Gestion Alimentation Hybride pour Drone Lourd

[AllanB]

Bonjour à toutes et à tous,

Je suis en train d'assembler un octocoptère lourd hybride (dihydrogène + batterie LiPo), et je n'ai pas trouvé de réponse à mon problème. (Evidemment :S)
L'idée est que la pile à combustible doit fournir jusqu'à 2kW en principal, puis la batterie de 8-10Ah doit fournir le reste lors des petits pics de puissance et/ou au vol retour à la base en cas de défaillance de la pile à combustible. Le système devrait fonctionner sous 12S (44,4V).

Du coup j'ai 3 questions interdépendantes concernant la gestion de cette alimentation hybride; qui doit FAVORISER l'hydrogène.

1- Dois-je créer ma propre carte de gestion qui sera placée entre les générateurs et le contrôleur de vol/ESC ? (je n'ai rien trouvé sur les sites spécialisés)
2- Si oui, auriez-vous une idée du schéma électronique ?
3- Si non, comment gérer cette alimentation avec un Arduino par exemple ? (comme ça j'essaie d'y intégrer le contrôleur de vol avec !)

Question BONUS, serait-il possible d'intégrer une éventuelle recharge de la batterie LiPo, lors des phases de faible charge des moteurs ? Je ne sais pas si cette technologie supporte des "micro" recharges.

J'espère avoir été assez clair, et merci d'avance de votre temps.

Cordialement,
Allan
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[penthode]

hello ,

tout ça est bien vague

quelle est cette pile à combustible ?

[AllanB]

Bonjour penthode,

Cela te renseigne plus ?

[penthode]

combien va peser ce drone ?

je sens venir des difficultés légales

[A voir en vidéo sur Futura]

[penthode]

j'aimerais bien voir une doc complète

[invite03481543]

Bonsoir,
Ce que vous demandez là est plutôt à demander à un BE pas à un forum dont ce n'est pas la vocation.
Si ce projet est professionnel vous allez en plus prendre des risques de sécurité importants (vue le nombre de farfelus...).
Quelques réponses néanmoins:
Oui le lithium accepte très bien les micro-recharges, c'est le cas par exemple avec la régène sur les véhicules électriques.
Oui il vous faut développer une carte spécifique, vous ne trouverez rien sur étagère.
Je vous déconseille d'utiliser un arduino, pas conçu (pas optimisé) pour un environnement énergie.
Vous devez faire quelque chose de très léger et peu énergivore.
Mais avant tout écrire une spécification bien plus complète si vous devez le faire sous traiter.

[AllanB]

Ce drone sera prévu pour 18,1Kg.

Je suis au Mexique, donc niveau légal, nous ne sommes plus sur les mêmes niveau.
Je vais travailler sur un modèle existant en partenariat avec un professionnel "assembleur".

[AllanB]

je n'ai guère plus d'informations du vendeur.

[AllanB]

Bonsoir HULK28,

Merci pour vos réponses !!

Une spécification plus complète sûr ? (la pile, le drone ?)

[AllanB]

Je vais essayer d'exposer le problème simplement, de la manière dont JE L'IMAGINE, tout en évitant les absurdités qui feraient saigner les yeux de certains HAHA.

On considère la pile à combustible comme un générateur de tension constante (45V ; 2000W).
On veut que la batterie (en //) envoie le surplus de courant que le pile ne peut fournir (45V ; 10Ah)
La charge varie entre 1000 et 2000W en utilisation moyenne, avec des pics de puissance jusqu'à 4000W sur des temps courts 10 secondes max.

Comment fermer le circuit de la batterie au-delà d'un certain seuil de courant de charge ?

[invite03481543]

Bonsoir HULK28,

Merci pour vos réponses !!

Une spécification plus complète sûr ? (la pile, le drone ?)

