Как построить мобильную зарядную станцию для тяжелых сельскохозяйственных дронов

Руководство по планированию полевой энергетики, ремонта аккумуляторов и мобильной энергетики

Тяжелые сельскохозяйственные дроны могут быстро преодолевать поля, но самолеты — это лишь часть уравнения производительности. При коммерческом опрыскивании, посеве, внесении удобрений и сельскохозяйственных работах ежедневная производительность часто ограничивается тем, что происходит после приземления дрона: замена аккумулятора, охлаждение аккумулятора, подзарядка, заправка жидкости, проверка оборудования и перемещение полевой базы. Если батареи расходуются быстрее, чем они могут быть восстановлены, оператор может владеть дееспособным парком дронов и при этом терять ценное рабочее время из-за очереди на зарядку.

Эта проблема становится более серьезной на больших полях и отдаленных сельскохозяйственных угодьях. Стационарное здание может иметь достаточное электроснабжение, однако оно может находиться в нескольких километрах от зоны активных работ. Генератор может обеспечивать электроэнергию, но необходимо спланировать его мощность, конфигурацию розеток, подачу топлива, уровень шума, техническое обслуживание и возможность одновременной поддержки нескольких зарядных устройств. Простая покупка большего количества батарей создает больший буфер, но не решает основной вопрос: может ли операция восстанавливать энергию так же быстро, как дроны ее потребляют?

По этой причине,Мобильное зарядное устройство для электромобилейсо встроенным накопителем энергии можно рассматривать как мобильную платформу для полевой энергетики, а не как специальное зарядное устройство для дронов. В типичной сельскохозяйственной архитектуре система накопления энергии подает проверенную мощность переменного тока на одобренное производителем дрона зарядное устройство или зарядную стойку. Аккумулятор дрона по-прежнему имеет собственное напряжение, BMS, разъем и логику зарядки. Door Energy затем решает проблему наземной стороны: накапливает энергию, перемещает ее в поле, распределяет мощность на совместимые нагрузки и снижает зависимость от одной фиксированной точки зарядки.

I. Почему зарядка становится узким местом в работе тяжелых сельскохозяйственных дронов

Самолет может быть быстрым, в то время как наземные операции медленны.

Тяжелые дроны-распылители обменивают выносливость на полезную нагрузку. Расширение Университета Пердью отмечает, что пустой дрон-распылитель может оставаться в воздухе около 15 минут, в то время как тот же самолет с полной загрузкой может быть ограничен примерно шестью-восьми минутами в некоторых условиях эксплуатации. В отдельном руководстве по текущим проблемам сообщается, что более тяжелым дронам-распылителям обычно требуется несколько запасных батарей, поскольку практическая продолжительность полета может упасть примерно до семи-двенадцати минут, а зарядка батареи может занять от 10 до 30 минут в зависимости от размера батареи, мощности зарядки и температуры батареи.

Источник:Расширение Университета Пердью – эксплуатационная установка на местах

Это создает проблему с пропускной способностью. Если дрон завершает полет до того, как предыдущая батарея вернулась в состояние готовности, оператору потребуется больше батарей, больше зарядных устройств или больше электрической энергии. Когда несколько дронов работают с одного прицепа, каждый дополнительный дрон увеличивает скорость прибытия разряженных батарей в зону зарядки. Поэтому правильный вопрос заключается не только в следующем: «Как долго может летать дрон?» Это также: «Сколько циклов зарядки аккумулятора в час может восстановить наземная станция?»

Большие поля превращают загрузку в логистическую проблему

Точка зарядки также имеет проблему с местоположением. Расширение Университета Джорджии подчеркнуло, что при работе с дронами-опрыскивателями обычно используется система на базе прицепа для быстрой зарядки и смешивания продукта, и что этой станции, возможно, придется перемещаться по большому полю, чтобы сократить расстояние возврата без опрыскивания. Каждый ненужный обратный рейс расходует энергию аккумулятора, не обрабатывая посевы. Другими словами, удаленная точка зарядки может снизить стоимость высокопроизводительного самолета.

Источник:Расширение Университета Джорджии - Дроны-распылители: правила и аспекты эксплуатации

Реальный приобретаемый продукт — это продуктивное время полета.

