CN107370230A - 一种定向激光充电***及激光充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种定向激光充电***及充电方法，该定向激光充电***包括电源、激光发射器阵列，还包括汇光单元，电源为激光发射器阵列提供电能，激光发射器阵列发出的激光束经过汇光单元约束后形成平行激光束，以便于被光伏单元吸收并转换为电能。通过激光发射器阵列与汇光单元的作用，避免了激光功率过大，光伏器件容易损坏的问题。

Description

一种定向激光充电***及激光充电方法
技术领域
本发明涉及激光充电技术领域，特别涉及一种定向激光充电***及激光充电方法。
背景技术
激光充电的原理是将激光发射器发射的激光传输至光电转换组件，光电转换组件将激光能量转换为电能，给充电电池充电。目前的激光充电***多采用高功率激光发射器发射激光，以满足用电设备使用。但是由于高功率激光发射器发射的激光功率过大，光伏器件容易损坏，同时高功率激光器成本较高，且需要配置散热***，散热***成本高，体积大，难以应用于常规电子设备的充电。
发明内容
本发明的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种定向激光充电***及激光充电方法，可以提高激光利用率。
本发明解决的第一个问题是，如何提高激光利用率，降低***成本，为此，本发明实施例提供了以下技术方案：
一种定向激光充电***，包括电源、激光发射器阵列，还包括汇光单元，电源为激光发射器阵列提供电能，激光发射器阵列发出的激光束经过汇光单元约束后形成平行激光束，以便于被光伏单元吸收并转换为电能。
一个普通激光发射器的价格远低于高性能激光发射器的价格，相比于单独使用一个高功率激光发射器，采用多个激光发射器组成激光发射器阵列的方式，可以避免高功率激光器长时间工作导致的发光效率降低的问题，因而可以保障每个激光发射器的使用性能，保障充电***使用的可靠性，也可以延长激光发射器的使用寿命。普通激光发射器的价格远低于高功率激光器，因此还可以降低激光充电***成本。通过汇光单元对发射激光进行约束，使得更多的激光能够被入射到光伏阵列，因此可以提高激光的利用率，提高能量利用率，避免能量浪费。
本发明解决的第二个问题是，如何增强汇光效果，为此，本发明实施例提供了以下技术方案：
汇光单元为多个汇光镜组成的汇光镜组。
汇光单元可以是一个汇光镜(也称为聚光镜)，也可以采用多个汇光镜组成的汇光镜组，通过汇光镜组的实现方式可以增强汇光效果，进一步提高激光利用率。
在更优选的实施方案中，汇光镜组包括外锥面镜和内锥面镜，激光发射器阵列发射的激光入射至外锥面镜后反射至内锥面镜，经过内锥面镜反射形成平行激光束。更进一步地，汇光镜组包括至少两个外锥面镜和至少两个内锥面镜，一个外锥面镜和一个内锥面镜组成一个锥面镜组，多个锥面镜组依次设置。
采用锥面镜，且外锥面镜与内锥面镜相配合使用的方式，可以使得发射激光经过多次反射后再形成平行激光束，可以进一步增强发射激光的汇聚效果，进而提高激光利用率。
本发明解决的第三个问题是如何提高激光发射器阵列的发光效率，为此，本发明实施例提供了以下技术方案：
组成激光发射器阵列的激光发射器为脉冲激光器。
或者在另一方案中，组成激光发射器阵列的激光发射器为连续激光器，定向激光充电***还包括控制单元，控制单元用于生成脉冲信号，并控制连续激光器在脉冲高电平/或低电平期间发射激光，在脉冲低电平/或高电平期间停止发射激光。
激光发射器采用脉冲式发光模式，避免长时间工作造成激光发射器过热，造成发光效率降低；也避免长时间照射光伏单元造成光伏单元温度过高而使效率降低。相对而言，脉冲激光器的价格较高，而连续激光器价格较低，因此优选采用连续激光器，通过控制单元实现以脉冲的方式工作。
基于上述激光充电***实现的激光充电方法，包括以下步骤：
激光发射器阵列向指定方向发射激光；
汇光单元接收激光发射器阵列发射的激光，将接收到的发射激光整形为平行激光束后输出；
设置于用电设备的光伏单元接收从汇光单元出射的平行激光束，将激光能量转换为电能，并将电能输出给用电设备。
与现有技术相比，本发明利用激光发射器阵列发射激光，可以保障发射激光的可靠性、稳定性，不易损坏光伏器件，也可以降低激光充电***成本，节省了散热***的电能消耗和制造成本，也减小了充电***的结构体积；利用汇光单元对发射激光进行约束，使得更多的激光能够被入射到光伏阵列，因此可以提高激光的利用率，提高能量利用率，避免能量浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的激光充电***的组成框图。
