nvias.org

[:cs]Připravujeme novou vodíkovou sezonu[:en]Preparation of new hydrogen season[:]

6 září, 2019
Aktuality
, , ,
0

[:cs]

První vodíková sezóna je u konce

 

První zkušenosti s vodíkovým palivovým článkem

Program Hydrogen automotive challenge H2AC (závodní RC modely vodíkových autíček) jsme zahájili v lednu 2019. Sponzorem historicky prvního týmu vodíkového autíčka se stala Správa informačních technologií města Plzně. Do programu se zapojili studenti z plzeňského INFISu, SPŠE a SOUEPlu. Zapojení středoškolští studenti velmi rychle museli sestavit 1. verzi autíčka na vodíkový pohon. Při stavbě studenti objevili klíčové vlastnosti vodíkových automobilů (FCEV – fuel-cell electric vehicle), kde se elektřina odebírá z palivových článků v kombinaci s bateriemi. Pochopení základů a úspěšné sestavení 1. verze autíčka, jim umožnilo zúčastnit se jejich prvních závodů v Brně na ISŠA Brno, kde nasbírali velmi cenné zkušenosti a inspiraci pro vylepšení modelu. Závody vodíkových autíček jsou vytrvalostní s omezeným množstvím vodíku i baterií. Záleží tedy především na úspoře energií během celého závodu. Klíčem k úspěchu je maximální využití vodíku v bombičkách i baterií a podle tohoto stavu správně plánovat zastávky v pit stopu.

Klíčové je znát stav spotřeby vodíku a baterie

Finálové závody Horizon Grand Prix (dříve H2AC) jsou 6ti hodinové s omezením 20 vodíkových bombiček a 4 sad baterií. Tým přišel s návrhem dálkového měření spotřeby vodíku i baterií, tak aby mohl přesně řídit zastávky v boxu a výměnu vodíkových bombiček a baterií. Prostor pro výrobu všech vylepšení získal tým v prostorách SIT Port Garáž. Po dokončení všech příprav tým Pilsdrogen (Pilsen-hydrogen) vyrazil na národní finále – Horizon Grand Prix do Ostravy. Přestože se kluci umístili jako poslední, bojovali do poslední kapky vodíku. Kromě uznání poroty za technické řešení vzdáleného měření spotřeby si  kluci odvezli obrovské zkušenosti.

Příprava na novou vodíkovou sezonu

Na úplný závěr sezóny jsme zorganizovali v Plzni exhibiční závod v rámci Dronfestu 2019. Závodilo zde celkem 5 týmů z plzeňských středních škol, Hubálova a Kutné hory.

Jelikož někteří z členů týmu začali studium na vysoké škole, je nutné do týmu Pilsdrogen doplnit nové středoškoláky na nadcházející sezónu. 

Závodní vodíkové autíčko můžete vidět například na DVT 2019 v Plzni, kde se  můžete i přihlásit do týmu a zazářit v příští sezóně.

A nyní trochu technických detailů …

Členové týmu: David Žahour, Jan Kučera, Patrik Vácal, Jakub Kolář a Michal Klečka.
Co se kluci v rámci projektu naučili a co vytvořili? 

Patrik posbíral postřehy od celého týmu:

  • 3D návrhy (držák na vodíkové bombičky)
    • Návrh držáku jsme dělali v programu Fusion 360, tento model jsme poté tiskli v SIT Port Garáži na 3D tiskárně Prusa Mk3. 3D tisk nám umožnil rychlé prototypování (měli jsme 3 prototypy) a zároveň poměrně jednoduchou výrobu součástky.
  • Fungování vodíkového pohonu
    • Při navrhování autíčka jsme zjistili, na jakém principu funguje vodíkový palivový článek a jaká je jeho efektivita v různých situacích. Jsme díky tomu schopni navrhnout jeho optimálnější využití.
  • Tvorbu plošných spojů
    • Pro měření spotřeby jsme si navrhli vlastní PCB v programu Eagle. Měřili jsme napětí a proud, které jsme odesílali přes bluetooth. Víme, jak se navrhují a osazují PCB.
    • zdrojový kód naleznete zde: https://github.com/nvias/HAC_sensor_boardV1
  • Stavba RC aut
    • Naučili jsme se, jak vypadají vnitřnosti RC aut, na co bychom neměli zapomenout při jeho stavbě a jak takové auto rozjezdit. Nyní jsme schopni si navrhnout auto ze součástek, které budou splňovat naše požadavky.
  • Výpočet spotřebované energie pomocí integrálních rovnic
    • https://github.com/nvias/H2AC-PilsdrogenMonitor
    • Z dat přijatých z měřícího plošného spoje jsme v Pythonu vykreslovali grafy a pomocí integrálů jsme počítali momentální množství spotřebované energie. Tyto výpočty se dají využít dalším rokem pro rychlejší vývoj nové verze aplikace a také při počtech spotřeby v jiných projektech.