Sur tout ça et au-delà.
Spécifier c'est décrire les besoins fonctionnels et l'environnement du système.
A partir de ces éléments se bati le cahier des charges.
Par exemple à partir de ces éléments sera choisi un modèle de cellule lithium pour assembler la batterie (une pile ne se recharge pas).
Il faut définir l'altitude max du drône, la plage min et max de température, le poids maximum, le temps de recharge, le courant pic, sa durée, l'autonomie souhaitée, etc.
Bref spécifier dans le détail pour faciliter les choix à faire, voir relever des impossibilités ou incohérence le cas échéant.
Spécifier c'est cadrer un besoin, délimiter un périmètre, valoriser, renseigner le concepteur sur des éléments utiles au dimensionnement à réaliser.

[invite03481543]

Je ne vois pas bien l'intérêt d'une PAC dans un drône, compte tenu du rendement minable et de son poids.
Une PAC est sensible à tout un tas de choses, bref il faudra justifier ce choix....

[polo974]

Je vais essayer d'exposer le problème simplement, de la manière dont JE L'IMAGINE, tout en évitant les absurdités qui feraient saigner les yeux de certains HAHA.

On considère la pile à combustible comme un générateur de tension constante (45V ; 2000W).
On veut que la batterie (en //) envoie le surplus de courant que le pile ne peut fournir (45V ; 10Ah)...

4 kW sous 45 V, on est à 90 A, ça rigole pas (on fait de la soudure à l'arc avec ça)...

si la pile à combustible ne peut fournir un courant "infini", on ne peut pas la considérer comme un générateur de tension constante. idem pour la batterie.

mais ça y ressemble suffisamment pour que quand elles sont bien chargées, la mise en parallèle équivaut à un feux d'artifice (en plus coûteux et dangereux, bien sûr).

donc, ce n'est pas juste un commutateur qui enclenche la batterie, il faut un système qui permet de combiner les courants vers une sortie commune, qui doit en plus gérer les contraintes des sources (ne pas trop décharger pour ne pas endommager), bref, un joli projet...

par curiosité: combien pèse le réservoir d'hydrogène (pour quelle capacité (volume pression ou masse d'hydrogène)) ?
autre curiosité: quelle est le courant disponible sur la pile à combustible ?

[calculair]

bonjour;

J'ai pas mal étudié le problème de la motorisation et des sources d'énergie possibles pour des drones.

Le principal problème des piles à combustibles est le courant quelles peuvent débiter.

Un engin de 18 kg appelera un courant important et je ne suis pas sur que le bilan masse sera favorable.

Evidement pour minimiser la puissance de sustentation on peut augmenter le diamètre des hélices, alors c'est la masse de la structure du drone qui pénalise le bilan poids.

Bref cela demande une étude complète et une mise en équation des bilans masses, propulsion, alimentation en énergie pour trouver un compromis acceptable avec le cahier des charges, s'il est techniquement possible......

[calculair]

Pour fixer quelques ordre de grandeurs

Drone 18 kg
Moteur Kv 400 Tmin /V
Courant batterie total ( vol stationnaire ) = 42 A environ en 12 S

8 Hélices. 30 X 15

Regine 1540 T/mn


batterie 40 Ah autonomie environ 50 minutes

Pb quelle est la masse de la batterie à combustible permettant de fournir les 42 A ?

[calculair]

e peux ajouter: Masse estimée des 8 moteurs 10 kg
Masse estimée de la batterie 12 S 40 Ah environ 10 kg

Ce qui oblige de diminuer la capacité de la batterie . La limiter à 20 Ah donc à 5 kg

Le bilan est serré, mais cela peut s'optimiser en fonction du cahier des charges ( Autonomie, charge utile, altitude de vol ...etc )

Pour fixer quelques ordre de grandeurs

J
Drone 18 kg
Moteur Kv 400 Tmin /V
Courant batterie total ( vol stationnaire ) = 42 A environ en 12 S


8 Hélices. 30 X 15

Regine 1540 T/mn


batterie 40 Ah autonomie environ 50 minutes

Pb quelle est la masse de la batterie à combustible permettant de fournir les 42 A ?

[AllanB]

Bonjour à tous,

Merci pour cet engouement

J'ai trouvé un bon support qui me permet de partir dans une direction intéressante dans mes investigations.
Je vous mets l'extrait de ma source qui représente la schéma que je cherchais.

