Sac chauffe-batteries pour drones en hiver

30 décembre 2017 – [datedermaj]

Projet de sac chauffe-batteries pour drones et autres appareils électroniques

Au début de l’automne et dans cet élan créatif, je me suis rapproché de Cynthia VALON, cofondatrice de Tranquilisafe®, une société située dans le sud de la France, qui fabrique et commercialise notamment des pochettes chauffantes ou chaufferettes afin de lutter contre le froid, les douleurs musculaires et articulaires. Je connaissais ce type de produit que j’avais déjà utilisé, en plongée, il y a une vingtaine d’années, afin d’améliorer le confort thermique de ma combinaison humide en néoprène, en basse saison.

J’ai réussi à la convaincre que les chaufferettes qu’elle fabrique pourrait offrir de nouveaux débouchés, en les adaptant, pour des marchés comme ceux des drones ou d’autres appareils électroniques (appareils photo, caméras, instruments de mesures…) qui utilisent des batteries dont les performances et autonomie baissent avec des basses températures.

Dans un premier temps, j’ai donc réalisé un cahier des charges adapté à l’utilisation des drones avec des basses températures. Dans un second temps, j’ai sélectionné deux prototypes de sacs chauffe-batteries que j’ai détourné de leur utilisation première. J’en suis aujourd’hui à la phase des premiers tests sur le terrain afin de faire évoluer le concept. Aujourd’hui, ce produit qui a évolué depuis ces premiers tests est commercialisé dans la boutique Safety-drone.shop

RISQUE DE crash LIE AUX BATTERIES ET AU FROID

En introduction, je vous invite à lire au préalable, l’article “Froid et voler en drone” qui traite notamment du risque de crash, lié aux batteries, lors des vols en drone, par basses températures.

Article “Froid et voler en drone”

 Le cahier des charges d’un sac chauffe-batteries pour drones

J’ai retenu les critères suivants:

• Sac ignifugé de transport pour réduire le risque en cas de feu de batteries;
• Possibilité de transporter 4 à 6 batteries LiPo 4S ou 6S;
• Bonne isothermie pour conserver une chaleur adaptée près d’une heure, avec une température extérieure de -10 C;
• Pas de système de chauffage électrique réduisant l’autonomie de la batterie;
• Simple d’utilisation et réutilisable plusieurs fois;
• Sans danger et déclenchement de la chauffe contrôlé par l’utilisateur;
• De préférence protégeant des chocs et imperméable;
• Solide et résistant, pour rester isotherme et pour assurer le transport des batteries;
• Signalétique extérieure avertissant du contenu du sac et de sa fonction;
• Coût final abordable.

Prototypes de sacs chauffe-batteries avec pochettes chauffantes

Sac ignifugé de grande capacité permettant de transporter 4 à 6 batteries LiPo, selon leurs tailles.

J’ai sélectionné un sac ignifugé de grande capacité qui permet de contenir 4 à 6 batteries LiPo 4S ou 6S. Il ferme avec un fermeture à glissière (zip). Résistant, il ne m’a jamais lâché contrairement à d’autres. Il fait les dimensions suivantes: 200 x 110 x 150 mm et pèse 84 g.

Deux sacs isothermes retenus comme prototypes pour un sac chauffe-batteries pour drones

J’ai également retenu deux prototypes de sacs aux caractéristiques isothermes différentes pour les tester et permettant de contenir, au plus juste, le sac ignifugé pour batteries LiPo présenté plus haut. Ils ferment avec des fermetures à glissière (zip). Résistants, ils permettent de transporter, en l’enveloppant, le sac ignifugé avec 4 à 6 batteries 4S ou 6S.

Chaufferettes réutilisables Tranquilisafe®. La violette est activée et en cours de cristallisation – © Denis JEANT

Les batteries LiPo sont donc insérées dans le sac ignifugé présenté plus haut. Ce dernier est placé dans un des deux sacs isothermes. Des chaufferettes réutilisables, au nombre de quatre à  six  sont activées par une réaction chimique (lire à la suite), puis glissées dans le sac ignifugé, au milieu des batteries.

CHAUFFERETTES A USAGE UNIQUE ?

Je vous déconseille des pochettes chauffantes ou chaufferettes à usage unique. Une fois utilisées, elles sont jetables ! Ce qui constitue un non sens écologique en produisant des déchets et qui représente un coût beaucoup plus important à l’usage. Les pochettes chauffantes ou chaufferettes réutilisables sont beaucoup plus écologiques, utilisent un produit naturel pour produire de la chaleur et peuvent être utilisées plus de 600 fois !

Principe de fonctionnement des chaufferettes réutilisables ?

