RHODaS: Noves solucions per millorar l’eficiència dels sistemes de propulsió elèctrica per a vehicles pesants
FEVER: Un projecte per transformar el sistema energètic europeu i adaptar-lo a les energies renovables
febrer 13, 2023
Un sistema de tracció elèctrica per a vehicles pesants basat en una pila d’hidrogen
febrer 10, 202310/02/2023
El transport per carretera que utilitza combustibles fòssils en motors de combustió interna genera actualment prop del 60% del total d'emissions alliberades a l'atmosfera per l'activitat humana. Si bé els turismes són la principal font de contaminació, els vehicles lleugers i pesants representen gairebé el 40% de les emissions totals de CO₂ del total de la mobilitat per carretera a Europa. Així, l'electrificació d'aquests vehicles, especialment dels vehicles pesants, resulta un element clau per a limitar la contaminació ambiental i contribuir a mitigar els efectes del canvi climàtic.
El 2020, els fabricants de camions de la Unió Europea (UE) i membres de l'Associació Europea de Fabricants d'Automòbils (ACEA) van manifestar el seu compromís per descarbonizar el sector abans de 2050. Per aconseguir-ho, els fabricants de camions inverteixen en noves solucions, com els combustibles alternatius, bateries i hidrogen. Els vehicles elèctrics propulsats per bateria constitueixen la primera tecnologia d'emissions zero que arriba al mercat dels camions, seguida pels camions propulsats per hidrogen. No obstant això, avui dia encara no existeixen components integrats, compactes i d'alta eficiència del sistema de propulsió per als diferents models i tipus de vehicles existents. En aquest context, neix el projecte de recerca europeu RHODaS.
El Centre Motion Control and Industrial Applications (MCIA), el Terrassa Industrial Electronics Group (TIEG) i el grup Enginyeria del Medi Ambient (ENMA) de la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC) participen a RHODaS (Reinventing High-performance pOwer converters for heavy-Duty electric trAnSport), un projecte en el marc del qual es milloraran els sistemes de propulsió amb motor integrat per a arquitectures de tracció múltiple amb materials més eficients, nous materials semiconductors, millor gestió tèrmica i l'estandardització de la fabricació de convertidors de potència. Tot això augmentarà l'eficiència de la pròpia arquitectura, la densitat de potència, la fiabilitat, el cost i la sostenibilitat dels vehicles elèctrics de llarg recorregut.
Per a això es desenvoluparà un prototip de convertidor de potència modular amb dispositius GaN (nitrur de gal·li) i SiC (carbur de silici). D'una banda, s'inclouran nous materials semiconductors, que contribuiran a reduir el seu pes i la seva grandària. D'altra banda, el prototip incorporarà sensors que recolliran les dades amb els quals es dissenyarà un bessó digital que, a través d'intel·ligència artificial aplicada al control i al diagnòstic, permetrà el manteniment predictiu del sistema i els seus components. Això contribuirà a augmentar l'eficiència i el rendiment del conjunt. D'aquesta manera, s'unificaran els requisits de disseny, fabricació, rendiment i seguretat per crear una cadena de valor rendible a la Unió Europea (UE) basada en economies d'escala, com a avantatge competitiu enfront dels fabricants asiàtics i estatunidencs.
Conceptes com l'ecodisseny i la circularitat s'aplicaran en les estratègies de fabricació i determinació de la vida útil (reparació, reutilització, recondicionament i reciclatge) dels components, gràcies a l'aplicació d'eines digitals com el disseny 3D i la simulació d'electrònica de potència modular.
El Centre MCIA lidera les tasques d'integració del sistema de tracció elèctrica, així com de l'electrònica de control. El TIEG s'ocupa del disseny dels components elèctrics i electrònics del projecte, i en particular dels convertidors T-type híbrids GaN-SiC. Finalment, l’ENMA s'encarrega de la revisió dels estudis d'impacte ambiental i del disseny circular dels convertidors.
