本發(fā)明涉及一種用于太陽電池陣熱真空環(huán)境失效的測試方法。

背景技術：

熱真空環(huán)境試驗是航天器太陽電池陣常用的一種試驗方法，試驗主要考核太陽電池陣所用元器件、原材料以及各連接環(huán)節(jié)在熱真空環(huán)境下的適應能力。因此，其測試方法需要準確判斷太陽電池陣在試驗模擬條件下工作時是否發(fā)生了失效。通常的測試方法主要是采集電池電路的短路電流或開路電壓，斷續(xù)抽檢或試驗后測試等，這些方法的測試數(shù)據(jù)或不能有效檢測出電路故障，或不能在試驗過程中實時采集監(jiān)測，因而無法做到有效、及時地發(fā)現(xiàn)試驗中的電路故障。

路火平等在《太陽電池陣em板熱真空試驗電路故障測試技術》（航天器環(huán)境工程，vol.31，no.4）一文中提出的實時連續(xù)采集負載電壓的方法在極大程度上解決了故障檢測實時、有效的問題，并在實際應用中取得了較好成效。但是，隨著電池電路設計方案的不斷改進，為了提高電池電路可靠性，串、并聯(lián)混聯(lián)的方式在航天器太陽電池陣中得到了越來越多的應用。對于這種混聯(lián)電路，即使是實時連續(xù)采集某一恒定負載的電壓，也無法分辨一片或少量太陽電池片的開路/短路失效。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于太陽電池陣熱真空環(huán)境失效的測試方法，能夠解決現(xiàn)有測試方法無法有效檢測太陽電池陣在熱真空環(huán)境下的失效問題。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種用于太陽電池陣熱真空環(huán)境失效的測試方法，包括：

采用與真實產(chǎn)品設計狀態(tài)相同的太陽電池陣em板（電性板）進行試驗，所述太陽電池陣em板為剛性板，所述太陽電池陣em板的基板狀態(tài)與真實產(chǎn)品完全一致；

利用多通道iv測試儀對太陽電池陣em板進行原位連續(xù)實時iv曲線采集測試。

進一步的，在上述方法中，利用多通道iv測試儀對太陽電池陣em板進行原位連續(xù)實時iv曲線采集測試，包括：

將太陽電池陣各電池電路的正負輸出端通過真空罐內外轉接電纜引出至真空罐外，接入多通道iv曲線測試儀，在整個“模擬光照區(qū)”，從低溫保持段結束（開始升溫時）到高溫保持段結束（開始降溫時），實時連續(xù)采集各電池電路的iv曲線，得到整個“模擬光照區(qū)”不同時刻各電路的iv曲線形狀和特征參數(shù)，根據(jù)整個“模擬光照區(qū)”不同時刻各電路的iv曲線形狀和特征參數(shù)，判斷電池電路在模擬工況下是否發(fā)生失效。

進一步的，在上述方法中，利用多通道iv測試儀對太陽電池陣em板進行原位連續(xù)實時iv曲線采集測試，包括：

將燈陣吊掛固定在支架上，然后將太陽電池陣em板吊掛在燈陣的正前方，太陽電池陣em板的電池片朝向燈陣面，太陽電池陣em板與燈陣相對距離為400mm，所述支架底部設置四個輪子，與真空罐內的導軌相匹配；

在支架和燈陣的結構上包裹熱控多層，燈陣和太陽電池陣em板在所述支架上吊掛完畢后，通過真空罐內的導軌，將2個支架都放置在真空罐內；

所述支架在真空罐內放置穩(wěn)妥后固定，然后通過真空罐內外轉接電纜，將太陽電池板上的接插件引出至真空罐外；

兩塊太陽電池陣em板的功率輸出分別通過兩個接插件xa和xb提供給負載電阻板和iv測試儀，分別進行負載電壓采集和iv曲線采集。

進一步的，在上述方法中，利用多通道iv測試儀對太陽電池陣em板進行原位連續(xù)實時iv曲線采集測試之后，還包括：

通過真空罐外接插件更換，對電路進行實時連續(xù)負載電壓采集測試。

進一步的，在上述方法中，對電路進行實時連續(xù)負載電壓采集測試，包括：

通過更換真空罐外接插件的方式將電池電路接入負載電阻板，模擬在軌工作狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)采集儀實時采集監(jiān)測各電池電路在負載電阻兩端的工作電壓，根據(jù)負載電壓曲線判斷所述太陽電池陣的工作狀態(tài)。

