激光无线能量传输接收装置研究

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1、第24卷第1期航天器工程V01．24No．11111篁!旦量呈垒呈兰篁垦垒!三三些鱼!型兰兰里!型鱼!!激光无线能量传输接收装置研究张建德郭春辉于闳飞(山东航天电子技术研究所，山东烟台264670)摘要通过对激光无线能量传输过程中影响接收装置效率的因素进行分析，结合光电池最优布局和最大功率跟踪技术，提出一种高转换效率的激光无线能量传输接收装置，实现接收装置转换效率不受负载阻抗的影响，研制出转换效率高达29．6％的激光无线能量接收装置。关键词激光无线能量传输；接收装置；高转换效率中图分类号：V423．44文献标志码：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引言激光无

5、线能量传输技术可以广泛应用于航空航天领域口。41(如空间太阳能电站口]、无人机无线供能等)。因此，激光无线能量传输技术越来越受重视。在激光无线能量传输技术[6。91的应用中，传输效率是无线能量传输的关键指标。而影响激光无线能量传输效率的因素包括激光器的电光转换效率、空间传输损耗和接收装置的转换效率。其中，接收装置的转换效率是影响激光无线能量传输效率的主要因素。日本近畿大学在2006年利用激光能量传输给风筝、直升机进行激光供能试验[1⋯。当以200w激光器输出时，风筝获得了42w功率。传统的太阳能发电系统以太阳光作为能源具

6、有光强分布均匀的特点，并且光电池板的尺寸不受光斑大小的约束。而激光无线能量传输由于激光光斑能量分布不均匀，光电池板形状受激光光斑形状约束，传统的光电池板设计无法满足激光无线能量传输光电转换应用需求。本文在分析光电池布局对光电转换效率影响的基础上，主要针对激光无线能量传输光斑能量分布不均匀的特点，结合光电池最优布局和最大功率跟踪技术，提出了一种高转换效率的光电池接收装置，收稿日期：2014—11—20；修回日期：2015一01一07基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)(2012AAl20605)作者简介：张建德，

7、男，硕士，工程师，研究方向为光电产品设计。Email：zhangjiande@126．com。航天器工程并进行了试验验证。2理论设计在激光无线能量传输技术的实际应用中，由常规单片光电池构成的光电池板是无法满足输出功率的要求。因此，光电池板必须采用光电池串并联结构才能满足输出功率要求。为了获得较高的光电转换效率，需要采用光电池最优布局和最大功率跟踪技术设计接收装置。2．1光电池最优布局1)光电池串联最优布局设计在光电池接收装置中光电池单元的串联特性参数包括：开路电压V。。和短路电流I。。、最佳工作电压V。。、最佳工作电流J

8、。，、最大输出功率P。。。由于激光光斑能量分布不均匀的特性，光电池板的每一片光电池的特性参数均不一致。对特性参数不一致的光电池组件，分别取光电池单元中最小的工刚、工。，。作为整个支路的L。、k。对光电池单元有V。。一V。。1+y。。2+⋯+V。。(1)V。，一V。。一1+V。。2+⋯+V。。(2)J。。一min(J。