Caractéristiques des chaufferettes

Photo: lot de 4 chaufferettes et de 4 pochettes individuelles en microfibre Tranquilisafe®

• Chaufferette réutilisable (poche en PVC) contenant une solution d’acétate de sodium tri-hydraté (100% naturel et écologique). Aucune électricité ni flamme ne sont utilisées.
• La  chaleur jusqu’à 50°C est produite à la demande, sur simple activation de l’utilisateur.
• Pochette individuelle en microfibre pour placer la chaufferette réutilisable, une fois activée.
• Les chaufferettes Tranquilisafe® peuvent être réutilisées plus de 600 fois !

Activation et chaleur ?

Photo: Activation en cours d’une chaufferette. Rondelle de métal en gros plan – © Denis JEANT

• Pour déclenchez la production de chaleur jusqu’à 50°C, tenez la rondelle de métal qui se trouve à l’intérieur de la poche de la chaufferette entre votre pouce et votre index et pliez-la délicatement jusqu’à ce qu’elle émette un clic.
• Le liquide transparent qu’elle contient se cristallise progressivement (voir photo ci-dessus) et celle-ci se réchauffe instantanément.
• Selon le cas, placez-la dans sa pochette individuelle en microfibre.
• Massez la poche de la chaufferette pour maximiser la répartition de la chaleur.
• La chaleur se diffuse durant près d’une heure, le liquide se cristallise entièrement et durcit, puis refroidit.

Recyclage et réutilisation

Photo: reclyclage des chaufferettes dans une casserole d’eau bouillante – © Denis JEANT

• Les chaufferettes Tranquilisafe® peuvent être réutilisées plus de 600 fois !
• Une fois utilisées avec production de chaleur, leur liquide s’est solidifié sous la forme de cristaux.
• Avant de les recycler, veuillez les retirer de leurs pochettes en microfibre.
• Faites chauffer un casserole d’eau bouillante d’une taille adaptée au nombre de chaufferettes à traiter.
• A ébullition, veuillez plonger les chaufferettes, sans leurs pochettes en microfibre, à distance des bords de la casserole, dans l’eau bouillante pendant 5 à 10 minutes.
• Laissez ensuite complètement refroidir avant de les retirer de la casserole.
• Le produit doit reprendre sa forme liquide initiale, sans cristaux, pour pouvoir être réutilisé. Elle est comme neuve !

Utilisation avec les deux sacs

Photo: Prototypes de sacs chauffe-batteries, avec chaufferettes, pour drones – © Denis JEANT

• Le sac ingnifugé fermé contenant les batteries LiPo est placé au fond du sac chauffe-batteries. Cela constitue une première protection isothermique.
• Une fois arrivé sur le terrain, 4 à 6 chaufferettes sont activées, à l’abri du vent.
• Les chaufferettes sont placées dans le sac ingnifugé, au milieu des batteries.
• Les fermetures à tirettes (zip) des sacs ingnifugé et chauffe-batteries réduisent les pertes thermiques.
• A chaque ouverture limitée du sac, vous pouvez mesurer la température  avec un thermomètre infrarouge de poche.
• Si besoin, à l’abri du vent, remplacez les chaufferettes par d’autres après les avoir activées.
• Si possible, laissez le sac chauffe-batterie à l’abri du vent ou dans un véhicule fermé, sous surveillance.
• La batterie ou les batteries sont placées sans attendre dans le drone.
• Avant de décoller, un contrôle du voltage (voir de la température avec l’App. DJI Go) de la batterie LiPo, est réalisé, à partir de la radiocommande ou de la tablette numérique.

Premier test en situation, des deux sacs chauffe-batteries, à 11°C

Matériel de mesure des températures

Petit thermomètre à deux sondes alimenté par 8 accus ou piles AA en 12 V – © Denis JEANT

• Petit thermomètre à double affichage numérique;
• Dimensions: 45 x 26 mm;
• Il est étanche au ruissellement;
• Il est alimenté en courant continu (DC 4-28V) par un boîtier support hermétique de 8 accus ou piles LR06 (AA), d’un voltage total de 12 V, avec interrupteur ON/OFF;
• autonomie pour réaliser des mesures sur le terrain, en conditions réelles;
• Température fonctionnement: -40 ℃ à + 80 ℃;
• Plage de mesure des températures de -20 ℃ à + 100 ℃;
• Type de capteur: 2 sonde métalliques imperméables 1M NTC;
• Double affichage rouge et bleu avec 0.28 LED;
• Vitesse de rafraîchissement: toutes les 1 s.
• Sa résolution est de 0,1 ℃;
• Sa précision est de ± 1 ℃.