Faut dimensionner maintenant, car ce modèle est pour une pile de 22V-200W et batterie de 1350mAh.

Tiré de :

Capture d’écran 2019-10-15 à 11.21.36.png

Capture d’écran 2019-10-15 à 11.21.24.png

Pour ceux que ça intéresse :
Le drone que nous devrions avoir fait 6,1kg hors batteries et peut lever donc jusqu'à 12kg de charge utile au niveau de la mer.
La pile visée fait 4,2kg (gestion incluse).
Le réservoir 6l visé fait 3,4kg (régulateur inclus).
La batterie visée 0,7kg.

Nous devons rapidement recevoir les relevés de consommation en temps réel des moteurs afin d'être sûr que les générateurs soient suffisants pour levé le gros bébé.

Mon objectif, à fin de semaine pro, est de réaliser une première carte de gestion pour vérifier le fonctionnement avec une pile de 300W et un petit drone que nous possédons déjà.
Je précise, avant tout énervement concernant le poids de la pile ... etc, que celle-ci ne sera reliée que par l'alimentation électrique et non solidaire du petit drone pour ces premiers tests.

Je fournirai des images pour les intéressés, bien entendu !

[invite03481543]

Avant d'aller plus loin j'aimerai connaître l'application de ce projet.

[AllanB]

Photographie principalement.

[invite03481543]

Je ne vois toujours pas l'intérêt de cette PAC.
Une batterie LFP serait moins lourde et fournirait un courant bien plus important sans broncher.
Rien n'empêche de l'associer avec une batterie "énergie" pour les auxiliaires et les faibles consommations.
La fiabilité et la durée de vie n'ont rien de commun, le rendement je n'en parle même pas, à poids équivalent l'énergie embarquée serait bien plus importante.
Je ne vois aucun argument suffisamment valable pour ce choix sur un drône...

[calculair]

Bonjour,

Je suis à priori du même avis que HULK28.

Si a priori les piles à combustible sont physiquement interessantes car le courant est l'air, tandis que les piles chimiques classiques emportent le carburant et le comburant ce qui devraient les pénaliser.

En fait vu les densités massiques de puissance nécessaire et la technologie ( que je connais actuellement des piles à combustibles ) les piles à combustibles ne sont pas adaptées car elles ont un poids trop important pour le courant qu'elles doivent fournir. ( Peut être la technologie à fait des grands progrès que j'ignore).

Bon je suis intéressé par votre problème et je suis curieux comment vous allez le résoudre.

Merci aussi de préciser votre cahier des charges et de décrire les choix faits.

[Dynamix]

Salut

Moteur Kv 400 Tmin /V
en 12 S
Regine 1540 T/mn

Ya un blème !
12 *3,7 = 43,2 V nominal .
Avec un kv de 400 tr/min/V , ça donne un kv.U de 400 * 43,2 = 17 280 tr/min

[calculair]

Pour une machine comme vous la décrivez le courant batterie pour le vol stationnaire pourrait être. 12 A sous 6 S pour une machine de l'ordre de 5 kg , mais sans la pile à combustible.... Juste la batterie de 6S 5 Ah de densité 160 Wh / kg

les hélice sont 30 X 15

Le moteur avec un Kv de 200 Tmn /V

Vitesse moteur 900 T/mn en vol stationnaire

La batterie pese 0,68 kg

Les 8 moteurs 0,6 kg

les hélice 0,6 kg

La structure du drone 3 kg

Total environ 5 kg

Traction maximun de tous les moteurs pleins pot 45 kg. mais sur chauffe des moteurs dans ces conditions ( dimensionnement à revoir pour le plein pot )

Bonjour à tous,

Merci pour cet engouement

J'ai trouvé un bon support qui me permet de partir dans une direction intéressante dans mes investigations.
Je vous mets l'extrait de ma source qui représente la schéma que je cherchais.

Faut dimensionner maintenant, car ce modèle est pour une pile de 22V-200W et batterie de 1350mAh.