Цель коммерческого аппликатора состоит в том, чтобы не загружать зарядное устройство. Цель состоит в том, чтобы продолжать полеты самолетов в течение ограниченного периода времени, когда погода, состояние урожая, доступность оператора и нормативные условия позволяют завершить работу. Таким образом, полезная мобильная система зарядки сокращает время ожидания на земле, поддерживает работу батарей и предотвращает привязку полевой бригады к удаленному электрическому соединению. Это проблема клиента, которую должно решить мобильное зарядное устройство для электромобилей, если оно хочет создать реальную ценность в сельском хозяйстве.

II. Когда сельскохозяйственному предприятию действительно нужна мобильная зарядная станция?

Не каждому оператору дронов нужна крупная мобильная энергетическая система

Одинокому небольшому дрону, работающему рядом с фермерским зданием с достаточным электроснабжением, лучше обслуживать обычное зарядное устройство и скромный запас аккумуляторов. Мобильная платформа хранения становится более актуальной, когда масштаб операции увеличивается, расстояние увеличивается, разнообразие нагрузки или необходимость планирования. Это различие имеет значение, поскольку профессиональная разработка системы должна начинаться с рабочего цикла клиента, а не с самого большого доступного продукта.

Почему покупка большего количества батарей — это только часть ответа

Дополнительные батареи необходимы для бесперебойной работы, поскольку они позволяют одной батарее летать, в то время как другие охлаждаются или заряжаются. Однако запас аккумуляторов — это буфер, а не источник энергии. Если автопарк расходует аккумуляторные циклы быстрее, чем система зарядки их восстанавливает, очередь в конечном итоге возвращается. Таким образом, клиент должен сравнить два показателя: количество использованных циклов батареи в час и количество восстановленных циклов батареи в час. Когда восстановление постоянно ниже, увеличение количества запасных батарей только задерживает возникновение узкого места.

Именно здесь мобильное зарядное устройство для электромобилей правильного размера может изменить архитектуру. Вместо того, чтобы просить полевые бригады найти надежное подключение к сети в каждой рабочей зоне, оператор заряжает платформу хранения энергии на подходящей базе или утвержденной точке снабжения, перемещает ее на поле и использует накопленную энергию для работы совместимых зарядных устройств для дронов. В результате получается портативный энергетический буфер гораздо большей емкости, чем несколько дополнительных летных батарей.

Почему сравнение генераторов должно основываться на работе, а не на лозунгах

Генераторы остаются практическим источником энергии во многих сельскохозяйственных операциях, и мобильную аккумуляторную систему не следует представлять как универсально превосходящую. Правильное сравнение зависит от логистики топлива, пределов шума, возможностей технического обслуживания, профиля нагрузки, коэффициента использования, места заправки и ценности возможности диспетчеризации. Для операций, которые уже легко управляют топливом и работают с одной фиксированной точки подготовки, может быть приемлем генератор. Для автопарков, которые перемещаются между полями, нуждаются в тихом электричестве, управляют несколькими электронными нагрузками или хотят подзарядиться от базы и использовать энергию позже, мобильное хранилище становится более привлекательным.

III. Сколько мощности и энергии действительно нужно флоту дронов?

Начните с одобренного зарядного устройства для дронов, а не с максимальной мощности мобильного зарядного устройства для электромобилей.

Самый чистый метод определения размеров начинается с загрузки. Purdue Extension отмечает, что для более быстрой зарядки существующих аккумуляторов дронов-распылителей может потребоваться подключение к сети 240 В, 50 А. Эта электрическая мощность соответствует примерно 12 кВт полной входной мощности без учета точного коэффициента мощности зарядного устройства, эффективности преобразования и ограничений производителя. Это следует рассматривать как пример масштаба схемы быстрой зарядки, а не как универсальную ценность для каждого сельскохозяйственного дрона.

Источник:Расширение Университета Пердью – текущие проблемы использования дронов-распылителей

Формула практического планирования проста: общая одновременная потребляемая мощность зарядного устройства равна сумме утвержденных входных характеристик всех зарядных устройств, которые, как ожидается, будут работать одновременно. Затем добавьте насосы, охлаждающие вентиляторы, освещение, коммуникационное оборудование и другие полевые нагрузки. Наконец, добавьте инженерный резерв, а не планируйте, чтобы система работала непрерывно на теоретическом максимуме.

*Только иллюстративный инженерный расчет. В фактическом проекте должны использоваться реальные входные параметры одобренного зарядного устройства, конфигурация фаз, коэффициент мощности, поведение при запуске и местные электрические требования.

