Des drones à pile à hydrogène pour des missions humanitaires
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. 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. 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.
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.
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.
A propos de Doosan Mobility Innovation
Doosan Mobility Innovation (DMI) est une filiale du groupe Doosan, l’un des leaders mondiaux des piles à hydrogène. L’entreprise a été créée en 2016 pour développer des piles à hydrogène pour appareils mobiles. Le groupe Doosan a construit tout une organisation pour la conception, l’approvisionnement et la production, allant des matériaux aux systèmes pour les marchés des piles à combustible à l’acide phosphorique (PAFC) depuis une cinquantaine d’années, et aussi des piles à combustible à membrane à électrolyte polymère solide (PEMFC) depuis une trentaine d’années, pour fournir des piles à combustible destinées aux automobiles, aux ménages, à la production d’électricité et aux bâtiments. Dans le même temps, DMI s’est concentrée sur le développement de piles à hydrogène pour appareils mobiles en s’appuyant sur la technologie éprouvée des piles à hydrogène Doosan et sur son expérience dans le secteur des applications stationnaires. En outre, l’entreprise contribue au développement du secteur des aéronefs sans pilote (UAV), notamment des drones et des drone-taxis.
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