I&D Transportes-Veículos Híbridos

Seminário@MSES 2012-13

Mestrado em Sistemas Energéticos Sustentáveis @UA

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I&D nos Transportes – Veículos Híbridos

Emanuel Delgado 1,

1 Universidade de Aveiro, Curso de Mestrado em Sistemas Energéticos Sustentáveis

RESUMO O setor dos transportes é um dos que mais energia consome com especial destaque para os veículos ligeiros, deste modo têm-se desenvolvido diversas tecnologias para reduzir esses consumos e consequentes emissões. O presente trabalho faz uma breve abordagem, a título introdutivo, às tecnologias estudadas no momento para reduzir o número de veículos ligeiros em circulação, reduzir a atividade dos mesmos assim como reduzir os respetivos fatores de emissão. Para tal faz-se uma breve abordagem a Sistemas de Transportes Inteligentes, Biocombustíveis, Gás Natural, Veículos Elétricos e Células de Combustível. Contudo o estudo centra-se na tecnologia de propulsão híbrida aplicada aos veículos ligeiros com enfoque na componente técnica enfatizando os sistemas de armazenamento e produção de energia. Estão presentes estudos comparativos entre os diversos tipos de híbridos no mercado. Por fim é analisado o impacte do veículo híbrido na sociedade perspetivando o seu futuro como solução ou como ponte para os veículos elétricos. Palavras-chave: CO2, Eficiência nos Transportes, Veículos Híbridos.

1. INTRODUÇÃO 1.1. IMPACTE DOS TRANSPORTES

A escassez dos combustíveis fósseis, a produção excessiva de gases com efeitos de estufa aliados às consequentes alterações climáticas despertam especial atenção à comunidade científica que tem estudado medidas de eficiência em todos os setores em busca de um ambiente limpo e fontes de energia sustentáveis de modo a suprir as exigências dos consumidores. O setor dos transportes tem concentrado muitas sinergias uma vez que ocupa a segunda posição no que respeita a consumos energéticos com cerca de 28% equiparando-se aos consumos do setor industrial como pode verificar-se na figura 1. Os consumos nos transportes podem continuar a aumentar pois existem novas economias emergentes, China e alguns países africanos, que outrora consumiam mais regradamente estes recursos e com o crescimento atual necessitam de muito mais energia para colmatar as necessidades o que pode tornar-se insustentável.

Figura 1 - Distribuição dos consumos energéticos por setor, adaptado de [1]



2

Associados aos consumos energéticos advêm as emissões de CO2, também neste domínio o setor dos transportes apresenta um grande contributo ocupando o segundo lugar com emissões na ordem dos 30%, figura 2.

Figura 2 - Emissões de CO2 por setor, adaptado de [2]

Os veículos ligeiros de passageiros são os que mais contribuem para os consumos e consequentes emissões de CO2, figura 3. No ano de 2011 estavam em circulação cerca de mil milhões de veículos ligeiros e pesados [3]. Dado o volume de unidades o setor de veículos ligeiros torna-se promissor para obter grandes reduções num reduzido espaço de tempo introduzindo medidas de eficiência energética.

Figura 3 - Consumo de energia por meio de transporte, adaptado de [4]

1.2. MEDIDAS DE RACIONALIZAÇÃO Devido aos efeitos nefastos das emissões de CO2 têm sido levados a cabo imensos estudos de modo a reduzi-las. É cada vez mais notório o interesse das grandes marcas em expressar as reduções não só de consumos mas também de emissões de CO2.

As emissões expelidas em veículos terrestres são dadas pela seguinte fórmula:

𝐸𝐶𝑂2[𝑔] = 𝑉𝑒í𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠 × 𝐴𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒[𝑘𝑚/𝑣𝑒í𝑐𝑢𝑙𝑜] × 𝐹𝐸[𝑔/𝑘𝑚]

Ao analisar esta fórmula pode verificar-se que se pode atuar em três fatores distintos de modo a obter reduções nas emissões:

Reduzir o número de veículos

Reduzir a atividade

Reduzir o fator de emissão.



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1.2.1. Redução do Número de Veículos

A redução do número de veículos em circulação é do ponto vista teórico a mais simples de

executar, mas na prática é difícil vencer o comodismo que um veículo pessoal pode oferecer.

Deste modo existem softwares já no mercado que permitem cruzar rotas de modo a preencher

o maior número de lugares dos veículos ligeiros.

A Galp é uma das empresas que já desenvolveu um software com as potencialidades acima

mencionadas, denomina-se por “Galpshare” e consiste numa base de dados que cruza as

informações dos utilizadores, local de partida e local de chegada, com o intuito de preencher ao

máximo os lugares vazios.

