基于时分复用及脉冲宽度调制的移动光学充电系统及应用技术方案

本发明专利技术涉及一种基于时分复用及脉冲宽度调制的移动光学充电系统及应用，该系统包括发送端(1)以及与之匹配的多个接收端(2)，所述的发送端(1)和接收端(2)对应设有光发送器(11)和光接收器(21)，所述的光发送器(11)和光接收器(21)形成谐振光路，所述的发送端(1)还设有用于控制光发送器(11)根据接收端(2)的充电需求信息向多个光接收器(21)发送时分复用的不同脉冲宽度的光能脉冲的控制器(12)，所述的接收端(2)设有用于将光能脉冲转化为电能的电能转换器(22)。与现有技术相比，本发明专利技术可以实现多个接收端同时进行充电，且充电可靠稳定，充电系统使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
基于时分复用及脉冲宽度调制的移动光学充电系统及应用
本专利技术涉及一种移动光学充电系统，尤其是涉及一种基于时分复用及脉冲宽度调制的移动光学充电系统及应用。
技术介绍
根据思科VisualNetworkingIndex(VNI)报告，无线业务流量今后将以每年接近100％的幅度增长，在未来十年，无线数据流量将增长1000倍。随之而来，无线通信和移动计算设备信息处理能力也将不断增强，从而对移动设备的能量供给提出了越来越高的要求。以目前的智能手机为例，70％以上的体积和重量都被电池所占据，而且这个比例还在不断升高。其次，供电也是物联网和穿戴式设备的关键技术，特别是远距离、移动地、持久地供电仍是极具挑战性的问题。另外，虚拟/增强现实(Virtual/AugmentedReality，或VR/AR)正日渐走进人们的工作和生活，为头戴式显示设备供电也是VR/AR的瓶颈之一。因此，对移动通信模块的供电能力与用户需求之间的矛盾已日益突出。解决上述矛盾的方法：一是提升电池性能；二是利用无线充电技术。由于电池在容量、重量、安全等方面的局限性，电池资源可以挖掘的潜力已经有限。因为，增加电池容量或提升电池储能密度，除了重量、成本、环保等考虑，更重要的是对安全的顾虑。例如，三星Note7手机电池爆炸事件，凸显出提升电池容量和确保安全之间的矛盾。另一方面，无线充电可以为移动设备提供便捷、持久、安全的电能，从而免去了用户随时携带充电线及寻找充电插孔的麻烦，满足了用户随时随地充电的需求。为减少移动通信模块对电池的依赖，支持更高性能移动通信模块的设计开辟了新的空间。因此，无线充电是解决上述供需矛盾的重要方法。近年来，无线充电技术取得了长足进步，涌现出许多成熟的理论和方法，例如电磁感应、磁共振、无线电波、激光等。但是，智能手机、平板电脑等移动设备通常需要1-100瓦的供电功率。要实现对这类设备的移动无线充电，上述技术存在以下困难：(1)电磁感应的充电功率可达到千瓦量级，但是受磁场耦合限制，充电距离只能达到厘米级，很难满足便捷性、移动性的需求。(2)磁共振可以实现高效率能量传输，但由于线圈尺寸较大，难以集成到移动设备中。(3)无线电波和激光能够实现数公里的远距离能量传输。但是，发送端和接收端难以对准；更重要的是受到安全规范限制，目前商用系统只能提供微瓦到毫瓦级功率。因此，如何突破传统技术的局限，以满足移动通信模块移动充电的需求成为迫在眉睫的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于时分复用及脉冲宽度调制的移动光学充电系统及应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于时分复用及脉冲宽度调制的移动光学充电系统，该系统包括发送端以及与之匹配的多个接收端，所述的发送端和接收端对应设有光发送器和光接收器，所述的光发送器和光接收器形成谐振光路，所述的发送端还设有用于控制光发送器根据接收端的充电需求信息向多个光接收器发送时分复用的不同脉冲宽度的光能脉冲的控制器，所述的接收端设有用于将光能脉冲转化为电能的电能转换器。所述的接收端设有用于发送充电需求信息的第一通信模块，对应地，所述的发送端设有用于接收接充电需求信息的第二通信模块，所述的第一通信模块连接第二通信模块，所述的第二通信模块连接所述的控制器。所述的电能转换器包括：光电转换器：将光能脉冲转换为电能脉冲；功率缓冲器：将电能脉冲转化为直流电能供充电。所述的光发送器和光接收器分别包括相对设置的发送端反向反射镜和接收端反向反射镜，所述的光发送器还包括增益介质和光路选择器，所述的增益介质位于发送端反向反射镜和接收端反向反射镜之间，所述的光路选择器位于发送端反向反射镜和增益介质之间或光发送器光路出口处。一种基于时分复用及脉冲宽度调制的移动光学充电系统的应用，应用该移动光学充电系统充电的方法为：(1)发送端接收多个接收端的充电需求，采用脉冲宽度调整方法确定不同接收端所需光能脉冲的脉冲宽度；(2)发送端采用时分复用方法将不同接收端所需的光能脉冲按时间顺序依次排列并发送给对应的接收端，并进行周期性重复发送。所述的步骤(2)具体为：(2a)将一个充电周期T划分为多个时间片，每个时间片的时间长度相等；(2b)根据不同接收端所需的光能脉冲的脉冲宽度确定对应接收端所需的时间片的个数，每个时间片的光能脉冲作为一个能量片；(2c)对每个接收端分配对应个数的能量片，并将不同接收端所需的能量片依次排布；(2d)按照排布顺序向不同的接收端发送对应的能量片直至下一个充电周期，并重复上述(2a)～(2d)。