一种可装配激光无线传能光伏接收发电系统技术方案

本发明专利技术设计了一种可装配激光无线传能光伏接收发电系统，包括激光发射系统和激光接收系统；本发明专利技术使用双重定位系统，比单重定位系统的精度高；激光探测器可以对激光进行筛选和光强识别进而保护内部电路；激光收集器提升能量利用率进而提升系统转换效率；在MPPT最大功率跟踪电路的跟踪下，最大化系统效率；在DC

【技术实现步骤摘要】
一种可装配激光无线传能光伏接收发电系统


[0001]本专利技术属于能源传输领域，具体涉及一种可装配激光无线传能光伏接收发电系统。

技术介绍

[0002]无线能量传输最早是由尼古拉.特斯拉提出，摆脱了传统的电力线路的束缚，而激光无线能量传输是中远距离无线能量传输的重要手段之一，可以满足各种无人机、航天器、空间站、星载无线传感网络、以及各种恶劣极端情况下的无线充电需求，可直接应用于救灾应急、特殊地域、移动装备及军用卫星、空间武器的无线供电。此项技术的制约因素是激光的电光转换效率和激光电池的光电转换效率，随着技术的逐渐进步，新材料和新工艺的发展大大促进了半导体器件的理论和技术突破，各国科学家和科研人员在半导体和新材料领域做出了突出的贡献，取得了显著的成果，比如目前激光电池的最高光电转换效率已接近70％，这一超高的转换效率使得这一系统有很大的发展前景。
[0003]其他的无线能量传输方式有：电磁耦合感应式无线能量传输通过电磁感应效应原理，由一次线圈和二次线圈的相互作用，最终实现能量的无线传输；磁场共振式无线能量传输利用非辐射性电场或者磁场耦合的电磁谐振原理实现无线能量传输，这两种方法适用于近距离能量传输，传输距离在厘米级别。微波无线传输利用电磁波的相关特性，具有远场辐射性质，缺点是发射装置和接收装置太大，同时还存在着干扰正常通信的可能，都存在着潜在的问题，无法完成中远距离无线传能的任务，因此激光无线传能技术，在空间中远距离能量传输中发挥重要的作用。
[0004]专利号为CN114285185A的一种基于三级跟踪与相位调制的无人机终端激光传能方法中仅仅实现了激光给无人机供电和瞄准，产生的电能直接供待充电无人机使用，没有考虑到后续的电能是否合适，是否满足充电电压等需求。专利号为CN112260417A的专利中没有对激光进行收集，远距离传输后激光损耗很严重，十分有必要对激光进行收集提高系统的整体转换效率。传统的激光无线传能装置没有加激光收集器，造成了较大的能量浪费，而且也无法实现自适应充电速度，多大的功率就产生多大的电流，弱激光产生小电流可能无法给蓄电池充电，强激光可能会烧毁电池造成不可逆损害，本专利专利技术的自适应智能化充电方法具有很强的实用性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种可装配激光无线传能光伏接收发电系统。
[0006]本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：
[0007]一种可装配激光无线传能光伏接收发电系统，包括激光发射系统和激光接收系统，激光发射系统包括发射端GPS定位跟踪系统、发射端控制中心、360度伺服转台系统、光学阀门及其检测电路及连续激光器5；激光接收系统包括接收端GPS定位跟踪系统、接收端控制中心、激光收集器；镀膜增透光学系统、激光电池及其散热装置、MPPT最大功率跟踪电
路、DC
‑
DC交换电路、检测及保护输出电流电压系统、蓄电池及其电源管理系统；激光探测器及其控制电路、光学阀门、加速度传感器和位姿检测传感器；激光发射系统发射激光到激光接收系统上，实现由光能到电能的转换，激光接收系统装配在无人机或极端条件下的待充电物体上实现无线充电。
[0008]进一步地，射端GPS定位跟踪系统和接收端GPS定位跟踪系统完成第一次定位，光学阀门及其检测电路检测光路是否被不明物体所遮挡，如被遮挡则光学阀门及其检测电路立即向发射端控制中心发送指令请求关闭发射系统光学阀门；激光发射系统发射一束自适应小功率激光照射在激光接收系统的激光收集器和探测器上；激光探测器位于激光收集器圆周边缘，均匀布置；根据激光照射在探测器上产生的电流电压的大小差异性来判断激光是否精准照射，然后把信息通过探测器及其控制电路反馈给发射端控制中心，发射系统控制中心接收反馈并做出准确调整实现二次精准定位；激光发射系统光学阀门及其检测电路用来检测光路是否被其他物体遮挡，如检测到遮挡则立即向发射端控制中心发送指令请求关闭发射系统光学阀门。
[0009]进一步地，激光探测器及其控制电路识别激光是否是设定的阈值范围内的激光，决定激光接收端光学阀门的开关，当激光强度过大时，会烧毁整个接收端内部系统，所以给探测器及其控制电路设置相应的电流电压阈值，当电流电压大到一定的程度上时，探测器及其控制电路给接收端控制中心发送指令，请求关闭光学阀门。
