“Mini”Eléctrico O paradigma dos transportes · Preço corrigido para valores de 2005 (USD)...

“Mini” Eléctrico

O paradigma dos transportes

Pedro Granchinho de [email protected]

Carlos Ferreira; Hugo Ribeiro;

Bruno Brito; Fernando Pais; Luís Tagaio; Rui Santos

Departamento de Engenharia Electrotécnica

Escola Superior de Tecnologia de Tomar

Instituto Politécnico de Tomar

JORTEC – Jornadas Tecnológicas da FCT da UNL 2007

Introdução

• Poluição (principalmente nas cidades)• Efeito de estufa• Dependência energética de outros países • Diminuição das reservas de petróleo

Problemas:

Sol (fonte primária)

Revolução Industrial

Combustíveis fósseis

Não sustentávelSustentável

“Mini” Eléctrico - O paradigma dos transportes - JORTEC - 2007

“Mini” Eléctrico - O paradigma dos transportes - JORTEC - 2007Reservas de petróleo em Dez de 2005 (Fonte: [BP Quantifying Energy, 2006])

• Forte dependência de petróleo em relação a uma concentração geográfica (Médio Oriente)

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

1900 1920 1940 1960 1980 2000

Ano

USD

Preço do dia (USD)

Preço corrigido para

valores de 2005 (USD)

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

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70,00

80,00

90,00

100,00

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

Ano

USD

Preço do dia (USD)

Preço corrigido para valores

de 2005 (USD)

2º Choque

petrolífero 1º Choque

petrolífero

Tendência

• O período de petróleo com baixos preços (cotação entre US$10-20/barril), que aconteceu até 1970, está definitivamente superado (62,18 USD/Barril (09/05/2007))

• O primeiro e segundo choques petrolíferos (anos 70) deveu-se à diminuição voluntária da oferta

• A escalada verificada actualmente está ligada ao aumento da demanda (China e Índia), emoldurada por choques de oferta devido a perturbações políticas

Transportes

Os veículos eléctricos e híbridos têm sido alvo de grande interesse, como uma nova solução para os transportes terrestres.

Os veículos convencionais de combustão interna têm um rendimento baixo e não recuperam energia das travagens.

Em Portugal o sector dos transportes representa 33% do CO2(1998)


• Autonomia dos veículos eléctricos

• Tempo de “reabastecimento”

• Desenvolvimento de sistemas de armazenamento de energia eficientes (por exemplo pilhas de combustível, supercondensadores, etc.)

• Design atractivo

• Utilizar em nichos onde as suas limitações não são criticas (ex. áreas urbanas, transportes públicos, etc.)

Estratégias:

Transportes

Barreiras à expansão dos veículos eléctricos:


Sistema Eléctrico/electrónico:

Conversores DC/DC de potência;Controlo;Circuitos de protecção.

O caso em análise corresponde ao desenvolvimento de um veículo eléctrico a partir de um chassis de um Mini 1000.

Mecânica:

Transmissão;Adaptação às estruturas;Acoplamento às rodas.

Projecto “Mini” Eléctrico - O paradigma dos transportes - JORTEC - 2007

Forças e movimento: amFF RTT ⋅=−

Forças resistentes:

IDARRRT FFFF ++=

θsengmFI ⋅⋅=

Força de inclinação

gmfF rRR ⋅⋅=

Força de resistência

ao rolamento

fr – Coeficiente de resistência ao rolamento

Forças aerodinâmicas

2VfDDA VAC

2

1F ⋅⋅⋅⋅= ρ

ρ – Densidade do arCD – Coeficiente de resistência aerodinâmicoAf – Área frontal do veículoVV – Velocidade do veiculo

Mecânica “Mini” Eléctrico - O paradigma dos transportes - JORTEC - 2007

Estimação experimental de FRR e FDA:

K1 e K2 são estimados através de

métodos de interpolação não

linear.

221 VDARR VKKFF ⋅+=+ 2

VDARR V58,079,80FF +=+

dt

dVmVKK0

amFF

V2V21

RTT

=⋅−−⇔

⇔⋅=−

⋅

⋅=∆

21

0

212 // KK

Varctg

KKK

mt

VO – Velocidade inicial∆t – Tempo até à imobilização do veículo

Plano horizontal: FI=0 Plano horizontal : FI=0


Caixa de redução/motor:

i

mw

ωω =

tmw iTT η⋅⋅=

•O dimensionamento é um compromisso entre a inclinação máxima a vencer, e a velocidade máxima do veículo.

•Foi adoptado i=4, deste modo pode vencer inclinações de até 22% e atingir 45 km/h.

2160Velocidade rotacional (rpm)

5,2Potência máxima (kW)

170Corrente máxima (A)

36Tensão (V)

Dois motores: cada um actua numa das rodas


Sistema eléctrico:

Baterias: de descarga profunda

6×12V/60Ah = 36V 110 Ah

Sistema Eléctrico “Mini” Eléctrico - O paradigma dos transportes - JORTEC - 2007

Conversores DC/DC de potência em ponte completa

Desafios:

Correntes elevadas, potência de perdas elevadas, corrente de ondulação:

Snubbers de sobretensão:Filtro indutivo:

“Mini” Eléctrico - O paradigma dos transportes - JORTEC - 2007Sistema Eléctrico

Bateria de condensadores: para evitar sobretensões, perdas e EMI

20,000µF em cada conversor + não polarizado

0,23F, partilhados pelos dois conversores


Controlo:

Controlo da corrente em cada um dos conversores por modo de deslizamento:

• Permite obter um controlo intuitivo do binário motriz• Funciona como protecção de sobre-intensidades e limita a corrente de ondulação


Protecções e funcionamento seguro:

Betoneira de emergência

Protecção contra sobre-intensidades

Arranque indesejável(e corrente de surto)

MPower

converter

ImaxShutdown

Comparator


Testes: Operação normal:

Protecção de sobre-intensidades:


Esta apresentação foca vários problemas relacionados com o projecto e

concepção de um veículo eléctrico:

• Foram dimensionados os componentes da cadeia de tracção, com o propósito de o veículo satisfazer as especificações, no que respeita à

inclinação máxima a vencer e à velocidade máxima a atingir.

• Foram desenvolvidos conversores DC/DC para a potência em causa, o que implicou a resolução de diversos problemas.

• Com o objectivo de obter um sistema seguro, foram identificadas várias situações potencialmente perigosas e as respectivas soluções

desenvolvidas.

Conclusões: “Mini” Eléctrico - O paradigma dos transportes - JORTEC - 2007

Filme

A Equipa

Muito obrigado pela vossa atenção


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