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术区别于传统的移动光学充电装置，采用空间上分离的发射端和接收端联合构成分布式激光系统(DLC,DistributedLaserCharging)，进而可以实现多个接收端同时进行充电；(2)本专利技术移动光学充电系统发送端和接收端对应设有通信模块，通信模块可以交换两端的数据，以决定对接收端充电的策略，使得接收端对锂电池充电的性能大幅提高；(3)本专利技术移动光学充电系统采用时分复用和脉冲宽度调制的方法，所谓脉宽调制即根据接收端的充电需求确定所需光能脉冲的脉冲宽度，所谓时分复用即将不同接收端所需的光能脉冲按时间顺序依次排列并发送给对应的接收端，从而实现对多个接收端进行持续的直流充电，且每一个接收端输出的直流充电功率可调(通过光能脉冲的脉冲宽度调节)，充电可靠方便；(4)本专利技术将时分复用和脉冲宽度调制向结合具有如下优势：第一，通过时分复用技术，可以极大地节省时间资源；第二，通过脉冲宽度调制，可以通过改变脉冲宽度来改变输出的直流电功率，可以根据每一个接收端需求来提供相应的功率能量；第三，可以保持发送端的脉冲功率不变，简化发送端的设计，有利于减少光发送器中的增益介质损耗，提高发送端的寿命；第四，将脉冲能量变成直流电能有利于电池的持续充电，提高电池寿命。附图说明图1为基于时分复用及脉冲宽度调制的移动光学充电系统的结构框图；图2为分布式激光系统的结构示意图；图3为光发送器的一种结构简图；图4为光发送器的另一种结构简图；图5为功率缓冲器功能示意图；图6为功率缓冲器的一种电路实例图；图7为时分复用的脉冲宽度调制技术示意图；图8为数字化时分复用的脉冲宽度调制技术示意图；图9为锂电池充电的特性曲线；图10为PV面板输出功率和电压之间的关系图。图中，1为发送端，2为接收端，11为光发送器，12为控制器，13为第二通信模块，14为增益介质，15为光路选择器，21为光接收器，22为电能转换器，23为第一通信模块，24为光电转换器，25为功率缓冲器，R1为发送端反向反射镜，R2为接收端反向反射镜。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1如图1所示，一种基于时分复用及脉冲宽度调制的移动光学充电系统(MOC，MobileOpticalCharging)，该系统包括发送端1以及与之匹配的多个接收端2，发送端1和接收端2对应设有光发送器11和光接收器21，光发送器11和光接收器21形成谐振光路，发送端1还设有用于控制光发送器11根据接收端2的充电需求信息向多个光接收器21发送时分复用的不同脉冲宽度的光能脉冲的控制器12，接收端2设有用于将光能脉冲转化为电能的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时分复用及脉冲宽度调制的移动光学充电系统，其特征在于，该系统包括发送端(1)以及与之匹配的多个接收端(2)，所述的发送端(1)和接收端(2)对应设有光发送器(11)和光接收器(21)，所述的光发送器(11)和光接收器(21)形成谐振光路，所述的发送端(1)还设有用于控制光发送器(11)根据接收端(2)的充电需求信息向多个光接收器(21)发送时分复用的不同脉冲宽度的光能脉冲的控制器(12)，所述的接收端(2)设有用于将光能脉冲转化为电能的电能转换器(22)。

【技术特征摘要】
1.一种基于时分复用及脉冲宽度调制的移动光学充电系统，其特征在于，该系统包括发送端(1)以及与之匹配的多个接收端(2)，所述的发送端(1)和接收端(2)对应设有光发送器(11)和光接收器(21)，所述的光发送器(11)和光接收器(21)形成谐振光路，所述的发送端(1)还设有用于控制光发送器(11)根据接收端(2)的充电需求信息向多个光接收器(21)发送时分复用的不同脉冲宽度的光能脉冲的控制器(12)，所述的接收端(2)设有用于将光能脉冲转化为电能的电能转换器(22)。2.根据权利要求1所述的一种基于时分复用及脉冲宽度调制的移动光学充电系统，其特征在于，所述的接收端(2)设有用于发送充电需求信息的第一通信模块(23)，对应地，所述的发送端(1)设有用于接收接充电需求信息的第二通信模块(13)，所述的第一通信模块(23)连接第二通信模块(13)，所述的第二通信模块(13)连接所述的控制器(12)。3.根据权利要求1所述的一种基于时分复用及脉冲宽度调制的移动光学充电系统，其特征在于，所述的电能转换器(22)包括：光电转换器(24)：将光能脉冲转换为电能脉冲；功率缓冲器(25)：将电能脉冲转化为直流电能供充电。4.根据权利要求1所述的一种基于时分复用及脉冲宽度调制的移动光学充电系统，其特征在于，所述的光发送器(11)和光接收器(21)...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊明亮，刘庆文，邓浩，张清清，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31