[发明专利]一种激光无线能量传输系统

权利要求书

1.一种激光无线能量传输系统，其特征在于，包括：

激光电源、激光器、捕获跟踪瞄准系统、光伏阵列、光伏变换器、储能电池、控制模块；

所述控制模块包括激光器输出功率控制模块和锂电池充电控制模块；

所述光伏变换器由最大功率点搜索模块和恒流模块组成；

所述锂电池充电控制模块为采用五阶段恒流充电策略进行充电。

2.根据权利要求1所述的一种激光无线能量传输系统，其特征在于，所述锂电池充电控制模块采用RC等效电路模型，并进行五阶段恒流充电方式充电；

U_T为锂离子电流的端电压，R_B和C_B分别为电池的电阻和电容，其中：

式中，U_INI为电池的初始电压；

截止电压是已知的，当施加电流I时，电池到达截止电压时所需时间为：

U_t为电池截止电压，电池充电过程分为5个阶段，电池充电总时间为：

对时间求导得：

其中：

当满足时，充电时间最短。

3.根据权利要求1所述的一种激光无线能量传输系统，其特征在于，所述最大功率点搜索模块利用扰动观察算法搜出最大功率点，保证输出在最大值。

4.根据权利要求3所述的一种激光无线能量传输系统，其特征在于，所述激光功率损耗分析模块所包括模型如下：

考虑水蒸气和二氧化碳的吸收效应，激光在大气中的透过率计算公式如下：

其中，r为相对湿度，f为饱和空气中的水蒸汽质量，L为传输距离，为激光传输仰角，μ为吸收系数；

考虑气溶胶的散射，激光在气溶胶中的透过率计算公式如下：

式中，λ为波长，V_m为能见度；

激光斜程传输大气透过率计算公式如下：

T(λ)＝T_H2O(λ)·T_CO2(λ)·T_S(λ)

激光以一定的发散角度进行发射，在传输一段距离后到达接收端，光束会在空间里形成一个类似圆锥体的形态；

设发射功率为P，传输距离为L，光束发散角度为θ，接收端的接收面积为A，接收到的光功率为：

其中，ε为跟踪精度，当时，接收端接收到的光功率为最大值。

5.根据权利要求3所述的一种激光无线能量传输系统，其特征在于，所述光伏电池等效模型用于体现不同光电材料和不同激光波长对光伏电池输出特性的影响，表达如下：

式中，I为光伏电池输出电流，I_sc为光伏电池短路电流，e为单位电荷，V为光伏电池输出电压，V_oc为光伏电池开路电压，k是玻尔兹曼常数，T是光电池温度；

式中，IQE为内量子效率，R为反射率，P_laser为入射光功率密度，S为光照面积，λ为激光波长；

式中，α_λ为光伏电池在波长为λ时的吸收系数，L_b为载流子扩散长度，σ_T为温度修正因子，T₀为初始温度；

式中，I_s是反向饱和电流，ν_Δt为截止电压温度系数；

式中，n为光伏电池的理想二极管因子；

式中，E_g为光伏电池的禁带宽度。