- 1. Universidade Federal de Santa CatarinaDepartamento de
Engenharia mecnica e MateriaisPs-graduao em Cincia e Engenharia de
Materiais Prof. Orestes AlarconEngenharia de Materiais Ps-graduao
em Cincia e | Doutorando Alexandre Galiotto
2. EFICINCIA GLOBALWell to Wheel - W2WDo poo a roda Ps-graduao
em Cincia e Engenharia de Materiais 3. EFICINCIA GLOBALPoo Roda
(Well to Wheel) TanquePoo ao TanqueTanque roda RodaCom-ComprDistri-
pressorCaixa dGaso-duto essorbuio(Posto)Marcha sorTanque Motor
Ps-graduao em Cincia e Engenharia de Materiais 4. EFICINCIA GLOBAL
10080 - 85SETOR PETRLEO = 0,8 - 0,8516 - 18 VECULO V 0,171 = =
SETOR PETRLEO x VECULO V 0,17 Ps-graduao em Cincia e Engenharia de
Materiais 5. EFICINCIA NOS TRANSPORTESGeometria,peso,=(POLT.
CONFRTO, TRANSP. HBITOS )x(tipo acionamento motor etc. )Ps-graduao
em Cincia e Engenharia de Materiais 6. EFICINCIA DOS CARROS
CONVENCIONAIS Resistncia do arEm espera/parado
ResistnciaAcessriosrolamentoInrcia Perdas transmissoFrenagem Perdas
no motorMelhoria da eficincia dos motores convencionais
(MCI)Emprego da trao eltrica Ps-graduao em Cincia e Engenharia de
Materiais 7. VECULOS ELTRICOS VESO veculo eltrico (cuja sigla em
ingls EV, de electric vehicle) um tipo de veculo que utiliEle um
sistema composto por um sistema primrio de energia, uma ou mais
mquinas eltrPs-graduao em Cincia e Engenharia de Materiais 8.
MOTORES ELTRICOS Mais torque Zero emisses Tax breaks No necessita
de transmisso Partidas mais eficientes Pode desligar o motor quando
paradoPs-graduao em Cincia e Engenharia de Materiais 9.
CLASSIFICAOTipo Fonte de Energia EltricaTrlebus Rede (durante o
trajeto)BateriaRede (carga) VEB Energia Eltrica VEH
Plug-inHbridoCombustvel* VEHHbridoplug-in Rede (carga) +
Combustvel*Combustvel lquido ou GNVClula a combustvel Hidrognio** *
Gasolina, diesel, lcool, gs naturalSolar (teste, competies)Sol**
Hidrognio ou metano, metanol, ... em reformadorPs-graduao em Cincia
e Engenharia de Materiais 10. BREVE HISTRICO 1839: Primeiro veculo
eltrico 1886: Txi na Inglaterra com motor eltrico 1890-1910:
Significantes melhoras na tecnologiade baterias(cido-chumbo,
nquel-ferro)Ps-graduao em Cincia e Engenharia de Materiais 11.
BREVE HISTRICO1898: Dr. Ferdinand Porsche, 23 anos, construiu seu
primeiro carro: LohnerElectric Chase (primeiro do mundo com trao
dianteira).Segundo carro: um hbrido com m.c.i. para acionar um
gerador quefornecia energia eltrica a motores localizados nos eixos
das rodas.S na bateria rodava cerca de 40 milhas.1899: Dois hbridos
no Salo de ParisCamille Jenatzy in electric car La Jamais
Contente,1899
http://autoestrada.uol.com.br/interno.cfm?file=conhecimento&id=24
Ps-graduao em Cincia e Engenharia de Materiais 12. BREVE
HISTRICO1903: Krieger Hybrid: usava motor a gasolina para alimentar
um conjunto de baterias1921: Owen Magnetic Hybrid: usava motor a
gasolina para acionar um gerador quefornecia energia eltrica para
motores montados em cada roda traseira. Ps-graduao em Cincia e
Engenharia de Materiais 13. BREVE HISTRICO1912 Detroit Electric
advertisement Thomas Edison e um carro eltrico em 1913Ps-graduao em
Cincia e Engenharia de Materiais 14. BREVE HISTRICO 1970s: Embargo
petrleo rabe; VW Txi hbrido 1979: Carro hbrido construdo com motor
de cortador de grama. 1991: US Advanced Battery Consortium lanou o
maior programa paraproduzir uma super bateriaPs-graduao em Cincia e
Engenharia de Materiais 15. BREVE HISTRICO 1997: Toyota Prius
disponvel no Japo 1999: Honda Insight lanado nos EUA (70 mpg) 2000:
Toyota Prius disponvel nos EUA 2002: Honda Civic Hybrid lanado.