Tiré de :

Pièce jointe 397088

Pièce jointe 397092

Pour ceux que ça intéresse :
Le drone que nous devrions avoir fait 6,1kg hors batteries et peut lever donc jusqu'à 12kg de charge utile au niveau de la mer.
La pile visée fait 4,2kg (gestion incluse).
Le réservoir 6l visé fait 3,4kg (régulateur inclus).
La batterie visée 0,7kg.

Nous devons rapidement recevoir les relevés de consommation en temps réel des moteurs afin d'être sûr que les générateurs soient suffisants pour levé le gros bébé.

Mon objectif, à fin de semaine pro, est de réaliser une première carte de gestion pour vérifier le fonctionnement avec une pile de 300W et un petit drone que nous possédons déjà.
Je précise, avant tout énervement concernant le poids de la pile ... etc, que celle-ci ne sera reliée que par l'alimentation électrique et non solidaire du petit drone pour ces premiers tests.

Je fournirai des images pour les intéressés, bien entendu !

[Dynamix]

Juste la batterie de 6S
Le moteur avec un Kv de 200 Tmn /V
Vitesse moteur 900 T/mn en vol stationnaire

Donc :
kv.U = 3,7*6*200 = 4400 tr/min
N/kv.U = 900/4400 = 0,2
Rendement < N/kv.U donc < 20%

[AllanB]

Ne le prenez pas mal, mais je pense qu'on s'écarte du sujet messieurs.

L'objectif est de prendre un drone qui existe, j'y enlève les batteries d'origine et y colle une pile à hydrogène/batterie avec le meilleur compromis poids/prix. Il volera 4 à12 fois plus longtemps suivant le compromis avec une charge utile plus faible évidemment. Ce qu'une batterie ne peut faire.
Pas plus, pas moins.

La consommation réelle dans la condition d'achat du drone pour dimensionner les générateurs, c'est ce qui m'importe, le reste on n'y touche pas.

Je souhaiterais apprendre à dimensionner une gestion hybride (buck converter, DC-DC converter, ou que sais-je le nom).
Je ne suis pas en train de réfléchir à quel type de moteur ou d'hélice je vais choisir.

Je me suis peut-être mal exprimé, désolé.

[calculair]

Oui tu as peut être raison théoriquement.... il faut tenir compte des pertes joules, la vitesse hélice est limitée à 2500 T/mn. Oui tu as raison le rendement n'est Top ....

Par ailleurs ce la va dépendre de la vitesse de vol du drone et don du rendement des hélices.

En fait le calcul semble montrer qu'avec mes hypothèse la moitié de la puissance empruntée a la batterie se retrouve dans les hélices

Donc :
kv.U = 3,7*6*200 = 4400 tr/min
N/kv.U = 900/4400 = 0,2
Rendement < N/kv.U donc < 20%

[Dynamix]

Il volera 4 à12 fois plus longtemps

Tu recherches l' autonomie .
Mais as tu vraiment besoin d' une voilure tournante ?
Pour l' autonomie une voilure fixe c' est nettement mieux .

[AllanB]

Oui, je suis contraint sur le copter.

[calculair]

je comprends la philosophie du projet.

Elle est abordée dans le post ou je dis que je suis du même avis que HULK28.

Cela me parait difficile car la puissance par kg des piles a combustibles n'est pas performant

Sans doute le bilan Energie /kg pour les grandes autonomie la pile a combustible est meilleur

En tous les cas il faudra certainement revoir le Kv des moteurs, les hélices, les conditions d"alimentation

et je ne sais pas si vous trouverez la pile à combustible compatible qui fourniera le courant au moteur .

une solution peut être consiste a recharger une batterie Li-on avec la pile à combustible et quand celle)ci est chargée , faire un petit vol, puis recharger au sol la batterie et recommencer .......

[invite03481543]

Bof, tous les jours ou presque dans mon boulot je dois me coltiner des gens qui m'expliquent qu'ils veulent une solution, la meilleure bien entendu, mais n'écoutent pas les réponses ou veulent imposer leurs usines à gaz...
Faudrait que je sois maso pour faire gratuitement ce que je refuse d'accepter quand on me paye
Bonne chance...