Desarrollo de una metodología de optimización para el dimensionado de los componentes de un camión híbrido dual-fuel bajo las configuraciones serie y paralelo

Abstract

[ES] En los últimos años se ha observado un creciente interés a nivel político, económico y social por el cambio climático y sus efectos tanto en la salud de las personas como en la conservación de la naturaleza. Cada vez son más las propuestas de sistemas alternativos a los implantados en el día a día para multitud de tareas, desde gestión inteligente del consumo de agua a nivel doméstico hasta complejos sistemas de generación eléctrica para abastecer ciudades enteras con el fin de reducir el impacto de la acción humana sobre el medioambiente.

Como es lógico, el transporte también ha evolucionado, principalmente debido a las nuevas restricciones en las normativas anticontaminantes que ya desde hace unas décadas se vienen implementando. En este sentido, la llegada de la electrificación al sector del transporte por carretera ha dado lugar a la puesta en marcha de proyectos muy ambiciosos que tienen como objetivo la reducción simultanea del consumo de combustible y de los agentes contaminantes expulsados a la atmósfera durante la operación del vehículo.

Un posible punto de partida consiste en combinar la tecnología existente, tanto térmica como eléctrica, para lograr que el motor de combustión trabaje el mayor tiempo posible cerca de los puntos óptimos de funcionamiento, siendo complementado por la propulsión eléctrica.

En esta propuesta de trabajo se pretende desarrollar una estrategia de control (Dynamic Programming Method, DPM) para optimizar el funcionamiento de un camión medium-duty con dos arquitecturas híbridas, serie y paralelo. En este caso, el motor térmico opera bajo la estrategia de combustión dual-fuel RCCI. Para conseguir el objetivo del trabajo, se realizarán simulaciones con diferentes algoritmos para el ciclo de homologación actual, donde se intentará obtener un dimensionamiento de los principales componentes del vehículo híbrido con el fin de reducir lo máximo posible el consumo de combustible y las emisiones de NOx.

[EN] In recent decades, interest has grown at a political, economic and social level in climate change and its effects on both people’s health and environment preservation. One of its consequences has been the arrival of electrification into the road transport sector, which has simultaneously reduced fuel consumption and the amount of pollutants expelled into the atmosphere during the vehicle operation. In this project a control strategy (Dynamic Programming Method, DPM) is applied to optimize the operation of a medium-duty truck partially electrified with two hybrid architectures. In both, the thermal engine operates under the RCCI dualfuel combustion strategy. For the analysis, a parametric study is carried out. In the serial architecture, the capacity of the battery and the ratio of the differential are studied; and in the parallel architecture, the capacity of the battery and the gear change strategy. The objetive is to reduce the fuel consumption and the emissions of nitrogen oxides in the operation of the vehicle at 50 % load. The results obtained show a substantial reduction in nitrogen oxide emissions for both hybrid architectures, keeping them below the limits imposed by the restrictive EURO 6 regulations. Regarding consumption, improvements are also observed in both configurations, with a larger reduction in parallel architecture. This demonstrates the great potential of vehicle electrification and sheds light on a possible evolution of road transport in the coming years.

[CA] En les ´ultimes d`ecades s’ha observat un creixent inter´es a nivell pol´ıtic, econ`omic i social pel canvi clim`atic i els seus efectes tant en la salut de les persones com en la conservaci´o de la naturalesa. Una de les seues conseq¨u`encies ha sigut l’arribada de l’electrificaci´o al sector del transport per carretera per a la reducci´o simult`ania del consum i dels agents contaminants expulsats a l’atmosfera durant l’operaci´o del vehicle. En aquest projecte s’aplica una estrat`egia de control (Dynamic Programming Method, DPM) per a optimitzar el funcionament d’un cami´o medium-duty electrificat parcialment amb dues arquitectures h´ıbrides. En ambdues, el motor t`ermic opera sota l’estrat`egia de combusti´o dual-fuel RCCI. Per a l’an`alisi es duu a terme un estudi param`etric. En l’arquitectura s`erie s’estudia la capacitat de la bateria i la relaci´o del diferencial, i en l’arquitectura en paral·lel, la capacitat de la bateria i l’estrat`egia de canvi de marxa, tot aix`o amb la finalitat de reduir el consum i les emissions d’`oxids de nitrogen en l’operaci´o del vehicle amb un grau de c`arrega del 50 %. Els resultats obtinguts mostren una reducci´o substancial de les emissions d’`oxids de nitrogen per a totes dues arquitectures h´ıbrides, mantenint-les per davall dels l´ımits imposats per les restrictives normatives EURO 6. Quant al consum tamb´e s’observen millores en totes dues configuracions sent major la reducci´o en l’arquitectura en paral·lel. Aix`o demostra l’enorme potencial que t´e l’electrificaci´o de vehicles i llan¸ca llum sobre una possible evoluci´o del transport per carretera en els pr`oxims anys.