кВт отвечает «сколько сразу»; кВтч отвечает на вопрос «как долго»

Распространенной ошибкой при покупке является сосредоточение внимания на мощности и игнорирование накопленной энергии. Мощность в кВт определяет, сколько нагрузок можно поддерживать одновременно. Энергия в кВтч определяет, как долго могут продолжаться эти нагрузки, прежде чем потребуется пополнение самой мобильной системы. Нагрузка мощностью 60 кВт, работающая в течение одного часа, потребляет примерно 60 кВтч до потерь в системе; та же нагрузка, работающая в течение пяти часов, потребует примерно 300 кВтч без учета потерь и резерва. Таким образом, потребителю может потребоваться умеренная пиковая мощность, но при этом ему потребуется большой запас энергии, если рабочий день длинный.

Для работы дронов ежедневную потребность в энергии желательно рассчитывать на основе фактических записей о зарядке. Если эти записи еще недоступны, оператор может оценить энергию за цикл работы батареи, исходя из номинальной энергии батареи и типичной глубины разряда, а затем умножить ее на ожидаемое количество циклов в день и количество самолетов. Следует учитывать потери на конверсию, время охлаждения батареи, изменение погоды и резерв на неожиданные дополнительные полеты.

Пример рабочего цикла более полезен, чем заголовок мощности.

Рассмотрим операцию с четырьмя дронами, в которой четыре одобренных зарядных устройства могут работать одновременно с примерной входной мощностью 12 кВт каждое. Потребность в зарядном устройстве составляет около 48 кВт. Если смесительный насос, аккумуляторное охлаждающее оборудование, освещение и средства управления добавят еще 10 кВт, то рабочая нагрузка составит около 58 кВт. Применение планового запаса в 20 % дает расчетную целевую мощность, близкую к 70 кВт на стороне переменного тока. Этот пример сразу показывает, почему мощность зарядки автомобиля постоянным током 420 кВт не следует использовать для определения размера беспилотной системы. Соответствующее значение представляет собой проверенную нагрузку переменного тока, необходимую для рабочего процесса в полевых условиях.

Затем тот же клиент должен рассчитать энергию. Если бы средняя комбинированная нагрузка переменного тока составляла 55 кВт и она работала на этом уровне в течение четырех эквивалентных часов полной нагрузки в течение восьмичасового дня, общая потребность в энергии составила бы около 220 кВтч без учета потерь на резерв и преобразование. Реальные рабочие циклы в сельском хозяйстве более изменчивы, поэтому Door Energy должна оценивать проект, исходя из журналов зарядных устройств, характеристик аккумуляторов и ожидаемых часов работы, а не обещать, что одна мощность будет поддерживать универсальное количество дронов.

IV. Как построить архитектуру зарядки безопасно и эффективно

Предпочтительная архитектура обычно связана с переменным током.

Для большинства проектов тяжелых сельскохозяйственных дронов наиболее безопасной и переносимой архитектурой является: платформа хранения энергии → проверенное распределение переменного тока → оригинальное или одобренное производителем зарядное устройство для дрона → аккумулятор для дрона. Это сохраняет нормальную логику зарядки дрона. Регулирование напряжения, связь BMS, температурные ограничения, балансировка элементов и прекращение зарядки остаются в рамках системы зарядки, предназначенной для этой батареи.

Таким образом, мобильное зарядное устройство для электромобилей Door Energy может выступать в качестве источника питания для мобильных устройств. Не следует описывать это так, будто автомобильный разъем CCS1 или CCS2 может автоматически подключаться к дрону. CCS1, CCS2 и OCPP полезны для совместимых электромобилей и сред управления зарядкой; они не являются обычными интерфейсами аккумуляторов для сельскохозяйственных дронов.

Прямая зарядка постоянным током — это инженерный проект, а не проект кабельного адаптера.

Прямой путь постоянного тока может быть возможен в специализированном проекте, но только после полной проверки требований поставщика дрона или аккумулятора. Физически подходящий разъем не обеспечивает электрическую совместимость. Для прямой системы может потребоваться подтверждение диапазона напряжения батареи, максимального зарядного тока, изоляции, логики предварительной зарядки, последовательности контакторов, протокола связи, температурных ограничений, режима аварийного отключения и подтверждения связи BMS. Если эти требования не подтверждены, в проекте в качестве контролируемого интерфейса следует использовать утвержденное зарядное устройство.

