[发明专利]无线供能系统及其闭环控制方法、最大功率跟踪方法

说明书

本发明提供一种无线供能系统及其闭环控制方法、最大功率跟踪方法，属于无线输能技术领域。上述无线供能系统包括：光伏阵列、DC‑DC变换器和储能电池；上述闭环控制方法包括：通过实时监控光伏阵列的输出电压，根据DC‑DC变换器的实时输出电压、实时输出电流和储能电池的实时荷电状态所满足的状态条件，确定无线供能系统的工作模式，这些工作模式包括最大功率跟踪模式、恒流输出模式和恒压输出模式。本发明支持自适应地切换系统工作模式，使得无线供能系统在满足最大输出功率的同时避免储能电池出现过载现象，保证了整个系统的安全稳定运行，提高了光伏阵列的能量利用效率，同时提高了储能电池的使用寿命。

技术领域

本发明涉及无线输能技术领域，尤其涉及一种无线供能系统及其闭环控制方法、最大功率跟踪方法。

背景技术

激光无线供能技术是用激光作为能量的载体实现无线能量传输，将电源系统的电能转化为激光能量，再将激光能量准确传输到光伏阵列上，光伏阵列将激光能量转化为电能存储，并为发动机提供能量或完成其他任务。由于激光方向性强、能量集中，可以携带大量的能量，作为一种远距离传输手段比太阳能电池的光电转换效率高且输出功率大，能够为供能对象提供24小时不间断的电力，广泛应用于无法通过传输电缆从地面直接进行电力供应的浮空器的能源供应上。

目前的激光无线供能系统在实际应用中，受到激光发射原理的制约，激光强度在横截面分布不均匀，导致以串并联方式组成的光伏阵列中各个单体光伏电池接收到的激光光照强度不同，进而导致各单体电池间产生的电流不匹配，最终使得光伏阵列输出的P-U（输出功率-输出电压）特性曲线呈现多峰，且随光照强度、光伏电池自身温度实时动态变化，针对这一特性，目前普遍采用DC-DC变换器和最大功率跟踪控制算法来实现激光无线供能系统中的光伏阵列的最大功率输出。

但现有的最大功率跟踪控制算法容易陷入局部最优，进而导致最大功率跟踪困难，难以实现光伏阵列的最大输出能力。此外，受光照强度、光伏电池温度变化以及负载变化的影响，激光无线供能系统的输出难以维持稳定，传统的线性闭环控制方法难以保证大信号扰动下系统的鲁棒性和动态性能。可见，现有的激光无线供能系统还难以保证稳定且最优的功率输出能力。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种无线供能系统及其闭环控制方法、最大功率跟踪方法。

本发明提供一种无线供能系统，包括：光伏阵列、DC-DC变换器、储能电池；所述光伏阵列通过所述DC-DC变换器与所述储能电池连接；所述DC-DC变换器中包含主控芯片；其中，

所述主控芯片，用于监测所述DC-DC变换器的实时输出电压、实时输出电流和所述储能电池的实时荷电状态；

所述主控芯片，还用于根据所述DC-DC变换器的实时输出电压、实时输出电流和所述储能电池的实时荷电状态所满足的状态条件，确定所述无线供能系统的工作模式。

根据本发明提供的一种无线供能系统，所述主控芯片中包括最大功率跟踪模式控制回路；所述工作模式包括最大功率跟踪模式；

所述最大功率跟踪模式控制回路，进一步用于当所述储能电池的实时荷电状态未处于满电状态，且所述DC-DC变换器的实时输出电流不高于所述储能电池的安全充电电流时，则确定所述无线供能系统的工作模式为所述最大功率跟踪模式；

所述最大功率跟踪模式包括：调节所述DC-DC变换器的占空比，以使所述光伏阵列的输出功率变化，直至所述光伏阵列的输出功率达到当前状态下的最大功率。

根据本发明提供的一种无线供能系统，所述主控芯片中包括恒压输出模式控制回路；所述工作模式包括恒压输出模式；

所述恒压输出模式控制回路，用于当所述储能电池的实时荷电状态处于满电状态时，则将所述工作模式切换为所述恒压输出模式；