[发明专利]一种激光无线能量传输系统

说明书

本发明涉及激光能量传输技术领域，尤其涉及一种激光无线能量传输系统。系统包括激光电源、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。本发明建立了能反映光伏电池材料、温度、辐照度以及激光波长与光伏电池输出关系的模型；还建立了激光在大气中斜程传输的功率损耗模型；采用扰动观察法搜索最大功率点的输出情况，拟合激光器输出功率与光伏阵列输出最大功率点电流的函数。

技术领域

本发明涉及激光能量传输技术领域，尤其涉及一种激光无线能量传输系统。

背景技术

激光能量传输(LPT)系统具有能量密度高、方向性好、传输距离远和发射接收口径小(仅为微波能量传输系统的10％)等优点，同时激光频率与通信卫星所使用的频率没有相互干扰的风险，适合为飞行器、卫星和深空探测器等移动用电设备提供灵活方便、安全可靠的能量。但LPT系统电至电转换效率仅占10％～25％左右，严重限制了此项技术的应用与推广。

目前，提高LPT系统传输效率的研究集中在以下两个方面。一是激光发射技术：S.Feng等(S.Feng et al.Wang.An Optimal Driving Strategy for Maximum Electro-optical Conversion Efficiency of Laser Diode in Laser Power TransmissionSystem.2019 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition(ECCE),2019,pp.3348-3352.)提出在不同工况下获得最大光电转换效率的最优驱动电流策略，并通过构造一个四相交错Buck变换器来验证，结果表明所提出的驱动策略能较好地提高激光二极管的光电转换效率。霍虹宇等(霍虹宇，苟于单，杨擎东等.激光无线能量传输接收端光束匀化装置设计[J/OL].红外与激光工程，2021,1-12.)基于分布式匀化思想设计一种激光接收装置，先用光学整形扩散片对光束进行初次匀化，再用光学漏斗进行二次匀化，有效提高接收端的光强均匀性和LPT系统的光电转换效率。韩明珠等(韩明珠，郭迎，林鑫等.三波长激光照射下砷化镓聚光电池光电转换效率的研究[J].半导体光电，2017,38(05):647-652.)研究 532、808和980nm三种激光在不同功率配比下对三结砷化镓光伏电池光电转换效率的影响，实验证明在合适的功率配比下，可提高三结砷化镓光伏电池的光电转换效率。