阳能电池组件的装置结构示意图；

图2为本发明一种自动组装太阳能电池组件的方法流程图；

图3为本发明一种自动组装太阳能电池组件的方法信令图；

图4为本发明一种自动组装太阳能电池组件的方法步骤s1流程图；

图5为本发明一种自动组装太阳能电池组件的方法步骤s1流程图二。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

如图1所示，本实施例提供一种自动组装太阳能电池组件的装置结构示意图，具体地，包括：

上位机1、机械手2、末端执行器3、图像采集装置4、托盘5、真空吸附结构6。

机械手2与上位机1通讯连接，末端执行器3位于机械手2的活动端；

机械手2根据上位机1的指令移动末端执行器3，以调整至少一个太阳能电池单体的位置或将多个太阳能电池单体形成太阳能电池组件。

在实际应用中，末端执行器1可以为夹钳式和吸附式。在末端执行器1抓取太阳能电池单体后，机械手2移动末端执行器3将抓取的太阳能电池单体到制定位置。

其中，上位机的指令包括：上位机根据预组装的太阳能电池组件中各太阳能电池单体的位置信息，向机械手发出的用于移动太阳能电池单体以及移动太阳能电池单体的连接线的控制指令。

上位机获取到预组装的太阳能电池组件的太阳能电池单体的数量以及排布位置关系后，继而生成抓取、排布位置信息，向机械手发出指令，驱使机械手移动末端执行器，自动抓取生产设备中成型的太阳能电池单体到指定的位置，并且自动抓取连接器件，将多个太阳能电池单体相互之间进行串联或者并联，形成太阳能电池组件。实现对太阳能电池组件单体自动抓取和排布，形成预设形状的太阳能电池组件。

本实施例中，上位机获取到预组装的太阳能电池组件的太阳能电池单体的数量以及排布位置，可以是根据预组装的太阳能电池组件的规格参数，以及用于组装电池组件的太阳能电池单体的规格参数获得，也可以解析预先设置好的待组装的电池组件的排布图纸获得。

末端执行器3上设置有图像采集装置4，图像采集装置4与上位机1连接。图像采集装置将采集的图像传输至上位机，以使上位机根据图像控制机械手调整太阳能电池单体的位置。

本实施例中，图像采集装置4为相机。优选地，采用适用于高速移动中捕捉拍摄的线扫相机。

通过安装在末端执行器上的相机，实时获取当前太阳能电池单体图像，上位机根据当前太阳能电池单体的图像，将当前太阳能电池单体的位置坐标与预设的位置坐标矩阵进行比对计算，获得需要调整的位置姿态矩阵，对当前太阳能电池单体进行二次调整，可以实现更加准确抓取、排布。为了避免由于设备操作引起的误差问题，待电池组件排布完成，通过相机记录的电池组件实际尺寸规格，与要求数据进行比对，检验是否符合标准。通过校准检验，可以是电池组件的排布更为精确。

托盘5用于承载太阳能电池组件，托盘5的下方设置有用于吸附太阳能电池组件中每一个太阳能电池单体的真空吸附结构6。

机械手将生产设备中成型的太阳能电池单体移动至托盘上或在托盘内调整部分太阳能电池单体的位置。

本实施例中，托盘为大面积矩形托盘，满足多种几何图形电池组件的排布。

将抓取的太阳能电池单体排布在大面积矩形托盘上，进行预设外形太阳能电池组件的排布，且托盘下方连接的真空吸附腔室，可以保证每一个太阳能电池单体，特别是薄膜电池单体，排布完成后位置不发生偏移。

如图2所示，本实施例提供一种太阳能电池组件组装方法，包括以下步骤：

s1、获取预组装的太阳能电池组件的太阳能电池单体的数量以及排布位置关系。

本实施例中，提供了两种获取预组装的太阳能电池组件的太阳能电池单体的数量以及排布位置关系的方法。如图3所示，包括直接在上位机录入预组装电池组件的规格参数模式和直接导入排布图纸模式。

其中一种可选的实现方式是，在上位机录入预组装电池组件的规格参数，上位机根据预组装的太阳能电池组件的规格参数，以及用于组装电池组件的太阳能电池单体的规格参数，基于排布规则，获取预组装的太阳能电池组件的太阳能电池单体的数量以及排布位置关系。