Nakonec ještě naše lessons learned, jinými slovy na čem se bude makat v nové sezóně:

  • Efektivita motoru byla dle očekávání špatná
    • byl to stejnosměrný kartáčový motor, nyní máme nový motor
  • Efektivita akumulátoru byla dle očekávání špatná
    • NiMH články mají poměrně strmou vybíjecí křivku, při odběru většího proudu ztrácí až čtvrtinu kapacity.
  • Palivový článek je těžký
    • nemusí nás nutně omezovat, ale každý gram se počítá
  • Palivový článek může být efektivnější
    • Údajně je palivový článek účinnější čím menší proud dává, pošleme do něj méně vodíku, aby méně produkoval, zároveň takhle možná stačí vozit jen 1 bombičku
  • Podvozek není dokonalý pro skládání těžiště
    • Na dolní části podvozku zbývá spoustu volného místa, kam by se ještě vešli součástky, díky čemuž by se dalo snížit těžiště.
  • Měřící deska komunikovala nespolehlivě
    • Při testování jsme zapomněli na fakt, že frekvence 2.4 GHz, na které Bluetooth komunikuje, bude zarušená (byly na ní všechny vysílače/ovladače a spousta WiFi sítí), je ale také možné, že byly špatně nastaveny parametry vysílače v kódu
  • Hadičky přenášející vodík nebyly dostatečně pevné
    • Při závodu jsme bojovali také s častými úniky vodíku z hadiček, kterých bylo více a nepodařilo se nám je včas lokalizovat. Tím jsme ztratili mnoho drahocenného vodíku.

Registruj se do týmu

[Form id=“20″]

 

[:en]

The first hydrogen season is over

 

First experience with hydrogen fuel cell

We launched the Hydrogen automotive challenge H2AC (racing RC hydrogen cars models ) in January 2019. The sponsor of the historically first hydrogen car team was the Správa informačních technologií města Plzně. Students from Pilsen’s INFIS, SPŠE and SOUEP joined the program. Involved high school students very quickly had to build the first version of a hydrogen powered car. During the construction, the students discovered the key features of the hydrogen-cell electric vehicle (FCEV), where and how electricity is taken from fuel cells in combination with batteries. Understanding the basics and successfully assembling the first version of the car allowed them to participate in their first races in Brno at ISŠA Brno, where they gathered valuable experience and inspiration to improve the model. Hydrogen car races are endurance with a limited amount of hydrogen and batteries. So it is all about saving energy during the whole race. The key to success is maximizing the use of hydrogen in both cartridges and batteries, and according to this state, to plan pit stops correctly.

Knowing the state of hydrogen and battery consumption is crucial

The Horizon Grand Prix (formerly H2AC) final races are 6 hours with a limit of 20 hydrogen bombs and 4 sets of batteries. The team came up with a proposal for remote measurement of both hydrogen and battery consumption, so that they could accurately manage boxing stops and replace hydrogen cartridges and batteries. The SIT Port Garage provides the workspace for the team to do  all improvements. After completing all the preparations, the Pilsdrogen (Pilsen-hydrogen) team set out for the national final – Horizon Grand Prix – in Ostrava. Although the boys were finished at last position, they fought until the last drop of hydrogen. In addition to the jury’s appreciation for the technical solution of remote consumption metering, the guys have gained enormous experience.

Preparing for a new hydrogen season

We organized an exhibition race in Pilsen as part of the Dronfest 2019 at the very end of the season. A total of 5 teams from Pilsen, Hubálov and Kutná Hora secondary schools competed there.

As some of the Pilsen’s team members started their studies at university, it is necessary to add new high school students to the Pilsdrogen team for the upcoming season.

You can see the racing hydrogen car for example at DVT 2019 in Pilsen, where you can also join the team and shine next season.

And now some technical details …

Team members: David Žahour, Jan Kucera, Patrik Vacal, Jakub Kolar and Michal Klecka.
What did the boys learn and create in the project?

Patrik gathered insights from the whole team:

  • 3D designs (hydrogen cartridge holder)
    • We designed the holder in Fusion 360, then we printed this model in the SIT Port Garage on the 3D printer Prusa Mk3. 3D printing allowed us to quickly prototype (we had 3 prototypes) and at the same time relatively simple production of parts.
  • Operation of hydrogen propulsion
    • When designing a toy car, we found out what the hydrogen fuel cell works for and how it works in different situations. Thanks to this we are able to design its optimal use.
  • Creating printed circuit boards
    • To measure consumption we designed our own PCB in Eagle. We measured the voltage and current that we sent via bluetooth. We know how to design and install PCBs.
    • source code can be found here: https://github.com/nvias/HAC_sensor_boardV1
  • Construction of RC cars
    • We learned what the guts of RC cars look like, what we should not forget when building it and how to start such a car. Now we are able to design a car from components that meet our requirements.
  • Calculation of energy consumption using integral equations
    • https://github.com/nvias/H2AC-PilsdrogenMonitor
    • In Python, we plotted graphs from the data received from the measuring PCB and using the integrals we calculated the current amount of energy consumed. These calculations can be used next year for faster development of the new version of the application and also for the consumption figures in other projects.

Finally, our lessons learned, in other words, what to do in the new season:

  • Engine efficiency was poor as expected
    • it was a DC brush motor, now we have a new one
  • As expected, the battery efficiency was poor too
    • NiMH cells have a relatively steep discharge curve, losing up to a quarter of the capacity when consuming more current.
  • The fuel cell is heavy
    • does not necessarily limit us, but every gram counts
  • The fuel cell may be more efficient
    • Reportedly the fuel cell is more efficient the less current it gives, we send less hydrogen to it to produce less, while just maybe carrying just one cartridge
  • The chassis is not perfect for folding the center of gravity
    • At the bottom of the chassis there is plenty of space left to hold the components, which could reduce the center of gravity.
  • The measuring board was unreliable
    • During the testing we forgot the fact that the frequency of 2.4 GHz to which Bluetooth communicates will be disturbed (there were all transmitters / drivers and lots of WiFi networks), but it is also possible that the parameters of the transmitter were incorrectly set in the code
  • The hydrogen transfer tubing was not strong enough
    • During the race, we also fought frequent leaks of hydrogen from tubing, which were more and we could not locate them in time. We’ve lost a lot of precious hydrogen.

Join the team

[Form id=“20″][:]

Hey, like this? Why not share it with a buddy?

Related Posts