Esta iniciativa teve por base um estudo onde se descobriu que em Lisboa entram todos os dias

450 mil veículos. Desde 1991 até 2001, a percentagem de automóveis que circula na cidade

apenas com o condutor a bordo aumentou 19%. É uma tendência geradora de cada vez mais

problemas de poluição. No Porto, estas questões também se colocam, uma vez que cerca de

300 mil veículos entram diariamente na cidade, 130 mil dos quais somente na hora de ponta,

entre as 7h30 e as 9h30. Nestas duas cidades circulam todos os dias dois milhões de lugares

vazios, a par de uma taxa de ocupação dos automóveis na ordem dos 1,4

passageiros/automóvel. Um estudo da Universidade Fernando Pessoa revela-nos ainda, que se

aumentarmos esta média para 2 pessoas por carro conseguimos reduzir em 25% as emissões

de CO2 para a atmosfera. [5]

A redução do número de veículos é também conseguida através da utilização de transportes

públicos e de modos suaves, isto é, substituição do automóvel por bicicleta e andar a pé.

1.2.2. Redução da Atividade

A redução de atividade representa o segundo termo da equação que tem como meta reduzir a

distância percorrida pelo veículo entre dois pontos. De modo a atingir este objetivo estão também

em desenvolvimento os “Sistemas de Transportes Inteligentes”.

Sistemas de Transportes Inteligentes

Sistemas inteligentes de transporte, STI, é o título coletivo dado a algumas tecnologias que

conjugam eletrónica, softwares, tecnologia de informação e comunicação sem fios aplicadas ao

transporte de modo a contribuir significativamente para um sistema de transportes mais limpo,

seguro e eficiente.

Estes sistemas são bastante abrangentes, podem ser sistemas tão simples como facilitar a

compra de bilhetes de transporte através de componentes móveis permitindo dar a informação

de toda a viagem, como também podem ser bastante complexos utilizados em empresas

transportadoras onde estes sistemas permitem a comunicação entre a estação de controlo e as

viaturas em tempo real. Permitem a estas empresas aumentar os seus lucros com a sugestão

de percursos mais económicos, mais rápidos, com menores consumos (entrando em conta com

desníveis do solo), controlo de velocidades e acelerações.

Nos transportes pessoais estão a desenvolver-se sistemas com a capacidade de comunicação

entre si e entre dispositivos colocados ao longo das estradas, estes sistemas permitem ao

condutor saber se ocorreram incidentes na estrada. Caso ocorra algum incidente este sistema

tem a capacidade de calcular o tempo de espera do veículo e “decidir” se será compensatório

tomar outro percurso, se assim for este sistema sugere um novo percurso [6]. Outra das

potencialidades é a comunicação com parques de estacionamento onde o condutor é informado

sobre a localização de um lugar assim que entra no parque evitando a sua procura.

A presente diretiva, 2010/40/UE do Parlamento Europeu e do Conselho de 7 de Julho de 2010,

estabelece um quadro para a implementação coordenada destas tecnologias de transporte

inovadoras em toda a União Europeia (UE). [7]



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1.2.3. Redução do Fator de Emissão

Das três áreas esta é a que mais se tem desenvolvido nos últimos tempos podendo ainda

subdividir-se em combustíveis e tecnologias de propulsão.

Combustíveis: Biocombustíveis e Gás Natural

O bioetanol e o biodiesel são dois tipos de biocombustíveis produzidos a partir de plantas

energéticas. Estes combustíveis podem ser utilizados puros ou misturados com a gasolina ou

com o gasóleo de modo a reduzir as emissões de CO2. Na verdade estes também o emitem,

contudo as plantas que lhes dão origem absorvem-no através da fotossíntese durante o seu ciclo

de vida então considera-se que o que as emissões de CO2 são nulas. Deste modo em Março de

2007 os Estados-Membros da EU adotaram um objetivo vinculativo da utilização de pelo menos

10% de biocombustíveis, no setor dos transportes, até 2020. [8]

O gás natural pode ser uma alternativa pois as emissões de escape dos veículos são muito

inferiores às dos veículos movidos a gasolina. Assim, as emissões de CO2 dos veículos a gás

natural são cerca de 20% inferiores, e as de NOx são 40% inferiores. Além destas reduções de

poluentes, os veículos a gás natural também emitem menos quantidades de toxinas,

relativamente aos veículos a gasolina. [9]

Tecnologias de Propulsão: Veículos Elétricos, Células de Combustível e Veículos

Híbridos

Neste âmbito existem três tipos de tecnologia que têm desperto mais atenção, a tecnologia

elétrica, as células de combustível e a tecnologia híbrida.