2004: Toyota Prius II e Ford Escape Hybrid lanados. Ps-graduao em
Cincia e Engenharia de Materiais 16. COMBUSTVEIS PARA
VESEletricidadeGasolina Tlcool a n q uDiesel/Biodiesel
eGNV/H2GNVHidrognio H2 Clula a combustvel Ps-graduao em Cincia e
Engenharia de Materiais 17. Tecnologias de VECaracterizadas pela
fonte de energia eltrica usada a bordo VEB - Veculo eltrico a
bateria Baterias VEH - Veculo eltrico hbrido Gerador acionado por
m.c.i VECC - Veculo eltrico de clula a combustvel Clula a
Combustvel VES combinamAlta eficincia energticaBaixo nvel de
rudoBaixo nvel de emisses de poluentesConfortoBaixo custo
operacionalPs-graduao em Cincia e Engenharia de Materiais 18. VEH
CONFIGURAO SRIE Ps-graduao em Cincia e Engenharia de Materiais 19.
VEH CONFIGURAO PARALELAPs-graduao em Cincia e Engenharia de
Materiais 20. VEH Plug-in Sprinter Plug-in da Daimler no mercado em
2008Fonte: EPRI Journal Fall 2005 Converso em oficinas* Electric
Power Research Institute(EPRI)Ps-graduao em Cincia e Engenharia de
Materiais 21. EVOLUOFatores motivadores Questo ambiental (poluio do
ar, sonora) Eficincia no uso de energia - Estmulos para aquisio VEs
Nenhuma ou muito pouca emisso de gases no local Arrancadas e
frenagens mais suaves (mais conforto) Baixo rudo Frenagem
regenerativa Motores eltricos eficientes Baterias eficientes Motor
de combusto interna menor e funcionando na regio de maior eficincia
ou desligado No gasta energia quando parado Ps-graduao em Cincia e
Engenharia de Materiais 22. EVOLUOFatores inibidoresCusto de
aquisio mais alto (bateria, outros componentes, baiNo caso dos
eltricos a bateria, autonomia limitada e tempo dePouca
disponibilidade de modelosComplexidadePs-graduao em Cincia e
Engenharia de Materiais 23. CRONOLOGIAs famlias de veculos eltricos
encontram-se em estgios distintos de desenvoBateria Hbrido Hbrido
plug-In Clula a combustvel?2000 2005 20102015 Ps-graduao em Cincia
e Engenharia de Materiais 24. CONCLUSESEnergia e aquecimento global
so preocupaes centrais de nosso tempoUso do petrleo um dos
principais problemas que pressionam o mundo atAs conseqncias para o
meio ambiente local, regional e global das emisseAs preocupaes
principais so relacionadas a uma possvel crise de energia
Ps-graduao em Cincia e Engenharia de Materiais 25. BRASILMercado,
poltica energtica ou ambiental?Federal, Estadual ou
Municipal?Nichos: transporte pblico, individual, frotas?Barreiras:
econmicas, tecnolgicas, culturais e legais?Ps-graduao em Cincia e
Engenharia de Materiais 26. VEBVEHVECaC H muitos tipos
efabricantes, alguns no BrasilMotos com potencial parasubstituir as
convencionaisem certos usosH vrios modelos emNo h notcia.Uma fbrica
de motonetasteste.em ManausSolues para ambientesfechados e
portadores denecessidades especiais12 a 15 modelos nosEUA- Vrios
modelos no exteriorVrios modelos em testeVEH-P: hoje um VEHpelos
grandes fabricantesusados para usos urbanos. -adaptado. Poder ser -
Um entrante no Brasiluma opo de fbricano futuro - nibus: alguns-
Vrios modelos no exterior.fabricantes no exterior e- nibus: alguns
modelos- Veculos para entregas e 2 no Brasilem teste no
exteriorservios urbanos Caminhes em teste noUm desenvolvimento
noEmpilhadeiras, reboques eexterior Brasilpaletadeiras VEH-P: um
nibus no- Empilhadeiras em teste Brasil Ps-graduao em Cincia e
Engenharia de Materiais 27. Uma classificao dos VEHs (automveis e
utilitrios)Stop/start (S/S) Desliga e liga o mci Economia de
combustvel* - 7%Integrated Starter Alternator With Damping (ISAD)
Opera em 42V e, alm do S/S, permite contribuio de alguma potncia do
sistema de trao eltricaEconomia de combustvel* - 11% e 10% a mais
no torqueIntegrated Motor Assist (IMA) Opera 114V, tem motor
eltrico e baterias maiores que no ISAD, o que possibilita mais
potncia auxiliar Economia de combustvel* - 17% e 15% a mais no
torqueFull Hybrid (FH) - Sistemas 300+V com possibilidade de trao
exclusivamente eltrica, alm de suplementar a potncia do mci
Economia de combustvel* - 29% e 20% a mais no torque Para
utilitrios: economia 26% e 15% a mais no torque * Environmental
Protection Agency (EPA) Ps-graduao em Cincia e Engenharia de
Materiais 28. VEs
Plug-insTanqueEletricidadeGasolinaTanlcoolqueDiesel/BiodieselCGNV
il GNV/H2 indHidrognioroPs-graduao em Cincia e Engenharia de
Materiais 29. Tecnologias crticasMotores de combusto interna nfase
passa da potncia para eficinciaClulas a combustvel Custo
Confiabilidade Vida til E associado os problemas de produo,
armazenamento e distribuio do hidrognioSistemas de controle Custo
ConfiabilidadePs-graduao em Cincia e Engenharia de Materiais 30.
