VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃO

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VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃOVEC

Sistema de Alimentação

SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DE UM VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃO

Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Tiago Alberto Correia da Rocha

OrientadorProf. Dr. Armando Luís Sousa Araújo

http://www.fe.up.pt/[email protected]

mailto:[email protected]

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Sumário

Objectivos

O Veículo Eléctrico a Baterias

Modelo do sistema de armazenamento

Modelo do VEC em pista

Sistema de armazenamento híbrido


Sistema de alimentação auxiliar

Conclusões Trabalhos futuros

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Estado de arte dos veículos eléctricos;

Modelação do sistema de armazenamento composto por baterias e ultracondensadores;

Modelação do VEC em pista para extracção da energia consumida por volta;

Simulação e teste de todo o sistema de armazenamento híbrido incluindo os conversores de potência;

Desenvolvimento de um sistema de alimentação auxiliar;


Sistema de Tracção ObjectivosSistema de Alimentação

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Sistema de Tracção Veículo Eléctrico a BateriasSistema de Alimentação

Roda

Roda

Diferencial

Caixa de Velocidades

Motor 30KW,

6000rpm

AC

DCDC

DC

DC

Baterias

Ultracondensadores

Gestão de Energia Controlador

AceleradorTravãoPowertrain

Sistema de alimentação

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Sistema de Tracção A bateria de Ni-MHSistema de Alimentação

A bateria de Ni-MH testada:• Pack composto por 11 módulos;• Módulo de 12 células (132 por pack);• Células de 1,2V e 5,5Ah;• Energia de 870Wh por pack.

Resposta da tensão da bateria a uma corrente de descarga.

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Sistema de Tracção Modelo da bateriaSistema de Alimentação

Modelo da bateria abordado

•Voc → Tensão em circuito aberto;•Rs → Resistência série ou interna;•R1C1 → Malha da dinâmica rápida;•R2C2 → Malha da dinâmica lenta;

Todos os parâmetros são em função do estado de carga (SOC).

Sistema de testes à bateria

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Sistema de Tracção Resultados dos testesSistema de Alimentação

Resultados dos testes à bateria:5 minutos de descarga;1 hora de repouso;

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Sistema de Tracção ComparaçãoSistema de Alimentação

Voc=15,45V;Rs=28mΩ;R1=10mΩ;C1=14,7F;

R2=137mΩC2=1036F

Para 75% do SOC os valores dos parâmetros do modelo:

O modelo simulado corresponde à resposta da bateria na descarga. No entanto, a dinâmica da tensão no descanso atinge um erro elevado, comparado com os dados reais.

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Sistema de Tracção Modelo da bateria de Ni-MHSistema de Alimentação

Novo modelo da bateria: Acrescenta uma nova malha RC que apenas actua quando a corrente é nula.

Resultados do modelo muito próximos dos práticos.

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Sistema de Tracção Modelo de um UC

Parâmetr

os

Valor

R1 1.38mΩ

C1 1973F

Cv1 240.39F

R2 6.83Ω

C2 592.07F

Cv2 56.28F

R3 17.65Ω

C3 64.31F

Cv3 439.2F

Ultracondensador da Maxwell BCAP 3000F


Modelo do UC

Simulação do modelo do Ultracondensador da Maxwell BCAP 3000F

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Sistema de Tracção Energia em PistaSistema de Alimentação

Necessidade de modelar o VEC para o cálculo da energia dispendida numa prova.

500Wh para completar uma volta no circuito de Braga.

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Sistema de Tracção Sistema híbrido de armazenamentoSistema de Alimentação

C

Inversor/Controlador

CC/ CA MRConversor

CC/ CCBidireccional

Barramento CC

UC’s

Baterias ConversorCC/ CC

Bidireccional

O sistema híbrido de armazenamento constituído por baterias como fonte de energia e ultracondensadores como fonte de potência

VCC

CESS

CCC

L

UC’s ou baterias

VESS

iL

iCC

Topologia de conversor CC/CC utilizado

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Sistema de Tracção Método de controloSistema de Alimentação

C


CC/ CA MRConversor

CC/ CCBidireccional

Barramento CC

UC’s

Baterias ConversorCC/ CC

Bidireccional

Controladorde

Tensão

Algoritmo de gestão de energia

Controlador meia ponte

UC’s

Controlador meia ponte

Baterias

Corrente de referência

Velocidade do VEC

SOC da bateria

SOC dos UC’s

Ref. da corrente dos UC’s

Referência da corrente das baterias

PWM

PWM

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Sistema de Tracção Resultados SimulaçãoSistema de Alimentação

Regeneração

Tensão do barramento

Corrente do inversor

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Sistema de Tracção Alimentações auxiliaresSistema de Alimentação

ConversorCC/ CC

Unidireccional

ConversorCC/ CC

ConversorCC/ CCIsolado

C


CC/ CA MR

Barramento CC

UC’s ConversorCC/ CC

Bidireccional

ConversorCC/ CC

Bidireccional

Baterias

TransceptorDisplay LCD

Electrónica

Baterias

ConversorCC/ CC

ConversorCC/ CCIsolado

Bomba de água

Relé Ventilador

Caso A

Caso B

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• A plataforma para extracção de dados, segundo o procedimento de teste desenvolvido, permite a parametrização da bateria.

• O modelo de três malhas RC apresenta melhores resultados do que o de duas para a tecnologia de bateria estudada.

• Dos testes à bateria de Ni-MH denota-se uma elevada queda de tensão protagonizada por uma dinâmica lenta. Devido a este fenómeno, conclui-se que esta bateria de Ni-MH não é a mais indicada para o projecto do VEC.

• O modelo do VEC desenvolvido fornece informação da quantidade de energia necessária numa prova de competição. No caso do circuito Vasco Sameiro a energia para completar uma volta é aproximadamente 500Wh.

• A simulação do sistema híbrido de armazenamento permite concluir a boa estratégia de controlo da tensão do barramento cc , segundo o algoritmo de gestão de energia desenvolvido.

Conclusões:


Sistema de Tracção Principais ConclusõesSistema de Alimentação

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Trabalhos Futuros:

•Integração dos efeitos da temperatura na parametrização do modelo da bateria.

•Parametrização da bateria segundo o novo modelo proposto.

•Desenvolvimento de um novo sistema de testes a baterias baseado em microprocessador.

•Aplicação de um banco de UC’s no projecto, e a parametrização do seu modelo eléctrico.

•Incorporação de um sistema de tracção na simulação do sistema de alimentação desenvolvido nesta tese.

• Implementação prática do sistema de alimentações auxiliares no VEC.

•Estudo da possibilidade de ligação à rede através do conversor de tracção.


Sistema de Tracção Trabalhos FuturosSistema de Alimentação

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Sistema de Tracção ObrigadoSistema de Alimentação

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