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El transporte por carretera que utiliza combustibles fósiles en motores de combustión interna genera actualmente cerca del 60% del total de emisiones liberadas a la atmósfera por la actividad humana. Si bien los turismos son la principal fuente de contaminación, los vehículos ligeros y pesados representan casi el 40% de las emisiones totales de CO2 del total de la movilidad por carretera en Europa. Así, la electrificación de estos vehículos, especialmente de los vehículos pesados, resulta un elemento clave para limitar la contaminación ambiental y contribuir a mitigar los efectos del cambio climático.
En 2020, los fabricantes de camiones de la Unión Europea (UE) y miembros de la Asociación Europea de Fabricantes de Automóviles (ACEA) manifestaron su compromiso para descarbonizar el sector antes de 2050. Para lograrlo, los fabricantes de camiones invierten en nuevas soluciones, como combustibles alternativos, baterías e hidrógeno. Los vehículos eléctricos propulsados por batería constituyen la primera tecnología de emisiones cero que llega al mercado de los camiones, seguida por los camiones propulsados por hidrógeno. Sin embargo, a día de hoy aún no existen componentes integrados, compactos y de alta eficiencia del sistema de propulsión para los distintos modelos y tipos de vehículos existentes. En este contexto, nace el proyecto de investigación europeo RHODaS.
El Centro Motion Control and Industrial Applications (MCIA), el Terrassa Industrial Electronics Group (TIEG) y el grupo Ingeniería del Medio Ambiente (ENMA) de la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC) participan en RHODaS (Reinventing High-performance pOwer converters for heavy-Duty electric trAnSport), un proyecto en cuyo marco se mejorarán los sistemas de propulsión con motor integrado para arquitecturas de tracción múltiple con materiales más eficientes, nuevos materiales semiconductores, mejor gestión térmica y la estandarización de la fabricación de convertidores de potencia. Todo ello aumentará la eficiencia de la propia arquitectura, la densidad de potencia, la fiabilidad, el coste y la sostenibilidad de los vehículos eléctricos de largo recorrido.
Para ello, se desarrollará un prototipo de convertidor de potencia modular con dispositivos GaN (nitruro de galio) y SiC (carburo de silicio). Por una parte, se incluirán nuevos materiales semiconductores, que contribuirán a reducir su peso y su tamaño. Por otra parte, el prototipo incorporará sensores que recogerán los datos con los que se diseñará un gemelo digital que, a través de inteligencia artificial aplicada al control y al diagnóstico, permitirá el mantenimiento predictivo del sistema y sus componentes. Esto contribuirá a aumentar la eficiencia y el rendimiento del conjunto. De esta forma, se unificarán los requisitos de diseño, fabricación, rendimiento y seguridad, para crear una cadena de valor rentable en la Unión Europea (UE), basada en economías de escala, como ventaja competitiva frente a los fabricantes asiáticos y estadounidenses.
Conceptos como el ecodiseño y la circularidad se aplicarán en las estrategias de fabricación y determinación de la vida útil (reparación, reutilización, reacondicionamiento y reciclaje) de los componentes, gracias a la aplicación de herramientas digitales como el diseño 3D y la simulación de electrónica de potencia modular.
MCIA lidera las tareas de integración del sistema de tracción eléctrica, así como de la electrónica de control. TIEG se ocupa del diseño de los componentes eléctricos y electrónicos del proyecto, y en particular de los convertidores T-type híbridos GaN-SiC. Finalmente, ENMA se encarga de la revisión de los estudios de impacto ambiental y del diseño circular de los convertidores.
Resultados e impacto esperado
Se espera que el nuevo prototipo de convertidor logre, entre otros aspectos:
- Una reducción de costos mínima del 20% de los sistemas de propulsión.
- Avances significativos en eficiencia (reduciendo las pérdidas en un 25%) y rendimiento térmico (gracias al aumento de la temperatura de funcionamiento), lo que permitirá una mayor extensión del rango de conducción de los camiones (un 10% más), una carga más rápida y una gestión térmica más fácil de todo el tren motriz.
- El desarrollo de un sistema de electrónica de potencia que permitirá reducir hasta un 40% el tamaño y el peso necesarios para el accionamiento eléctrico.
- Un incremento del 5% del nivel de eficiencia en el accionamiento del motor integrado como resultado de menores pérdidas energéticas (hasta un 40%) en la conversión de potencia y una instalación más fácil en comparación con las tecnologías actuales.
- Monitorización avanzada del sistema en tiempo real con un gemelo digital para optimizar el diseño y operaciones, reducir los fallos y ampliar el ciclo de vida de los materiales.
- Acelerar la adopción de soluciones (tecnologías y servicios) centradas en el usuario, asequibles y con cero emisiones para la movilidad por carretera en Europa.
- Mejorar la calidad del aire, fomentar la economía circular y la reducción del impacto ambiental.
Consorcio, presupuesto y financiación
RHODaS reúne a 9 socios de 6 países de la UE, entre los que se encuentran además de la UPC (quien a través del Centro MCIA, coordina el consorcio), la Universidad Técnica de Viena - TUW (Austria), el Instituto de Tecnología de Austria - AIT (Austria), la Universidad de Aarhus (Dinamarca), Kneia (España), Valeo (Francia y Alemania), Bosmal (Polonia) y NVISION (España).
El proyecto RHODaS se enmarca en el programa de cuatro años Horizon Europe 2021-2027 y es financiado por la Unión Europea mediante el programa ‘Climate, Energy and Mobility’. RHODaS empezó en mayo de 2022 y finalizará en octubre de 2025 y está dotado de un presupuesto total de 5.956.938 €.
Más información en el sitio web oficial del proyecto.
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