O veículo elétrico é uma invenção com mais de 100 anos que com um motor elétrico que é

alimentado a eletricidade proveniente de um acumulador (ou bateria), que contém energia

armazenada sob a forma de um potencial eletroquímico. Esta forma de motorização é a mais

eficiente de todas as conhecidas, devido às excelentes propriedades do motor elétrico, que

disponibiliza um elevado binário a baixas rotações, mantendo uma potência constante num

grande intervalo. Além disso, não consome energia quando parado e tem uma eficiência de

conversão de energia elétrica para mecânica superior a 90%, pois muito pouca energia se perde

em aquecimento do motor, como é normal no motor a combustão.

Os veículos elétricos são ligados à rede elétrica para serem carregados de energia, podendo

esta operação ser feita em qualquer tomada elétrica. Para além disso, estes veículos conseguem

ter a capacidade de regenerar energia, ou seja, recuperar nas descidas e travagens parte da

energia despendida no esforço de subida ou aceleração, aumentado ainda mais a sua eficiência

global no uso de energia [10].

As células de combustível são um novo modo de alimentar o motor elétrico, este sistema

encontra-se ainda em estudo e consiste na combinação do hidrogénio com o oxigénio através

de uma reação química. Como a célula de combustível gera eletricidade sem a combustão de

hidrogénio, torna-se extremamente eficiente e limpa produzindo apenas água. Contudo este

processo de produção de energia ainda não se encontra disponível para os veículos atuais pois

a obtenção do hidrogénio é dispendiosa e o hidrogénio por ser o átomo mais pequeno é de difícil

armazenamento inviabilizando assim a produção deste tipo de veículos neste momento [11].

Enquanto se tentam vencer as limitações existentes nos veículos elétricos existe como que uma

ponte que faz a transição entre os veículos de combustão interna e os veículos elétricos, essa

ponte denomina-se de Veículos Híbridos.



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2. Tecnologia de Propulsão Híbrida

2.1. Definições

Os veículos híbridos são veículos caracterizados por possuírem mais do que uma fonte de energia, sendo constituídos por um motor de combustão interna, gasóleo ou gasolina, e por um motor elétrico de modo a colmatar a falta de autonomia das baterias elétricas. O motor de combustão interna converte energia química proveniente do combustível em energia mecânica transmitida às rodas. O motor elétrico converte energia elétrica em mecânica ou vice-versa se operar como gerador. O motor elétrico pode ainda ser alimentado pelas células de combustível que convertem energia química em elétrica. [12] Dependendo da interação entre o motor de combustão interna e o elétrico, estes motores podem

subdividir-se em três sistemas diferentes, Híbrido em Série, Hibrido em Paralelo e Híbrido Misto.

Denote-se que se está a usar a nomenclatura portuguesa pois em inglês a divisão é apenas feita

entre veículos Híbridos em Série e em Paralelo. Os Híbridos em Paralelo subdividem-se em duas

categorias, Mild Hybrid e Full Hybrid. O Mild Hybrid significa que o motor elétrico está apenas a

auxiliar o motor de combustão interna e o Full Hybrid corresponde ao veículo misto onde o motor

elétrico tem um maior contributo.

Em qualquer tipo de veículo híbrido pode ser associada uma nova tecnologia que permite o

carregamento das baterias nas tomadas de casa, tecnologia Plug in.

Híbrido em Série

Esta é uma tecnologia que a bordo possui um motor de combustão interna acoplado a um

alternador que permite carregar as baterias. O motor térmico está assim a trabalhar sempre no

ponto ótimo convertendo energia química em mecânica, a energia mecânica é convertida em

elétrica pelo alternador. À saída do alternador é produzida corrente continua que se divide em

dois circuitos, primário e secundário. Para o circuito primário a corrente passa por um conversor

que está ligado às baterias de alta potência que por sua vez estão ligadas a um inversor. No

inversor a corrente contínua é transformada em alternada fornecendo assim energia ao motor

elétrico que por sua vez a converte em energia mecânica transmitida às rodas através da

transmissão e do diferencial. A corrente que segue para o circuito secundário carrega as baterias

responsáveis pelo funcionamento de acessórios elétricos do carro como rádio, vidros elétricos,

luzes, entre outros, figura 4.

Figura 4 - Funcionamento do sistema híbrido em série [13]



6

É de salientar que o motor de combustão interna não transmite qualquer movimento às rodas

tendo apenas como função carregar as baterias, deste modo é de menor cilindrada do que um

seu equivalente. É então possível colocar este motor a funcionar no ponto ótimo, isto é, no ponto

onde este é mais eficiente e só é ligado quando se esgota a autonomia. A

Opel é a única no mercado que utiliza este sistema que aliado à tecnologia Plug in, estudada

mais à frente, tem conseguido resultados apreciáveis como se pode observar na tabela 1 [14].