進一步的，在上述方法中，通過數(shù)據(jù)采集儀實時采集監(jiān)測各電池電路在負載電阻兩端的工作電壓，包括：

將各電路的正負輸出端分別接入負載電阻的兩端，通過數(shù)據(jù)采集儀進行負載電壓的采集，設置自動采集時間間隔為5s，其中，負載電阻根據(jù)光照條件和電池電路設計狀態(tài)通過計算和光照測試得到，使電池電路工作在最大功率點偏恒流段位置，模擬在軌實際工作狀態(tài)，根據(jù)對本實施例所述燈陣與電池板的匹配試驗，得到合適的負載電阻為280。

進一步的，在上述方法中，所述太陽電池陣em板的電池電路的連接環(huán)節(jié)包括互連片、匯流條、電纜線、板上電纜安裝支座、電連接器、太陽電池焊接、粘接均與真實產(chǎn)品設計狀態(tài)相同。

進一步的，在上述方法中，每個太陽電池陣em板有12個電池電路。

進一步的，在上述方法中，每個太陽電池陣em板采用平均效率26.8%的三結砷化鎵太陽電池。

進一步的，在上述方法中，所述電池電路的串聯(lián)片數(shù)為18片，并聯(lián)片數(shù)為4~6并，采用串間混聯(lián)。

與現(xiàn)有技術相比，采用本發(fā)明的太陽電池陣熱真空環(huán)境失效測試方法，可有效解決新型混聯(lián)電池電路在熱真空試驗中的失效無法實時、有效檢測的問題。采用本發(fā)明，可以及時、有效地監(jiān)測太陽電池陣在熱真空環(huán)境試驗中的失效，由此提高太陽電池陣地面熱真空試驗的有效性和說服力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施例的太陽電池板電池電路內板布置示意圖；

圖2是本發(fā)明一實施例的太陽電池板電池電路外板布置示意圖；

圖3是本發(fā)明一實施例的電性能測試罐內外連接示意圖；

圖4是本發(fā)明一實施例的負載電壓（工作電壓）測試原理圖；

圖5是本發(fā)明一實施例的iv曲線采集原理圖；

圖6是本發(fā)明一實施例的模擬電池片失效下的iv曲線測試結果；

圖7是本發(fā)明一實施例的熱真空環(huán)境試驗中的典型負載電壓曲線；

圖8是本發(fā)明一實施例的“模擬光照區(qū)”不同時刻典型iv曲線測試結果。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種用于太陽電池陣熱真空環(huán)境失效的測試方法，包括：

采用與真實產(chǎn)品設計狀態(tài)相同的太陽電池陣em板（電性板）進行試驗，所述太陽電池陣em板為剛性板，所述太陽電池陣em板的基板狀態(tài)與真實產(chǎn)品完全一致，利用多通道iv測試儀對太陽電池陣em板進行原位連續(xù)實時iv曲線采集測試。

針對現(xiàn)有測試方法無法有效檢測太陽電池陣在熱真空環(huán)境下的失效問題，本發(fā)明采用原位連續(xù)實時采集iv曲線的方法，在較大程度上提高了檢測的有效性和分辨率。而且，電池電路在軌工作時負載處于不斷變化的狀態(tài)，即使是實時連續(xù)采集負載電壓的方法，恒定的負載電阻也無法完全表征電池電路的在軌工作狀態(tài)，而本發(fā)明采用的連續(xù)實時采集iv曲線的方法，可以判斷電池電路在任意負載下的工作狀態(tài)，解決混聯(lián)電路在熱真空試驗中的失效無法實時、有效檢測的問題；對于非混聯(lián)電路，所述測試方法仍然適用，且相對于傳統(tǒng)測試方法，所述測試方法對電路的失效更為敏感。

本發(fā)明的用于太陽電池陣熱真空環(huán)境失效的測試方法一實施例中，利用多通道iv測試儀對太陽電池陣em板進行原位連續(xù)實時iv曲線采集測試之后，還包括：

通過真空罐外接插件更換，對電路進行實時連續(xù)負載電壓采集測試。

本發(fā)明的用于太陽電池陣熱真空環(huán)境失效的測試方法一實施例中，對電路進行實時連續(xù)負載電壓采集測試，包括：

根據(jù)需要通過更換真空罐外接插件的方式將電池電路接入負載電阻板，模擬在軌工作狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)采集儀實時采集監(jiān)測各電池電路在負載電阻兩端的工作電壓，根據(jù)負載電壓曲線判斷所述太陽電池陣的工作狀態(tài)。

