Doosan Mobility Innovation (DMI) utiliza drones impulsados por innovadoras celdas de combustible de hidrógeno de alta densidad energética para brindar asistencia humanitaria a áreas remotas. En dos horas de tiempo de vuelo, el dron transportó máscaras y suministros de emergencia a través de las Islas Vírgenes de EE. UU. y entregó un DEA médico a la cima de la montaña más alta de Corea del Sur, el monte Halla (6388 pies) en la isla de Jeju. Esta tecnología allana el camino para el desarrollo de robots móviles con mayor alcance y capacidad de carga.
Drones DMI entregan suministros médicos de emergencia a las Islas Vírgenes. Los paquetes de energía de celdas de combustible de hidrógeno lo han hecho posible al permitir tiempos de vuelo de UAV de más de dos horas. 4 veces más que la mayoría de los drones que funcionan con baterías.
Un uso adicional para los drones de rango extendido DMI son las aplicaciones comerciales donde los tiempos de vuelo más largos permiten la vigilancia de grandes plantas de energía solar, como la planta de energía solar más grande de Corea del Sur en Solaseed, Hainan. Realizar la misma misión con un dron a batería requeriría más de seis cambios de batería.
La inspección de paneles solares es mucho más eficiente y rápida con drones DMI. Se utilizó un dron de pila de combustible de hidrógeno equipado con una cámara común y una cámara termográfica para adquirir imágenes de una planta de energía en un sitio de aproximadamente 20 MW en dos vuelos de red automatizados. Realizar la misma misión con un dron alimentado por batería requeriría seis o más cambios de batería.
Diseño de energía de alta densidad para optimizar el rendimiento del paquete de energía
El desarrollo de celdas de combustible de hidrógeno para dispositivos móviles requiere una innovación holística, desde la ciencia de los materiales hasta la optimización completa del diseño a nivel de sistema. La clave de la movilidad es la miniaturización, una mayor eficiencia y sistemas más ligeros. Además, debe incorporar una alta producción de energía y durabilidad para un vuelo largo y estable. Por lo tanto, la optimización completa del sistema requiere la reducción del peso de la pila, la configuración del tren motriz de alta densidad de potencia y la simplificación general del diseño del paquete motriz, incluidos los componentes periféricos.
Un elemento central de estos objetivos de diseño es la arquitectura y la implementación de la red de suministro de energía (PDN) del sistema. El paquete de energía DP30 tiene dos trenes de potencia principales que alimentan los rotores del dron y dos pilas de controladores. El paquete de energía DP30 tiene un rango de voltaje de salida ampliamente variable de 40-74 V, por lo que el tren motriz está diseñado para garantizar una salida ajustada de 48 V, 12 A a los motores del rotor del dron. V, salida de 8 A para apilar la placa del controlador y el ventilador.
Comparación de la densidad de energía: pilas de combustible de hidrógeno y energía de litio
Para lograr una alta eficiencia y una alta densidad de energía en las PDN, DMI eligió los reguladores reductores-elevadores Vicor PRM y los reguladores reductores ZVS. Como se muestra en la Figura 5, el PRM admite voltaje de circuito abierto (OCV) de hasta 74 V para pilas de celdas de combustible de hidrógeno y realiza una regulación de voltaje estable de hasta 48 V.
Estructura del paquete de energía de celda de combustible de hidrógeno
En el PDN del lado del rotor del dron, dos reguladores reductores-elevadores PRM (PRM48AF480T400A00) están configurados en paralelo para suministrar al rotor los 12 A necesarios. El PDN de la placa del controlador digital en la pila utiliza un PRM de baja potencia (PRM48AH480T200A00) seguido de un regulador reductor ZVS de 48-12 V (PI3546-00-LGIZ).
Figura 5: Se utilizaron reguladores reductores-elevadores y reductores ZVS de Vicor PRM para lograr una alta eficiencia y densidad de energía. El PRM admite voltajes de circuito abierto de hasta 74 V para pilas de celdas de combustible de hidrógeno y realiza una regulación de voltaje estable de hasta 48 V.
Diversificación de líneas de productos por capacidad de suministro de energía
Además del paquete de energía DP30 de 2,6 kW que se encuentra actualmente en producción, DMI planea diversificar su línea de productos por capacidad de energía. La compañía planea desarrollar productos con diferentes capacidades, desde paquetes de energía de celda de combustible de hidrógeno de 1,5kW que se lanzarán el próximo año hasta paquetes de energía de 10kW, y lanzar drones compatibles adecuados para cada paquete de energía.
El enfoque modular de Vicor para las fuentes de alimentación permite la escalabilidad para admitir una línea de productos tan diversa. Esto también permite que DMI se concentre en resolver otros problemas de ingeniería que surjan de una mayor capacidad de energía, como cambios en la estructura de la pila, tren motriz y componentes periféricos, y métodos de disipación de calor. Con Vicor, DMI puede perseguir mejor sus objetivos principales de mejorar la durabilidad y la estabilidad y lograr un tamaño más pequeño y un peso más ligero para las celdas de combustible de alta densidad energética.