Tabela 1 - Veículo Hibrido em Série - Opel Ampera adaptada de [14]

Opel Ampera

Potência (cv)

Consumo (l/100)

CO2 (g/km)

Peso (Kg)

Preço (€)

150 1,2 27 2000 45.900

Os consumos anunciados pela Opel resultam na análise de consumos mistos cuja distância ronda os 100 km. O veículo circula entre 50 a 70 quilómetros no modo elétrico e nos restantes quilómetros o veículo aciona o motor de combustão interna alimentando o motor elétrico. Contudo se a distância for superior a estes quilómetros os consumos instantâneos aumentam para cerca de 5 litros. Híbrido em Paralelo - Mild Hybrid O sistema híbrido em paralelo foi o primeiro sistema deste tipo a ser implementado, onde o motor elétrico tem com única função apoiar o motor de combustão interna quando necessário, subidas e arranque, aumentando assim o desempenho do veículo. O funcionamento é ligeiramente diferente do veículo híbrido em série pois à saída do alternador

existe ainda uma embraiagem ligada a um acoplador que permite a intervenção do motor elétrico

quando solicitada pelos mecanismos eletrónicos. O circuito secundário de eletricidade é

precisamente igual ao sistema analisado anteriormente, figura 5.

Denote-se que neste sistema o veículo nunca se move somente com o motor elétrico, ou seja, o

motor de combustão interna nunca cessa o seu funcionamento o que traz vantagens apenas a

nível da performence ficando algo limitado nos consumos pois se por um lado o motor de

combustão interna é auxiliado pelo motor elétrico reduzindo ligeiramente os consumos, estes

aumentam pelo facto do motor de combustão interna ter de acarretar o peso do motor elétrico.

Devido ao elevado preço e às limitações ao nível dos consumos e emissões, estes motores

deixaram de ser comercializados sendo substituídos pelos veículos híbridos mistos.

Figura 5 - Funcionamento do sistema híbrido em paralelo [13]



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Híbrido Misto – Full Hybrid

Este sistema em português denomina-se por híbrido misto pois junta características do híbrido

em série com o paralelo. Relativamente ao híbrido em série herdou o facto de conseguir mover-

se apena com o motor elétrico, contudo tal ocorre apenas a baixas velocidades com uma

autonomia de 25 km [15]. Para além disso quando está em espera, o motor térmico desliga

automaticamente. Do sistema híbrido em paralelo herdou a estrutura de funcionamento, figura

5, mas neste caso o motor elétrico tem um papel mais ativo como já referido.

A figura 6 demonstra uma possível aplicação deste tipo de motores já utilizados no Lexus RX

400h. O motor elétrico entra em funcionamento acionando as rodas de trás, tornado o veículo

com tração às quatro rodas numa primeira fase, em velocidade cruzeiro o motor elétrico é apenas

tracionado pelo motor de combustão interna, de modo a compensar a subida recorre-se outra

vez ao motor elétrico. Na descida o veículo contínua com tração às quatro rodas, mas neste caso

as rodas de trás estão a fornecer trabalho mecânico ao eixo do gerador elétrico carregando as

baterias. Resumindo, quando a eficiência do motor de combustão é baixa, o sistema utiliza o

motor elétrico para mover o veículo. Em velocidade cruzeiro o motor elétrico pode ser acionado

automaticamente em piso escorregadio ou em curvas apertadas promovendo também a

segurança dos ocupantes do veículo [16].

Figura 6 - Funcionamento do sistema híbrido misto, Lexus RX 400h [16]

De modo a analisar as variações de consumos e de emissões fez-se um estudo comparativo

presente na tabela 2 analisando as diferentes motorizações do mesmo modelo.

Tabela 2 - Análise comparativa entre veículos Híbridos, Veículos a Gasolina e a Gasóleo [17]

*Não aplicável uma vez que não é o mesmo pacote e os preços variam de forma apreciável.

Em qualquer dos casos o motor híbrido demonstrou menores consumos e emissões

especialmente quando comparado com o seu equivalente, motor 1.6l, a gasolina. Contudo

quando comparado com os motores a gasóleo apesar dos seus consumos serem ligeiramente

inferiores o fato da gasolina ser mais cara do que o gasóleo revela-se uma desvantagem pois

leva os consumidores a optar por um veículo a gasóleo.