Resultats i impacte esperat
S'espera que el nou prototip de convertidor aconsegueixi, entre altres aspectes:
- Una reducció de costos mínima del 20% dels sistemes de propulsió.
- Avenços significatius en eficiència (reduint les pèrdues en un 25%) i rendiment tèrmic (gràcies a l'augment de la temperatura de funcionament), la qual cosa permetrà una major extensió del rang de conducció dels camions (un 10% més), una càrrega més ràpida i una gestió tèrmica més fàcil de tot el tren motriu.
- El desenvolupament d'un sistema d'electrònica de potència, que permetrà reduir fins a un 40% la grandària i el pes necessaris per a l'accionament elèctric.
- Un increment del 5% del nivell d'eficiència en l'accionament del motor integrat com a resultat de menors pèrdues energètiques (fins a un 40%) en la conversió de potència i una instal·lació més fàcil en comparació amb les tecnologies actuals.
- Monitoratge avançat del sistema en temps real amb un bessó digital per a optimitzar el disseny i operacions, reduir les fallades i ampliar el cicle de vida dels materials.
- Accelerar l'adopció de solucions (tecnologies i serveis) centrades en l'usuari, assequibles i amb zero emissions per a la mobilitat per carretera a Europa.
- Millorar la qualitat de l'aire, fomentar l'economia circular i la reducció de l'impacte ambiental.
Consorci, pressupost i finançament
RHODaS reuneix 9 socis de 6 països de la UE, entre els quals es troben a més de la UPC (qui a través del Centre MCIA, coordina el consorci), la Universitat Tècnica de Viena - TUW (Àustria), l'Institut de Tecnologia d'Àustria - AIT (Àustria), la Universitat de Aarhus (Dinamarca), Kneia (Espanya), Valeo (França i Alemanya), Bosmal (Polònia) i NVISION (Espanya).
El projecte RHODaS s'emmarca en el programa de quatre anys Horizon Europe 2021-2027 i és finançat per la Unió Europea mitjançant el programa ‘Climate, Energy and Mobility’. RHODaS va començar al maig de 2022 i finalitzarà a l'octubre de 2025 i està dotat d'un pressupost total de 5.956.938 €.
Més informació en el lloc web oficial del projecte.
Sector
Vols saber més?
Projectes Relacionats
- El Centre de Desenvolupament de Sensors, Instrumentació i Sistemes (CD6) de la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC) participa a PhotonHub Europe, un projecte europeu en el marc del qual s’estableix un únic centre d’innovació paneuropeu en fotònica com a solució de finestreta única, que integra solucions fotòniques pioneres
- El grup de recerca Barcelona Fluids & Energy Lab (IFLUIDS) i el Centre d'Innovació Tecnològica en Convertidors Estàtics i Accionaments (CITCEA) de la UPC participen en el projecte europeu H-HOPE, centrat en el desenvolupament de solucions per produir energia neta a partir de fonts hídriques encara sense explotar, com ara canonades i canals d’aigua.
- Combinar l'activitat agrícola i la producció d'energia solar a partir de plaques fotovoltaiques és l’objectiu de SYMBIOSYST, un projecte impulsat per un consorci de 16 socis europeus entre els quals s’inclou la UPC. En el marc d’aquest projecte, es desenvoluparan eines tecnològiques per contribuir a generar energia neta per al sector agrícola a Europa.
- La producció de biogàs a partir de la digestió anaeròbia està experimentant un creixement exponencial a Europa en els últims anys, ja que pot ser produït localment i perquè té un clar efecte positiu sobre el reciclatge dels residus, la generació d'energia neta, el desenvolupament sostenible o l'acció pel clima. En aquest context es desenvolupa el projecte FertiLab, en el qual participen investigadors del Departament d'Enginyeria Agroalimentària i Biotecnologia (DEAB) de la UPC.