本發(fā)明的用于太陽電池陣熱真空環(huán)境失效的測試方法一實施例中，通過數(shù)據(jù)采集儀實時采集監(jiān)測各電池電路在負載電阻兩端的工作電壓，包括：

將各電路的正負輸出端分別接入負載電阻的兩端，通過數(shù)據(jù)采集儀（安捷倫34970）進行負載電壓的采集，設置自動采集時間間隔為5s，其中，負載電阻根據(jù)光照條件和電池電路設計狀態(tài)通過計算和光照測試得到，使電池電路工作在最大功率點偏恒流段位置，模擬在軌實際工作狀態(tài)，根據(jù)對本實施例所述燈陣與電池板的匹配試驗，得到合適的負載電阻為280。

本發(fā)明的用于太陽電池陣熱真空環(huán)境失效的測試方法一實施例中，所述真空罐內設有紅外燈陣，所述紅外燈陣用于提供升溫的熱流，同時提供“模擬光照區(qū)”的光照，以便對電池陣進行測試。

本發(fā)明的用于太陽電池陣熱真空環(huán)境失效的測試方法一實施例中，利用多通道iv測試儀對太陽電池陣em板進行原位連續(xù)實時iv曲線采集測試，包括：

將太陽電池陣各電池電路的正負輸出端通過真空罐內外轉接電纜引出至真空罐外，接入多通道iv曲線測試儀，在整個“模擬光照區(qū)”，從低溫保持段結束（開始升溫時，即開燈時）到高溫保持段結束（開始降溫時，即關燈時），實時連續(xù)采集各電池電路的iv曲線，得到整個“模擬光照區(qū)”不同時刻各電路的iv曲線形狀和特征參數(shù)，根據(jù)整個“模擬光照區(qū)”不同時刻各電路的iv曲線形狀和特征參數(shù)，判斷電池電路在模擬工況下是否發(fā)生失效（升溫段變溫速率較大，尤其需要注意判讀）。

本發(fā)明的用于太陽電池陣熱真空環(huán)境失效的測試方法一實施例中，所述太陽電池陣em板的電池電路的連接環(huán)節(jié)包括互連片、匯流條、電纜線、板上電纜安裝支座、電連接器、太陽電池焊接、粘接均與真實產(chǎn)品設計狀態(tài)相同。

本發(fā)明的用于太陽電池陣熱真空環(huán)境失效的測試方法一實施例中，每個太陽電池陣em板有12個電池電路，采用平均效率26.8%的三結砷化鎵太陽電池，電池電路串聯(lián)片數(shù)為18片，并聯(lián)片數(shù)為4~6并，采用串間混聯(lián)設計狀態(tài)。

本發(fā)明的用于太陽電池陣熱真空環(huán)境失效的測試方法一實施例中，利用多通道iv測試儀對太陽電池陣em板進行原位連續(xù)實時iv曲線采集測試，包括：

將燈陣吊掛固定在支架上，然后將太陽電池陣em板吊掛在燈陣的正前方，太陽電池陣em板的電池片朝向燈陣面，太陽電池陣em板與燈陣相對距離為400mm，所述支架底部設置四個輪子，與真空罐內的導軌相匹配；

在支架和燈陣的結構上包裹熱控多層，燈陣和太陽電池陣em板在所述支架上吊掛完畢后，通過真空罐內的導軌，將2個支架都放置在真空罐內；

所述支架在真空罐內放置穩(wěn)妥后固定，然后通過真空罐內外轉接電纜，將太陽電池板上的接插件引出至真空罐外；

兩塊太陽電池陣em板的功率輸出分別通過兩個接插件xa和xb提供給負載電阻板和iv測試儀，分別進行負載電壓采集和iv曲線采集。

以下將結合圖1～圖8對本發(fā)明的太陽電池陣熱真空環(huán)境失效測試方法作進一步的詳細描述。

本發(fā)明的太陽電池陣熱真空環(huán)境失效測試方法采用與真實產(chǎn)品設計狀態(tài)相同的太陽電池板，太陽電池板為剛性板，基板狀態(tài)與真實產(chǎn)品設計狀態(tài)完全相同，電池電路連接環(huán)節(jié)如互連片、匯流條、電纜線、板上電纜安裝支座、電連接器、太陽電池焊接、粘接等均與真實產(chǎn)品設計狀態(tài)完全相同。如圖1和2所示，每個太陽電池陣em板有12個電池電路，采用平均效率26.8%的三結砷化鎵太陽電池，電池電路串聯(lián)片數(shù)為18片，并聯(lián)片數(shù)根據(jù)設計為4~6并不等，采用串間混聯(lián)設計狀態(tài)。

