一种变换器式中继端和激光无线传能网络系统技术方案

本发明专利技术公开了一种变换器式中继端和激光无线传能网络系统，属于激光无线能量传输技术领域。包括：激光发射端、若干中继端及激光接收端，其中，所述激光发射端，用于发射准直且能够跟瞄的激光光束；所述若干中继端位于激光发射端与激光接收端之间，每个中继端，用于将入射激光中继传输至其它中继端/激光接收端，同时存储激光的能量或者主动向其它中继端或激光接收端提供能量，所述入射激光来自激光发射端/其它中继端；所述激光接收端，用于接收激光的能量。本发明专利技术通过中继端的加入，使得激光发射端至激光接收端的传能路径从单一路径增加至多条路径，提高了激光无线传能的整体效率和传能可靠性。传能可靠性。传能可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种变换器式中继端和激光无线传能网络系统


[0001]本专利技术属于激光无线能量传输
，更具体地，涉及一种变换器式中继端和激光无线传能网络系统。

技术介绍

[0002]激光无线传能以高能激光束为载体，将电能转变为激光，通过准直装置校正后进行传输，在接收端利用光电转换装置将激光转化为电能，从而进行无接触式远距离能量传输。相比于电磁耦合感应式无线传能和磁场共振式无线传能，激光式无线传能具有更远的传输距离。相比于微波式无线传能，激光式无线传能不存在电磁干扰且所需设备的体积和质量更小。激光式无线传能在航空航天领域等方面具有重要的应用前景。传输效率低是制约激光无线传能发展的重要因素。
[0003]目前，激光无线传能系统普遍采用单路径(例如，专利CN201810716567.7)进行能量传输。单路径激光传能系统在传能效率及可靠性方面均具有一定缺陷，当传输距离较远时，由于激光存在发散角，接受端的光斑面积会远大于激光光伏电池板的面积，激光能量无法被完全接收，使得系统的传能效率较低。并且当传输路径的气象条件较差时，例如雨天或者沙尘天气，能见度降低，激光在空气介质中的散射与折射加剧，根据比尔
‑
朗伯特定律，激光在空气介质中的能量衰减加剧，整个传能系统的效率将大幅降低。同时，当传能系统中的设备发生故障或传能路径被山体房屋等障碍物遮挡后，激光将无法进行传输，整个传能系统失效。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种变换器式中继端和激光无线传能网络系统，旨在解决现有激光传能系统无法保证传能效率及可靠性的问题。
[0005]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种变换器式中继端，包括：激光光伏电池、变换器、激光器、准直单元、跟瞄单元、蓄电池和控制单元；
[0006]所述激光光伏电池，用于将接收到的激光转换为电能，输出至变换器；
[0007]所述变换器，用于对激光光伏电池的输出电压和/或蓄电池的输出电压进行变换，将来自激光光伏电池的电能一部分输出至激光器，另一部分输出至蓄电池，将来自蓄电池的电能输出至激光器；
[0008]所述激光器，用于接收变换器输出的部分电能，发出传能的激光束；
[0009]所述准直单元，用于准直激光器发出的激光，变成平行激光束；
[0010]所述跟瞄单元，用于使得平行激光束跟瞄其它中继端/激光接收端；
[0011]所述蓄电池，用于存储变换器输出的部分电能或者向变换器提供电能；
[0012]所述控制单元，用于控制蓄电池的充放电状态以及充/放电功率，以避免蓄电池的过充或者过放，并保证接收端负载的功率需求；控制变换器的占空比，使激光光伏电池的输出电压和蓄电池的输出电压变换成标准电压。
[0013]为实现上述目的，第二方面，本专利技术提供了一种激光无线传能网络系统，包括：激光发射端、若干中继端及激光接收端，其中，
[0014]所述激光发射端，用于发射准直且能够跟瞄的激光光束；
[0015]所述若干中继端位于激光发射端与激光接收端之间，每个中继端，用于将入射激光中继传输至其它中继端/激光接收端，同时存储激光的能量或者主动向其它中继端/激光接收端提供能量，所述入射激光来自激光发射端/其它中继端；
[0016]所述激光接收端，用于接收激光能量。
[0017]优选地，每个中继端为如第一方面所述的变换器式中继端，或者，分光镜式中继端。
[0018]优选地，所述分光镜式中继端包括：激光耦合镜组、分光比可调式分光镜、准直单元、反光镜、激光光伏电池、变换器、蓄电池、激光器及控制单元；
[0019]所述激光耦合镜组，用于将入射激光变成平行光束射入至分光比可调式分光镜；
[0020]所述分光比可调式分光镜，用于按照分光比将平行光束分为透射激光束和反射激光束；
[0021]所述准直单元，用于准直透射激光束和激光器的出射激光束；
[0022]所述反光镜，用于反射准直单元的出射激光束，使得激光跟瞄其它中继端/激光接收端；
