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DOI: https://doi.org/10.7451/CBE.2021.63.2.41
Description:

Agricultural labour shortages coupled with a required increase in global food production and increasingly stringent sustainable farming legislation are creating a ‘perfect storm’ opportunity for a much greater reliance on electric and autonomous technologies in agriculture. Fuel cell (FC), electric vehicle (EV), and connected and autonomous vehicle (CAV) technologies are being successfully adapted to meet the needs of several on-road and off-road vehicular applications. In this article, we focus on the feasibility of integrating FC, EV, and CAV technologies to power units adapted to the autonomous completion of agricultural field operations. Such small-scale autonomous agricultural power units (AAPU) would be intended for cluster/fleet operations and feature communication capabilities facilitated through a next-generation network infrastructure. These AAPUs would be compatible with a variety of agricultural implements to provide operational versatility and value to a wide range of farming operations. Such FC & EV powered AAPUs could reduce lifecycle greenhouse gas (GHG) emissions from agricultural operations by an average of 70% relative to emissions from diesel power units. This article further demonstrates that these autonomous technologies could be leveraged at a cost comparable to current diesel operations in agriculture.

Keywords: Cluster/fleet operation, Connected & autonomous vehicles, Electric vehicles, Fuel cell, Power units
Résumé:

Plusieurs facteurs contribuent à accroître l’intérêt pour une utilisation accrue de la motricité électrique et des technologies des véhicules autonomes en agriculture : rareté croissance de la main-d’œuvre agricole, augmentation de la production alimentaire à l’échelle mondiale, législations et réglementations visant la durabilité de la production agricole. Les technologies relatives aux piles à combustible (FC), aux véhicules électriques (EV) et aux véhicules autonomes et connectés (CAV) sont adaptées avec succès pour rencontrer les exigences liées aux déplacements routiers et aux applications hors-route. Cet article se veut une analyse de faisabilité portant sur l’intégration des technologies FC, EV et CAV sur des unités motrices pour la réalisation d’opérations agricoles autonomes. De telles unités motrices agricoles autonomes de taille réduite (AAPU) œuvrant de façon concertée pourraient communiquer entre elles par le biais de réseaux de communication de prochaine génération. Ces AAPU pourraient opérer des machines et équipements agricoles variés en fonction des différentes productions et types de pratiques culturales. En raison de l’utilisation des technologies FC et EV, ces AAPU permettraient de réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) associées aux opérations agricoles par un facteur de 70% comparativement à celles résultant de l’utilisation d’unités motrices alimentées en carburants fossiles tout en présentant des coûts d’utilisation comparables.

Mots-clés:

Flottes de véhicules, véhicules connectés et autonomes, véhicules électriques, piles à combustible, unités motrices.

Citation: Iftime, D. and C. Laguë. 2021. Connected and autonomous electric and fuel-cell powered agricultural power units: A feasibility study. Canadian Biosystems Engineering/Le génie des biosystèmes au Canada 63: 2.41-2.50. https://doi.org/10.7451/CBE.2021.63.2.41
Volume: 63
Issue:
Pages 2.41 - 2.50
Contributor: R. Sri Ranjan
Date: December 14, 2022
Technical field: Machinery Systems Engineering
Conference name:
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Other information:
Type: Text.Abstract
Format: PDF
Publication type: Journal
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Coverage:
Language 1: en
Language 2: fr
Rights: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
Notes:
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