Что касается портативной электроники, то одной из самых серьезных задач при проектировании для инженеров является увеличение срока службы батареи. Как правило, существует два подхода: либо изготавливать маломощную электронику, либо создавать батареи, которые могут долго работать без подзарядки.
Дроны не являются исключением из этой проблемы. В среднем полет дрона сегодня длится около часа, прежде чем потребуется подзарядка. Это может серьезно снизить полезность дрона, особенно когда он используется для оказания помощи при бедствиях. Инженеры в Корее годами работали над решением этой проблемы, и только на этой неделе они объявили о некоторых значительных достижениях.
Результаты перевода Корейская группа Doosan Mobility Innovations (DMI) объявила, что им удалось увеличить время полета дронов до более чем двух часов. Группа достигла этого благодаря множеству инноваций в дизайне, а именно внедрению водородных топливных элементов. По сравнению с литий-ионными или литий-полимерными батареями водородные топливные элементы обладают множеством преимуществ, в первую очередь их высоким соотношением энергии к весу. По мнению исследователей из Американского университета Шарджи, проблема с внедрением водородных топливных элементов в дроны до сих пор заключалась в их высокой стоимости и весе. Исследователи из Университета науки и технологий Пхохана уже много лет работают над миниатюрными топливными элементами для дронов в надежде на более длительные и доступные полеты.
Инженеры DMI решили эту проблему с помощью того, что они называют DP30, миниатюрного блока питания на топливных элементах мощностью 2,6 кВт. Они достигли миниатюризации и снижения веса за счет использования очень тонких металлов с запатентованной технологией для биполярных пластин в топливном элементе. Обычно биполярные пластины изолируют элементы, равномерно распределяя топливо и воздух и проводя ток от элемента к элементу. Это составляет большую часть веса клетки. Пакет также представляет мембранный электродный узел (MEA) DMI, который обеспечивает высокую выходную мощность и долговечность блока.
Оптимизация электроники, дополняющей силовой агрегат, не менее важна, чем миниатюризация топливного элемента. В этом отношении компания DMI сосредоточила внимание на архитектуре своей сети энергоснабжения. DP30 включает в себя две основные трансмиссии, которые передают мощность на роторы дрона и контроллеры стека. Эти силовые агрегаты были разработаны для обеспечения ровно 48 В, 12 А на выходе для двигателей ротора, а также для подачи 12 В, 8 А на плату контроллера и периферийные устройства, такие как вентилятор.
Напряжение в сети питания ротора регулируется двумя повышательно-понижающими регуляторами, установленными параллельно для подачи 12 А на двигатели. На плате цифрового контроллера используется понижающий-повышающий стабилизатор малой мощности и понижающий импульсный стабилизатор с переключением при нулевом напряжении (ZVS) 48–12 В. Использование высокоэффективных понижающих / повышающих регуляторов было еще одной важной конструктивной особенностью, которая позволила успешно миниатюризировать топливный элемент.
Дополнительный час полета может иметь большое значение, когда дело доходит до использования дронов для гуманитарных миссий. На данный момент дроны DMI доставили маски и предметы первой необходимости на Виргинские острова США. При выполнении тех же миссий с обычными дронами с батарейным питанием требовалось до 6 замен батарей. Эта разработка выходит далеко за рамки дронов. Исследования Университета Калькутты показывают, что водородные топливные элементы могут быть полезны для всей портативной электроники, такой как смартфоны, радио и портативные охлаждающие устройства.
© digitrode.ru