激光無線能量傳輸接收裝置研究

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1、第24卷第1期航天器工程V01．24No．11111篁!旦量呈壘呈蘭篁墾壘!三三些魚!型蘭蘭里!型魚!!激光無線能量傳輸接收裝置研究張建德郭春輝于閎飛(山東航天電子技術研究所，山東煙臺264670)摘要通過對激光無線能量傳輸過程中影響接收裝置效率的因素進行分析，結(jié)合光電池最優(yōu)布局和最大功率跟蹤技術，提出一種高轉(zhuǎn)換效率的激光無線能量傳輸接收裝置，實現(xiàn)接收裝置轉(zhuǎn)換效率不受負載阻抗的影響，研制出轉(zhuǎn)換效率高達29．6％的激光無線能量接收裝置。關鍵詞激光無線能量傳輸；接收裝置；高轉(zhuǎn)換效率中圖分類號：V423．44文獻標志碼：ADo

2、I：10．3969／j．issn．1673—8748．2015．01．003ResearchonReceiverDeviceforLaserPowerTransmissionZHANGJiandeGUOChunhuiYUHongfei(ShandongAerospaceElectro—technologyInstitute，Yantai，Shandong264670，China)Abstract：Thelaserpowertransmissioniseffectivemodeofwirelesspowertransmis

3、sion，andtheconversionefficiencyofreceiverdeviceisakeyfactorinthelaserpowertransmissionsystem．Basedontheanalysisoftheimpactonoptical—electroconversionefficiencyofthecell1ayoutandtheoptimizeddesignbytheoptimallayoutofthecellandthemaximumpowerpointtracking，anoptica卜

4、electroconversiondeviceofhighoptical—electroconversionefficiencyispresented．Theexperimentalresultsshowthattheconversionefficiencyofreceiverdeviceisnotaffectedbv10adimpedanceandupto29．6％．Keywords：laserpowertransmission；receiverdevice；highconversionefficiency1引言激光無

5、線能量傳輸技術可以廣泛應用于航空航天領域口。41(如空間太陽能電站口]、無人機無線供能等)。因此，激光無線能量傳輸技術越來越受重視。在激光無線能量傳輸技術[6。91的應用中，傳輸效率是無線能量傳輸?shù)年P鍵指標。而影響激光無線能量傳輸效率的因素包括激光器的電光轉(zhuǎn)換效率、空間傳輸損耗和接收裝置的轉(zhuǎn)換效率。其中，接收裝置的轉(zhuǎn)換效率是影響激光無線能量傳輸效率的主要因素。日本近畿大學在2006年利用激光能量傳輸給風箏、直升機進行激光供能試驗[1?。當以200w激光器輸出時，風箏獲得了42w功率。傳統(tǒng)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)以太陽光作為能源具

6、有光強分布均勻的特點，并且光電池板的尺寸不受光斑大小的約束。而激光無線能量傳輸由于激光光斑能量分布不均勻，光電池板形狀受激光光斑形狀約束，傳統(tǒng)的光電池板設計無法滿足激光無線能量傳輸光電轉(zhuǎn)換應用需求。本文在分析光電池布局對光電轉(zhuǎn)換效率影響的基礎上，主要針對激光無線能量傳輸光斑能量分布不均勻的特點，結(jié)合光電池最優(yōu)布局和最大功率跟蹤技術，提出了一種高轉(zhuǎn)換效率的光電池接收裝置，收稿日期：2014—11—20；修回日期：2015一01一07基金項目：國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)(2012AAl20605)作者簡介：張建德，

7、男，碩士，工程師，研究方向為光電產(chǎn)品設計。Email：zhangjiande@126．com。航天器工程并進行了試驗驗證。2理論設計在激光無線能量傳輸技術的實際應用中，由常規(guī)單片光電池構成的光電池板是無法滿足輸出功率的要求。因此，光電池板必須采用光電池串并聯(lián)結(jié)構才能滿足輸出功率要求。為了獲得較高的光電轉(zhuǎn)換效率，需要采用光電池最優(yōu)布局和最大功率跟蹤技術設計接收裝置。2．1光電池最優(yōu)布局1)光電池串聯(lián)最優(yōu)布局設計在光電池接收裝置中光電池單元的串聯(lián)特性參數(shù)包括：開路電壓V。。和短路電流I。。、最佳工作電壓V。。、最佳工作電流J

8、。，、最大輸出功率P。。。由于激光光斑能量分布不均勻的特性，光電池板的每一片光電池的特性參數(shù)均不一致。對特性參數(shù)不一致的光電池組件，分別取光電池單元中最小的工剛、工。，。作為整個支路的L。、k。對光電池單元有V。。一V。。1+y。。2+?+V。。(1)V。，一V。。一1+V。。2+?+V。。(2)J。。一min(J。