图2为本发明实施例中一个锥面镜组的汇光原理图。
图3为本发明实施例中平面反射镜组的汇光原理图。
图4为本发明实施例3提供的激光充电***的组成框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1，本实施例中提供的定向激光充电***中，包括电源、激光发射器阵列、汇光单元和光伏单元，电源为激光发射器阵列提供电能，激光发射器阵列发出的激光束经过汇光单元约束后形成平行激光束，光伏单元设置于用电设备，用于吸收平行激光束并将激光能量转换为电能，为用电设备供电。
汇光单元可以是一个汇光镜，也可以采用多个汇光镜组成汇光镜组。容易理解的，一个汇光镜的汇光能力有限，因此优选采用汇光镜组的方式。通过汇光镜组的实现方式可以增强汇光效果，进一步提高激光利用率。
在一种实施方式下，多个汇光镜可以排列成矩阵等多种结构形式的多面镜阵列实现对分散激光汇聚形成平行激光束。
在另一种实施方式下，汇光镜组包括外锥面镜和内锥面镜，激光发射器阵列发射的激光入射至外锥面镜后反射至内锥面镜，经过内锥面镜反射形成平行激光束。需要说明的是，外锥面镜和内锥面镜均为锥面镜，为了表示区分，通过布置方位来分别命名，即是说，外锥面镜位于内锥面镜的外侧，内锥面镜位于外锥面镜的内侧，如图2所示。内锥面镜与外锥面镜的设置，使得激光经过多次反射后形成平行激光束，这样可以进一步增强激光的汇聚效果。
汇光镜组可以包括一个外锥面镜和内锥面镜，如图2所示。汇光镜组可以包括两个及以上外锥面镜和内锥面镜，一个外锥面镜和一个内锥面镜组成一个锥面镜组，多个锥面镜组依次设置。相对于一个锥面镜组，多个锥面镜组可以实现更多次的反射，进而可以进一步增强激光的汇聚效果。
作为另一种实施方式，如图3所示，汇光镜组包括第一平面反射镜和第二平面反射镜，激光发射器阵列发射的激光入射至第一平面反射镜后反射至第二平面反射镜，经过第二平面反射镜反射后形成平行激光束。第一平面反射镜和第二平面反射镜可以分别为一个或多个，当为多个时，一个第一面反射镜和一个第二平面反射镜组成一个平面反射镜组，多个平面反射镜组依次设置或并列设置，如图3所示，两个平面反射镜组并列设置，以更进一步增强激光汇聚效果。
本实施例中定向激光充电***，一方面，通过激光发射器阵列的设置，避免了使用高功率的激光发射器，多个低功率发射器组成阵列的形式，不仅可以满足充电设备的充电要求，而且成本低廉，还避免了高功率激光器对光学器件的损坏。
另一方面，通过汇光镜组的设置，尤其是锥面镜组或平面反射镜组的设置方式，可以使分散的激光汇聚成平行激光束，进而使得更多的激光被光伏单元所接收，继而提高了激光的利用率，增强了光电转换效率，降低了激光能量的浪费。
利用上述定向激光充电***实现激光充电时，激光发射器阵列向指定方向发射激光；汇光单元接收激光发射器阵列发射的激光，将接收到的发射激光整形为平行激光束后输出；设置于用电设备的光伏单元接收从汇光单元出射的平行激光束，将激光能量转换为电能，并将电能输出给用电设备。
上述激光充电***可以手动开启充电，即手动启动激光发射器阵列开始发射激光。也可以进行触发式充电，即当用电设备放置在指定位置，即光伏单元可以接收到平行激光束，且平行激光束是垂直入射到光伏单元后，用电设备通过向激光发射控制器发送充电的请求信号的方式进行触发，激光发射控制器则在接收到用电设备发送的请求信号后，控制激光发射器阵列开始向指定方向发射激光。即激光充电***中还包括具有通信功能的激光发射控制器(也可以是具有控制功能的通信单元，或者一个用于通信的通信单元和用于控制激光发射器阵列发射激光的控制单元)，用于接收用电设备发送的充电请求信号，并控制激光发射器阵列开始发射激光。
实施例2
与实施例1相比，本实施例中提供的定向激光充电***中，组成激光发射器阵列的激光发射器为连续激光器，定向激光充电***中还包括控制单元，控制单元用于生成脉冲信号，并控制连续激光器在脉冲高电平期间发射激光，在脉冲低电平期间停止发射激光。
激光发射器有多种，本实施例中，激光发射器采用脉冲式发光模式，避免长时间工作造成激光发射器过热，造成发光效率降低；也避免长时间照射光伏单元造成光伏单元温度过高而使效率降低。另外，相比于直接采用脉冲激光器而言，采用连续激光器以脉冲方式发射激光的方式可以更节约成本。
实施例3
