Premiers drones à pile à hydrogène commercialisés au monde pour remplir des missions humanitaires

Doosan Mobility Innovation (DMI) fournit une aide humanitaire dans des régions reculées, grâce à des drones alimentés par des piles à hydrogène innovantes à haute densité énergétique.

Drones DMI utilisés pour livrer des fournitures médicales d'urgence aux îles Vierges. Un bloc d'alimentation à pile à hydrogène a permis d'atteindre cet objectif en autorisant plus de deux heures de vol du drone, soit quatre fois plus que la plupart des drones à batterie.

Avec deux heures de vol, les drones ont transporté des masques et des fournitures d'urgence entre les îles Vierges américaines et ont livré des défibrillateurs portables au sommet du mont Hallasan (1947 m), la plus haute montagne de Corée du Sud, située sur l'île de Jeju. Cette technologie ouvre la voie au développement de robots mobiles offrant une portée et une charge utile accrues.

Les drones à longue portée DMI servent aussi à certaines applications commerciales où leur temps de vol plus longs permet par exemple de surveiller de grandes fermes solaires, comme la plus grande centrale solaire de Corée, située à Solasido, dans le district de Haenam.



L'inspection des panneaux solaires est réalisée rapidement et de manière très efficace par les drones DMI. En utilisant un drone à pile à hydrogène équipé d'une caméra classique et d'une caméra thermique, l'image de la centrale électrique correspondant à un site d'environ 20 MW a pu être obtenue en seulement deux vols de quadrillage automatisés. Pour effectuer la même mission avec un drone à batterie, plus de six changements de batterie étaient nécessaires.

Conception à haute densité d’énergie pour optimiser les performances du bloc d'alimentation

Le développement d'une pile à hydrogène pour appareils mobiles nécessite un niveau d’innovation technologique global qui va de la science des matériaux à l'optimisation de la conception au niveau de tout le système. La clé de la mobilité est la miniaturisation, qui permet d'améliorer le rendement tout en réduisant le poids de l’ensemble. Par ailleurs, un rendement énergétique élevé et une bonne autonomie sont nécessaires pour assurer un vol prolongé et stable.



Densité d'énergie comparée : pile à hydrogène contre pile au lithium

Il est donc nécessaire de réduire le poids total, de concevoir un groupe motopropulseur associé à une densité d'énergie élevée et de simplifier la conception du bloc d'alimentation dans son ensemble, notamment de ses composants périphériques, de manière à optimiser le système.

Au cœur des objectifs de conception à atteindre se trouvent l'architecture et la mise en œuvre du réseau de distribution d'énergie (PDN pour Power Distribution Network) du système. Le bloc d'alimentation DP30 dispose de deux modules de puissance, qui fournissent l'énergie aux rotors du drone et au contrôleur des deux empilages de pile à combustible. Du fait de la large plage de tension et du caractère variable (40 V à 74 V) de la tension de sortie du bloc d'alimentation DP30, les modules de puissance ont été conçus pour fournir une sortie 48 V, 12 A strictement régulée aux moteurs des rotors du drone, ainsi qu'une sortie 12 V, 8 A pour la carte de contrôle des empilages et les ventilateurs.



Architecture du bloc d'alimentation à pile à combustible

Pour obtenir un rendement et une densité d'énergie élevés au niveau du réseau de distribution d'énergie, DMI a opté pour des régulateurs abaisseur-élévateur «Buck-Boost» Vicor PRM et un régulateur abaisseur «Buck » Vicor ZVS (Zero Voltage Switching, ou commutation au zéro de tension). Les modules PRM supportent la tension en circuit ouvert, qui peut atteindre 74 V, de la pile à hydrogène, et assurent une régulation stabilisée à 48 V, comme illustré en Figure 5.



Pour obtenir un rendement et une densité d'énergie élevés, des régulateurs abaisseur-élévateur «buck-boost» Vicor PRM et un régulateur abaisseur « buck» Vicor ZVS sont utilisés Les modules PRM supportent la tension en circuit ouvert, qui peut atteindre 74 V, de la pile à hydrogène, et assurent une régulation stabilisée à 48 V

Dans le réseau de distribution d'énergie côté rotors du drone, deux régulateurs abaisseurs-élévateurs (Buck-Boost) PRM (PRM48AF480T400A00) sont configurés en parallèle pour fournir les 12 A nécessaires aux rotors. Le réseau de distribution d'énergie du contrôleur numérique de l'empilage fait appel à un module PRM de faible puissance (PRM48AH480T200A00), suivi d'un régulateur ZVS convertissant le 48 V en 12 V (PI3546-00-LGIZ).

Diversification des lignes de produits en fonction de la puissance

Outre le bloc d'alimentation DP30 de 2,6 kW en cours de production, DMI prévoit de diversifier sa gamme de produits en fonction de la puissance. La société devrait développer des produits de différentes capacités, allant du bloc d'alimentation à pile à combustible à hydrogène de 1,5 kW qui devrait être commercialisé l'année prochaine, jusqu'à un bloc de 10 kW, et lancer des drones correspondants adaptés à chaque bloc d'alimentation.

L'approche modulaire de Vicor en matière d'alimentation permet l’évolutivité nécessaire à la prise en charge de gammes de produits aussi larges. Cela permet également à DMI de se concentrer sur d'autres problèmes techniques, tels que les modifications de la structure de l'empilage de la pile, les composants du groupe moteur et les périphériques, ou la dissipation thermique, qui découlent tous de l'augmentation de puissance. Grâce à Vicor, DMI est mieux à même de poursuivre ses principaux objectifs : renforcer la durabilité et la stabilité, tout en poursuivant la miniaturisation et l'allégement de ses piles à combustible à haute densité d'énergie.

www.vicorpower.com

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