Camión con pantógrafo
desde RWTH Aachen
Proyecto de investigación innovador de la Universidad RWTH de Aquisgrán
El PEM de la Universidad RWTH de Aquisgrán está desarrollando camiones electrificados con pantógrafos y componentes Webasto para reducir de forma sostenible las emisiones de CO2 en las carreteras de todo el mundo. El transporte por carretera también es crucial para una reducción significativa y duradera de las emisiones de CO2 en el tráfico. Los camiones son responsables de aproximadamente el diez por ciento de las emisiones globales de CO2. Al mismo tiempo, son difíciles de electrificar debido a sus altos requerimientos de energía, así como a las largas distancias que tienen que recorrer.
La cátedra de Ingeniería de Producción de Componentes de Movilidad Eléctrica (PEM) de la Universidad RWTH de Aquisgrán está llevando a cabo un esfuerzo por cambiar esta situación y encontrar una solución competitiva para el transporte de mercancías. En el marco del proyecto LiVePLuS, los especialistas en cátedras desarrollaron un tren motriz eléctrico con pantógrafo y batería y lo implementaron en un primer prototipo con el apoyo de Webasto, socio del sistema para la electromovilidad.
Fundada en 2014, la cátedra PEM de la RWTH, una de las universidades de excelencia de Alemania y una de las mejores universidades del mundo, estudia los componentes centrales de la electromovilidad. Cuatro grupos de investigación se centran en la batería como uno de los componentes centrales del tren motriz eléctrico a lo largo de toda la cadena de valor. "Nuestro objetivo es desarrollar nuevas formas de ahorrar activamente las emisiones de CO2. El tráfico rodado es responsable de un gran porcentaje de las emisiones.
Si miramos más de cerca, encontramos que son principalmente los vehículos comerciales pesados cuya electrificación tendría un impacto considerable en la reducción de CO2. Por lo tanto, para lograr la máxima eficiencia y el mayor impacto posible, esta es precisamente el área en la que queremos centrarnos en nuestros proyectos de investigación", explica Konstantin Sasse, jefe de equipo de ingeniería y seguridad de baterías de PEM.
Webasto y RWTH Aachen: solución de pantógrafo para camiones
Hacer posible el cambio de tráfico
El objetivo principal: desarrollar módulos adaptables de bloques de construcción de trenes de transmisión que puedan adaptarse individualmente al área de aplicación. Y así, en septiembre de 2017 se puso en marcha el proyecto LiVe, que inicialmente estudió diversas tecnologías, como la pila de combustible o el pantógrafo, un colector de corriente desplegable montado en el vehículo, sobre la base del vehículo eléctrico de batería. Sobre esa base se creó el proyecto LiVePLuS en febrero de 2020 y se centró en camiones pesados con batería y pantógrafo.
Para validar los resultados de la investigación y demostrar la idoneidad de los camiones semirremolques con pantógrafos, también se adaptó un camión como prototipo. Clásicamente consta de un motor eléctrico y una batería de tracción a la que se añade el pantógrafo como interfaz a un sistema de catenaria. Un sistema de sensores detecta si el vehículo circula por un carril de tráfico con catenaria y el pantógrafo del camión se extiende y se acopla con la catenaria. De este modo, se suministra energía al motor eléctrico y se carga la batería al mismo tiempo.
Ambos proyectos están patrocinados por VDI/VDE Innovation + Technik GmbH y financiados por el Ministerio Federal de Medio Ambiente, Protección de la Naturaleza, Seguridad Nuclear y Protección del Consumidor (BMUV) de Alemania. "La tecnología con pantógrafos es particularmente interesante, ya que la infraestructura para ello se puede implementar con bastante rapidez: ya se puede lograr mucho aquí para 2030. Los estudios han demostrado que mediante el uso de camiones aéreos, se pueden reducir alrededor del 50 por ciento de las emisiones de CO2 para 2030 en comparación con los camiones convencionales. Si se lleva este cálculo más allá y se operan los sistemas de catenaria exclusivamente con fuentes de energía renovables, el funcionamiento puro de estos camiones ya sería neutro en CO2 hoy en día", afirma Simon Dünnwald, jefe de equipo de ingeniería de producción de movilidad eléctrica de PEM.
La energía suministrada por los pantógrafos no solo es muy eficiente debido a su alta eficiencia general, sino que también tiene pocas desventajas en comparación con los camiones convencionales. Los impactos en la infraestructura son igualmente bajos: los carriles de tráfico con líneas aéreas también pueden ser utilizados por otros participantes del tráfico sin restricciones. Actualmente, estas líneas aéreas ya están instaladas en segmentos de las autopistas A1 y A9 como rutas de prueba. "Las simulaciones y los estudios muestran que la modernización de alrededor del 30 por ciento de la red de autopistas alemanas, entre 3.200 y 4.000 kilómetros, con sistemas de líneas aéreas es suficiente para electrificar el 80 por ciento de los camiones pesados. Así que tenemos un enorme potencial aquí", dice Dünnwald.