请参阅图4，与实施例1相比，本实施例中提供的定向激光充电***中，还包括至少一个可见光发射器，用于发射出可见光，以指示发射激光的光路，即可见光发射器发出的可见光接近或融合于发射激光光束，以提示工作人员或其他人员不要靠近及穿过发射激光束，以避免受到激光伤害。为了增强指示效果，宜采用3个或以上的可见光发射器，使得多个可见光发射器发出的多束可见光可以将激光束包覆在其范围内，即多束可见光位于激光束的轮廓外。作为另外一种实施方式，也可以是激光发射器阵列中包括可见激光发射器和不可见激光发射器，可见激光发射器位于阵列的边缘，使得不可见激光位于可见激光的内侧。
另外，可见光发射器发出的可见光还可以具有安全检测的作用，即，当可见光被遮挡时，立即控制激光发射器阵列停止发射激光，以保障激光充电的安全。作为可实施方式的举例，可以在光伏单元处设置用于反射可见光的反射镜，在激光发射器阵列端设置光电探测器，用于接收由反射镜反射回来的可见光，当光电探测器未接收到反射回来的可见光时，则表明可见光被阻挡。光电探测器的探测结果传输至控制单元，控制单元此时则立即控制激光发射器阵列停止发送激光。
实施例4
与实施例1相比，区别在于，本实施例中提供的定向激光充电***中，光伏单元包括多个光伏模块，多个光伏模块组成光伏阵列。光伏阵列同样可以适用于实施例2中所述激光充电***中。
光伏阵列的结构形式可以为多种，例如矩形阵列，球形阵列，弧形阵列等。
相比于采用单个光伏模块，采用光伏阵列的方式，具有以下优势：
1)可以降低光伏模块的购置成本，因为单个高性能的光伏模块的价格远高于普通光伏模块的价格，即使购置多个光伏模块成本也会低于购置一个高性能的光伏模块。
2)提高光伏阵列的光电转换效率。一方面，通过增加光伏模块的数量可以提高光伏阵列的转换效率，另一方面，多个光伏模块可以分时工作，这样可以避免单个光伏模块长时间工作，继而可以避免因长时间工作而导致的光电转换效率降低。多个光伏模块可以分时工作，还可以延长单个光伏模块的使用寿命。
可以理解地，实施例2-4中的所述的区别特征可以相互应用，构成新的技术方案。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种定向激光充电***，包括电源，其特征在于，还包括汇光单元、激光发射器阵列，电源为激光发射器阵列提供电能，激光发射器阵列发出的激光束经过汇光单元约束后形成平行激光束，以便于被光伏单元吸收并转换为电能。
2.根据权利要求1所述的定向激光充电***，其特征在于，汇光单元为多个汇光镜组成的汇光镜组。
3.根据权利要求2所述的定向激光充电***，其特征在于，汇光镜组包括外锥面镜和内锥面镜，激光发射器阵列发射的激光入射至外锥面镜后反射至内锥面镜，经过内锥面镜反射形成平行激光束。
4.根据权利要求3所述的定向激光充电***，其特征在于，汇光镜组包括至少两个外锥面镜和至少两个内锥面镜，一个外锥面镜和一个内锥面镜组成一个锥面镜组，多个锥面镜组依次设置。
5.根据权利要求2所述的定向激光充电***，其特征在于，汇光镜组包括第一平面反射镜和第二平面反射镜，激光发射器阵列发射的激光入射至第一平面反射镜后反射至第二平面反射镜，经过第二平面反射镜反射后形成平行激光束。
6.根据权利要求1-5任一所述的定向激光充电***，其特征在于，组成激光发射器阵列的激光发射器为脉冲激光器。
7.根据权利要求1-5任一所述的定向激光充电***，其特征在于，组成激光发射器阵列的激光发射器为连续激光器，定向激光充电***还包括控制单元，控制单元用于生成脉冲信号，并控制连续激光器在脉冲高电平/或低电平期间发射激光，在脉冲低电平/或高电平期间停止发射激光。
8.基于权利要求1-7任一所述的定向激光充电***实现的激光充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
激光发射器阵列向指定方向发射激光；
汇光单元接收激光发射器阵列发射的激光，将接收到的发射激光整形为平行激光束后输出；
设置于用电设备的光伏单元接收从汇光单元出射的平行激光束，将激光能量转换为电能，并将电能输出给用电设备。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述激光发射器阵列向指定方向发射激光，包括：
用电设备向激光发射控制器发送充电的请求信号；
激光发射控制器接收到用电设备发送的请求信号后，控制激光发射器阵列开始向指定方向发射激光。
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