Tecnologias crticasSistemas de abastecimento de
energiaBateriasMelhores relaes kWh/kg e kWh/l Mautonomia 150 - 300
kmCusto menorReduo do tempo de cargaVida til de 3 /4 anos V 8 a15
anos Automvel a bateria 4 a 6 km/kWh300kg de LI- possibilita a
umVEB autonomia de 170 a 250 km Fonte: EPRI Journal Fall
2005Ps-graduao em Cincia e Engenharia de Materiais 31. Tecnologias
crticasSistemas de abastecimento de energia Carga de baterias /
Eletropostos Estratgias para recarga que garantam a sade das
baterias Mais eficincia (economia) Sem degradao da performance das
baterias Reduo do tempo de recarga (cargas rpidas) Interface EUA
1.000 eletropostos e mais de 50.000 VEBs Supercapacitores Custo
Reteno da energiaMotores eltricos / geradores J existem motores
bastante eficientes ex., engrenagem + motor: 93% Vida til longa
caracterstica deste componente Projetos avanados como motores
embutidos na roda Necessidade de queda nos custos (escala)
Ps-graduao em Cincia e Engenharia de Materiais 32.
EvoluoEUACalifrnia - incio anos 90: Proporo crescente de novos
carros do tipo Zero Emission Vehicles (ZEV)1993 - Governo cria
Partnership for New Generation of Vehicles (PNGV) US$ 1 bi -
governo cobre metade dos investimentos das montadoras Meta 80 mpg
(34 km/h) sem fixar tecnologia1998 Neighborhood Electric Vehicles
(NEV) autorizados a circular em vias pblicas com velocidade
limitada a 40 km/h2003 Projeto Independence VECaC2005 Energy Policy
Act estmulos monetrios para aquisio de VEBs, VEHs, VECaCEuropaFrana
nos anos 90: governo estimulou principais montadoras a lanar VEBs
dando subsdios e incentivos fiscais aos compradores e fazendo
compras via estataisTaxa para circular no centro das cidadesProibio
para circulao de veculos convencionais nos centros histricos ou
quando poluio do ar supere certo nvelIncentivos aquisio de veculos
menos poluentesPs-graduao em Cincia e Engenharia de Materiais 33.
Perspectivas no mundo e no Brasil Horizonte 2015VEs de clula a
combustvel Sem viabilidade econmica no horizonte(custo do veculo
precisa ser dividido por pelomenos 10, investimentos na produo
edistribuio do hidrognio) Soluo VEH CaC Plug-in poder ser uma
intermediria Veculos pesados devem se viabilizar antes dos leves
Clula a combustvel estacionria ser comercial antesPs-graduao em
Cincia e Engenharia de Materiais 34. The Batteries Behind It All
Early Prius and Insight NiMH D Cells Stick
Arrangement(http://www.peve.panasonic.co.jp/catalog/e_maru.html)Ps-graduao
em Cincia e Engenharia de Materiais 35. Prismatic Ni-MH 15% pack
volume reduction 25% pack weight reduction Less battery module per
pack numberhttp://www.peve.panasonic.co.jp/catalog/e_kaku.html
Ps-graduao em Cincia e Engenharia de Materiais 36. Metal Case
Prismatic Ni-MH Improvement 14% less volume 40% higher
cooling(http://www.peve.panasonic.co.jp/catalog/e_kinnzoku.html)Ps-graduao
em Cincia e Engenharia de Materiais 37. ECU Electronic Control Unit
Regulates temperature and state of charge Ensures safe and reliable
driving
http://www.peve.panasonic.co.jp/catalog/e_bms.htmlPs-graduao em
Cincia e Engenharia de Materiais 38. y Usage and Thermal
Performance of Pri Honda Insight vs. Toyota Prius Ps-graduao em
Cincia e Engenharia de Materiais 39. Charge, Discharge and SOC
http://www.nrel.gov/docs/fy02osti/31306.pdfPs-graduao em Cincia e
Engenharia de Materiais 40. Battery Energy andBattery
TemperaturesPs-graduao em Cincia e Engenharia de Materiais 41.
