[發明專利]適用于長航時無人機的激光充電方法

有效

• 申請號: 202011123409.4
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112290697B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 喻步賢;蔣永華;王程民
• 申請（專利權）人: 江蘇電子信息職業學院
• 主分類號: H02J50/30
• 分類號: H02J50/30;G05D1/10;G05D1/08;B64F1/00;B64C39/02;B60L53/30;B60L53/10
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發明公開了一種適用于長航時無人機的激光充電方法，根據無人機長航時的電能需求，設置固定激光充電基站和移動激光充電基站。當無人機需要充電時，根據其GPS提供的坐標位置，自動匹配適合的充電基站。當無人機飛臨基站時，無人機通過RFID與基站建立通訊鏈路，基站發射的激光束對準無人機機載太陽能電池板，無人機上電池板所固連的云臺來配合進行光束對準，激光束垂直的照射到電池板產生電能進而充電。本發明可以進行無線的遠距離的給無人機實時充電，通過對無人機工作區域網格化坐標設置，動態規劃無人機充電策略，進而提高無人機續航時間。

技術領域

本發明涉及太陽能電池技術，具體涉及一種適用于長航時無人機的激光充電方法。

背景技術

目前，長航時無人機續航的能源補充主要通過三種方式：系留電纜、氫能發電、太陽能發電。其中系留電纜顧名思義就是通過一根直通地面的電纜連接無人機上。系留電纜中含有電力導線，纜中電力導線從地面設施向無人機提供電能。這種方式的優缺點都很明顯：優點是簡單、高效；缺點是限制多，無人機飛行距離、高度都受限；還有雷擊的危險。氫能發電就是氫燃料電池。裝備燃料電池的無人機一般采用氫氣作為能源，將氫氣的化學能轉化為電能為無人機動力系統提供功率。航空用燃料電池具有轉換效率高、功重比高、能量密度大等特點。但是氫燃料電池也存在續航能力的問題，且存儲氫氣的氣瓶也增加了飛行的載荷。

太陽能發電用太陽輻射作為能量來源,通過太陽能電池將太陽能轉換為電能，配合儲能為無人機提供動力。傳統的太陽能光伏系統，采用大面積的電池陣可以更有效的吸收太陽能的輻照,但是會大大增加無人機的體積與載荷。這里利用激光方向性好，能量集中等特點，用激光照射太陽能電池板，大量光能可集中在一極小空間范圍被接收。因此激光充電的輸電方法具有傳輸距離遠、傳輸效率高、接收裝置小、適合小型電子設備使用等優點，對微型飛行器、微小衛星、航天器等進行遠程電力傳輸具有獨特的應用價值。

考慮到無人機需要在一個較大的范圍內的應用，特設置了固定式、移動式兩種激光充電基站。根據無人機工作情況以及現場地理條件，實時選擇不同的基站進行電能補充，從而做到無人機的長航時飛行。

中國專利201811229530.8公開了《一種長航時無人機及應用方法》，這種設計是前面提到的采用系留電纜的方式給無人機補能。雖然實現起來非常便捷但是由于電纜的長度只有十幾米，大大限制了無人機的使用。

中國專利201711326659.6公開了《一種長航時無人機及其工作方法》，該設計是無人機內設有發動機和控制模塊，以及與該控制模塊電性連接的風力傳感器、速度傳感器；所述控制模塊適于通過風力傳感器和速度傳感器判斷無人機處于順風飛行狀態或者逆風飛行狀態，即在順風時，所述控制模塊適于將發動機輸出的多余電能發送至蓄電池進行存儲，進而起到回收能量的作用，以延長無人機飛行航時的目的。這其實是對風能的一種利用。但是無人機在高空飛行時情況很復雜，利用風力的變化來調節無人機發動機的能量輸出只是理論可行。況且航時提高也是有限的，只是回收節約能源并不能額外補充能源。

中國專利201711419530.X公開了《一種中空長航時無人機任務規劃系統》，該設計是一種無人機任務的規劃。就是根據數據庫里工作任務區域的地理信息、任務類別以及無人機遙感數據等，自動規劃無人機航路、載荷等。這種系統實現起來難度很大，因為任務區域往往是動態變化的，其地理、氣象信息數據量極大，無人機各項性能參數在這個系統里是固化的，這樣一旦模型建立，受外界條件(大風、地面觀測動態需求)影響下的無人機性能無法完成任務要求時，則整個系統就無法有效運行。且系統也沒有補充能源的考慮，因此局限性很大。