预组装的太阳能电池组件的规格参数包括：预组装的太阳能电池组件的整体尺寸、电阻、开路电压以及短路电流。太阳能电池单体的规格参数包括：太阳能电池单体的单体尺寸、电阻、开路电压以及短路电流。

排布规则包括最小串联电阻规则和最小并联电流规则。

最小串联电阻规则包括：

组合后的太阳能电池组件的电阻值与太阳能电池组件中所有太阳能电池单体串联后电阻值一半匹配。

最小并联电流规则包括：

组合后的太阳能电池组件的电流值与太阳能电池组件中所有太阳能电池单体并联后电流值一半匹配。

具体地，如图4所示，步骤s1包括：

s11、根据预组装的太阳能电池组件的整体尺寸以及太阳能电池单体的单体尺寸，确定太阳能电池单体的数量。

s12、依据最小串联电阻规则和最小并联电流规则，确定所有太阳能电池单体相互之间的连接关系；连接关系包括串联关系和并联关系。

s12a、假设所有太阳能电池单体并联，获得得最大电流值；假设所有太阳能电池单体串联，获得最大电阻值；同时，获得多种太阳能电池单体的连接关系的排列组合。

依据最小串联电阻规则，最小并联电流规则，假设所有太阳能电池单体并联，求得最大电流值imax，并进行二分制处理imax/2；假设所有太阳能电池单体串联，求得最大电阻值rmax，并进行二分制处理rmax/2，同时获得多种太阳能电池单体的连接关系的排列组合。对所有太阳能电池单体循环执行所有太阳能电池单体相互之间串联或者并联的排列组合，获得多种太阳能电池连接关系行数和列数组合。

s12b、将每一种组合方式的电流值和电阻值与最大电流值一半、最大电阻值一半进行匹配，选择组合后电流值与电阻值与最大电流值一半、最大电阻值一半最接近的一组组合。

选择组合后电流值与电阻值与最大电流值一半、最大电阻值一半最匹配的一组组合。将每一种组合方式的电流值和电阻值与最大电流值一半、最大电阻值一半进行比对，选择组合后电流值与电阻值与最大电流值一半、最大电阻值一半最接近的一组组合。

可选地，选择组合后电流值与电阻值与最大电流值一半、最大电阻值一半最匹配的一组组合可以是使用循环迭代的方式，最终确定最佳的排列方式：

将每一种组合方式的电流值和电阻值与最大电流值一半、最大电阻值一半进行比对，选择组合后电流值与电阻值与最大电流值一半、最大电阻值一半最接近的几个组的组合；

将最接近的几个组的组合串联，求得串联后的最大电阻值rmax’，并进行二分制处理rmax’/2；将最接近的几个组的组合并联，求得并联后的最大电流值imax’，并进行二分制处理imax’/2；选择最接近的几个组的组合中，电阻值和电流值最接近串联后的最大电阻值rmax’一半，并联后的最大电流值imax’一半的组合。

在实际应用中，还可根据需要进行多次迭代，最终选择最优的一种组合。

s13、根据太阳能电池单体的数量以及所有太阳能电池单体连接关系，获取每一个太阳能电池单体的排布位置。

在实际应用中，步骤s13包括：

s13a、根据太阳能电池单体的数量以及连接关系将太阳能电池单体分为多个区域；

s13b、获取相邻区域的排布间隙；

s13c、获取每一区域中每一个太阳能电池单体的排布位置。

在上位机录入预组装太阳能电池组件的整体尺寸与太阳能电池单体的单体尺寸，自动计算出本次生产需要的电池单体的总数量。依据最小串联电阻规则，减少无功消耗；依据最小并联电流规则，减少内部热量的产生，获得所有太阳能电池单体连接关系和排布位置。在实际应用中，还可以根据托盘的位置，获得每一个单体电池相对托盘坐标系的位置坐标值。

在另外一种可行的方案中，获取预组装的太阳能电池组件的太阳能电池单体的数量以及排布位置关系可基于待组装的电池组件的排布图纸获取，即，步骤s1包括：

基于待组装的电池组件的排布图纸，获取用于组装电池组件的太阳能电池单体的数量、每一个太阳能电池单体之间的连接关系以及排布位置；

可选地，排布图纸为预先根据最小串联电阻规则和最小并联电流规则人工确定的具有太阳能电池单体数量和连接关系的图纸。在实际应用中，排布图纸可以是根据特殊图形的排布需求，和定制化的要求，确定的具有太阳能电池单体数量和连接关系的图纸。