Hybrid Cars Today Table 1. Light-Duty Hybrid Electric VehiclesOEM
Model Body StylePower Type Fuel Date Introduced/AnnouncedProduction
DateCurrently in ProductionDaimlerChrysler Ram Pickup Contractor
SpecialTruckMild Hybrid Diesel Nov-002004 (Limited)Ford Escape SUV
Hybrid Gasoline Jan-012004General MotorsSilverado/SierraTruckMild
HybridGasolineJan-01 2004 (Limited)Honda AccordSedan IMA1
HybridGasoline Jan-042005Honda Insight Coupe IMA1 HybridGasoline
Dec-992000Honda Civic Sedan IMA1 HybridGasoline Jan-002002Lexus
RX400hSUV Hybrid Gasoline Jan-032005Toyota PriusSedan Parallel
HybridGasoline Jun-002000Toyota Highlander SUV Hybrid Gasoline
Jan-042005Suzuki Twin MiniHybrid Gasoline Nov-022003 (Japan)Toyota
Estima Minivan Parallel HybridGasoline Jun-01In Japan OnlyToyota
CrownSedan Mild HybridGasoline Aug-01In Japan OnlyToyota
AlphardMinivan Hybrid Gasoline Jul-03In Japan OnlyPlanned for
ProductionFord Fusion Sedan Full HybridGasoline Apr-032006General
MotorsSilverado/Sierra & Tahoe/Yukon Truck & SUVStrong
Hybrid Gasoline Nov-032007General MotorsEquinox SUVHybrid
GasolineJan-03 2006General MotorsMalibuSedanBAS2
HybridGasolineJan-03 2007General MotorsGraphyteSUVFull
HybridGasolineJan-05 2006Hyundai Click SedanHybrid GasolineNov-03
2005/06 (Korea)Mercury Mariner SUVFull HybridGasolineApr-04 2005
(limited)2006 (full)Nissan Altima Sedan Hybrid Gasoline
Jun-042006Saturn VueSUV BAS2 HybridGasoline Jan-032006Toyota
CamrySedan UnknownGasoline Unknown UnknownToyota Sienna Minivan
Hybrid Gasoline 20032007Recent Concepts - Production Plans
UnknownHonda ASM Minivan IMA1 hybridGasoline Oct-03UnknownFord
FocusC-MAX SedanHydrogen ICE HydrogenJul-04 UnknownDaewooS3X
SUVUnknownUnknown Oct-04 UnknownOpal AstraSedan UnknownDiesel
Jan-04UnknownMercury Meta OneUnknownHybrid DieselJan-04
UnknownMercury Milan UnknownUnknownUnknown Jan-04 Unknown1
Integrated motor assist.2 Belt alternator starter.(Source:
Collected by Robb Barnitt and Leslie Eudy, National Renewable
Energy Laboratory, from various sources)Table from
http://www.nrel.gov/docs/fy05osti/37777.pdfPs-graduao em Cincia e
Engenharia de Materiais 42. Future of Hybrid Hybrid buses ~1,000 in
use Seattle California Tax Break IncreasePs-graduao em Cincia e
Engenharia de Materiais 43. Future of Hybrid Cars Toyota Volta 3.3
liter V6 gas engine408 horsepower 30 miles per gallon Toyota Hybrid
Sports CarPs-graduao em Cincia e Engenharia de Materiais 44.
Definitions DEFINIES Combustion vs. Electric
(http://auto.howstuffworks.com/hybrid-car1.htm) Parallel vs. Series
Hybrid(http://auto.howstuffworks.com/hybrid-car2.htm) Honda Insight
Toyota Prius Full Hybrid Mild Hybrid Stop/Start Hybrid Integrated
Starter Alternator with Damping (ISAD) Integrated Motor Assist
(IMA) Plug-in HybridPs-graduao em Cincia e Engenharia de Materiais
45. Gasoline Higher energy density than batteries 1,000 pounds of
batteries = 1 gallon (7 pounds) o Cheaper initial cost for car
Hybrids are $3500-5000 more Reliable, more historyPs-graduao em
Cincia e Engenharia de Materiais 46. Cost Per MileElectric vs. Gas
Ps-graduao em Cincia e Engenharia de Materiais