Спроектируйте месторождение как четыре эксплуатационные зоны

Хорошая электрическая конструкция все равно может потерпеть неудачу, если зона подготовки организована плохо. Запуск дрона, обработка химикатов и зарядка аккумулятора не должны занимать одни и те же несколько метров. Руководство Purdue рекомендует размещать генераторы и аккумуляторы там, где они остаются доступными для частой зарядки, но защищены от перегрева; Эффективность зарядки также повышается в тени. Практичная компоновка поля разделяет взлет и посадку, заправку химикатов, зарядку аккумулятора и основной источник энергии.

Регулирование меняет план работы, даже если система взимания платы правильная

Энергетическое планирование не может быть отделено от установленных законом эксплуатационных ограничений. В Соединенных Штатах ФАУ заявляет, что Часть 137 регулирует деятельность сельскохозяйственных самолетов, которые распределяют регулируемые вещества. Для БПЛА массой 55 фунтов и более, включая дозируемую нагрузку, порядок регулирования отличается от операций ниже этого порога и может включать Часть 91, Часть 137 и исключения. В Европе EASA поясняет, что операции, выходящие за рамки ограничений «открытой» категории, включая определенные операции с MTOM более 25 кг, могут попасть в «специальную» категорию; EASA также публикует заранее определенные оценки рисков, охватывающие сельскохозяйственные работы в определенных сценариях.

Источник:ФАУ – Распределение химикатов и сельскохозяйственной продукции (часть 137) с помощью БПЛА

Источник:EASA — Гражданские дроны особой категории

Мобильное зарядное устройство для электромобилей решает проблему доступности энергии на стороне земли; он не заменяет авиационных разрешений, правил использования пестицидов, электротехнических норм или местных требований безопасности. Для зарубежных покупателей это важное отличие закупок: зарядная платформа должна быть технически адаптирована к нагрузке, при этом ответственность за получение разрешений, необходимых для проведения полетной операции, остается за оператором дрона.

V. Как Door Energy решает проблемы с полевой зарядкой и питанием

Энергию дверей следует выбирать по размеру миссии, а не по наибольшему числу.

Door Energy разрабатывает и производит мобильное оборудование для хранения и зарядки энергии для коммерческого и промышленного применения. Текущий ассортимент продукции компании охватывает несколько уровней энергопотребления и мощности, что позволяет адаптировать проект к требуемому рабочему циклу, а не заставлять каждого клиента использовать самую большую конфигурацию. Для работы сельскохозяйственных дронов ключевыми параметрами являются запасенная энергия, проверенная способность нагрузки переменного тока, мобильность, стратегия перезарядки и способность поддерживать дополнительные нагрузки на площадке, когда это необходимо.

ИсследуйтеАссортимент зарядных устройств для мобильных электромобилей Door Energyили посетитеДомашняя страница Door Energyдля информации о проекте и компании.

Ссылки на продукты Door Energy:МСР-Х|МКП-Б|МСР-А|МКП-Э

Почему для дронов мощность переменного тока важнее, чем заголовок в 420 кВт

Более крупные системы Door Energy могут обеспечить мощную зарядку постоянным током для совместимых электромобилей, но проект сельскохозяйственного дрона должен рассчитываться с учетом требований к входному переменному току одобренного зарядного оборудования для дронов, если только не было специально разработано решение для прямого постоянного тока. Вот почему опубликованная мощность переменного тока MCP-A в 100 кВт или опубликованная мощность переменного тока MCP-E в 200 кВт могут быть более актуальными для концентратора дронов с несколькими зарядными устройствами, чем максимальный показатель зарядки транспортного средства.

В то же время мощные транспортные средства могут создать дополнительную ценность для фермы, подрядчика или обслуживающего парка. Одна и та же платформа Door Energy может поддерживать совместимые электромобили, легкие грузовики и тяжелые автомобили через CCS1 или CCS2, в то время как сторона переменного тока запланирована для утвержденных полевых нагрузок. Поддержка OCPP в соответствующих продуктах также может помочь интегрировать совместимые сеансы зарядки электромобилей со средой управления зарядкой. Это делает систему более широким мобильным энергетическим активом, а не частью оборудования, которое используется только один раз в сезон.

Одна платформа может поддерживать не только батареи для дронов

Сельскохозяйственные бригады редко используют дроны изолированно. Они также могут управлять перекачивающими насосами, системами смешивания, рабочим освещением, коммуникационным оборудованием, вентиляторами охлаждения, инструментами для технического обслуживания или электрооборудованием. В материалах по продуктам и приложениям Door Energy описывается поддержка переменного тока для промышленных нагрузок, таких как электрические экскаваторы, насосы и освещение, в зависимости от выбранной конфигурации и проверенных электрических требований. В сельском хозяйстве та же концепция позволяет заказчику разработать единый план электропитания поля для всех одновременных нагрузок вместо покупки отдельного источника питания для каждого устройства.