在实际应用中，如图5所示，步骤s1包括：

识别电池组件排布图纸中的矩形，根据电池组件排布图纸中的矩形获得用于组装电池组件的太阳能电池单体的数量。

排布图纸中的矩形为太阳能薄膜电池。打开排布图纸文件，识别排布图纸中的组代码、关键值后，对电池组件排布图纸中实体段代码进行识别，判断是否为矩形，若是矩形，则获取矩形的中心点，从而确定单体电池数量及坐标值。

识别电池组件排布图纸中的直线，根据电池组件排布图纸中的直线获得每一个太阳能电池单体之间的连接关系。

在实际应用中，若太阳能电池单体相互串联，则太阳能电池单体的正极与串联的太阳能电池单体的负极直接相连，若太阳能电池单体相互并联，则需要通过并联连接器将需要并联的两个太阳能电池单体的正极与正极相连，负极与负极相连。

识别电池组件排布图纸中的实体段代码，判断是否为直线，若是直线则获取直线的起点和终点，从而确定电池组件排布图纸中太阳能电池单体使用的并联连接器的数量及所有并联连接器坐标值。从而获得每一个电池单体之间的连接关系。

识别电池组件排布图纸中的定位点，根据电池组件排布图纸中的定位点获得每一个太阳能电池单体的排布位置。

由于上述步骤获得的排布图纸中的太阳能电池单体和并联连接器的坐标值为排布图纸中的坐标，通过获取排布图纸中定位点坐标值，生成相对坐标系，例如放置太阳能电池单体的托盘中的坐标系，从而获得每一个太阳能电池单体的排布位置。

采用已计算好的排布图纸，将待组装的太阳能电池组件的排布图纸导入上位机，通过对排布图纸的解析，计算得到待组装的太阳能电池组件的尺寸，太阳能电池单体的数量，太阳能电池单体的连接关系，排布位置。

s2、根据太阳能电池单体的数量以及排布位置关系，获得待组装的电池组件中每一个太阳能电池单体的坐标矩阵。

根据太阳能电池单体的数量以及排布位置关系，获得每一个太阳能电池单体的相对托盘坐标系的位置坐标值以及连接关系坐标。

s3、根据太阳能电池单体的坐标矩阵，向机械手发出用于将太阳能电池单体的位置移动至坐标矩阵的位置的控制指令。

上位机向机械手发出指令，机械手根据上位机的指令移动末端执行器，以调整至少一个太阳能电池单体的位置或将多个太阳能电池单体排布成太阳能电池组件。在实际应用中，机械手还用于将多个太阳能电池单体形成太阳能电池组件，例如，可依据串并联关系，增加太阳能电池单体之间的连接线，若两个太阳能电池单体为并联，则机械手抓取并联连接器将两个太阳能电池单体的正极与正极，负极与负极相连，若两个太阳能电池单体为串联，则太阳能电池单体的正极与另外一个太阳能电池单体的负极相连。最后，形成太阳能电池组件。

通过上述装置将电池单体、连接线/并联连接器排布好后，经过层压机进行层压处理，最终形成太阳能电池组件。

优选地，机械手根据上位机的指令移动末端执行器，驱使机械手移动末端执行器，自动抓取生产设备中成型的太阳能电池单体至大面积矩形托盘上，形成多种几何图形电池组件的排布。

本实施例通过上位机自动获取预组装的太阳能电池组件的太阳能电池单体的数量以及排布位置关系，并生成坐标矩阵，驱使机械手臂自动抓取、排布太阳能电池单体。避免了人工计算、人工排布的问题，提高了太阳能电池组件组装的精度和效率。

可选地，在完成太阳能电池组件完毕后，可执行步骤s4，对太阳能电池组件进行检测。

s4、接收图像采集装置传输的当前太阳能电池单体的图像，根据当前太阳能电池单体的图像和预先确定的太阳能电池单体的坐标矩阵进行匹配。

太阳能电池组件排布完毕后，根据末端执行器上设置的图像采集装置对排布位置的记录，将自动生成太阳能电池组件的实际尺寸规格与要求数值进行比对，检测是否符合生产要求。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。