Toyota Auris Híbrido Dual VVT Dual VVT D4D D4D

Combustível Gasolina Gasolina Gasolina Gasóleo Gasóleo

Cilindrada (l) 1,8 1,33 1,6 1,4 2,0

Potência (cv) 136 99 132 90 124

Consumo Combinado/Urbano/Extra-

Urbano (l/100) 3,8/3,7/3,7 5,5/4,7/7,0 6,1/5,0/7,9 4,2/3,8/4,9 4,4/3,9/5,3

CO2 (g/km) 87 128 140 109 115

Peso (kg) 1815 1735 1805 1815 1915

Preço (€) 25.675 21.305 NA* 25.850 NA*



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Plug in

Este foi considerado por varias agências governamentais o último grande passo na tecnologia

híbrida. Os veículos plug in são constituídos por um conjunto de baterias de alta densidade de

energia, substituindo as atuais baterias de níquel por baterias de lítio, que permitem ser

carregadas externamente, em casa numa tomada normal, na garagem ou em postos com esse

propósito para além disso estas baterias permitem que o veículo se desloque mais tempo em

modo elétrico [13].

Com a introdução deste novo tipo de baterias conseguiu-se um acréscimo na autonomia quando

utilizado apenas o modo elétrico, passando de 1 km para 25 km e com os últimos progressos

para cerca de 50 km [14].

Esta tecnologia ainda se encontra muito explorada uma vez que ainda não se encontram

massificados os postos para recarregar as baterias. Os tempos de carga são variáveis pois

depende do posto de abastecimento. Se as baterias forem carregadas numa habitação com uma

tensão de 220V o tempo de carga varia entre 6 a 8 horas, caso sejam carregados numa empresa

que possua tensão trifásica este tempo reduz-se para cerca de 3 horas, em postos específicos

para este tipo de carregamento pode conseguir-se o carregamento da bateria em apenas 30

minutos, Apêndice 1 [18]. O novo Toyota Prius vem contrariar esta tendência com tempos de

carga na ordem dos 90 minutos quando ligado a uma tomada convencional [15].

Ainda que demore bastante tempo a carregar as baterias, esta tecnologia pode considerar-se

uma mais-valia pois como geralmente está associado a um sistema híbrido misto ou série, se a

bateria não carregar totalmente tal não é impeditivo do veículo se deslocar, este problema é mais

gravoso nos veículos puramente elétricos.

Tabela 3 – Análise comparativa entre o veículo Híbrido convencional e Híbrido Plug in [17]

Toyota Prius Híbrido Híbrido Plug-in

Combustível Gasolina Gasolina

Cilindrada (l) 1,8 1,8

Potência (cv) 136 136

Consumo Combinado/Urbano/Extra-

Urbano (l/100) 4,0/3,8/4,0 2,1

CO2 (g/km) 92 49

Peso (kg) 1500 1525

Preço (€) 29.375 38.000

Como se pode analisar na tabela 3 a introdução da tecnologia Plug in reduz os consumos e as

emissões para quase metade. Contudo isto verifica-se apenas para os primeiros 100 quilómetros

pois os primeiros 25 são conseguidos apenas com o modo elétrico, após esgotada a autonomia

passa a comportar-se como um híbrido convencional. O acréscimo de preço é justificado pela

marca devido à substituição das baterias de níquel por baterias de lítio, estas são as

responsáveis pelo aumento da autonomia em modo puramente elétrico.

O fato de se poder carregar em casa permite ao utilizador carregar o carro à noite, beneficiando

das tarifas noturnas de modo a obter uma redução de €/km o mesmo se aplica ao CO2. Contudo

no futuro o carregamento descoordenado poderá ter consequências na rede como picos de

corrente quedas de tensão e perdas de potência na rede [19].



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2.2. Obtenção de Energia Extra

Travagem Regenerativa

Quando um veículo entra em desaceleração ou travagem essa energia é transformada e é cedida

para o ambiente sob a forma de calor. De modo a evitar este desperdício de energia alguns dos

mais recentes veículos híbridos e elétricos possuem um sistema denominado por travagem

regenerativa. Esta tecnologia é acionada pelo travão de pé que ao ser pressionado converte o

motor elétrico em gerador. Após esta alteração o gerador coloca carga sobre o eixo dificultando

a sua rotação o que resulta na desaceleração do veículo e produção de energia elétrica que por

sua vez é armazenada nas baterias de alta voltagem. Este sistema não é suficiente para

imobilizar o veículo pois na parte final da travagem os travões usuais entram em funcionamento

[18].

Este é um sistema que para além de evitar desperdícios de energia e desgaste desnecessário

das pastilhas de travão promove ainda a segurança dos passageiros.