Соответствующее чтение энергии двери:От водяных насосов до гидромолотов: мобильная энергия на строительных площадках

Стратегия пополнения определяет, сможет ли мобильная станция продолжать работать завтра.

Мобильную энергосистему также необходимо пополнить. В руководстве по применению Door Energy используются базовые сценарии, рассчитанные примерно на один час для подзарядки от подходящей зарядной станции постоянного тока и примерно на два часа от подходящего блока питания переменного тока. Это скорее рекомендации по планированию, чем универсальные гарантии; фактическое время зависит от выбранной модели, входной мощности, начального уровня заряда, температуры и конфигурации проекта.

Для сельскохозяйственного подрядчика это создает несколько моделей работы: пополнение запасов в ночное время на сервисной базе; подзарядиться во время длинного полуденного перерыва; вращать два накопителя энергии между полем и базой; или используйте подходящее место для зарядки между площадками клиентов. Правильная стратегия зависит от того, является ли ограничивающим ресурсом запасенная энергия, мощность зарядки или время в пути.

См. Door Energy'sруководство по определению мощности и перезарядке мобильных устройствдополнительные примеры планирования мощности и мощности.

Модульное обслуживание имеет значение, когда окно распыления короткое

Сельскохозяйственные работы зависят от времени. Система зарядки, которая выходит из строя во время узкого погодного окна, может повлиять на производительность всего дня. Door Energy подчеркивает модульную конструкцию как способ упростить обслуживание, локализацию неисправностей и замену по сравнению с тесно интегрированной системой, которая требует длительного простоя для каждого события обслуживания. Для зарубежных покупателей планирование послепродажного обслуживания становится частью технической спецификации. При закупках следует выяснить, какие модули подлежат замене на месте, какие запасные части следует иметь на складе, какая информация для удаленной диагностики доступна и как быстро система может вернуться в эксплуатацию после неисправности.

Почему Door Energy позиционируется как поставщик проектов, а не бренд потребительских Power Bank

В официальной информации компании Door Energy говорится, что она разрабатывает мобильные зарядные устройства для электромобилей, системы накопления энергии, устройства для быстрой зарядки постоянного тока и зарядные устройства переменного тока при поддержке производственной базы, сертифицированной по стандарту ISO9001, и более чем 200 собственных инженеров. Компания также предлагает конфигурации OEM и ODM для зарядки, емкости аккумулятора, разъемов и системных требований. Эта инженерная модель важна для проектов сельскохозяйственных дронов, поскольку напряжение нагрузки, местная частота, тип розетки, количество зарядных устройств, интерфейсы транспортных средств и ежедневный рабочий цикл могут значительно различаться в зависимости от страны и клиентов.

Информация о компании и возможности проекта:Дверь Энерджи Лимитед

VI. Вывод: прежде чем покупать больше батарей, выработайте рабочий процесс энергопотребления.

Правильная система начинается с работы клиента

Успешная зарядная станция для тяжелых дронов не определяется самой большой батареей или самой высокой заявленной мощностью. Оно определяется тем, сможет ли полевая бригада обработать необходимую площадь без очереди на зарядку, которая станет ограничивающим фактором. Клиент должен сначала составить карту всего рабочего процесса: время полета, время заправки, замену батареи, охлаждение батареи, вход зарядного устройства, количество одновременных зарядных устройств, другие полевые нагрузки, часы работы и расстояние до следующего надежного источника питания.

Только после того, как эти цифры станут известны, оператору следует выбирать энергетическую платформу. Небольшому автопарку, расположенному рядом с мощной энергосистемой, возможно, не потребуется большая система хранения. Однако подрядчик, эксплуатирующий несколько дронов в удаленных местах, может получить выгоду от мобильного зарядного устройства для электромобилей Door Energy, поскольку энергию можно хранить в подходящем месте, транспортировать на место и отправлять на несколько проверенных нагрузок. Та же платформа может сохранить свою ценность и за пределами эксплуатации дронов, поддерживая совместимую зарядку электромобилей и отдельные промышленные нагрузки переменного тока.

Что клиент должен отправить Door Energy перед запросом ценового предложения