[0010]进一步地，激光电池及其散热装置的电能产生后，进入MPPT最大功率跟踪电路，该电路能够维持激光电池所产生的电压位于P
‑
V曲线的最大功率时的电压点上；通过引入DC
‑
DC交换电路，该电路将激光光伏电池所产生的电流和电压值进行调压和整流。
[0011]进一步地，检测及保护输出电流电压系统与接收端控制中心电连；检测及保护输出电流电压系统对DC
‑
DC电路输出的电流和电压进行分析，当输出的电流电压小于设定阈值时，该电路系统发送信号经由接收端控制中心把信息传递到发射端控制中心，发射端控制中心接收到信息后迅速做出调整并自适应输出激光功率的大小，实现输出功率的实时调整达到自适应状态；检测及保护输出电流电压系统具有检测电流电压是否异常的功能，当检测到输出电流电压异常的情况，激光接收系统内部出现故障，该电路向接收端控制中心发送指令，请求关闭接收端光学阀门。
[0012]进一步地，蓄电池及其电源管理系统搭配外围电路可以实现边充边放的功能，充电速度一定要大于耗电速度，充电速度的上限由检测及保护输出电流电压系统决定；蓄电池配备有电量检测电路，当电量充满时，检测电路把信息传递到接收端控制中心后又传递到发射端控制中心，实现输出激光功率的自调节减小直致零。
[0013]本专利技术的有益效果在于：
[0014]1、两次对准系统确保了系统定位精确度，激光探测器及其控制电路作为关键部分起到3个作用：
①
决定接收端光学阀门的开关状态；
②
反馈信号实现二次精确定位；
③
激光光强太大时切断接收端光学阀门，防止烧伤。
[0015]2、连续激光器的输出功率和输出角度设置控制反馈系统，无须人为操作，实现自适应功能。
[0016]3、使用激光收集器收集边缘激光能量。
[0017]4、检测及保护输出电流电压系统起到两个作用：
①
对比输出电流电压是否在合适
的区间内决定接收端光学阀门的开关；
②
判断输出电流电压是否达到设定的最佳工作状态，与发射端控制中心信息交互达到最佳工作状态。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的可装配激光无线传能光伏接收发电系统的结构示意图；
[0019]图2是本专利技术的可装配激光无线传能光伏接收发电系统工作流程图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图对本专利技术做进一步描述。
[0021]本专利技术提供了一种自适应充电速度的可装配激光无线传能光伏接收发电系统，激光发射系统可固定于地面结构上，也可组装在可移动结构上，实现对空对地等大范围无线能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可装配激光无线传能光伏接收发电系统，其特征在于：包括激光发射系统和激光接收系统，激光发射系统包括发射端GPS定位跟踪系统(1)、发射端控制中心(2)、360度伺服转台系统(3)、光学阀门及其检测电路(4)及连续激光器(5)；激光接收系统包括接收端GPS定位跟踪系统(6)、接收端控制中心(7)、激光收集器(8)；镀膜增透光学系统(9)、激光电池及其散热装置(10)、MPPT最大功率跟踪电路(11)、DC
‑
DC交换电路(12)、检测及保护输出电流电压系统(13)、蓄电池及其电源管理系统(14)；激光探测器及其控制电路(15)、光学阀门(16)、加速度传感器和位姿检测传感器(17)；激光发射系统发射激光到激光接收系统上，实现由光能到电能的转换，激光接收系统装配在无人机或极端条件下的待充电物体上实现无线充电。2.根据权利要求1所述的一种可装配激光无线传能光伏接收发电系统，其特征在于：射端GPS定位跟踪系统(1)和接收端GPS定位跟踪系统(6)完成第一次定位，光学阀门及其检测电路(4)检测光路是否被不明物体所遮挡，如被遮挡则光学阀门及其检测电路(4)立即向发射端控制中心(2)发送指令请求关闭发射系统光学阀门；激光发射系统发射一束自适应小功率激光照射在激光接收系统的激光收集器(8)和探测器上；激光探测器位于激光收集器(8)圆周边缘，均匀布置；根据激光照射在探测器上产生的电流电压的大小差异性来判断激光是否精准照射，然后把信息通过探测器及其控制电路(15)反馈给发射端控制中心(2)，发射系统控制中心(2)接收反馈并做出准确调整实现二次精准定位；激光发射系统光学阀门及其检测电路(4)用来检测光路是否被其他物体遮挡，如检测到遮挡则立即向发射端控制中心(2)发送指令请求关闭发射系统光学阀门。3.根据权利要求2所述的一种可装配激光无线传能光伏接收发电系统，其特征在于：激光探测器及其控制电路(15)识别激光是否是设定的阈值范围内的激光，决定激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立，燕世雄，高正欣，白冰，卢艺鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：