[0023]所述激光光伏电池，用于将准直后的反射激光束转换为电能，输出至变换器；
[0024]所述变换器，用于将激光光伏电池的输出电压和/或蓄电池的输出电压变换成标准电压；
[0025]所述蓄电池，用于存储变换器输出的全部电能或者向变换器提供电能；
[0026]所述激光器，用于接收变换器输出的部分电能，发出传能的激光束；
[0027]所述控制单元，用于控制分光比可调式分光镜的分光比，以控制透射激光束和反射激光束的功率占比，进而避免蓄电池的过充，并保证接收端负载的功率需求；控制反光镜的倾斜角度，使得反光镜的反射激光束跟瞄其它中继端/激光接收端；控制变换器的占空比，使激光光伏电池的输出电压和蓄电池的输出电压变换成标准电压；控制蓄电池的放电功率，进而避免蓄电池的过放，并保证接收端负载的功率需求。
[0028]需要说明的是，分光镜式中继端利用激光透射实现激光的中继传输，避免了经过多次光电电光转换带来的能量损失，能提高整个系统的传能效率。
[0029]优选地，所述系统还包括：
[0030]控制器，用于从多条传能路径中选择效率最高的路径进行激光传能。
[0031]优选地，所述中继端的数量为一个或者多个。
[0032]优选地，所述激光发射端配置于能源站，所述激光接收端配置于巡航机器人或者无人机。
[0033]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0034](1)本专利技术提出一种变换器式中继端，前级为激光接收器接收能量，后级用激光发射器发射能量，既能接收能量也能发送能量，通过光电之间的相互转换，实现激光的传输。
[0035](2)本专利技术提出一种激光无线传能网络系统，通过中继端的加入，使得激光发射端
至激光接收端的传能路径从单一路径增加至多条路径，避免了气象条件较差，能见度较低时单一路径传能效率过低的问题，避免了单一路径被障碍物遮挡时激光传能失效的问题，避免了传能路径过长时接收端接收到的光斑面积过大传能效率过低的问题，提高了激光无线传能的整体效率和传能可靠性。
附图说明
[0036]图1为本专利技术提供的一种激光无线传能网络系统示意图。
[0037]图2为本专利技术提供的一种变换器式中继端示意图。
[0038]图3为本专利技术提供的分光镜式中继端示意图。
[0039]图4为本专利技术实施例提供的巡航机器人激光无线传能网络示意图。
[0040]图5为本专利技术实施例中激光发射端示意图。
[0041]图6为本专利技术实施例中激光接收端示意图。
具体实施方式
[0042]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0043]图1为本专利技术提供的一种激光无线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变换器式中继端，其特征在于，包括：激光光伏电池、变换器、激光器、准直单元、跟瞄单元、蓄电池和控制单元；所述激光光伏电池，用于将接收到的激光转换为电能，输出至变换器；所述变换器，用于对激光光伏电池的输出电压和/或蓄电池的输出电压进行变换，将来自激光光伏电池的电能一部分输出至激光器，另一部分输出至蓄电池，将来自蓄电池的电能输出至激光器；所述激光器，用于接收变换器输出的部分电能，发出传能的激光束；所述准直单元，用于准直激光器发出的激光，变成平行激光束；所述跟瞄单元，用于使得平行激光束跟瞄其它中继端/激光接收端；所述蓄电池，用于存储变换器输出的部分电能或者向变换器提供电能；所述控制单元，用于控制蓄电池的充放电状态以及充/放电功率，以避免蓄电池的过充或者过放，并保证接收端负载的功率需求；控制变换器的占空比，使激光光伏电池的输出电压和蓄电池的输出电压变换成标准电压。2.一种激光无线传能网络系统，其特征在于，包括：激光发射端、若干中继端及激光接收端，其中，所述激光发射端，用于发射准直且能够跟瞄的激光光束；所述若干中继端位于激光发射端与激光接收端之间，每个中继端，用于将入射激光中继传输至其它中继端/激光接收端，同时存储激光的能量或者主动向其它中继端/激光接收端提供能量，所述入射激光来自激光发射端/其它中继端；所述激光接收端，用于接收激光的能量。3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，每个中继端为如权利要求1所述的变换器式中继端，或者，分光镜式中继端。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述分光镜式中继端包括：激光耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡涛，袁奥特，何松，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：