Células Fotovoltaicas

Consiste na aplicação de um painel fotovoltaico no tejadilho com o objetivo de produzir energia

elétrica para alimentar o sistema de ventilação. Este sistema pode ser aplicado nos motores

elétricos, híbridos ou nos convencionais motores de combustão interna.

2.3. Armazenamento de Energia

Baterias

Bateria é um dispositivo de armazenagem que consiste numa ou mais células eletroquímicas

que convertem a energia química armazenada em energia elétrica. São várias as características

que se deve ter em conta na escolha da bateria mais apropriada para um veículo híbrido ou

puramente elétrico. A característica mais importante é a capacidade da bateria, que é medida

em amperes-hora (Ah). Além disso, a energia armazenada na bateria (capacidade × tensão

média durante a descarga), que é medida em Watt-hora (Wh) devem ser cuidadosamente

calculadas.

A capacidade é proporcional à corrente de descarga máxima. A corrente máxima de descarga é

tipicamente representada pelo índice de C. Por exemplo, uma taxa de descarga de 1C indica que

a bateria descarrega no prazo de uma hora, 2C indica que a bateria está descarregada em meia

hora. Esta corrente máxima é afetada por reações químicas da bateria em si e pelo calor gerado.

Assim sendo consoante a tecnologia, baterias de níquel, baterias de ácido-chumbo, baterias de

lítio, variam os parâmetros aqui analisados. O apêndice B demonstra com algum detalhe essas

variações de acordo com a escolha da bateria [18].

Tabela 4 – Características de diferentes tipos de baterias, adaptado de [18]

Tipo de Veículo Voltagem

(V) Bateria (kWh)

Convencional 12 -

Híbrido Paralelo 150 - 200 0,125 - 1,2

Híbrido Misto 200 - 350 1,4 – 4,0

Plug In 300 - 500 6,0 - 20,0

Elétrico 300 - 500 20,0 - 40,0

Como se pode verificar com auxílio da tabela 4 quanto mais exigente é o sistema no que

respeita a autonomia elétrica maior terá de ser a capacidade da bateria.



10

Ultra - Condensador

Um ultra-condensador tem uma estrutura semelhante à de um condensador convencional,

contudo tem uma capacitância 20 vezes superior à de um condensador normal. Atualmente

existem três tipos de condensadores utilizados em veículos híbridos e elétricos, condensadores

de dupla camada (carbono - carbono), pseudo-condensadores e condensadores híbridos. A

diferença reside apenas nos mecanismos de armazenamento contudo a densidade de energia

específica, 1000-2000 kW/kg, assim como a eficiência, 95%, são idênticas entre eles contando

com um tempo de vida de cerca de 40 anos, tabela 5.

Este componente tem como função armazenar energia tal como uma bateria com a vantagem

de ser mais rápido na carga. Tornando-se muito promissor na utilização em veículos elétricos e

em veículos híbridos. O inconveniente neste componente é a capacidade de armazenamento

que fica ainda muito aquém das baterias convencionais, deste modo é apenas utilizado como

auxilio e não como fonte de armazenamento principal. Alguns autores defendem que o futuro

dos veículos elétricos prende-se com o possível desenvolvimento deste componente pois

possibilitaria um tempo de carga semelhante ao tempo que hoje se leva para abastecer um

veículo de combustão interna [18] [20].

Tabela 5 - Estudo comparativo entre baterias convencionais, ultra condensadores e condensadores convencionais, adaptado de [20]

Características Bateria Ácido-

Chumbo Ultra-

Condensador Condensador Convencional

Tempo de Carga 1 - 5 h 0,3 - 30 s 10-3 - 10-6 s

Tempo de Descarga 0,3 - 3 h 0,3 - 30 s 10-3 - 10-6 s

Energia (Wh/kg) 10 - 100 1 - 10 <0,1

Ciclos de Vida 1000 > 500.000 >500.000

Potência Específica <1000 <10.000 <100.000

Eficiência de Carga e Descarga

0,7 - 0,85 0,85 - 0,98 >0,95

Volante de Inércia

Não é propriamente uma tecnologia inovadora uma vez que os veículos de combustão interna já

a possuem há muito tempo embora com um objetivo diferente. Este dispositivo é constituído por

uma roda com uma massa apreciável que tem como objetivo minimizar as vibrações ocorridas

no motor de explosão assim como é responsável por o manter equilibrado. A inovação encontra-

se na aplicação a veículos híbridos, este sistema em vez de se encontrar acoplado à cambota

encontra-se acoplado às rodas do veículo. Quando se aciona o pedal do travão este desagrega-

se da roda através de uma embraiagem ficando a rodar em vazio. Visto ser um disco com uma

elevada massa acumula muita energia cinética que pode ser utilizada de imediato para o

arranque ou se o veículo estiver em funcionamento permite uma maior aceleração momentânea.

