Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Drony zasilane ogniwami wodorowymi

ghost666 26 Feb 2021 18:32 2070 0
  • Drony zasilane ogniwami wodorowymi
    Nowa technologia zasilania wodorowego może stanowić komercyjny przełom w dziedzinie dronów, torując drogę do rozwoju robotów mobilnych o zwiększonym zasięgu i ładowności. Firma Doosan Mobility Innovation (DMI) ogłosiła, że ​​z powodzeniem wykorzystuje drony napędzane wodorem do dostarczania pomocy humanitarnej w odległych lokalizacjach. Dysponując dwiema godzinami lotu (dłuższymi niż większość dronów zasilanych bateriami), drony wodorowe transportowały maski i zaopatrzenie awaryjne między Wyspami Dziewiczymi Stanów Zjednoczonych oraz dostarczały środki medyczne na szczyt góry Hallasan, najwyższej góry Korei Południowej, położonej na wyspie Jeju.

    DMI zgromadziło wieloletnią wiedzę na temat materiałów i systemów związanych z ogniwami paliwowymi z kwasem fosforowym (PAFC) i ogniwami paliwowymi z membraną do wymiany protonów (PEMFC), znanymi również jako ogniwa paliwowe z polimerową membraną elektrolityczną (PEM). PEMFC wytwarzają energię elektryczną i działają na zasadzie przeciwnej do elektrolizy, która zużywa energię elektryczną i generuje wodór. Dzięki temu doświadczeniu Doosan opracowuje mobilny zasilacz PEMFC dla dronów.

    W wywiadzie dla EE Times, Jiwon-Yeo, przedstawiciel handlowy Doosan Mobility Innovation, podkreślił, w jaki sposób wykorzystanie dronów napędzanych wodorem na duże odległości umożliwia również komercyjne monitorowanie dużych obszarów, takich jak największa koreańska elektrownia słoneczna w Solasido w Haenam. "Podczas wykonywania tej samej misji przy użyciu drona zasilanego bateryjnie, potrzebnych było ponad sześć wymian baterii. Ze względu na wysoką gęstość energii wodorowego ogniwa paliwowego, która jest 3-4 razy większa niż w przypadku tradycyjnych akumulatorów, wodorowe ogniwo paliwowe jest bardziej wydajnym i efektywnym źródłem energii" powiedział Jiwon-Yeo.

    Rozwój rozwiązań w zakresie zasilania wodorowego obejmuje szereg technologii, od inżynierii materiałowej po optymalizację układu napędowego drona. Będąc w stanie latać do dwóch godzin na jednym ładowaniu, te drony dalekiego zasięgu 7mogą objąć dozorem nawet duże lokalizacje podczas jednego lotu, zamiast zużywać wiele baterii i korzystać z wielu punktów startowych. Drony zapewniają również korzyści w zakresie bezpieczeństwa personelu, ponieważ skanowanie z powietrza eliminuje potrzebę wspinania się po konstrukcjach na miejscu.

    Nauka o technologii wodorowych ogniw paliwowych

    Wodór to najlżejszy pierwiastek na Ziemi. W połączeniu z powietrzem (a dokładniej z tlenem) w atmosferze tworzy się woda, dzięki czemu wodór jest gazem wolnym od emisji zanieczyszczeń. Wysiłki mające na celu redukcję pyłu zawieszonego, zagrożeń związanych z energią jądrową i emisji gazów cieplarnianych na całym świecie również zwiększają zapotrzebowanie na energię odnawialną. Tak więc wodór staje się najbardziej obiecującą alternatywną energią w tego rodzaju aplikacjach.

    Ogniwo paliwowe to urządzenie, które przekształca energię chemiczną paliwa w energię elektryczną i ciepło bez użycia cykli termicznych. Wodorowe ogniwa paliwowe wytwarzają energię elektryczną i gorącą wodę z wodoru i tlenu. Proces ten jest dokładnie odwrotny do elektrolizy: podczas rozszczepiania wody (H2O) na H2 i O konieczne jest dostarczenie prądu, odwrotny proces wytwarza więc prąd i wodę. W ogniwie paliwowym zachodzi elektroliza odwrotna: wodór pochodzi ze zbiornika, a tlen z powietrza z otaczającego ogniwo środowiska.

    Dron jest zasilany energią elektryczną wytwarzaną w stosie ogniwa paliwowego przy użyciu wodoru i tlenu, jak pokazano na rysunku poniżej. Jak zauważył Jiwon-Yeo, stos składa się z kilku ogniw składających się z polimerowej membrany elektrolitycznej (PEM) i dwóch elektrod, które generuje jony i elektrony w reakcji wodoru i tlenu. Wodór jest najpierw sprężany pod wysokim ciśnieniem, zanim zostanie użyty w ogniwie, co zapewnia długi okres zasilania. "DMI dostarcza kompletny system wodorowy, w którym napełnione butle z wodorem są wysyłane do klientów. Użytkownicy muszą tylko wymieniać butle z wodorem, co zajmuje około minuty" mówi Jiwon-Yeo."Nasze zbiorniki przeszły nie tylko testy wymagane do uzyskania certyfikatu dla zbiornika z wodorem, ale także szereg testów bezpieczeństwa, które są najbardziej wymagane do lotów dronami z ich wykorzystaniem".

