OPTIMIZACIÓN Y CONTROL DE SISTEMAS DE CALEFACCIÓN EN AUTOBUSES ELÉCTRICOS PROPULSADOS POR BATERÍAS
Investigadores principales:
Dr. Jorge E. Jiménez Hornero
Dr. Francisco Javier Vázquez Serrano
Referencia: TED2021-130373B-I00
Organismo: Ministerio de Ciencia e Innovación de España
Inicio: 01-12-2022
Fin: 30-11-2024
Importe: 103.960 €
Resumen:
La minimización del consumo de batería en vehículos puramente eléctricos de transporte público, como los autobuses eléctricos propulsados por baterías, es un tema de vital importancia, puesto que permite aumentar su autonomía y alcance y, en consecuencia, contribuye a fomentar e incrementar su uso tanto para trayectos urbanos como interurbanos, con la consiguiente reducción de emisiones contaminantes a la atmósfera y de ruido. Dichas baterías han de abastecer, fundamentalmente, al sistema de tracción, pero también a los diferentes sistemas y equipos auxiliares, siendo el de mayor consumo, de entre todos ellos, el sistema de climatización o HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning), particularmente en calefacción debido al limitado aislamiento, que puede suponer el 35% del consumo total y llegando a reducir el alcance del vehículo hasta un 50% o más, dependiendo de las condiciones ambientales y de las perturbaciones presentes (radiación solar, apertura de puertas, ocupación etc.). En los vehículos con motor de combustión interna, este sistema se abastece de la energía calorífica residual procedente del mismo, pero en los eléctricos se emplean bombas de calor, así que las diferencias entre ambos son significativas. Por lo tanto, en el proyecto propuesto se pretende la optimización de la eficiencia energética del sistema HVAC para calefacción manteniendo unas condiciones adecuadas de confort de los pasajeros, persiguiendo minimizar su consumo de batería y contribuyendo a los beneficios indicados previamente; en consecuencia, el proyecto se enmarca en los objetivos medioambientales objeto de la convocatoria “mitigación del cambio climático” (mediante “el aumento de la movilidad limpia o climáticamente neutra” y la “mejora de la eficiencia energética”) y “control de la contaminación”.
Para lograr estos objetivos se propone emplear técnicas avanzadas de optimización y de control óptimo, concretamente basadas en MPC (Control Predictivo basado en Modelo). Para ello, previamente se realizará el modelado termodinámico del habitáculo y del sistema HVAC, incluyendo aquellas variables relacionadas con el consumo eléctrico; dicho sistema HVAC se instalará a modo de planta experimental en laboratorio para realizar ensayos de caracterización de componentes y validar los algoritmos que se diseñen previamente en simulación. En este contexto, se desarrollará también un sistema hardware-in-the-loop que permita la comunicación bidireccional entre la planta experimental y la simulación del modelo del habitáculo, con el fin de no tener que disponer de éste a nivel de laboratorio.
Publicaciones:
Delgado, M. L., Ruz, M.L., Vázquez, F. & Jiménez Hornero, J.E. (2024). Multiobjective Optimization for PI-based Control Strategies for HVAC Systems in Coaches. 4th IFAC Conference on Advances in Proportional-Integral-Derivative Control.
Vázquez, F., Garrido, J., Ruz, M., & Jiménez-Hornero, J.E. (2023). Stiction compensation for low-cost electric valves. Control Engineering Practice, 134, 105482
Delgado, M. L., Jiménez Hornero, J.E., & Vázquez, F. (2023). Caracterización térmica de un intercambiador de calor de un autobús. XLIV Jornadas de Automática (pp. 388-392). Universidade da Coruña. Servizo de Publicacións.
Delgado, M. L., Jiménez-Hornero, J. E., & Vázquez, F. (2023). Design, Implementation and Validation of a Hardware-in-the-Loop Test Bench for Heating Systems in Conventional Coaches. Applied Sciences, 13(4), 2212.
Delgado, M. L., Jiménez-Hornero, J.E., & Vázquez, F. (2022). Modelo térmico de un sistema de calefacción para vehículos de transporte público. XLIII Jornadas de Automática (pp. 500-507). Universidade da Coruña. Servizo de Publicacións.
Tesis doctorales:
“Diseño de estrategias de control de calefacción en vehículos de transporte público”. María Luisa Delgado (en realización).