將燈陣吊掛固定在支架上，然后將太陽電池陣em板吊掛在燈陣的正前方，太陽電池陣em板的電池片朝向燈陣面，太陽電池陣em板與燈陣相對距離為400mm，所述支架底部設置四個輪子，與真空罐內的導軌相匹配，為支架在真空罐內的放置提供方便，為了在可靠性試驗中達到較快的降溫速率，需要盡量降低真空罐內設備的熱容，因此在支架和燈陣的結構上包裹了熱控多層，燈陣和太陽電池陣em板在所述支架上吊掛完畢后，通過真空罐內的導軌，將2個支架都放置在真空罐內。

所述支架在真空罐內放置穩(wěn)妥后固定，然后通過真空罐內外轉接電纜，將太陽電池板上的接插件引出至真空罐外。如圖3所示，兩塊太陽電池陣em板的功率輸出分別通過兩個接插件xa和xb提供給負載電阻板和iv測試儀，分別可以進行負載電壓采集和iv曲線采集。本實施例連續(xù)實時采集負載電壓作為輔助判斷。

圖4為各電池電路負載電壓測試原理示意圖。如圖4所示，將各電路的正負輸出端分別接入負載電阻的兩端，通過數(shù)據(jù)采集儀（安捷倫34970）進行負載電壓的采集，設置自動采集時間間隔為5s。負載電阻根據(jù)光照條件和電池電路設計狀態(tài)通過計算和光照測試得到，使電池電路工作在最大功率點偏恒流段位置，模擬在軌實際工作狀態(tài)，根據(jù)對本實施例所述燈陣與電池板的匹配試驗，得到合適的負載電阻為280。

圖5為各電池電路iv曲線采集原理示意圖。如圖5所示，將各電路的正負輸出端分別接入多通道iv曲線測試儀（daystarmt5）的測試通道，通過iv曲線測試儀進行iv曲線采集，設置“模擬光照區(qū)”自動采集時間間隔為1min，“模擬陰影區(qū)”停止采集。

在試驗開始前，為了證實所述測試方法對電路故障檢測的有效性，利用所述燈陣設備和iv測試儀，進行了模擬電池片故障下的iv曲線采集測試。為了不對電池板產(chǎn)生影響，采用遮擋電池片的方式模擬電池片失效。如圖6所示，curve3為無遮擋時的iv曲線，curve13為遮擋1片電池時的iv曲線，curve22為遮擋2片電池時的iv曲線，curve32為遮擋3片電池時的iv曲線。測試結果表明，在所述電池電路設計狀態(tài)和光照條件下，2~3片電池失效便會導致iv曲線的明顯變化，證明所述測試方法可以有效檢測電池電路在熱真空環(huán)境下的失效。

負載電壓測試結果如圖7所示，負載電壓曲線隨燈陣電流變化而變化，各路負載電壓曲線變化趨勢一致，未見異常下凹或上跳。

電池電路在“模擬光照區(qū)”不同時刻的典型iv曲線測試結果如圖8所示，測試結果表明，從開始光照升溫到溫度穩(wěn)定再到關燈降溫的整個過程中，各個時刻的iv曲線完整、光滑，未出現(xiàn)類似圖6所示的故障曲線，開路電壓和短路電流值均正常。

綜上所述，采用本發(fā)明的太陽電池陣熱真空環(huán)境失效測試方法，可有效解決新型混聯(lián)電池電路在熱真空試驗中的失效無法實時、有效檢測的問題。采用本發(fā)明，可以及時、有效地監(jiān)測太陽電池陣在熱真空環(huán)境試驗中的失效，由此提高太陽電池陣地面熱真空試驗的有效性和說服力。試驗表明，對于一個6并的18串電池電路（效率26.8%的三結砷化鎵電池），混聯(lián)狀態(tài)設計，采用所述測試方法，在所述燈陣光照條件下，2~3片電池的失效便會造成iv曲線形狀的明顯變化，極大提高了太陽電池陣熱真空環(huán)境失效檢測的分辨率和有效性。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

專業(yè)人員還可以進一步意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結合來實現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術方案的特定應用和設計約束條件。專業(yè)技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn)不應認為超出本發(fā)明的范圍。

顯然，本領域的技術人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內。