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“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
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50,00
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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)
“Mini” Eléctrico - O paradigma dos transportes - JORTEC - 2007
• 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:
“Mini” Eléctrico - O paradigma dos transportes - JORTEC - 2007
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
Mecânica “Mini” Eléctrico - O paradigma dos transportes - JORTEC - 2007
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
Mecânica “Mini” Eléctrico - O paradigma dos transportes - JORTEC - 2007
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
“Mini” Eléctrico - O paradigma dos transportes - JORTEC - 2007Sistema Eléctrico
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
“Mini” Eléctrico - O paradigma dos transportes - JORTEC - 2007Sistema Eléctrico
Protecções e funcionamento seguro:
Betoneira de emergência
Protecção contra sobre-intensidades
Arranque indesejável(e corrente de surto)
MPower
converter
ImaxShutdown
Comparator
“Mini” Eléctrico - O paradigma dos transportes - JORTEC - 2007Sistema Eléctrico
Testes: Operação normal:
Protecção de sobre-intensidades:
“Mini” Eléctrico - O paradigma dos transportes - JORTEC - 2007Sistema Eléctrico
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