Componentes y soporte de primera clase de Webasto
Dado que actualmente no hay camiones con pantógrafos con energía eléctrica pura que operen en las carreteras alemanas y, por lo tanto, la tecnología es muy nueva, el grupo de investigación no pudo recurrir a un sistema ya listo para funcionar y, en su lugar, tuvo que encontrar soluciones innovadoras. La entrega de los componentes también resultó ser un reto. "Estamos construyendo prototipos en cantidades proporcionalmente pequeñas para nuestro proyecto de investigación. Esto no es lo suficientemente atractivo para muchos proveedores. La disponibilidad técnica y los plazos de entrega de cada uno de los componentes también tenían que ser adecuados.
El campo de aplicación de los vehículos industriales pesados ya excluye a algunos participantes en el mercado. Y, por supuesto, teníamos algunos requisitos con respecto a los componentes. Por ejemplo, en lugar de prototipos de baterías, queríamos instalar baterías certificadas para la producción en serie que fueran compatibles con el resto de la fuente de alimentación de a bordo de alto voltaje», explica Sasse. Debido a que el espacio es limitado en el camión, el tamaño de las baterías también tenía que ser apropiado. Después de un intenso escrutinio del mercado y una investigación en profundidad, finalmente se decidió por la batería estándar de Webasto para vehículos comerciales.
La empresa no solo pudo suministrar los componentes necesarios a corto plazo, sino que también brindó un apoyo activo con su conocimiento experto. "Intercambiamos ideas en estrecha colaboración con Webasto y tenemos contacto directo con todos los departamentos. Desarrollar un prototipo siempre implica que surjan preguntas muy específicas para las que necesitamos la opinión de expertos. Trabajamos muy de cerca con Webasto, recibimos comentarios rápidos, recibimos todos los datos relevantes e incluso recibimos soporte durante la puesta en marcha de los componentes individuales en el sitio", explica Sasse.
Además del sistema de baterías de Webasto, también se utilizó el Vehicle Interface Gateway (VIG) en el lado del producto. Es muy compacto y sirve de interfaz entre el vehículo y las baterías y permite el control de hasta 16 baterías. El grupo de investigación desarrolló la denominada Unidad de Distribución de Energía (PDU) sobre la base del VIG. Esta unidad compacta individual contiene todas las conexiones principales para la batería, el pantógrafo y el motor, así como la distribución necesaria y otras funciones.
EV Battery Pack Module in Aluminum Housing - Webasto Battery System
De la teoría a la práctica
Después de numerosas pruebas, como la puesta en marcha individual de componentes específicos y la puesta en marcha de todo el sistema en un estado no construido, está previsto que se lleve a cabo la prueba real del prototipo. El vehículo ya ha sido sometido a varias pruebas en la pista de pruebas de RWTH. Como siguiente paso, el pantógrafo se probará en otra pista de prueba para ver si el proceso de acoplamiento a la línea aérea se realiza sin problemas.
Posteriormente, el prototipo se pondrá en marcha en el tráfico público para que el grupo de investigación pueda realizar mediciones exhaustivas. "El objetivo es optimizar aún más el sistema y lograr un mayor grado de madurez. Queremos llegar a un punto en el que el bloque de construcción del tren motriz modular no solo esté completamente desarrollado, sino que también tenga un interés económico real. A menos que los costos sean correctos, el sistema no se utilizará. Pero estamos en un excelente camino aquí. El proyecto también tiene una alta relevancia social:
Ya hemos recibido visitas de muchas de las principales empresas proveedoras que se entusiasmaron después de ver el prototipo. Tenemos curiosidad por ver qué le depara el futuro a nuestro proyecto, pero estamos muy orgullosos de lo que ya hemos logrado. Y con Webasto hemos encontrado un socio que nos brinda un apoyo integral y trabaja con nosotros para impulsar la descarbonización del transporte de mercancías", concluye Dünnwald. Y Webasto también está entusiasmado con la cooperación. "Estamos orgullosos de ser socios en un proyecto tan innovador con el potencial de reducir masivamente las emisiones de CO2 en el transporte por carretera. Esperamos seguir apoyando el proyecto en el futuro y estaremos encantados de proporcionar productos y aportaciones teóricas en cualquier momento", añade Michael Bauer, Vicepresidente de Gestión de Energía de la Línea de Negocio de Webasto.