Este tipo de tecnologia ainda não se encontra comercializada contudo os veículos de fórmula 1

já a utilizam. Para além do volante de inércia possuem um motor elétrico que debita até 80

cavalos durante 6 segundo quando pressionado o botão. O sistema utilizado nos fórmulas não

utiliza bateria, sendo o volante de inércia responsável pelo armazenamento desta energia na

forma cinética.



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3. Conclusão

A preocupação com os consumos energéticos e com as emissões poluentes resultantes dos

transportes têm sido um tema preocupante para todos os cidadãos refletindo-se numa mudança

de mentalidade, cada vez mais as pessoas moderam o seu modo de conduzir economizando

cada vez mais combustível. Também os fabricantes de automóveis têm revelado essa

preocupação investindo em tecnologia que permite a redução de energia e emissões, sendo

notório o avanço alcançado no setor dos transportes com diversas tecnologias desenvolvidas

com destaque para os veículos elétricos que têm tido algum enfoque devido aos seus baixos

consumos energéticos, contudo o armazenamento de energia elétrica tem vindo a revelar-se um

problema o que nos remete para a utilização do veículo híbrido.

Após realizado este trabalho é difícil afirmar qual o melhor sistema híbrido pois cada um deles

apresenta vantagens e desvantagens. Têm de se adequar as necessidades ao veículo. Um

estudo da Deco-Proteste, figura 7, reflete isso mesmo quando compara 5 veículos diferentes,

Opel Ampera, Toyota Prius Plug-in, Peugeot 3008 Hybrid4, Toyota Prius e Nissan Leaf. Todos

eles utilizam uma tecnologia diferente, respetivamente, Híbrido em Série, Híbrido em Paralelo

com sistema Plug in, Híbrido Paralelo Convencional (autonomia elétrica 4 Km), Híbrido Paralelo

Convencional (autonomia 1 Km), Elétrico.

Figura 7 - Estudo comparativo de autonomia entre diferentes tecnologias: Hibrida em Série,

Híbrida Plug in, Híbrida em Paralelo e Elétrica, o preço da gasolina a 1.50€ [21]

Pode então observar-se que o Híbrido em Série da Opel é o que consegue melhores resultados

contudo há que referir que este também utiliza a tecnologia Plug in e que os primeiros 50 a 70

km são feitos em modo puramente elétrico. Contudo esta autonomia decresce ao fazer-se mais

de 100 km diários pois passa a consumir cerca de 5 l/100km [21]. O Prius Plug in comporta-se

de modo idêntico a única diferença é que a sua autonomia em modo elétrico é de apenas 25 km.

O Peugeot e o Prius Convencional têm um comportamento idêntico com alguma vantagem para

o primeiro devido às baterias terem uma maior autonomia. Por fim o Nissan Leaf apresenta os

segundos melhores resultados mas devido a ser puramente elétrico as baterias não suportam

mais de 100 km por dia.

Apesar de muito divulgados este tipo de veículos não têm alcançado as metas desejadas pelas

marcas devido ao seu elevado preço e por vezes os consumos não são tão surpreendentes como

esperados. Os híbridos em consumos citadinos são muito eficientes recorrendo ao motor térmico

apenas quando necessário, contudo em longas viagens os consumos são idênticos aos motores

convencionais uma vez que recorrem poucas vezes ao motor elétrico, ficando o motor de



12

combustão interna responsável de transportar o carro com o peso adicional de o motor elétrico,

das baterias e das restantes tecnologias.

Relativamente às emissões de CO2, em média são inferiores aos motores convencionais

dependendo da intensidade com que se recorre ao motor elétrico. Do ponto de vista tecnológico

são mais seguros e mais eficientes que os seus concorrentes de combustão interna.

A tecnologia Plug-in veio a revelar-se uma grande evolução neste campo pois permite cada vez

menos o recurso aos combustíveis fósseis para a deslocação com este tipo de veículos, se a

energia elétrica provier de fontes renováveis as emissões são praticamente nulas.

O futuro dos híbridos fica também condicionado pelo seu elevado preço quando comparado com

um equivalente sem motor elétrico. O seu potencial crescimento pode prender-se com apoios

financeiros por parte dos países ou pelo preço dos combustíveis fósseis. É também necessário

alguma sensibilização uma vez que muitas pessoas desconhecem estas potencialidades e não

arriscam na compra de um veículo deste tipo.

