Altre applicazioni di questi droni DMI con maggiore autonomia sono di tipo commerciale, dove l'aumento del tempo di volo ha permesso il monitoraggio di enormi impianti solari, come il più grande impianto solare della Corea, situato a Solasido (Haenam). Per svolgere la stessa missione con un drone alimentato a batteria, era necessario sostituire la batteria più di sei volte.
Figura 1: I droni DMI hanno consegnato forniture mediche di emergenza alle Isole Vergini. Un pacco di celle a combustibile a idrogeno ha reso possibile questa operazione, garantendo un'autonomia di volo di oltre due ore, quattro volte superiore a quella della maggior parte dei droni alimentati a batteria.
Progettazione ad alta densità per ottimizzare le prestazioni del sistema di alimentazione:
lo sviluppo di una cella a combustibile a idrogeno per dispositivi mobili richiede un'ampia innovazione tecnologica, dalla scienza dei materiali all'ottimizzazione della progettazione complessiva del sistema. Miniaturizzazione, maggiore efficienza e riduzione del peso del sistema sono fondamentali per la mobilità. Per un volo lungo e stabile, sono inoltre essenziali una maggiore produzione di energia e una maggiore durata. Pertanto, ridurre il peso della cella a combustibile, configurare un sistema di propulsione con una maggiore densità di potenza e semplificare la progettazione del sistema di alimentazione, inclusi i componenti periferici, sono elementi necessari per ottimizzare l'intero sistema.
Figura 2: Le ispezioni dei pannelli solari vengono effettuate con un'efficienza e una velocità notevolmente superiori grazie ai droni DMI. Un drone dotato di cella a combustibile a idrogeno, telecamera convenzionale e termocamera è stato in grado di riprendere una centrale elettrica di circa 20 MW con soli due voli automatizzati a griglia. La stessa missione, utilizzando un drone alimentato a batteria, avrebbe richiesto più di sei sostituzioni di batteria
La chiave per raggiungere questi obiettivi di progettazione risiede nell'architettura e nell'implementazione della rete di alimentazione (PDN) del sistema. Il DP30 dispone di due sistemi di propulsione che alimentano i rotori del drone e il controller per le due batterie. Grazie all'ampio range e alla tensione di uscita variabile del DP30, tra 40 e 74 V, i sistemi di propulsione sono stati progettati per garantire un'uscita precisamente regolata di 48 V e 12 A ai motori dei rotori del drone, nonché un'uscita di 12 V e 8 A alla scheda di controllo delle batterie e alle ventole.
Per ottenere un'elevata efficienza e densità energetica nella rete di distribuzione dell'energia (PDN), DMI ha scelto i regolatori buck-boost PRM™ di Vicor e un regolatore buck ZVS. I PRM accettano tensioni a circuito aperto (OCV) fino a 74 V dalla cella a combustibile a idrogeno e forniscono una regolazione di tensione stabile fino a 48 V, come mostrato in Figura 5.
Figura 3: Confronto della densità energetica tra una cella a combustibile a idrogeno e una batteria al litio.
Nella rete di distribuzione dell'alimentazione (PDN) del rotore del drone, due regolatori buck-boost PRM (PRM48AF480T400A00) sono collegati in parallelo per fornire i 12A richiesti dai rotori. La PDN della scheda di controllo digitale della batteria utilizza un PRM a potenza inferiore (PRM48AH480T200A00) seguito da un regolatore buck ZVS da 48V a 12V (PI3546-00-LGIZ).
Figura 4: Struttura di una cella a combustibile a idrogeno.
Figura 5: Per ottenere un'elevata efficienza e densità energetica, sono stati utilizzati regolatori buck-boost Vicor PRM™ e un regolatore buck ZVS. I regolatori PRM accettano tensioni a circuito aperto (OCV) fino a 74 V dalla cella a combustibile a idrogeno e forniscono una regolazione stabile della tensione fino a 48 V.
Diversificazione della linea di prodotti in base alla potenza.
Oltre ai 2,6 kW generati dal DP30, DMI prevede di diversificare le proprie linee di prodotti in base alla potenza. L'azienda intende sviluppare prodotti con diversi livelli di potenza, da una cella a combustibile a idrogeno da 1,5 kW che verrà lanciata il prossimo anno a una cella a combustibile da 10 kW per il lancio di droni adatti a ciascun sistema di alimentazione.
L'approccio modulare di Vicor alla tecnologia delle celle a combustibile facilita l'adattamento a diverse linee di prodotto. Consente inoltre a DMI di concentrarsi su altre sfide ingegneristiche, come le modifiche alla struttura dello stack, al sistema di propulsione e ai componenti periferici, nonché ai metodi di dissipazione del calore, che si presentano con l'aumento della potenza erogata. Con Vicor, DMI è in una posizione migliore per raggiungere i suoi obiettivi chiave: aumentare la durata e la stabilità, nonché miniaturizzare e alleggerire le celle a combustibile con una maggiore densità energetica.