    Ogniwa z membraną polimerową zapewniają wysoką przewodność i działają w temperaturach od 70°C do 100°C. Stosowane są głównie w systemach trakcyjnych i małych systemach kogeneracyjnych o mocy od 1 kW do 250 kW. Ogniwa te oferują wysoką sprawność elektryczną, wynoszącą od 40% do 60%, w zależności od temperatur pracy systemu. Modułowość systemu pozwala na łatwe zwiększenie mocy zainstalowanej w systemie. Ogniwa można łączyć szeregowo, tworząc „stosy”, które można następnie łączyć w moduły w celu uzyskania wymaganych wymagań dla źródła zasilania.

    "Jednym z największych wyzwań jest brak infrastruktury wodorowej. Uważamy, że wzrost zastosowania systemów wodorowych ogniw paliwowych, do systemów takich jak drony, stymulowałby rynek. Dzięki partnerstwom lokalnym ukończyliśmy łańcuch dostaw wodoru w Korei, Chinach i USA. Współpracujemy z lokalnymi firmami gazowniczymi, aby ładować nasze butle z wodorem, które posiadają certyfikaty DOT, TPED i KGS" powiedział Jiwon-Yeo

    Drony zasilane ogniwami wodorowymi


    Drony zasilane ogniwami wodorowymi
    Porównanie gęstości energii - ogniwa wodorowe vs. akumulatory litowo-jonowe.
    Wodór wydłuża czas lotu dronów

    System 48 V obsługuje zarządzanie energią drona zasilanego ogniwami wodorowymi, podobnie jak w przypadku dronów na uwięzi, wykorzystując tzw. system dystrybucji energii (PDN). W projekcie drona, PDN jest jednym z najbardziej krytycznych elementów ze względu na kilka czynników, które mają duży wpływ na wybory projektowe. Czynniki te są uwarunkowane rynkowo i technologicznie.

    Optymalizacja zasilania w projekcie płytki drukowanej jest problemem ogólnosystemowym. Sieć PDN została zaprojektowana w celu zapewnienia określonych poziomów napięcia i prądu dla różnych obciążeń w systemie z masowym źródłem zasilania. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na moc systemu tradycyjne sieci PDN znajdują się pod ogromną presją, aby zapewnić wystarczającą energię. PDN oparte na nowym standardzie, takim jak 48 V, pojawiają się w kilku zastosowaniach.

    System zasilania DP30 o mocy 2,6 kW, używany przez DMI ma dwie główne grupy, które dostarczają zasilanie do wirników dronów i kontrolerów dla dwóch stosów. Ze względu na szeroki zakres i zmienne napięcie wyjściowe zasilacza DP30 - od 40 V do 74 V - zasilacze wyjściowe pracują przy napięciu 48 V, 12 A dla silników oraz 12 V, 8 A dla obwodów sterujących i wentylatorów systemu. Konstrukcja jest wspierana przez stabilizatory impulsowe buck-boost PRM firmy Vicor i stabilizator typu buck ZVS.

    "Szeroki zakres napięcia wyjściowego z ogniwa paliwowego i połączenie hybrydowe z konwencjonalnym akumulatorem Li-Po to kluczowa konfiguracja naszego systemu do zarządzania energią. W ten sposób umożliwia automatyczne ładowanie akumulatorów litowych przez ogniwo paliwowe w razie potrzeby lub rozładowywanie, gdy ogniwa paliwowe potrzebują dodatkowej mocy, gdy dron działa. Zarządzanie ciepłem jest ważne dla wodorowych ogniw paliwowych, ale mamy wewnętrzny wentylator chłodzący, który reaguje na nadmiarowe ciepło" wyjaśnia Jiwon-Yeo

    DMI planuje dywersyfikację swoich linii produktów w zależności od mocy. Jiwon-Yeo zwrócił uwagę, że wkrótce firma będzie opracowywać produkty o różnych pojemnościach, od zasilacza wodorowego o mocy 1,5 kW, który powinien zostać zaprezentowany w przyszłym roku, po zasilacz o mocy 10 kW. Firma planuje, że będzie wprowadzać na rynek drony dopasowane do każdego poziomu mocy.

    Wydłużony czas lotu w połączeniu z szybkim tankowaniem otwiera szeroką gamę nowych możliwości biznesowych dla firm używających dronów do inspekcji platform morskich, operacji poszukiwawczo-ratowniczych, wysokiej jakości fotografii lotniczych, rolnictwa precyzyjnego, dostaw i nie tylko.

    Firmy Google, Amazon i Alibaba eksperymentują z planami uruchomienia usługi dostawy za pomocą dronów. Jeśli drony napędzane ogniwami paliwowymi odniosą sukces, optymiści twierdzą, że mogą stworzyć niskoemisyjny system dostawczy, działający na całym świecie, ograniczyć zanieczyszczenie powietrza i emisje oraz zastąpić transport drogowy. Działanie tych pojazdów powietrznych będzie musiało podlegać przepisom ruchu lotniczego, które należy zweryfikować i dostosować do nowych scenariuszy mobilności. Bezpieczeństwo musi być zagwarantowane, zanim niezliczona liczba pojazdów będzie mogła pojawić się na naszym niebie

    Źródło: https://www.eetimes.com/hydrogen-fuel-cell-powered-drones/

    Cool! Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 10322 posts with rating 8606, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • TermopastyTermopasty