Figura 8 – Prospeção Mundial de Vendas de Veículos a Célula de Combustível, Elétricos, Híbridos Plug in, Híbridos Convencionais, Gás Natural, Gasóleo e Gasolina [22]

Todos os progressos aplicados a veículos híbridos têm como objetivo reduzir o recurso ao motor

de combustão interna aumentando a autonomia elétrica. De acordo com a IEA, figura 8, 2020

será o ano da mudança no que respeita a transportes com um decréscimo de veículos a gasolina

e gasóleo em detrimento do acréscimo nas vendas de veículos híbridos e elétricos. Apenas em

2030 se espera a produção dos primeiros veículos a célula de combustível.

Por fim pode afirmar-se que os veículos híbridos são a ponte para os veículos puramente

elétricos.



13

4. Referências

[1] Energy Information Administration, PRIMARY ENERGY CONSUMPTION BY SOURCE

AND SETOR 2011, www.eia.gov, acedido a 12 de Janeiro de 2013.

[2] European Comission, CO2 emission by setor, www.http://ec.europa.eu, acedido a 12 de

Janeiro de 2013.

[3] Warsauto, Cars in the World, www.wardsauto.com, acedido a 14 de Janeiro de 2013.

[4] Center For Climate And Energy Solutions, Transportation energy use by mode,

www.c2es.org, acedido a 14 de Janeiro de 2013.

[5] Em Busca de Mais e Melhor Energia, Relatório de Sustentabilidade 2009, Galp Energia,

pp. 52.

[6] Mc Donald, M., Keller, H., Klijnhout, J., Mauro, V., Hall, R., Spence, A., Hecht, C., Fakler,

O., Intelligent Transport Systems in Europe Opportunities for Future Research, World Scientific

Publishing Co. Pte. Ltd, 2006.

[7] Europa – Sínteses da Legislação, Implantação de Sistemas de Transporte Inteligentes

na Europa, www.europa.eu, acedido a 15 de Janeiro de 2013.

[8] Parlamento Europeu, Biocombustíveis: uma solução ou um novo problema,

www.europarl.europa.eu, acedido a 15 de Janeiro de 2013.

[9] Associação Portuguesa de Veículos a Gás Natural, Veículos a gás Natural,

www.apvgn.pt, acedido a 23 de Janeiro de 2013.

[10] EDP, Veículos Eléctricos, www.edp.pt, acedido a 15 de Janeiro de 2013.

[11] Energy Information Administration, Energy and CO2 Emissions Impacts of Fuel Cell

Vehicles, www.eia.gov, Acedido a 12 de Janeiro de 2013.

[12] Hussain, I; Electric and Hybrid Vehicles Designd Fundaments, CRC Press Taylor and

Francis group, pp.3-10, 2011.

[13] Emadi, A., Young, L., Rajashekara, K., Power Electronics and Motor Drives in Electric,

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ELECTRONICS, VOL. 55, NO. 6, pp. 2237-2245, Junho 2008.

[14] OPEL, Opel Ampera, www.opel.pt, acedido a 23 de Janeiro de 2013.

[15] Toyota, Híbrido Elétrico Prius Plug-in: Aumenta a Autonomia em Modo Elétrico e Reduz

o Consumo, http://www.toyota.pt/about/news/, acedido a 23 de Janeiro de 2013.

[16] Ribeiro, C., Costa H., Tecnologia Híbrida, Toyota Caetano Portugal, SA, formação

técnica, 2008.

[17] Toyota, Configurador: Toyota Auris, www.toyota.pt, acedido a 23 de Janeiro de 2013.

[18] Tie, S., Tan C., A review of energy sources and energy management system in electric

vehicles, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 20, pp. 82-102, Abril 2012.

http://www.opel.pt/



14

[19] Clement-Nyns, K., Haesen, E., Driesen, J., The Impact of Charging Plug-In Hybrid

Electric Vehicles on a Residential Distribution Grid, IEEE TRANSACTIONS ON POWER

SYSTEMS, VOL. 25, NO. 1, pp. 371-380, FEBRUARY 2010.

[20] Boby, M., ULTRACAPACITOR AND THE HYBRID ELECTRIC VEHICLE, Maxwell

Technologies, Inc.

[21] Deco-Proteste, Toyota Prius Plug in, Peugeot 3008, Opel Ampera, Nissan Leaf,

www.deco-proteste.pt, acedido a 23 de Janeiro de 2013

[22] Technology Roadmap Electric and plug-in hybrid electric vehicles, International Energy

Agency, updated June 2011.



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Apêndice A- Classificação e tecnologias disponíveis de fontes externas de energia elétrica [18]

Apêndice B – Características de diferentes tipos de baterias [18]

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