Protocole de test

Sac chauffe-batteries fermé avec le thermomètre à deux sondes en fonction – © Denis JEANT

• Dans une pièce, à l’abri du vent, une des sondes du thermomètre est fixée avec un adhésif, sur une des 4 batteries LiPo 4S placées dans le sac ignifugé;
• La température est relevée, après stabilisation des mesures des deux sondes du thermomètre;
• 4 chaufferettes sont activées et placée au milieu de 4 batteries LiPo 4S contenu dans le sac ignifugé;
• Le sac ignifugé est fermé et placé dans un des sacs isothermes, également fermé;
• Des adhésifs sont placés afin de rendre étanches les passages du fil de la sonde du thermomètre, à travers les deux fermetures à tirettes (zip);
• L’ensemble est laissé une minute dans la pièce à une température tempérée;
• Ensuite, l’ensemble fermé est placé à l’extérieur, à l’abri du vent, à une température extérieure basse;
• Les valeurs des températures interne (batterie) et externe (air ambiant extérieur) sont relevées toutes les 5 minutes, sur une durée de 90 minutes ou jusqu’à ce que la température interne atteint 15°C.

Données du 1er test du 1 janvier 2018: sac chauffe-batteries en néoprène

Chute de température dans le sac chauffe-batteries en néoprène à  11°C

• Veuillez SVP cliquer sur l’image des courbes pour les visualiser plus en détails;
• La température relevée dans la pièce tempérée était de 17 °C. La température au niveau des batteries, une fois les chaufferettes et le sac en néoprène fermé était de 38°C;
• La température extérieure a varié de 10,8 à 11,4 °C durant les 90 minutes de test,
• La température a chuté de 37,8 °C à 29,0 °C, en 90 minutes, dans le premier sac en néoprène, à une température extérieure moyenne de 11,07 °C.
• La chute de température au niveau du sac chauffe-batteries en néoprène était de:
  • 8,8°C sur 90 minutes (1h30);
  • 6,6°C sur les 60 premières minutes (1h00);
  • 3,5°C sur les 30 premières minutes.

Résultats du 1er test du sac chauffe-batteries en néoprène

Photo: 1er prototype de sac chauffe-batteries, avec chaufferettes, pour drones – © Denis JEANT

• Les résultats sont encourageant, cette solution devant être améliorée et testée à une température plus basse;
• Rouler le haut du sac en néoprène, envisager une jointure comme pour les sacs étanches et placer une feuille d’aluminium sur le haut du sac ignifugé pourrait bien améliorer le bilan thermique (à tester);
• Comme certains me l’on suggéré, une petite batterie style Power Bank (pour téléphone portable ou tablette) rechargeable sur secteur et allume cigare pourrait alimenter en 5V, une petite résistance pour constituer un chauffage d’appoint;
• D’autres tests suivront jusqu’à validation, pour lancer ensuite une éventuelle commercialisation…

Données du 2e test du 11 janvier 2018: sac chauffe-batteries avec fond en alu

Chute de températures dans le sac chauffe-batteries avec fond en alu à 6°C

• Veuillez SVP cliquer sur l’image des courbes pour les visualiser plus en détails;
• La température relevée dans la pièce tempérée était de 17 °C. La température au niveau des batteries, une fois les chaufferettes et le sac en néoprène fermé était de 28°C;
• La température extérieure a varié de 5,6 à 6,2 °C durant les 90 minutes de test,
• La température a chuté de 27,8 °C à 21,0 °C, en 90 minutes, dans le deuxième sac avec fond en alu, à une température extérieure moyenne de 5,97 °C.
• La chute de température au niveau du sac chauffe-batteries avec fond en alu était de:
  • 6,8°C sur 90 minutes (1h30);
  • 4,9°C sur les 60 premières minutes (1h00);
  • 3,5°C sur les 30 premières minutes.

Résultats du 2e test du sac chauffe-batteries avec fond en alu

Photo: 2e prototype de sac chauffe-batteries, avec chaufferettes, pour drones – © Denis JEANT

• Les résultats sont encourageant, cette solution devant être améliorée et testée à une température plus basse;
• Cette solution semble moins performante en terme d’isothermie que le sac chauffe-batteries en néoprène;
• Comme certains me l’on suggéré, une petite batterie style Power Bank (pour téléphone portable ou tablette) rechargeable sur secteur et allume cigare pourrait alimenter en 5V, une petite résistance pour constituer un chauffage d’appoint;
• D’autres tests suivront jusqu’à validation, pour lancer ensuite une éventuelle commercialisation…

Pour aller plus loin: