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estudo da viabilidade técnica e económica da conversão para

1. 41 FIGURA 29 PISO DURO 1 FIGURA 30 PISO MACIO 1 41 FIGURA 31 ZONAS DE PRESS O DE AR COM VE CULO EM MOVIMENTO 51 43 FIGURA 32 EFICI NCIA DO EV BASEADO EM 52 46 FIGURA 33 EFICI NCIA DO CEV BASEADO EM 52 eene 47 FIGURA 34 EFICI NCIA DO HEV BASEADO 52 E Meses e 47 FIGURA 35 IDADE DE VE CULOS LIGEIROS DE PASSAGEIROS DADOS 54 50 E ISEP Nuno Miquel Alves Sampaio FIGURA 36 IDADE DE COMERCIAIS LIGEIROS DE PASSAGEIROS DADOS 54 50 FIGURA 37 DENSIDADE DE VE CULOS LIGEIROS DE PASSAGEIROS DADOS 54 51 FIGURA 38 UNIDADES DE VE CULOS VENDIDOS POR TIPO DE COMBUST VEL DADOS 54 51 FIGURA 39 SIMBOLO DE ELEMENTO SOBRE TENS O 56 57 FIGURA 40 MARCA O INTERNACIONAL DE HOMOLOGA O 56 57 FIGURA 41 gt VOLKSWAGEN GOLF 2 ea UR nts n bus ed xr bue Une na 60 FIGURA 42 CARACTER STICAS DO MOTOR 57 iii 63 FIGURA GEN OI 63 FIGURA 44 BATERIA WINSTON LIFEPO 59 eese nnns 66 ILUSTRA O 45 LIMITA O IMPOSTA PELAS BATERIAS
2. leu es elo SUA ere c nu aaa amm da T E e Sea rarigi lii Pirili L Concesio c Pedido imbocco cuni Serve prom ripe Ca ii da ei up soc rr er ee Cometas dc Matres ir ede han mcd ean m ro UN mol TOS DG nc mul gu maet mara dm Slade mga UT pri far iii MAT Gps raram omen gt e ai LTT Hola paso da midha race crete faces O SST PART TT Se ron mcd omae mega Tace oma Uo wm e rm ee rom Up mole TS n WR Tum Won 72 gt kea eli impr qa dia Conto do dic Morini mam dba rier wo mpm E ila ih aih omms ram rins ramma PODER ORA um Di a ase Lorum mu oreo um Es RTV Na ees SS So A IO Cem nnum mui r EN Ne mam Cc iii dor omi ias es m n ede tomi rs Tim mam ds unm ee ele CSS E CO mum drapes Tim Gace dor ode oe de eel eee TOR GE Pritt 7 Ne bic Caracas da Vorcelle ndre mcm de recuo mia qual imr ue bien cleotide mami
3. A convers o de CEV s em EV s apresenta se como uma solu o de transi o Enquanto n o s o produzidos EV s com caracter sticas que satisfa am todas as necessidades dos utilizadores nomeadamente pre o conforto fiabilidade e seguran a a convers o dos ve culos uma op o Os utilizadores n o gastam mais um c ntimo em combust vel e contribuem para um transporte mais eficiente e limpo E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Tabela 1 Caracter sticas dos ve culos el tricos e convencionais 3 EV ICEV TIPO DE MOTOR Motor El trico ME FONTE DE Baterias super condensadores ou Gasolina ou Gas leo ENERGIA c lulas de combust vel _ Pode prescindir caixa m TRANSMISSAO Caixa de velocidade mec nica velocidades SISTEMA DE a cate Frenagem regenerativa Frenagem dissipative FRENAGEM IMPACTO Reduzidos Elevados AMBIENTAL CUSTO DE Baixo Muito elevado MANUTEN O Da compara o realizada na tabela 1 de ter em considera o algumas vantagens do EV face ao ICEV como impacto ambiental reduzido e custo de manuten o tamb m bastante reduzido contudo de destacar a grande diferen a entre a efici ncia dos mesmos fundamentalmente provocada pela diferen a entre o rendimento do ME e do MCI Estas caracter sticas ser o abordadas mais a frente no cap tulo Fundamentos aerodin micos e efici ncia do ve cu
4. quo G sodio Tino cido deci da mide do reprocatsasdo ccnl da mara cnc 107 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio ANEXO C E MAILS 108 ISEP BRUSA Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Nuno Sampaic para info I m from Portugal am interested in converting my conventional vehicle in electric vehicle My car Seat Ibiza 1 9 TDI first recorded in 2000 send this mail to collect information about components that need and price waiting for a response Nuno Sampaio Dear Mr Sampaio thank you very much for your inquiry and your interest in our products Attached will send you a presentation with the necessary components for building an electric car without vehicle control unit The presentation contains set prices for prototypes 4 different sets Here our unit prices battery EVB1 400 40 inverter DMC52 4 inverter DMC534 EUR 59 000 EUR 13 200 http EUR 21 900 http Motor H3M1 5 17 12 EUR 16 900 Motor 5 1 10 18 13 EUR 22 680 Motor 5 1 6 17 12 EUR 12 900 Motor ASM1 6 17 12 Alu EUR 9 300 izfindex php id 136 amp L 0 Axle gear GK629 EUR 21 200 http EUR 8900 http izfindex php id 146 amp L 0 EUR 8900 Bidirectional converter B5C624 12V Bidirectional converter B8C623 12WV http www hbrusa hbiz index php id 145 www hbrus
5. Instituto da Mobilidade e dos Transportes Terrestres LED Light Emitting Diode MCD MOS Controlled Thyristor MCI Motor de Combust o Interna ME Motor El trico MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor PEV Plug in Electric Vehicle PHEV Plug in Hybrid Electric Vehicle xiii I ISEP Nuno Miguel Alves Sampai PWM Pulse with modulation SOC state of charge SOH state of health STCP Sociedade de Transportes Coletivos do Porto UNECE United Nations Economic Commission for Europe UPS Units of permanent service xiv E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico CAP TULO 1 INTRODU O 1 1 CONTEXTUALIZA O O Contexto da presente disserta o insere se num dos assuntos mais atuais da sociedade Transportes rodovi rios Vivemos numa sociedade totalmente dependente de meios de transporte tanto para desloca es como para consumo de produtos que fazem quil metros at chegar s nossas mesas O meio de transporte mais comum o ve culo com motor de combust o interna que depende de combust veis que prov m do petr leo que um recurso finito fundamental encontrar meios de transporte menos dependentes desta fonte de energia como o caso do Electric Vehicle EV Fuel Cell Vehicle FCV ou Hybrid Electric Vehicle que se afirma como transi o entre o Internal Combustion Engine Vehi
6. adequado para funcionar abaixo da rota o nominal e vocacionado para aplica es de velocidade constante O motor compound possui dois enrolamentos de excita o um em s rie e outro em paralelo e esta caracter stica permite lhe uma ampla variedade de modos de 16 28 ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico funcionamento e vocacionado para aplica es onde varia es na carga n o tenham grande impacto na velocidade do motor O motor de excita o separada tem como principal vantagem a sua facilidade de controlo devido principalmente o facto da sua velocidade em regime permanente ser causada pela tens o aplicada e por ser simples a coloca o do motor a funcionar em modo regenerativo 24 27 Historicamente estes motores t m sido usados nos EV s como exemplo disso o Fiat Panda Electra com um motor DC de excita o s rie e o Mazda Bongo com um motor DC de excita o paralela Estes motores t m como principais vantagens possuir um sistema de controlo de velocidade simples f cil implementa o custo reduzido e apresentam uma caracter stica de bin rio velocidade vocacionada para as exig ncias dos sistemas de propuls o contudo atualmente a sua aplicabilidade em ve culos puros el tricos reduzida devido por um lado ao sistema coletor escovas que reduz a fiabilidade limita as velocidades praticadas e necessita de manuten es peri dicas
7. 1 Ano 2 Ano 3 Ano 4 Ano 5 Ano 6 Ano 7 Ano 8 Ano 9 Ano 10 Ano Combust vel Gasolina 2925 8 2925 8 2925 8 2925 8 29256 2925 8 2925 8 2925 81 2925 8 29258 Tarifa simples 396 6 396 6 396 6 396 6 396 6 396 6 396 6 396 6 396 6 396 6 Tarifa Bi Horaria Vazio 237 2 237 2 237 2 237 2 237 2 237 2 237 2 237 2 237 2 237 2 4122 45 2529 3 2529 3 2529 3 2529 3 2529 3 2529 3 2529 3 2529 3 2529 3 2529 3 2688 7 2688 7 2688 7 2688 7 2688 7 2688 7 2688 7 2688 7 2688 7 2688 7 cl 8 D A 00 gt A rm a gt DO INVESTIMENTO POUPAN A ACOMULADA EM T SMPLES 27609 52591 27255 Tawra sess voz POUPAN A ACOMULADA EM T 76280 4903 22516 asi 31258 ess Toca eran 120467 As baterias utilizadas convers o t m uma longevidade de 3000 ciclos Considerando que as baterias s o carregadas todos os dias conclui se que ao fim de 8 anos as baterias devem ser trocadas 3000 365 8 2 anos Repetindo o pack de baterias original e pressupondo que estas se encontram ao mesmo preco o que bastante improv vel como representado na figura 15 no cap tulo das baterias haver um custo de 4122 45 contudo no final de 10 anos o utilizador poupou 10 852 no caso de tarifa simples face utiliza o do CEV original a gasolina N o foram contabilizadas despesas com a manuten o dos motores se
8. 5000 0 10000 0 Figura 65 Retorno de investimento Num prazo de 10 anos esta convers o s invi vel se o utilizador percorrer menos que 24km dia Nesse caso n o ser necess rio trocar o pack de baterias num prazo de 10 anos e mesmo assim no final desse prazo o utilizador com contrato de eletricidade na tarifa bi hor ria apenas poupou 437 1 como representado na tabela 17 86 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Tabela 17 Investimento invi vel num prazo de 10 anos 1 Ano 2 Ano 3 Ano 4 Ano 5 Ano 6 Ano 7 8 Ano 9 Ano 10 Ano Fante e os ove sol ous sio oxo TROCAR BATERIAS Poupanga T Simples 1011 7 1011 7 1011 7 1011 7 1011 7 1011 7 1011 7 1011 7 1011 7 Poupanga Bi hor ria 1075 5 1075 5 1075 5 1075 5 1075 5 1075 5 1075 5 1075 5 1075 5 RETORNO DO INVESTIMENTO POUPANCA ACOMULADA EM T SIMPLES 9305 9 8294 2 7282 5 6270 8 5259 1 42474 3235 7 2224 0 12123 POUPAN A ACOMULADA EM T BI HORARIA 92422 8166 7 70912 6015 8 4940 3 3864 8 27893 47139 6384 Ao longo da apresentac o dos equipamentos escolhidos para a convers o foram apresentados alguns equipamentos alternativos aos escolhidos para esta convers o nomeadamente motor e baterias De seguida faz se a an lise econ mica as opc es mencionadas 5 6 1 1 MOTORES OPCIONAIS A op
9. o 1 o motor Kostov K9 SepEx de 120V 18 3kW foi uma das op es mencionadas para o caso de se pretender dotar o ve culo de travagem regenerativa O custo deste motor exatamente igual ao da solu o adotada ou seja 992 37 O motor Kostov K9 SepEx tem capacidade de recuperar energia nas travagens contudo este motor funciona a 120V e tem menor pot ncia que o escolhido ou seja tem pior desempenho Para fornecer essa tens o s o necess rias apenas 37 baterias da Winston de 100Ah o que perfazia uma energia total de 11 8kwh Dividindo este valor pela m dia de consumo do ve culo 130Wh conclui se que o ve culo ficaria apenas com 91km de autonomia ou seja do pretendido para esta Por outro lado para esta convers o em concreto a travagem regenerativa pouco importante devido ao percurso que o ve culo ter sujeito a estradas maioritariamente sem grandes descidas desloca es citadinas e baixas velocidades ou seja neste cen rio a travagem regenerativa pouco significante e serviria apenas para auxiliar a travagem do ve culo provocando menor desgaste nos trav es A op o pelo motor Kostov K9 SepEx provocaria a altera o do controlador e o controlador escolhido seria o PHOENIX modelo T82 com 800A de pico disponibilizado pela Kostov Motors N o foi poss vel encontrar o pre o exato deste controlador contudo em compara o com outros modelos deve rondar 1200 87 E ISEP Nun
10. INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DO PORTO ESTUDO DA VIABILIDADE T CNICA E ECON MICA DA PARA VE CULO EL TRICO Nuno Miguel Alves Sampaio Disserta o para obten o do Grau de Mestre em Engenharia Eletrot cnica Sistemas El tricos de Energia Orientador Prof Doutor Ant nio Andrade Outubro 2012 ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Resumo O ve culo el trico est cada vez mais presente no mercado de ve culos de transporte e apresenta se como uma solu o sustent vel para a mobilidade Reduz as emiss es de gases de efeito de estufa GEE ru do e elimina a depend ncia do petr leo presente nos ve culos convencionais Numa altura em que o sector autom vel est em franca estagna o e os pre os dos combust veis atingem m ximos hist ricos a convers o de ve culos convencionais em ve culos el tricos ganha especial relevo e apresenta se como uma solu o para alguns utilizadores ou mesmo uma oportunidade de negocio para algumas empresas Este trabalho consiste no estudo da viabilidade t cnica e econ mica da convers o de ve culos convencionais em ve culos el tricos S o identificados equipamentos essenciais para realizar uma convers o equipamentos alternativos e alguns opcionais modo como os equipamentos devem ser instalados no ve culo cuidados a ter durante a instala
11. ccccccccccccccccscsecssessseesseeeeseseeseesseseeeeeseeeeeeeeeeeees 67 FIGURA 46 CONTROLADOR SOLITON 60 ii 68 FICORA 47 GONVERSOR G e C 69 FIGURA 48 CARREGADOR POW 62 i 70 FIGURA 49 SISTEMA DE GEST O DA BATERIA 631 70 FIGURA 50 E XPERT PRO 641 2 und nad en XR ues ande 71 FIGURA 51 INTERRUPTOR DE IN RCIA 65 FIGURA 52 BOT O DE EMERG NCIA 65 72 FIGURA 53 CONTACTOR RESIST NCIA DE PR CARREGAMENTO E DIODOS DE ZENER 66 73 FIGURA 54 S MBOLO DE RECOLHA SEPARADA DE RES DUOS 67 74 FIGURA 55 FRENTE DO VE CULO DEPOIS DE RETIRADO O MOTOR T RMICO O RADIADOR 75 FIGURA 56 TRASEIRA DEPOIS DE RETIRADO O DEP SITO DE COMBUST VEL 75 FIGURA 57 2 VEICULO EM VISTA LATER ga ti 75 FIGURA 58 VW GOLF SEM COBERTURA iii 76 FIGURA 59 VISTA FRONTAL DO VEICULO ne maia a di 78 FIGURA 60 VISTA RETAGUARDA DO VE CULO rire 78 FIGURA 6 L VI TA LATERAL DO VEICULO aceitos DD D ir 79 FIGURA 62 VISTA DE TOPO DO VEICULO i 79 FIGURADS VISTA INTERIOR DO 79 FIGURA 64 CARACTER STICAS DE CABO A UTILIZAR ii 80 FIGURA 65 RETORNO DE INVESTIME
12. uma carga indutiva n o se consegue inverter o sentido da corrente instantaneamente ou seja se a alimenta o da bobine for removida instantaneamente a bobine gera um pico de tens o no esfor o de manter o fluxo da corrente enquanto o seu campo magn tico est a decrescer Este pico de tens o pode ser superior aos 12 necess rios para acionar a bobine o que pode provocar danos Para evitar este problema podemos adicionar 2 d odos de Zener nas conex es da bobine ligados costas com costas assim podem circular os picos tens o evitando que estes se propaguem para os dispositivos externos Figura 53 Contactor resist ncia de pr carregamento e d odos de Zener 66 5 4 EQUIPAMENTOS IMPORTADOS A grande maioria dos equipamentos usados na convers o s o importados necess rio ter algum cuidado pr vio no controlo de alguns requisitos para evitar problemas na alf ndega 73 EE ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio A base legal est referida na pauta de servi o do Minist rio das Finan as Autoridade Tribut ria e Aduaneira importante ter alguns aspetos em considerac o como o facto de ser obrigat rio as baterias terem o s mbolo de recolha separada de residuos representado na figura 54 caso contr rio n o permitido o seu desalfandegamento Figura 54 S mbolo de recolha separada de res duos 67 Na alf ndega podem tamb m exigir que o consumidor passe uma declarac o e
13. want to know your opinion about the better solution to my cars and price Finally wanted to know if you do some discount if i buy a large amount of equipment waiting for a response Nuno Sampaio Hi There is na such thing as a better solution you can always add more money and get a better one 1 In order not to discuss everything possible please let me know 1 Targetrange 2 Doyou want a performance conversion or normal one 3 Whatis your budget for motoribatteryicontroller only 4 Doyou actually want to convert both cars If not which Hi First i want to convert my VW Golf 1989 and a normal conversion Range S0miles Top speed 80mph have about 10 000 for the entire conversion Best regards 111 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio Hello This can be K9 144 13005 SolitonJR 23005 45x160Ah Winston cells 45x200 9000 Battery will be 23kWh of which 18kWh useable at 130Wh km gives around 140km range or your 30miles Total costis 12 600 ar EUR 9600 You can save 3000 by going far 50 mile range and 45x90Ah cells Hi Only three more question With this solution have assurances that the car doesn t die in uphill and i saw that the Evnetics Soliton is applied in many conversions what is the difference between the soliton 1 and the soliton Jr Finally if i want a solution with a stronger motor witch motor you advised Thanks Nuno Sampaio Hi three more question W
14. Charge SOC a rela o entre taxa de carga e a taxa de descarga as condi es de temperatura 35 36 27 EE ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio A bateria quando atinge o fim da sua vida til no EV cerca de 8096 da sua capacidade original ainda poss vel a sua utiliza o noutras aplica es tendo por isso valor comercial Existem v rios estudos com poss veis aplica es como e Armazenamento da energia da rede 37 38 e Reciclar os materiais valiosos 39 e Aplicar em Units of permanent service UPS 40 De seguida faz se uma an lise a diferentes tecnologias de baterias Analisando algumas solu es que j est o no mercado h muitos anos como o caso das baterias de chumbo cido at a algumas que ainda est o em fase de estudos como o caso das Ar L tio e Ar Zinco 2 2 3 1 BATERIA CHUMBO ACIDO As baterias de Chumbo cido s o o tipo de baterias mais antigo ainda em uso foram inventadas em 1859 e funcionam atrav s da combina o do cido sulf rico com o chumbo Estas baterias n o t m aplicabilidade nos ve culos puramente el tricos da atualidade dado o seu elevado peso e baixa densidade de energia contudo como s o as baterias mais baratas no mercado s o vulgarmente utilizadas em convers es de ve culos 41 2 2 3 2 BATERIA N QUEL HIDRETOS MET LICOS As baterias N quel Hidreto Met lico NIMH uma tecnologia recente mas com caracter sticas muito similares s bater
15. Estes equipamentos se necess rios s o alimentados a 12V o que refor aria a necessidade deste equipamento 5 3 5 CARREGADOR DE BATERIAS O carregador de baterias o equipamento a bordo respons vel por fazer a liga o entre a rede el trica e o ve culo com o objetivo de carregar o pack de baterias Geralmente a carga das baterias efetuada em elevadas correntes quando estas est o completamente descarregadas e a baixa corrente quando a bateria est quase carregada O Carregador escolhido para esta convers o um POW 144 16 62 Como as baterias t m uma capacidade de 100Ah e este equipamento carrega 16Ah conclui se que a carga estar completa ao fim de 6 horas e 15 minutos O equipamento ser instalado na traseira do ve culo junto s baterias e est representado na figura 48 69 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio Figura 48 Carregador POW 62 5 3 6 SISTEMA DE GEST O DA BATERIA importante instalar um sistema de monitorizac o para fazer a gest o das c lulas pois estas variam muito a sua tens o durante a carga e descarga O sistema de gest o faz a gest o das c lulas controla a tens o temperatura estado de carga SOC ou profundidade de descarga sa de da bateria SOH e corrente que entra ou sai da bateria Com este dispositivo o utilizador est sempre informado do estado das baterias protegendo as e aumentando a sua vida til Figura 49 Sistema de
16. TIO FERRO IOES DE L TIO BlDensidadade de energia L TIO ENXOFRE Wh kg AR ZINCO AR LITIO GASOLINA 500 1000 1500 2000 Figura 16 Densidade de energia de diferentes baterias Dados disponibilizados por 46 2 2 3 4 BATERIA AR ZINCO As baterias de Ar Zinco tamb m est o em fase de estudos Estas baterias apresentam densidade de energia elevadas cerca de 350Wh kg como representado na figura 16 Uma das vantagens do uso do zinco como elemento principal que este metal est cerca de 100 vezes mais dispon vel que o L tio o que um aspeto interessante quando se pensa no ve culo el trico a uma escala global Atualmente n o h informa o de qualquer aplica o destas baterias em EV 47 30 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico 2 2 3 5 COMPARA O DAS DIFERENTES TECNOLOGIAS contr rio dos motores el tricos onde relativamente f cil fazer uma compara o entre as diferentes tecnologias no caso das baterias diferente Comparar diferentes tecnologias de baterias dif cil por v rios motivos n veis completamente diferentes de maturidade tecnol gica onde algumas ainda se encontram em desenvolvimento constantes altera es em pequenos aspetos construtivos das baterias que alteram drasticamente o seu desempenho os par metros da mesma tecnologia de bateria variam consoante o fabricante Na tabela 5 faz se a compa
17. cnica vulgarmente utilizada para controlar a energia entregue a equipamentos el tricos inerciais Consiste em controlar o valor m dio da tens o entregue ao motor no caso em an lise efetuando cortes na alimenta o a elevada frequ ncia 20 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Apesar destes motores n o terem caracter sticas naturais para aplica o em tra o el trica os avan os nos sistemas de controlo baseados no controlo vetorial controlo por orienta o de campo permitiu melhorar o desempenho destes e atualmente o motor de indu o trif sico dos mais fi veis e tecnologicamente mais evolu do para aplica es em EV s Alguns exemplos disso mesmo s o o Fiat Seicento Elettra o EVI da General Motors e o Ford Think City 23 30 Para que este motor seja competitivo com o motor Brushless DC para aplica es de tra o el trica em ve culos necessita ser instalado com um inversor para que seja poss vel alimentar o motor a partir de uma fonte DC Baterias e poder se tamb m variar a velocidade ajustando a frequ ncia do inversor Outra quest o est deste motor ter um desempenho a n vel de bin rio mais baixo que o motor Brushless DC para reverter esta situa o deve se instalar sensores feedback fazendo com que o inversor produza a frequ ncia exata que o motor deseja 29 Os conversores eletr nicos de pot ncia mais comuns baseiam se
18. consegue se manter o ve culo equilibrado Na frente do ve culo o peso mant m se praticamente igual e a traseira tem um acr scimo de peso de aproximadamente 42kg o que n o muito significantivo Tabela 13 Equipamentos a retirar do ve culo EQUIPAMENTOS A RETIRAR PESO kg MOTOR TERMICO TANQUE DE COMBUSTIVEL E 25 CONDUTAS RADIADOR E SISTEMA DE 20 REFRIGERACAO ESTRUTURA DE EXAUSTAO 15 TOTAL 76 ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Tabela 14 Equipamentos a colocar no ve culo EQUIPAMENTOS A COLOCAR FRENTE PESO kg TRASEIRA PESO BATERIAS ESTRUTURA DE CONTROLADOR 10 SUPORTE 10 ESTRUTURA DE SUPORTE 20 Atrav s da an lise das tabelas anteriores conclui se que o ve culo aumentar o seu peso bruto originalmente tinha 865kg e depois de realizada a convers o ter cerca de 897kg O aumento de peso reduzido principalmente devido tecnologia de baterias utilizado que t m um peso unit rio de 3 4kg e t m pouco volume o que facilita a sua distribui o no ve culo Na figura 59 est representada a frente do ve culo depois de instalados os equipamentos necess rios Na parte inferior instalado o ME e ligado transmiss o original atrav s da placa adaptadora que n o vis vel na imagem Na parte superior est a bateria de 12V de chumbo cido para alimentar os equipamentos el tricos auxiliares do ve culo ao centro o co
19. referido anteriormente a resist ncia associada a uma inclina o dada pela express o F Myg sin a A Resist ncia da Estrada determinada pela associa o da resist ncia do rolamento com a resist ncia proveniente de uma inclina o Fg M g f cosa sina Express o 6 oe a inclina o for pequena a express o pode ser simplificada Fg F M g f i tana Express o 7 2 5 2 4 PERDAS NA CONVERS O DE ENERGIA Dois ve culos com id nticos valores de perdas resultantes da intera o do ve culo com a envolvente podem ter um valor de efici ncia global muito divergentes devido diferen a de efici ncia nos processos de convers o de energia Na tabela 8 est o representados os valores de rendimentos t picos de alguns componentes mec nicos de um ve culo Tabela 8 Rendimentos t picos de componentes mec nicos 1 COMPONENTE RENDIMENTO O rendimento mec nico global da transmiss o entre o motor de propuls o e as rodas do ve culo dado pela multiplica o dos rendimentos de toda a linha motriz 45 EE ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio Geralmente os valores m dios considerando que o ve culo tem uma caixa de velocidades manual ronda os 9096 para uma velocidade com uma raz o de transmiss o igual 1 e 85 para as restantes velocidades A figura 32 representa o processo da energia el trica at chegar s rodas motrizes num EV Todos os equipamentos el
20. 1 RESIST NCIA DO VE CULO Nem toda a energia requerida para movimentar o ve culo chega s rodas do mesmo dado que uma parte significativa da energia fica em perdas A efici ncia do ve culo pode ser classificada em duas categorias de perdas Perdas na convers o da energia e perdas resultantes da intera o do ve culo com o ar e a estrada representadas da figura 28 Estas perdas s o comuns a todos os ve culos independentemente do meio de propuls o utilizado e minimiz las fundamental para maximizar o desempenho e autonomia do ve culo 40 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico N ARRASTO AERODINAMICO gt t x MOTOR FONTE DE ENEERGIA ATRITO MEC NICO RESIST NCIA DE ROLAMENTO uu ATRITO DA ESTRADA PERDAS RESULATENTES DA INTERA O DO CARRO COM O AR E ESTRADA ll PERDAS NA CONVERS O DE ENERGIA Figura 28 Efici ncia do Ve culo 52 2 5 2 PERDAS RESULTANTES DA INTERAC O DO VE CULO COM O AR ESTRADA Como j referido qualquer ve culo em movimento est sujeito s perdas resultantes da intera o do ve culo com a sua envolvente Podem ser divididas em 3 categorias e Resist ncia de rolamento e Resist ncia aerodin mica e Resist ncia da estrada 2 5 2 1 RESIST NCIA DE ROLAMENTO Esta resist ncia deve se fundamentalmente distribui o n o uniforme da press o no pneu Considerando que o peso atua no centro
21. Alternativa 1 Um e expert Pro Input 3 35V 2 batt bank advanced feat incl 500A shunt 214 58 PRESCALERS 1 5 voltage prescaler passive EUR 62 30 1 10 voltage prescaler passive EUR 62 30 1 5 voltage prescaler active EUR 83 30 Condi es gerais de fornecimento Pre os sujeitos ao Iva 23 sem instala o Prazo de entrega 8 a 10 dias ap s confirma o da encomenda Entende se por material a entregar nos N armaz ns em Lisboa Pagamento 50 na confirma o da encomenda por transfer ncia banc ria restante contra entrega da mercadoria Garantia 2 anos contra eventuais defeitos de fabrico m o de obra garantia exclui custos com portes ou desloca es se necess rias Atenciosamente A 123 SYSTEMS We appreciate you taking the time to fill out our form member of our transportation sales team will review your submission and respond to you shortly Please note that A123 Systems is focused on commercial automotive truck and bus applications We do not offer any cells or battery systems for consumer electric vehicle conversions Want to learn more about advanced energy storage Sign up for aur newsletter today A123 Systems KOSTOV Hello I m from Portugal am interested in converting my conventional vehicle in electric vehicle car is a Seat Ibiza 1 9 TDI first recorded in 2000 and a VW GOIF 2 first recorded in 1955 I m interested in buy a motor controller and batteries
22. Could you please give a more exact number And please tell the mph of the vehicle Thank you and best regards Sales Representative 113 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio The imput voltage of controller can be between 9 and 340V but i want work in 144V or 192W The mph of the vehicle can be approximately 80 mph Best regards Nuno Sampaio AUTOSIL Boa Tarde Nuno Sampaio Em primeiro lugar penso ser conveniente para uma melhor compreen o do tema enquadrar o estado da arte das diferentes tecnologias de baterias principalmente para o tipo de aplica o que fala diferen a da tecnologia de l tio face de chumbo cido bastante significativa Acreditamos que as novas baterias de l tio possam proporcionar grandes vantagens ao utilizador pois apresentam caracteristicas que gostaria em primeiro lugar de salientar S o cerca de 3 vezes mais leves Duram mais tempo pois podem fazer cerca de 2000 ciclos uma bateria de chumbo cido faz cerca de 350 ciclos considerando 80 de profindidade de descarga Permitem ser carregadas mais r pidamente e suportam cargas oportunisticas incompletas intercalares que possibilitam uma utiliza o mais versatil T m BMS Battery management System incorporado protegendo a bateria de correntes elevadas S o amigas do ambiente n o possuem metais pesados nocivos para o ambiente e n o emitem cheiros nem vapores t xicos N o requerem uma manuten o t o exi
23. ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico 5 3 2 BATERIAS As baterias escolhidas para esta convers o s o de L tio Ferro Fosfato 4 da Winston 59 Esta tecnologia de baterias das mais avan adas do mercado junta a seguran a e durabilidade das baterias de n quel C dmio NiCa com a leveza e capacidade das baterias de Pol mero de L tio LiPo e apresenta uma rela o qualidade pre o apreci vel Para al m do fornecedor Winston foram pedidos or amentos para a mesma tecnologia s empresas Thunder sky e Sinopoly contudo optou se pela Winston pois a empresa que pratica melhor pre o Em Portugal foi pedido um or amento Autosil para baterias de l tio a Autosil n o tem a tecnologia de L tio Ferro Fosfato mas para al m das baterias n o serem t o evolu das tecnologicamente como as da Winston apresentam um custo bem maior Na tabela 12 est o resumidas as caracter sticas das baterias utilizadas Tabela 12 Caracter sticas da bateria da Winston LiFePO 59 CAPACIDADE NOMINAL 10 _ TENSAO DE OPERACAO CORRENTE DE CARGA M XIMA M XIMA 20CA CORRENTE DE CARGA M XIMA CARGA DESCARGA PADRAO 0 5 CA 80 DOD gt 3000 CICLO DE VIDA 70DOD gt 5000 _ 45 C 85 TEMPERATURA DE OPERACAO Da tabela de caracter sticas de destacar que a bateria tem uma longevidade acima da m dia pois consegue realizar mais de 5000 cic
24. University of California Energy Institute UCEI Berkeley California 2002 6 http dre pt pdf1sdip 2008 05 09700 0282402865 pdf 7 Site da Rede Mobi e www mobie pt 8 Barbosa Ant nio Redes de abastecimento para ve culos el tricos Instituto Superior de Engenharia do Porto Janeiro de 2012 9 Chan The state of the art of electric and hybrid vehicles IEEE vol 90 247 275 2002 10 Geneva Motor Show 2011 http Avww autoconcept reviews com motor shows geneva 2011 evenis geneva 2011 html 3 01 08 2012 11 Nissan Leaf http www nissan pt fvehicles electric vehicles electric leaf leaf 05 08 2012 12 Peugeot ion http www peugeot pt media deliacms media 93 9385 a6254 pdaf 05 08 2012 13 Renault Fluence http info rnportugal com catalogos renault PDF Fluence ZE pdf 05 08 2012 14 Opel Ampera http www opel ampera com index php mas home 05 08 2012 96 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico 15 Mitsubishi i miev http www mitsubishi motors pt home aspx 05 08 2012 16 Tesla S http www teslamotors com 05 08 2012 17 hitp www toyota pt innovation technology engines fuel 01 08 2012 18 http h2101 harc edu Hydrogen101 Curriculum H101 Benefits tabid 517 Default as x 01 08 2012 19 Confer ncia da Energia e Transportes uma articula o complexa mas fundamental para um f
25. a flexibilidade na coloca o do MCI pois n o esta acoplado s rodas Neste tipo de arquitetura s o necess rios tr s mecanismos de propuls o ME MCI e gerador o que diminui a efici ncia do sistema Tem como desvantagem ser necess rio dimensionar os tr s equipamentos para a pot ncia m xima caso se considere que a energia proveniente das baterias pode n o entrar na tra o caso contr rio o gerador e o MCI podem ser subdimensionados O facto de existirem tr s equipamentos torna o sistema de propuls o mais pesado e com menor rendimento global quando comparado com outras configura es A arquitetura s rie adequa se melhor condu o em cidade porque nesta vertente h sobretudo o uso da parte el trica em viagens longas existem maiores perdas de transmiss o Existem v rias possibilidades de opera o e desligado e tra o apenas pelo ME bateria e MCI Gerador ME e MCI Gerador Bateria ME e MCI Gerador dividindo a pot ncia pelo motor e para carga da bateria e Carga estacion ria da bateria devido ao MCI Gerador e Carregamento da bateria por travagem Regenerativa Dep Combustivel MCI ENEB Liga o El ctrica Gerador liaga o Hidr ulica Bateria Conversor de EM Potencia Figura 21 Arquitetura s rie 4 Transmiss o Liga o Mec nica 34 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico 2 3 2 PA
26. apenas um destes equipamentos na frente do ve culo O Bot o de emerg ncia tal como o interruptor de in rcia tem como funcionalidade desligar o circuito de tra o em caso de emerg ncia contudo este n o dispara automaticamente tem que ser pressionado para disparar como tal este equipamento ser instalado na cabine do lado esquerdo do volante como representado na figura 63 no cap tulo pe as desenhadas 71 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio Figura 51 Interruptor de in rcia 65 Figura 52 Bot o de emerg ncia 65 5 3 7 3 DISPOSITIVOS DE PROTE O E COMANDO FUS VEIS Todos os ve culos el tricos t m um fus vel no seu circuito de pot ncia para garantir que o ve culo se desliga de forma segura caso ocorra uma falha no circuito de trac o Por raz es de seguranca os fus veis devem ser instalados o mais pr ximo poss vel no terminal positivo de cada pack de baterias A escolha do fus vel tem que ter em considera o a bateria o controlador e o motor que s o os equipamentos essenciais do ve culo el trico Geralmente recomendam que o fus vel tenha quatro vezes a capacidade das baterias ou seja como nesta convers o as baterias s o de 100Ah de capacidade o fus vel ter de ser de 400A CONTACTORES O contactor essencial pois funciona como um interruptor que liga o circuito quando se chave do ve culo ou seja liga e desliga a conex o entre as baterias e o controlador do motor Existem
27. apoio unidade curricular Ve culos El tricos em Sistemas El tricos de Energia Isep Porto 52 http www teslamotors com goelectric efficiency 25 07 2012 53 http www xor motors com pt tudo sobre eletricidade tecnologia motor rendimento motor eletrico php 25 07 2012 54 www acap pt 55 www tecnitron com 56 Regulamento n 100 da UNECE 2 11 abril 1997 E 2FECE 2FTRANS 2F505 http www unece org trans main sc1 search 0 57 Site oficial da Kostov Motors Kostov motors com tractionmotors Kostovevmotors ac DC series DCmotorsforelectricvehicles 58 www evSource com tls motor adapters php Marco 2012 99 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio 59 Bateria Winston http eu Winston battery com index php products power battery item wb lyp100aha category id 176 Marco 2012 60 Controlador http evnetics com downloads Soliton Jr Installation Drawing pdf Marco 2012 61 Carregador http www ev power cz docs GWL Power POW PFC 1 8kW Spec pdf Mar o 2012 62 Conversor DC DC http www evSource com datasheets DCDC 500 DCDC 636 Manual pdf 63 BMS www kta ev com Mar o 2012 64 Instrumenta o http www tbs electronics nl downloads Marco 2012 65 www ewworks com au Marco 2012 66 evSource com tls nanfeng php Marco 2012 67 Minist rio das Finan as Medidas associadas importa o de pilhas e acumulador
28. at ao final 2012 0 acesso gratuito aos postos Quando terminar esta fase piloto e come ar a fase comercial o utilizador ter que pagar a energia consumida para carregamento do EV aos Comercializadores de Eletricidade para a Mobilidade El trica CEME Como se trata de uma mercado livre o utilizador pode escolher o comercializador que praticar os melhores pre os sendo que a fatura final vem acrescida de um custo de utiliza o da infraestrutura 8 De seguida analisam se as diferentes categorias de ve culos que genericamente se inserem em 3 grupos distintos 9 EV e HE V ICEV Como f cil de verificar nos subcap tulos que se seguem o que est base da distin o das tr s categorias de ve culos o meio de propuls o utilizado 2 2 ELECTRIC VEHICLE EV O EV um ve culo que utiliza totalmente a propuls o por meio de motores el tricos que convertem a energia el trica em energia mec nica Geralmente distinguem se tr s categorias Battery Electric Vehicle BEV EV Alimenta o direta 28 ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico BATTERY ELECTRIC VEHICLE BEV Os BEV s tal como o nome indica s o dotados de baterias que t m como func o armazenar a energia proveniente da rede el trica ou de outra fonte de energia el trica externa ao ve culo Esta energia utilizada para alimentar o ME durante viagem cuja fun o tra
29. bem ponderada e tendo em considera o o perfil de do propriet rio Idade de ve culos ligeiros de passageiros em circula o em Portugal em 31 12 2010 At 1 ano Mais se De1a2 anos 4 4 a De 2 a 3 anos 6 De3a4 anos 696 De 4a 5 anos 5 Figura 35 Idade de ve culos ligeiros de passageiros Dados 54 Idade de Comerciais ligeiros de passageiros em circula o em Portugal em 31 12 2010 1 Mais 20 anos 4 De 1 a 2 anos TL E 0 396 De 2 a 3 anos 5 De3a4 anos 6 De 4 a 5 anos 596 Figura 36 Idade de comerciais ligeiros de passageiros Dados ACAP 54 L Naturalmente a densidade de ve culos maior nos centros urbanos mais populosos nomeadamente Porto e Lisboa que em conjunto acumulam cerca de 39 dos ve culos 50 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Perceber esta distribui o de ve culos fundamental caso se pretenda come ar um neg cio na rea da convers o de ve culos Porio ou Lisboa seriam as localiza es geogr ficas ideias para implementar o neg cio O Porto seria a localiza o ideal uma vez que apesar de ter uma densidade de ve culos menor n o existe concorr ncia nenhuma ao inv s de Lisboa onde j existe a empresa Tecnitron situada pr ximo de Palmela envolvida neste neg cio 55 Densidade de ve culos ligeiros de p
30. contacto e interesse nas baterias de ido de litio da Autosil 114 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Bom dia Obrigado pela resposta e pelo esclarecimento das baterias o seguinte o motor que estou a pensar utilizar um Kostov 144 ou seja as baterias que utilizaram no smart n o s o suficientes para meu caso preciso de mais tens o e talvez 100Ah pois o meu carro tamb m mais pesado que o smart O espa o dispon vel n o consigo precisar de momento mas tenho bastante a mala grande com o volume do deposito de combustivel ainda fica maior para al m disso estava a pensar distribuir o peso e colocar algumas baterias na frente do ve culo penso que o espa o n o problema Pretendo uma autonomia a rondar os 100Km O que me aconselha Obrigada pela disponibilidade Cmpts Nuno Sampaio Caro Nuno Sampaio Conhecendo tens o de funcionamento do motor el ctrico 144V posso avan ar que podemos construir a bateria de l tio que pretende de 144V100Ah 15kWh A autonomia ir depender directamente do consumo do ve culo regime e perfil de utiliza o mas para realizar 100km penso que sera poss vel com uma bateria entre 15kWh 19 kWh para o caso do VW contru o destas baterias representa um custo na ordem dos 15 000 e os 19 000 respectivamente IVA n o inclu do Uma alternativa pode passar por instalar uma bateria mais pequena e con
31. corrente no sentido direto desde que aplicado um sinal sua porta um dispositivo semi controlado pois depois de entrar em funcionamento permanece neste estado enquanto a corrente no nodo se mantiver acima de patamar m nimo Os mais utilizados em conversores s o o Gate Turn Off Thyristor GTO e o MOS Controlled Thyristor MCT O Trans stor um dispositivo totalmente controlado que permite controlar o corte conduc o de uma corrente de grande pot ncia Os mais utilizados em conversores eletr nicos Bipolar Junction Transistor BJT MOSFET e IGBT Como exemplo de aplica o de um inversor existe o EV1 da General Motors O inversor trif sico com 6 GBT s transforma a fonte DC a bordo baterias numa fonte AC com valores de tens o e frequ ncia vari veis e controla assim o motor de induc o trif sico a bordo O chopper um conversor DC DC e o seu funcionamento consiste em interromper periodicamente a corrente fornecida pela fonte DC Baterias Como exemplo de aplica o existe o Toyota RAV4 EV que tem a bordo um motor DC de imanes permanentes 31 2 2 3 BATERIA Uma bateria um aparelho que converte energia qu mica em energia el trica ou vice versa O termo bateria refere se a um conjunto de c lulas que podem ser 24 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico ligadas em s rie ou paralelo dependendo dos valores pretendidos de tens o ou cor
32. culo possui um ME de cerca de 10 20kW e 100 200V Este tipo motor caracter stico da arquitetura em paralelo o motor tem como fun o o aux lio de MCI Em condu o em cidade conseguimos uma poupan a de cerca de 20 a 30 de energia 4 37 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio COMPLETO Ve culo que possui tipicamente um ME de 50kW 200 300V Este tipo de motor caracter stico da arquitetura s rie paralelo ou complexa e tem como fun es desempenhar o arranque aux lio do MCI ou funcionamento isolado Note se que existe a tentativa de otimizar a efici ncia energ tica atrav s do regime de funcionamento mais apropriado a cada situa o apenas ME apenas MCI ou opera o conjunta 4 Em condu o de cidade poss vel obter uma redu o nos consumos de cerca de 30 contudo o custo do ve culo agrava se em 30 a 40 o que torna esta tecnologia numa fase inicial pouco pretendida 2 4 INTERNAL COMBUSTION ENGINE VEHICLE ICEV O ICEV a tecnologia de propuls o mais vulgar nos transportes Este sistema consiste em ciclos termodin micos que usam o combust vel para gerar energia mec nica Os avan os tecnol gicos permitiram evoluir esta tecnologia contudo ainda apresentam rendimentos bastante baixos cerca de 30 e representam uma amea a para o ambiente e para a sociedade 1 Neste trabalho analisamos o motor a 4 tempos que o mais utilizado nos ICEV s Um motor a 4 tempos tem quatro
33. da roda criado um momento que se op e ao movimento da roda direzioni Moving drocton fa q a rii 1 P N Figura 29 Piso duro 1 Figura 30 Piso macio 1 41 EE ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio Como representado na Figura 29 a press o na parte da frente do pneu em contacto com o solo maior que na parte de tr s Em superf cies macias a resist ncia ao rolamento causada principalmente pela deforma o da superf cie do solo como representado na Figura 30 Quanto maior a deformac o no solo maior ser a resist ncia de rolamento Em termos pr ticos o momento de rolamento pode ser substitu do por uma forca equivalente aplicada ao centro da roda com direc o e sentido contr rio ao movimento Esta forca denomina se de forca de rolamento e pode ser calculado pela r Express o 2 Onde P a for a normal ou seja correspondente componente normal do peso que atua sobre a roda e f denominado coeficiente de rolamento Os avancos tecnol gicos no fabrico dos materiais permitiu melhorar os pneus e baixar o seu coeficiente de rolamento e consequentemente os consumos dos ve culos Este coeficiente depende essencialmente do material e estrutura do pneu da temperatura e do ar dentro do pneu da geometria do piso do pneu do material e rugosidade do solo e da presenca de l quidos ou s lidos sobre o solo Pa
34. el trico a legisla o que deve ser considerada a seguinte 1 Todos os sistemas e componentes do ve culo que forem alterados pelo transforma o Ex dire o travagem ilumina o etc devem continuar a cumprir os requisitos aplic veis que se encontram enunciados no anexo IV do Decreto Lei n 16 2010 de 12 de Marco que aprova o Regulamento da Homologa o de Modelo de Autom veis e Reboques Seus Sistemas Componentes e Unidades t cnicos 2 Relativamente seguran a do instala o de alimenta o eletrico do ve culo devem ser cumpridos os requisitos aplic veis definidos no Regulamento n 100 da UNECE Este regulamento est disponivel no site http www unece org trans main 29 29regs81 100 html Com os melhores cumprimentos 116
35. em IGBT s e a regula o da tens o de alimenta o efetuada recorrendo t cnica PWM MOTOR DE RELUT NCIA COMUTADA Recentemente estes motores t m vindo a ser aceites como pass veis de serem utilizados na tra o Algumas vantagens s o a sua constru o bastante simples e robusta um reduzid ssimo custo de produ o e uma caracter stica de bin rio velocidade fenomenal pois t m uma zona de funcionamento a velocidades bastante longa o que permite que funcionem a velocidades muito elevadas com uma acelera o bastante r pida As desvantagens prendem se com sistemas de controlo bastante complexos com custos proibitivos devido fundamentalmente satura o magn tica nas extremidades dos polos do estator s o motores que apresentam bastante ruido durante o funcionamento e n o conseguem atingir os n veis de efici ncia dos motores de manes permanentes Como j referido o sistema de controlo destes motores bastante complexo geralmente constitu do por dois semicondutores por fase que podem ser GBT s MOSFET s o que pode provocar o aumento do custo do conversor devido ao elevado n mero de semicondutores necess rios 26 21 EE ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio 2 2 1 3 COMPARACAO DOS DIFERENTES SISTEMAS Os par metros de comparac o dos motores descritos anteriormente Custo efici ncia fiabilidade e desempenho CUSTO Os motores DC com escovas s o os mais vantajosos economicament
36. escolhida Com as baterias de 200Ah o ve culo fica com autonomia para cerca de 222km o dobro da solu o escolhida Ambas as op es t m um acr scimo proporcional sua capacidade no custo do equipamento como ser abordado na avalia o econ mica 5 3 3 CONTROLADOR O controlador um equipamento essencial num ve culo el trico tem com fun o fazer a interliga o e controlo da energia das baterias e o ME O controlador escolhido para esta convers o o Soliton Jr da empresa evnetics de 150 kW 200HP especialmente constru do para aplica o em EVs Opera entre 9 340 VDC com 600 de pico e tem como vantagem todos os par metros 67 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio serem de f cil configurac o atrav s de um computador com ligac o internet e porta ethernet uma excelente solu o para ve culos com peso inferior a 1200kg Figura 46 Controlador Soliton Jr 60 O controlador representado na figura 46 n o tem capacidade para controlar o motor K9 SepEx 1 pois apenas controla os motores com s rie e este de excitac o separada Uma para controlar o motor K9 SepEx seria o PHOENIX modelo T82 com 800A de pico disponibilizado pela Kostov Motors 57 Para a 2 h necessidade de escolher controlador pois a empresa 3xE disponibiliza o conjunto motor controlador As caracter sticas do controlador devem em qualquer convers o ser
37. estes par metros j foram abordados no cap tulo sobre resist ncia aerodin mica e efici ncia do ve culo 61 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio Tabela 10 Estudo Aerodin mico Comment Attend tomam estao votei _ 3965 1555 1415 om om oom Se n percurso tiver subidas indique o grau 5 Resist ncia de Rolamento Resist ncia associada inclina o W Os c lculos din micos realizados permitiram fazer uma previs o da pot ncia de inclina o do motor em diversos pavimentos e inclina es Como o ve culo a ser convertido se destina a desloca es citadinas n o faz sentido o estudo para qualquer outro tipo de pavimento que n o o de asfalto Tabela 11 Velocidade Pavimento INCLINA O 2 VELOCIDADE KM H POTENCIA KW PAVIMENTO 6 05 Asfalto 21 14 Asfalto 6 216 Asfalto 47 06 Asfalto 8 8700 Asfalto 8 48 Asfalto _ L O motor escolhido um Kostov K9 144V de 24kW de pot ncia nominal E um motor compacto com apenas 45Kg com excita o s rie Apresenta as caracter sticas ideais para aplica o em sistemas de tra o custo moderado elevado rendimento e elevadas pot ncias instant neas em diferentes regimes de carga como representado na figura 42 62 28 ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico ET 24 44 57 25 11 2008 BD 100 120 140 160 180 2
38. gravidade do ve culo baixo n o desloca o centro de massa do mesmo e n o reduz espa o na mala do ve culo 26 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Gerador Baterias i es de L tio Motor El trico Porta de carregamento Figura 14 Estrutura da bateria Chevy volte Opel Ampera 10 Quanto ao outro fator custo pode se dizer que atualmente o investimento necess rio para adquirir um EV maior que o necess rio para outros solu es de transporte principalmente devido ao elevado custo das baterias Por exemplo o custo do pack de baterias presente no Nissan Leaf est estimando em 16 212 e o pack do Opel Ampera estimado em 11 348 34 Contudo como representado na figura 15 prev se que o pre o das baterias des a consideravelmente cerca de 50 nos pr ximos 10 anos PREVIS O DO CUSTO DE PRODU O PARA 10 ANOS 18000 16000 14000 a 5000 Custo da bateria US 0 4 6 8 10 12 Anos ap s a produ o Figura 15 Custo de produ o 34 O ciclo de vida de uma bateria pode ser definido com o n mero de ciclos que esta faz antes de atingir o estado de End of Life que quando a bateria n o consegue cumprir os requisitos de pot ncia e energia originais As baterias s o utilizadas em condi es que diminuem irreversivelmente a sua vida til Alguns fatores importantes s o a taxa de carga descarga Depth of Discharge DOD State of
39. i A dq O A 6 P FP SP PS SP qu PP PS PE Paises desenvolvidos Paises em vias de desenvolvimento rererere ww wd eee que ge em Figura 1 Consumo de petr leo 1 Contudo o grande n mero de ve culos a circular por todo o mundo causou e continua a causar s rios problemas para o ambiente e para a vida humana Polui o do ar aquecimento global e o r pido esgotamento dos po os de petr leo s o problemas e motivos de preocupa o Para al m disto a maioria dos pocos de petr leo est o situados no m dio oriente enquanto os maiores consumidores s o a Europa Am rica do Norte e sia Pac fico como representado na Figura 1 Este facto provoca uma depend ncia dos pa ses consumidores e reflete se na economia mundial pois os pa ses produtores acumulam grandes excedentes de dinheiro 25 000 ud North America a e Qu _ EM m 20 000 J Se F DU ae i a y S a E gw P E Asia Pacific fa Ls E E Em d a 5 Western Europe re E ee TTT P d 10 000 m CX E Eastern Europe and former USSR T omm South amp Central id 4 Th meric south amp Central America rsen 7 Middle East CT Africa 1 i Wo 3 as gU GR Gm FEF PS KP 9 Figura 2 Produtores Consumidores de petr leo 1 E ISEP
40. mercado com ve culos com autonomia de 400km 20 21 11 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio EV ALIMENTACAO DIRETA Os EV s de alimenta o direta s o caracterizados pela liga o direta ao ME uma vez que n o t m capacidade de acumular energia Aplicam se em troleicarros nos el tricos nos metros e nos comboios Apresentam como maiores vantagens emiss es diretas nulas caso equipados com travagem regenerativa fornecem energia a rede exemplo do Metro do Porto representado na figura 7 alta efici ncia e reduzida manuten o Tem como principal desvantagem o facto de s se poderem movimentar onde existam linhas reas de abastecimento Figura 7 Metro do Porto 22 O EV pode ser dividido em tr s sistemas fundamentais e Motor el trico e Sistema de controlo e Fonte de energia 2 2 1 MOTOR EL TRICO O ME o equipamento destinado a transformar a energia el trica em energia mec nica e a sua montagem nos ve culos pode realizar se em v rias disposi es na dianteira na traseira ou ainda montados diretamente nas rodas Para al m desta fun o possu tamb m a capacidade de funcionar como gerador em circunst ncias referidas posteriormente 12 I ISEP Idealmente o desempenho de um motor para tra o disponibilizaria pot ncia Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico constante em toda a gama de velocidades e consequentemente o bin rio
41. o o motor t rmico e o radiador dep sito de combust vel 1325 2mm 3984 0mm Figura 57 Ve culo em vista later Para tornar mais f cil a compreens o da distribuic o dos equipamentos no ve culo retirou se toda a cobertura do carro como representado na Figura 58 L Para evitar problemas na fase de homologa o muito importante ter aten o distribui o dos equipamentos no ve culo e ter o cuidado de n o deslocar muito o centro de massa do ve culo Conv m manter o peso original na frente do ve culo se poss vel aumentar um pouco e o restante transferi lo para a traseira assim evita se grandes desloca es do centro de massa do ve culo e garante se que as caracter sticas de travagem e suspens o continuam eficazes 75 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio Estrutura para suporte de baterias Transmiss o Figura 58 VW Golf sem cobertura Os equipamentos a retirar do ve culo original e os que ter o que ser colocados com peso significativo est o presentes nas tabelas 13 e 14 Dos equipamentos a retirar o de maior complexidade o motor t rmico devido ao seu peso e tamanho O tanque de combust vel depois de retirado liberta algum espa o que pode ser til para colocar as baterias No caso desta convers o esse espa o n o necess rio pois a maioria das baterias ser instalado na frente do ve culo 30 baterias e as restantes na traseira 15 baterias Com esta distribui o de baterias
42. o para a Efici ncia Energ tica Como complemento a este em 2009 foi tamb m aprovado pela Resolu o do Conselho de Ministros n 20 2009 o Programa para a Mobilidade El trica em Portugal que prev uma forte ado o do ve culo el trico com n veis de conforto e comodidade iguais aos disponibilizados pelos ICEV Desde ent o tem sido crescente o investimento em infraestruturas que permitam a possibilidade de deslocamento do EV a todo o territ rio nacional 4 6 EE ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio Em Portugal est em execu o um projeto piloto de carregamento de ve culos el tricos a rede MOBI E Previa se que at ao final de 2011 a rede fosse constitu da por 1300 postos de carregamento normal e 50 postos de carregamento r pido espalhados por 25 munic pios contudo ao pesquisar por postos de carregamentos no site da MOBI E apenas aparecem 189 postos dispon veis em territ rio nacional 7 Esta rede tenciona ser compat vel com todas as marcas de ve culos e ainda permitir que o utilizador planeie trajetos consulte o seu hist rico de carregamentos e com estes dados analisar a sua fatura de mobilidade e otimizar os seus consumos Para utilizar esta rede necess rio subscrever um cart o que ao inscrever se no site da rede o cart o enviado para a morada do requisitante Neste momento o utilizador n o paga a eletricidade consumida pois a Entidade Reguladora dos Servi os Energ ticos ERSE prolongou
43. por outro lado os avan os na eletr nica de pot ncia permitiu a implementa o de sistemas de controlo de velocidade baseados em semicondutores de potencia 9109085 transistores e tiristores abordados mais frente no cap tulo sobre o sistema de controlo para motores AC e tornou estes motores prefer veis face aos DC com escovas 23 Em certas aplica es s o usadas motores de corrente continua de manes permanentes representado na figura 13 com esta altera o elimina se o enrolamento de campo e embora o rendimento do motor melhore e o di metro do estator diminua existem limita es de pre o e pot ncia associados aos manes permanentes e continuam as limita es associados ao comutador mec nico Figura 13 Motor DC de manes permanentes 28 Durante a travagem o motor passa a funcionar como gerador trocando o sentido do fluxo de energia mec nica para energia el trica O rotor passa a ser o indutor e o estator o induzido faz com que o sistema de carga receba energia 17 EE ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio Geralmente os motores DC equipados com conversores de pot ncia Choppers baseados em Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trans stors MOSFET nos dois enrolamentos e assim permite que o motor funcione em modo normal e em modo regenerativo 26 MOTOR BRUSHLESS DC O motor brushless obtido atrav s da troca do rotor com o estator do motor DC de manes permanentes con
44. price Finally wanted to know if you do some discount if i buy a large amount of equipment waiting for a response Nuno Sampaio Dear Nuno Thanks for your letter and interests in our products This 15 Melina from Wisnton It s my great honor to know you To support you and open a friendly relationship we d like to quote you our best price at U5 1 2 Ah for our LYP batteries In order to provid a favorable and suitable proposal for your two vehicles could you please kindly tell the following info 1 Weight and size of the vehicle under full loaded 2 Input vitage of engine controller Engine s power running speed torquement 4 The mplh of the vehicle 4 The expected mileage of the vehicle We appreciate your effort in marketing our products but regret to tell you that the motor and contrller are not our produts Would you please turn to other manufacturers for motor and contorller If we can be of any other help please feel free to let us know Thank you and best regards Sales Representative Dear Melina Thanks for your quick response Info Weight 1100Kg size 3985 1565 1415 meters Input voltage of engine controller 8 240 V Engine Power 32KW running speed 5800rpm torquement 44Nm The expected meleage 90 miles Wait for your proposal regards Dear Nuno Thanks for your reply We have questions about the input voltage of controller 8 340V The data area is too large to give the right proposal
45. profundidades de descarga mais elevadas e est o protegidas electronicamente na carga e na descarga bateria esta auto protegida pois desliga se quando atinge um valor minimo de carga o que uma maior confian a no que toca longevidade da bateria O controlo da descarga feito c lula c lula por um controlador electr nico denominado de BMS battery management system e que esta instalado na bateria Apesar de ser cerca de 3 4 vezes mais cara a bateria de litio devera durar entre 4 10 vezes mais tempo que o conjunto em chumbo cido dependendo da exig ncia pretendida e pesa cerca de 3 vezes menos factor este determinante na mobilidade el ctrica para melhorar a efici ncia do veiculo que tera naturalmente menor consumo adop o do L tio na mobilidade el ctrica representa uma mudan a de paradigma face ao chumbo cido embora reconhe amos que a an lise de custo beneficio tenha de ser feita n o comparando a frio os dois valores de investimento mas sim a esperan a de vida e qualidade da utiliza o que ambas nos concedem Relativamente sua quest o a autonomia est directamente dependente do consumo do veiculo fazemos as baterias medida das necessidades Qual espa o que tem dispon vel O nosso SMART MIN tem instalada uma bateria de i o de litio de 96V90Ah apresenta um peso a rondar os 100Kg e a sua autonomia cerca de 80Km O custo da bateria anda na ordem dos 9 900 IVA Agrade o desde ja o seu
46. que se pretende para o ve culo e assim sendo as baterias da Winston com capacidade de 100Ah s o suficientes Como op es foram referidas as baterias de capacidades 160Ah e 200Ah tamb m da Winston da mesma tecnologia LiFePO Estas baterias como j referido acrescentam autonomia ao ve culo e como bvio o preco proporcional ao aumento de autonomia O pack de 45 baterias de 160Ah da Winston de 6596 177km de autonomia e o pack de 45 baterias de 200Ah da Winston de 0244 222 km de autonomia Resumindo estas op es requerem maior investimento caso se necessite de maior autonomia justifica se a sua ado o 88 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico 5 6 2 T CNICA Com esta convers o pretendia se que o ve culo ficasse dotado de algumas caracter sticas nomeadamente velocidade m xima de 100km h autonomia para 100km e capacidade para realizar algumas acelera es repentinas As caracter sticas dos equipamentos utilizados nesta convers o foram colocadas num simulador disponibilizado por uma pessoa que converteu um ve culo por conta pr pria que permite certificar que os objetivos foram atingidos A folha inicial segue no Anexo Equipamentos e o simulador segue um formato digital Com a an lise da figura 66 percebe se que o ve culo tem uma autonomia de cerca de 102 7km e velocidade m xima na ordem dos 119km h A autonomia m xima at
47. tricos t m rendimentos bastante elevados tabela 8 e podemos facilmente calcular o rendimento global do processo multiplicando os rendimentos de toda a linha motriz A energia qu mica armazenada na Bateria e convertida para energia el trica com um rendimento de cerca de 90 a energia entra no Controlador e este gere a energia que entregue ao motor com um rendimento que ronda os 95 o ME converte a energia el trica em energia mec nica 85 o bloco movimento representa as perdas mec nicas desde o motor at s rodas motrizes Estas perdas s o quase nulas uma vez o que o EV n o precisa de embraiagem nem transmiss o e assim o rendimento mec nico de 99 feitos os c lculos o EV apresenta um rendimento m dio final 7290 Eletricidade see 0 coena me Ep Figura 32 Efici ncia do EV Baseado em 52 No caso do CEV os rendimentos j s o bem mais reduzidos que no EV Na figura 33 est representado o processo da energia at chegar s rodas motrizes No ICEV a energia qu mica armazenada como combust vel no dep sito no MCI d se a combust o transformando a energia qu mica em energia t rmica e est energia que aciona os pist es que a transformam esta ultima em energia mec nica Todo este processo tem um rendimento muito baixo O CEV de ultima gerac o tem um rendimento que ronda os 3096 se multiplicarmos este valor pelo rendimento mec nico cerca de 85 concl
48. um gerador em rela o a topologia paralelo Para baixas velocidades a pot ncia transmitida s rodas apenas pelo ME em per odos de acelera o a energia fornecida pelo motor de combust o e 35 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio pelo ME enquanto o gerador recarrega as baterias As baterias tamb m s o recarregadas nas travagens regenerativas ou em velocidades constantes em que MCI aciona o gerador que fornece energia para o ME o facto de a montagem ser mais complexa torna a mais cara mmm Liga o Electrica mmmm Liagacio Hidr uliza mmm Liga o Mec nica El ctrico Figura 23 Arquitetura s rie paralelo 4 O acoplamento mec nico dos tr s equipamentos ME Gerador por ser concretizado recorrendo a um sistema de engrenagens planet rio ilustrado na figura 24 Lote A S uae Levin de ramcmissde Figura 24 sistema de engrenagens planet rio 26 Este sistema permite que o MCI funcione em regime de velocidade constante e a variac o da velocidade no veio de transmiss o conseguido regulando a pot ncia fornecida pelo gerador tratando se assim de um sistema eletr nico de transmiss o vari vel Este sistema mais simples mais fi vel e apresenta melhores rendimentos que os sistemas puramente mec nicos Com o intuito de melhorar ainda mais estas caracter sticas est o a ser desenvolvidos novas conce es de sistemas eletr nicos de transmiss o e e
49. v rios contactores dispon veis no mercado que diferem essencialmente na corrente de corte o escolhido para esta convers o o Nanfeng ZJW que tem uma corrente m xima de corte de 1000 disponibilizado pela EVSource 66 Para aumentar o tempo de servi o do contactor e para evitar estragos inusitados pr prio e nos equipamentos associados podemos adicionar resist ncias de pr carregamento e d odos de supress o de pico Os controladores t m bancos de condensadores para manipular a ondula o da corrente ou seja para regular o fluxo de energia proveniente das baterias que t m resist ncia muito baixa Se as baterias forem ligadas subitamente ao controlador ir provocar um pico de corrente no controlador enquanto este carrega os condensadores 72 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico internos este pico pode ser superior a 1000A e pode causar problemas tanto s baterias como ao contactor A solu o mais f cil instalar uma resist ncia de pr carga no contactor o que permitir que uma pequena corrente flua para o controlador enquanto o contactor est fora suficiente para carregar lentamente os condensadores mas n o suficiente para deixar que o carro se desloque Geralmente estas resist ncias variam na ordem de 75 1000hms Outro problema reside no facto dos contactores terem uma bobine para fechar os contactos com que esta alimentada A bobine
50. variaria hiperbolicamente como representado na Figura 8 Contudo n o existe o ME ideal existem diferentes tipos de motores para atender s necessidades pessoais de cada utilizador que geralmente se baseiam na melhor rela o desempenho pre o 1 Pot ncia Binario Velocidade Figura 8 Caracter stica ideal de um motor 1 Os motores de combust o interna t m uma caracter stica de bin rio bastante diferente da caracter stica ideal para motores de tra o Figura 9 Binario 80 240 5 gt 60 180 m Pot ncia 5 s 40 o Ha Consumo especifico 310 20 de combustivel g kWh Consumo especifico 1000 2000 3000 4000 5000 rpm Figura 9 Caracteristica de um MCI 1 Como a caracteristica de binario do motor de combust o esta longe de ser a ideal para motores de trac o necessaria uma transmissao de v rias velocidades para aproximar estes motores do comportamento ideal como representado na Figura 10 13 I sep Nuno Miguel Alves Sampaio For a de tra o kN 0 20 amp 60 80 100 120 140 160 180 200 Velocidade do veiculo km h Figura 10 Caracter stica de um com transmiss o de v rias velocidades 1 Ao contr rio do motor de combust o a caracter stica do ME bastante pr xima do ideal Figura 11 e como tal n o precisa de uma transmiss o de multiplas velocidades suficiente uma nica velocidade Come a na velocidade i
51. ve culo de uma fonte exterior devem permitir o corte da corrente em casa de corte sem provocar estragos f sicos As partes do sistema de acoplamento que possam estar vivas devem ser protegidas contra contactos diretos e todas as condic es de funcionamento bem como todas as partes condutoras expostas devem estar eletricamente ligadas ao fio de terra 2 6 1 7 REQUISITOS FUNCIONAIS DE SEGURAN A Ligar o sistema deve ser feito atrav s de um interruptor de chave 2 6 1 8 CONDI ES PARA PARAR E ARRANCAR No m nimo deve ser dado uma indica o ao condutor quando e O ve culo se encontra no modo ativo de condu o e Quando necess rio mais um passo para que fique no modo ativo de condu o Quando a bateria atinge o m nimo de carga indicado pelo fornecedor o condutor deve ser avisado atempadamente por forma a ainda conseguir conduzir o ve culo no m nimo para fora da zona de tr nsito A acelera o desacelera o ou invers o de marcha n o intencional n o deve causar um movimento superior a 0 1m no ve culo parado e destravado Caso o condutor abandone o ve culo e o deixe no modo ativo de condu o deve haver um sinal luminoso ou sonoro que denuncie a situa o Deve existir um dispositivo de corte geral que impe a o fornecimento de energia das baterias para o motor em caso de emerg ncia Este interruptor deve poder ser acionado diretamente pelo condutor a partir do seu posto
52. 0 28 ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Na figura 6 est representado a estrutura de um ve culo a c lula de combust vel A verde os recipientes para armazenamento do hidrog nio na traseira do ve culo e na sua frente o pack de baterias para armazenamento da energia el trica Figura 6 Ve culo a c lula de combust vel 18 Em 2004 decorreu o Projecto Clean Urban Transport for Europe CUTE Foram escolhidas 10 cidades europeias nas quais circularam 3 autocarros movidos a hidrog nio durante 2 anos cidade do foi uma das escolhidas e os autocarros foram da sociedade de transportes coletivos do porto SA STCP Os respons veis pelo projeto no Porto conclu ram que a integra o dos autocarros foi total n o se detetaram restri es operacionalidade dos autocarros nomeadamente na autonomia O projeto CUTE concluiu que vi vel a utiliza o do hidrog nio nos sistemas de transporte demostrando que operacional e tecnologicamente domin vel O problema reside na infraestrutura de abastecimento que para o projeto de pequena escala funcionou mas invi vel para aplicar a uma rede de postos de abastecimento p blico 19 A n vel comercial a Honda est a investir nesta tecnologia e tem alguns prot tipos no continente asi tico e Am rica do Norte como por exemplo o FCX Clarity A mercedes Benz anuncia que em 2014 ter a classe Fuel Cell no
53. 00Nm Figura 42 Caracteristicas do motor 57 Na figura anterior estao representadas as caracteristicas de desempenho do motor Como facil de ver apresenta um elevado rendimento como tipico dos motores el tricos atingindo o seu pico aos 50Nm de bin rio com uma rota o de cerca de 5300rpm A corrente em regime nominal de 200 A mas pode chegar a cerca de 500 A de pico com um bin rio de 130Nm Figura 43 Kostov K9 57 O motor escolhido tem uma maior manuten o que os motores AC ou brushless devido s escovas que est o em contacto com o comutador O contacto resulta em desgaste e com o tempo essas escovas t m que ser substitu das contudo foi o escolhido devido grande diferenca de preco entre ele e o motor brushless 63 EE ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio O motor ser instalado no espaco retirado pelo antigo motor t rmico e ligado a transmiss o atrav s de uma placa apropriada para essa tarefa geralmente denominada de placa adaptadora A liga o entre o ME e a transmiss o do motor t rmico uma tarefa que requer bastante precis o e necess rio ter especial cuidado um erro na liga o pode danificar o motor permanentemente Ao aparafusar a placa adaptadora ao motor preciso ter cuidado com o comprimento dos parafusos pois estes podem ser demasiado compridos e danificar o motor quando este estiver em rota o O ideal aparafusar apenas um parafuso rodar o do motor le
54. 2000 Autosil 2000 LiFeP 04 ZP LiFeYPOM I20HA d 180 0 18 0 0 2605 0 00343 5 6 134 21 Sinopoly 2000 Tens o nominal V Corrente M xima Preco Unit Fornecedor Evnetics Soliton Jr amp 340 500 1599 24 Evnetics Evnetics Solitonl 9 340 1000 2515 27 Evnetics Curtis 1231C 96 144 500 5 1289 22 Curtis EV source Axe 7245 24 72 450 485 50 Alltrax EV source Bomba de v cuo desenvolvido mmHg Tensao V Ruido dB Preco Unit Fornecedor BSc 600 12 40 296 85 EV source Conversor DC DC Tens o de entrada V Tens o de saida V Corrente de saida max A Preco Unit Fornecedor DC DC converter 110 370 13 8 53 158 45 EV source Bomba de dire o Hidr ulica Fluxo L min Tens o V Press o m xima psi Preco Fornecedor EPS Pump Kit 5 443 12 1000 701 44 EV source 102 Estudo Viabilidade T cnica e Econ mica Convers o para Ve culo El trico Carregador de baterias Tens o de entrada V ICCH H233 6 6 2 B5 265 TOCH H175 2 16 B5 265 Instrumenta o E Xpert pro Outros Componentes Kit pre escalar de Tens o Cabo Terminais Ligadores Interruptor de in rcia Fus vel para bateria Placa adaptadora Escovas Para os motores Kostov Escovas Para os motores Metgain BMS Battery monitoring sistem Circuit Braker Nanfeng ZIW Corrente de Corte cont Corrente M xima de corte A Tyco Kilovac Gigavac GX14 400 350 Frequenc
55. B Depois de cumpridos os requisitos referentes seguran a da instala o el trica em ve culos el tricos a baterias presentes no regulamento n 100 da UNECE e seguir o procedimento de homologa o individual presente no Decreto Lei N 16 2010 o IMTT deve emitir sem atrasos injustificados o certificado de homologa o individual do ve culo de referir que a homologa o individual concedida pelo IMTT limitada ao territ rio Portugu s caso de pretenda vender matricular ou colocar em circula o noutro estado membro o IMTT deve emitir uma declara o que refira as disposi es t cnicas nas quais o ve culo foi homologado e assim ser permitida a circula o noutros estados membros 58 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico CAP TULO 5 PROJETO DE CONVERS O 5 1 GENERALIDADES Como base para elabora o desta mem ria descritiva est o estudo pr vio realizado que segue no Anexo Equipamentos para convers o Para al m apresenta o das v rias hip teses de equipamentos a utilizar esta folha excel tamb m tem o estudo da distribui o dos equipamentos no ve culo estudo din mico permitiu perceber o impacto que as for as resistivas o pavimento e as inclina es t m no desempenho do ve culo e estudo econ mico onde se faz a an lise da convers o do ponto de vista econ mico com c lculo do investimento e tempo de retorno de invest
56. EV por outro lado a crise econ mica continua e o consumidor geralmente opta pelo gasto mais econ mico a curto prazo ou seja os ICEV s 52 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico CAP TULO 4 LEGISLA O Em Portugal as altera es nas caracter sticas originais dos ve culos est o sujeitas a aprova o por parte do Instituto da Mobilidade e dos Transportes Terrestres IMTT O objetivo assegurar que os ve culos no mercado cumpram requisitos comuns nomeadamente seguran a ativa e passiva prote o do meio ambiente e desempenho Antigamente a diretiva que regulava as homologa es era a Diretiva Quadro 70 156 CEE contudo os EV s n o estavam abrangidos e assim n o tinham que cumprir os requisitos harmonizados pela Uni o Europeia a partir de 29 de Abril de 2009 a homologa o Europeia de Ve culos ficou regulada pela Diretiva Quadro 2007 46 CE aplic vel a todos os autom veis independentemente do meio de propuls o utilizado O Decreto Lei n 16 2010 transp e para o direito interno Diretiva n 2007 46 CE do Parlamento Europeu e do Conselho de 5 de Setembro relativa homologa o dos ve culos a motor e seus reboques e dos sistemas componentes e unidades t cnicas destinados a serem utilizados nesses ve culos e aprova o Regulamento que Estabelece o Quadro para a Homologa o CE de Modelo de Autom veis e Reboques Seus Sistemas Componentes e Un
57. ION ENGINE VEHICLE 38 2 5 FUNDAMENTOS AERODIN MICOS E EFICI NCIA DO VE CULO 39 2 5 1 RESIST NCIA DO VE CULO cette tette 40 PARQUE AUTOM VEL EM PORTUGAL ccccccscscscscscscscscscscsssssssssssssssssssssssssssscscscssssssesesesenens 49 LEGISLA O 53 2 6 REGULAMENTO N 100 DA CEE ONU UNECE 54 2 6 1 REQUISITOS NA CONSTRU O DO VE CULO 54 2 7 DECRETO LEIN 2 16 2010 terrere teet tette tette 58 PROJETO DE CONVERS O ccccccccscscscsssssscscsssssscsssssscscssscsscsssssscscssscsscessssccscesscsceseusceacesscsseusenss 59 5 1 _ GENERALIDADES eere tette teet tette ttt tette rers 59 5 2 OBJETIVOS eee 61 5 3 DESCRI O E JUSTIFICA O DAS ESCOLHAS 61 5 3 1 Y 0110 61 5 3 2 7 1 E 65 5 3 3 CONTROLADOR eae aeee rrenan 67 vil E ISEP Nuno Miquel Alves Sampaio 5 34 CONVERSOR teares 68 5 35 CARREGADOR DE BATERIAS eee tla 69 5 3 6 SISTEMA DE GEST O DA BATERIA aeee eae tenta 70 5 3 7 OUTROS EQUIPAMENTOS eer 70 5 4 EQUIPAMENTOS IMPORTADOS eee 73 5 5 PE AS DESENHADAS eee tete tette aeee arara aires 74 5 5 1 ESQUEMA 82 Do Aol 83 5 6 1 ECON MICA teens 83 5 6 2 TEC
58. ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio 2 7 DECRETO LEI N 16 2010 O Decreto Lei n 16 2010 indica o procedimento para homologac o de um cujas caracter sticas tenham sido alteradas garantindo que a seguranca de circulac o e protec o do meio ambiente se mantiveram pelo menos iguais s que o ve culo apresentava antes da transforma o O tipo de aprova o pode ser individual v lida apenas para o ve culo submetido a aprova o ou coletiva v lida para ve culos com caracter sticas semelhantes ao submetido para aprova o sendo que a homologa o coletiva tem que cumprir mais requisitos que a individual Para o caso em concreto o que se pretende uma homologa o individual para o ve culo que vais sofrer as altera es De uma forma geral as altera es t m que ser previamente aprovadas pelo IMTT O fabricante ou no caso de homologa o individual o propriet rio deve preencher o modelo n mero 9 do IMTT Anexo B Homologa o e juntar todo o tipo de elementos que ajudem a entender o projeto como memoria descritiva desenhos fotografias e outros detalhes Se assim entender o IMTT pode pedir um parecer favor vel do fabricante e as altera es que possam ter impacto na seguran a geral do ve culo podem ter que ser certificadas por uma pessoa da rea de mec nica Para finalizar o ve culo deve ser submetido a aprova o por parte de um centro de inspe o t cnica de ve culos de categoria
59. LA 10 ESTUDO AERODINAMICO sioni 62 TABELA 11 VELOCIDADE PAVIMENTO aiito rina 62 TABELA 12 CARACTER STICAS DA BATERIA DA WINSTON LIFEPO 59 65 TABELA 13 EQUIPAMENTOS A RETIRAR DO VE CULO ii 76 TABELA 14 EQUIPAMENTOS A COLOCAR NO VE CULO 77 TABELA 15 INVESTIMENTO ca sens EN SUDDEN EPI I eS DNUS MNA QUIE 83 TABELA 16 AMORTIZA O DO INVESTIMENTO Li 85 TABELA 17 INVESTIMENTO INVI VEL NUM PRAZO DE 10 ANOS 87 XI ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio xii E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Lista de abreviaturas e acr nimos ACAP Associa o Autom vel de Portugal Battery Electric Vehicle BJT Bipolar Junction Transistor BMS Battery management system CEME Comercializadores de Eletricidade para a Mobilidade El trica CENELEC Comit Europeu de Normaliza o Eletrot cnica CUTE Clean Urban Transport for Europe Depth of discharge DSP Digital signal processor EOL End Of Life ERSE Entidade Reguladora dos Servi os Energ ticos EV Electric Vehicle FCV Fuel Cell Vehicle Gate Turn Off Thyristor HEV Hybrid Electric Vehicle ICEV Internal Combustion Engine Vehicle IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor IMTT
60. LOCIDADES 1 14 FIGURA 11 CARACTER STICA DO ME 1 ie 14 FIGURA 12 TIPOS DE MOTORES EL TRICOS DADOS DISPONIBILIZADOS POR 24 15 FIGURA 13 MOTOR DC DE IMANES PERMANENTES 28 17 FIGURA 14 ESTRUTURA DA BATERIA CHEVY VOLT E OPEL 10 27 FIGURA 15 CUSTO DE PRODU O 34 cccccccsssecsssseessssenssnensssnenssesecssesecssesesssesesseesesseseesssneesssneneaees 27 FIGURA 16 DENSIDADE DE ENERGIA DE DIFERENTES BATERIAS DADOS DISPONIBILIZADOS POR 46 30 FIGURA 17 CARRO EL TRICO COM UM UNICO MOTOR 50 32 FIGURA 18 CARRO EL TRICO COM DOIS MOTORES 50 32 FIGURA 19 CARRO EL TRICO COM DOIS MOTORES ACOPLADOS AS RODAS 50 33 FIGURA 20 CARRO EL TRICO DOIS MOTORES ACOPLADOS DIRETAMENTE S RODAS 50 33 FIGURA 2 ARQUITETURA S RIE 34 FIGURA 22 ARQUITETURA PARALELO 4 srs Gas 35 FIGURA 23 ARQUITETURA S RIE PARALELO 4 36 FIGURA 24 SISTEMA DE ENGRENAGENS PLANETARIO 26 36 FIGURA 25 ARQUITETURA COMPLEXA 37 FIGUPA 2b 0 CLIOIDO EPA id OPEP 38 FIGURA 27 FOR AS APLICADAS NUM VE CULO 51 40 FIGURA 28 EFICIENCIA DO VEICULO 52
61. NICA DOR 89 CONG LIS OES iii iii 94 61 PERSPETIVA DE TRABALHO FUTURO 95 7 REFERENCIAS BILIOGR FICAS cccccccccccsccsscsssccssesccessecccessecssestecssesecestecseestecesesseestens 96 ANEXO A EQUIPAMENTOS cccccccccsccsecesssesssessessesccesceesscesccesccesecesseesecesscesscesscesscesseesscess 101 ANEXO B HOMOLOGAGCAO cccccscscscsssssscscsssssscsssssscsssssccscsssssscssesscsscessssecssessesscesscsecssensesaeens 106 ANEXO C E MAILS ccccccccsscccsccscseccsesccescesccescsecccesscesscesccesscesscesscesscesseesecesscesscesscesscesscesseess 108 viii E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Lista de Figuras FIGURA 1 CONSUMO DE PETR LEO 1 i 3 FIGURA 2 PRODUTORES CONSUMIDORES DE PETR LEO 1 3 FIGURA 3 VARIA O DOS PRE OS DO PETR LEO E DERIVADOS EM PORTUGAL DADOS DISPONIBILIZADOS PELA ASSOCIA O AUTOM VEL DE PORTUGAL 2 4 FIGURA 4 TOYOTAIQ EV O 9 FIGURA 5 C LULA DE COMBUST VEL 17 iii 10 FIGURA 6 VE CULO A C LULA DE COMBUST VEL 181 11 FIGURA ME TRO DO PORTO 22 E EES 12 FIGURA 8 CARACTER STICA IDEAL DE UM MOTOR 1 13 FIGURA 9 CARACTER STICA DE UM MCI 1 13 FIGURA 10 CARACTER STICA DE UM MCI COM TRANSMISS O DE V RIAS VE
62. NTO i 86 FIGURA 66 DESEMPENHO DO VE CULO nennen nennen nnne nnne nnne nnne nnne nnne 89 FIGURA 67 DESEMPENHO DE CADA VELOCIDADE nennen nnne nnne rns nns nnne 91 FIGURA 68 DESEMPENHO DO VE CULO NUMA DE SUBIDA DE 5 GRAUS i 91 FIGURA 69 RELA O DA POT NCIA FORNECIDA PELO MOTOR COM A VELOCIDADE DO VE CULO 92 FIGURA 70 CARACTER STICAS DO MOTOR 92 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Lista de tabelas TABELA 1 CARACTER STICAS DOS VE CULOS EL TRICOS E CONVENCIONAIS 3 5 TABELA 2 VEICULOS ELETRICOS 9 TABELA 3 COMPARA O ENTRE MOTOREG ccsccsscssessesscsscsscsseesecstesscsecseessecsecsecsecseeseeseensceaecaessecaeentens 23 TABELA 4 PARCERIAS NO FABRICO DE BATERIAS 32 i 25 TABELA 5 COMPARA O DE DIFERENTES TECNOLOGIAS DE BATERIAS RECOLHA DE DADOS DE eis AOI AR RR ERR RR A DR 31 TABELA 6 COEFICIENTES DE ROLAMENTO Dl 42 TABELA 7 COEFICIENTES DE RESIST NCIA AERODINAMICA 51 44 TABELA 8 RENDIMENTOS T PICOS DE COMPONENTES MEC NICOS 1 45 TABELA 9 VE CULOS EL TRICOS VENDIDOS EM PORTUGAL DADOS 54 52 TABE
63. Nuno Miguel Alves Sampaio Sempre que ocorre uma crise petrol fera e os pre os do petr leo atingem novos m ximos surge interesse por diferentes tecnologias de propuls o que n o sejam t o dependentes desta mat ria prima Nas ltimas d cadas as atividades de investiga o e desenvolvimento relacionadas com o transporte t m enfatizado a sustentabilidade a alta efici ncia e transporte seguro renascendo o interesse pelos EV HEV e FCV com o objetivo que estes venham a substituir os autom veis convencionais num futuro pr ximo Na Figura 3 est representado a varia o dos pre os do petr leo e derivados ao longo dos ltimos anos e vis vel o acentuado aumento do pre o dos combust veis f cil de perceber que o pre o do barril de petr leo subiu bastante logo os combust veis igualmente De 2007 at data o pre o da Gasolina 1095 aumentou 33 enquanto o Gas leo aumentou cerca de 2790 2 Varia o dos pre os do petr leo e derivados em Portugal 2 1 8 1 6 1 4 1 2 1 0 8 0 6 0 4 0 2 0 BRENT EUR GASOLINA 1095 litro GASOLINA 1098 litro 6 5 4 3 GAS LEO ROD litro a hd c O N e GPL AUTO litro Preco Combust veis pa O O 2007 2008 2009 2010 2011 Figura 3 Varia o dos pre os do petr leo e derivados em Portugal dados disponibilizados pela Associa o autom vel de Portugal ACAP 2
64. RALELO A arquitetura paralela a possibilidade de liga o do e do ME transmiss o atrav s de duas embraiagens independentes possibilitando que pot ncia possa ser fornecida por qualquer um ou pelo conjunto dos dois O ME pode funcionar como gerador para carregar a bateria quer em travagem regenerativa quer quando a pot ncia fornecida pelo MCI superior exigida na tra o Face arquitetura s rie esta tem a vantagem de tanto o MCI como o ME poderem ser subdimensionados para o mesmo desempenho at a bateria estar descarregada al m do facto de necessitar apenas de dois engenhos para a propuls o A desvantagem desta montagem o complexo sistema de transmiss o para acoplar em simult neo os dois motores O ME pode ter diversas fun es dependendo da sua pot ncia e possibilidades de opera o e Apenas na tra o e Apenas na tra o MCI ME na tra o e MCI na tra o e carga da bateria Carregamento estacion rio da bateria devido ao MCI e Carregamento da bateria atrav s da Travagem regenerativa Liga o B ctrica mms liaga o Hidr ulica mm liga o Mec nica Figura 22 Arquitetura paralelo 4 2 3 3 MISTO OU S RIE PARALELO Este tipo de tipologia engloba as caracter sticas de ambas as topologias estes podem funcionar em s rie ou paralelo Contudo necess rio o recurso a meios adicionais um veio mec nico em rela o topologia s rie e
65. RMANENTS MOTOR DE RELUT NCIA COMUTADA E Atualmente o motor s ncrono manes permanentes est presente nos modelos com maior exposic o do mercado de ve culos el tricos em Portugal como representado na tabela 2 Os motores DC brushless dominam o mercado de h bridos e Plug in h bridos enquanto os motores de induc o dominam os el tricos puros de alto desempenho Na d cada de 90 a grande maioria dos EV s eram alimentador por motores Brushless DC atualmente todos os h bridos s o alimentados por motores Brushless DC sem exepc es Os nicos a usar motores de induc o tem sido a General Motors com o EV 1 e a AC Propulsion com o tzero e o Tesla Roadster e Tesla S 29 Neste trabalho estamos a falar de uma aplicac o muito espec fica que apesar de ser para aplicar num veiculo trata se da conversao de um veiculo onde a vertente economica tem muita importancia As caracteristicas mais importantes neste tipo de sao custo reduzido alto rendimento bom desempenho simplicidade de aplica o Apesar da aplica o dos motores DC com escovas estar limitada para aplica es em EV s quando se trata de uma aplica o de pequena pot ncia onde o custo reduzido um requisito importante s o uma hip tese a considerar 2 2 2 SISTEMA DE CONTROLO O sistema de controlo incorpora a capacidade de gerir o funcionamento do ME da bateria e a da tra o do ve culo Atualmente s o usados co
66. Symposium on pp 19 22 May 2008 40 A Brenier J McDowall and C Morin A new approach to the qualification of lithium based battery systems Telecommunications Energy Conference 2004 INTELEC 2004 26th Annual International pp 12 18 Sept 2004 41 Bateria de Chumbo cido http pt wikipedia org wiki Acumulador de chumbo 98 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico 42 http www hybri DCars comy electric car 15 junho 2012 43 Moorthi M Lithium Titanate Based Batteries for High ApplicationsHigh Rate and High Cycle Life Applications Corporation 44 Amos J 24 Agosto de 2008 Solar plane makes record flight BBC News 45 Zhao X M Hayner Mayfair C Kung H Kung Harold n Plane Vacancy Enabled High Power S Graphene Composite Electrode for Lithium lon Batteries Vol 1 pp 1079 1084 2011 46 VEpt 22 Abril de 2012 Baterias com 800km de autonomia veiculoseltricospt com 15 08 2012 47 Bateria Ar Zinco Wikipedia org wiki Zinc air battery 15 de Agosto de 2012 48 www madkatz com ev batterytechologycomparison html 49 Burke Andrew Miller Marshall Performance Characteristics of Lithium ion Batteries of Various Chemisteries for Plug in Hybrid Vehicles Noruega Maio de 2009 50 Clovis Goldemberg Luiz Lebensztajn Eduardo Lorenzetti Pellini A evolu o do Carro el trico Agosto 2005 b1 Gomes N Acetatos de
67. a para al m de que utilizam baterias muito robustas e pesadas S em casos em que o veiculo consiga ter suavidade na arranque e deslocar se com velocidades muito reduzidas de modo a que as correntes a que a bateria est sujeita n o sejam muito elevadas e os procedimentos de carga sejam iniciados antes de as baterias chegarem aos 80 de profundidade de descarga e lhes seja feita boa manunten o tal como na reposi o frequente de electr lito a utiliza o do chumbo cido pode ser bem sucedida Veja se o caso dos carros de golf Em suma a utiliza o de um ve culo el ctrico com baterias de chumbo cido n o pode ser equivalente ao seu correspondente a gasolina objectivo s aproximadamente conseguido atrav s da tecnologia de litio coma veremos adiante Repare que para um ve culo el ctrico poder atingir velocidades na ordem dos 50 a 90 km h poder realizar subidas minimamente inclinadas e ter aceit veis vai sempre exigir s baterias taxas de descarga muito mais elevadas bem como picos de corrente proibitivos para este tipo de tecnologia o que levara um decrescimo do rendimento precoce das baterias bem como do tempo de vida til das baterias Relativamente s baterias de l tio s o as recomendadas para a mobilidade el ctrica pois conseguem ter desempenhos muito superiores relativamente ao chumbo acido bem como apresentam uma durabilidade muito maior com um peso significativamente mais reduzido Suportam
68. a biz index php id 154 Battery charger NLG513 Wx EUR 4664 http water cooled index php id 206 amp L 0 Batttery charger NLG513 Sx EUR 2 502 http air cooled EUR 3800 EUR 5500 Power distribution unit PDU254 VCU200 vehicle control unit without software Enclosed will also send you our specifications for our components McMob Email McMob 0 CO2 Caro Nuno Sampaio com agrado que registamos que cada vez mais pessoas se preocupam com a preserva o do ambiente com a sustentabilidade do planeta e com qualidade de vida das gera es futuras Este 1 kit McMob est concebido especificamente para Smarts Fortwo tendo em conta as caracteristicas do carro No entanto estamos a trabalhar na concep o e desenvolvimento de um kit universal que possa ser adaptado a qualquer modelo autom vel Esse kit universal esta em processo de cria o e ainda n o tem data prevista de lan amento Ficamos com os seus elementos em base de dados e quando a solu o universal estiver desenvolvida entramos novamente em contacto Sauda es ecol gicas Brand Manager 109 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio ACAP Boa tarde Estou a desenvolver um trabalho de final de curso e precisa de informa o actual sobre a venda de veiculos el ctricos em Portugal e na Furopa podem ajudar a encontrar essa inform Aguardo resposta Cmpts Nuno Sampaio Exm Sr Junto envio a informa o pret
69. al n o for indicado como o caso No compartimento do motor o acesso s partes ativas s deve ser poss vel por ato volunt rio 2 6 1 3 PROTE O CONTRA CONTATOS INDIRETOS Os contatos indiretos devem ser protegidos por isolamento e adicionalmente as partes condutoras expostas devem ser equipotencializadas ligando as partes expostas a um condutor comum como por exemplo um fio de terra ou o chassi met lico do ve culo 2 6 1 4 RESIST NCIA DE ISOLAMENTO A medi o da resist ncia de isolamento deve ser realizada depois do ve culo estar em funcionamento 8h nas seguintes condi es e Temperatura de 23 5 C e Humidade de 90 10 5 Utilizando um equipamento de medi o de tens o DC igual tens o nominal da bateria a resist ncia entre partes condutoras expostas e cada polo da bateria deve ter um valor m nimo de 5000 V de salientar que a medi o deve ser feita quando bateria estiver completamente carregada por um volt metro de resist ncia interna superior 10MQ 2 6 1 5 RESIST NCIA DO CONDUTOR DE PROTE O A resist ncia de equaliza o do potencial entre duas partes condutoras expostas deve ser inferior a 0 10 55 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio 2 6 1 6 DO VE CULO COM A REDE Em nenhum caso o ve culo pode ter capacidade de se movimentar sozinho quando conectado a uma fonte de energia externa Os equipamentos utilizados quando se est a carregar o
70. alta press o e na traseira do ve culo uma zona de baixa press o Com o movimento do ve culo s o ent o criadas duas zonas de press o que se op em ao seu movimento natural Alta Press o Baixa Press o Figura 31 Zonas de press o de ar com ve culo em movimento 51 43 EE ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio A resist ncia aerodin mica fun o da velocidade do ve culo V da rea frontal do ve culo A da forma do ve culo e da densidade do ar expressada pela seguinte express o F PA Cy Var Express o 5 Cp representa o coeficiente de resist ncia aerodin mica que depende da forma do ve culo e V4 a componente da velocidade do vento relativamente ao veiculo coeficiente aerodin mico para algumas formas de ve culo apresentado na tabela seguinte Tabela 7 Coeficientes de resist ncia aerodin mica 51 FORMA DO VE CULO PROT TIPO AERODIN MICO Diminuir a resist ncia aerodin mica do ve culo fundamental pois um fator que tem bastante impacto nos consumos Os Engenheiros t m o cuidado na fase de projeto ajustar as formas do ve culo com linhas suaves e aerodin micas e simultaneamente reduzir ao m ximo o seu peso e rea frontal tendo sempre em considera o a seguran a e a est tica do ve culo 44 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico 2 5 2 3 RESIST NCIA DA ESTRADA Como j
71. assageiros em Portugal em 31 12 2010 1 200 000 1 000 000 800 000 600 000 400 000 200 000 0 Gasolina Diesel Hibrido GPL Gasolina Gasolina GPL Unidades vendidas Hibrido e a iz gt Figura 38 Unidades de ve culos vendidos por tipo de combust vel Dados 54 Em 2011 foi iniciada a comercializac o do ve culo el trico em Portugal e as vendas est o abaixo do que seria de esperar Os mais otimistas esperavam que at ao final de 2011 fossem vendidos cerca de 5000 ve culos el tricos com direito ao incentivo de 5000 contudo o agravamento da crise financeira e as recess es nos pa ses da zona Euro levou a uma grande contra o do mercado e ao fim do incentivo 51 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio compra de ve culos el tricos venda de ve culos em Portugal diminui consideravelmente face a 2010 normal que a venda de EV tamb m n o tenha tido a que se esperava Segundo dados da ACAP at 2012 foram vendidos 231 EV s em Portugal como representado na tabela 9 Tabela 9 Ve culos el tricos vendidos em Portugal Dados ACAP 54 MARCA MODELO 2010 2011 2012 TOTAL PEUGEOT MITSUBISHI I MIEV RENAULT FLUENCE SMART FORTWO Durante este ano 2012 a venda de ve culos el tricos n o se espera muito elevada Por um lado o estado acabou com o incentivo de 5000 na compra de um
72. cle ICEV e o EV 1 2 T TULO Com esta disserta o Estudo da viabilidade t cnica e econ mica da convers o de ve culos el tricos pretende se analisar todos os passos para se realizar uma convers o com sucesso Os ICEV s o completamente dependentes dos combust veis f sseis e estes t m pre os bastante vol teis As constantes subidas de pre o com o preco litro a E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio subir quase semanalmente fortalece a necessidade de adoc o de novas soluc es de transporte e a convers o de CEV para EV ganha especial relevo 1 3 OBJECTIVOS Com este trabalho pretende se compreender e caracterizar todos os passos para a convers o de um ve culo convencional em ve culo el trico Conhecer as possibilidades de equipamentos a utilizar a sua distribuic o no ve culo e conseguir escolher os mais indicados para um determinado problema apoiado no crit rio t cnico e econ mico 1 4 MOTIVACAO N o d vidas de que o desenvolvimento dos ve culos de transporte foi das maiores conquistas da tecnologia Para de contribu rem para a crescimento das sociedades satisfazendo grandes necessidades do dia a dia das pessoas a ind stria autom vel tem um papel muito importante na economia mundial e emprega uma grande percentagem da Como representado na Figura 1 os transportes s o os maiores consumidores de petr leo Em 1997 o consumo de petr le
73. das bobines que formam o campo magn tico ou por manes permanentes O rotor a parte m vel e consiste um n cleo de ferro com enrolamentos superf cie alimentados por um sistema mec nico de comuta o denominado de sistema coletor escovas O coletor uma superf cie cil ndrica com diversas l minas quais s o ligados os enrolamentos do rotor as escovas fixas exercem press o sobre o comutador e est o ligadas aos terminais de alimenta o A fun o do sistema coletor escovas inverter a corrente na altura apropriada por forma a garantir que o rotor continua a girar sempre na mesma dire o O motor DC tem v rios tipos de excita o poss veis e S rie motor de excita o s rie e Paralelo motor shunt e S rie e paralela motor compound e Separado motor de excita o separada Consoante o tipo de excita o utilizado as caracter sticas de funcionamento do motor mudam O motor de excita o s rie vulgarmente utilizado para sistemas de tra o el trica devido fundamentalmente ao facto de possuindo um sistema simples de alimenta o tens o constante a sua caracter stica de bin rio velocidade adequar se bem para aplica es de tra o o que era muito importante principalmente na poca que n o era poss vel controlar a tens o na armadura Para inverter o sentido de rota o necess rio inverter as liga es ao campo ou armadura tal como no motor shunt contudo este ultimo
74. de condu o e ter acionamento exclusivamente mec nico 56 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico 2 6 1 9 INVERS O DE MARCHA A invers o de marcha s deve ser poss vel quando se combinam dois atos destintos ou atrav s de um interruptor el trico que permita a invers o de marcha quando o ve culo se desloca a uma velocidade maxima 5km h Acima dessa velocidade todas as a es devem ser ignoradas Deve ser vis vel para o utilizador para que dire o o ve culo se vai mover quando este pisar o acelerador 2 6 1 10 MARCA O As prote es contra contactos diretos descritas anteriormente devem ser marcadas com o s mbolo representado na figura 39 Figura 39 S mbolo de elemento sobre tens o 56 Deve ser afixado em lugar vis vel e acess vel na ficha de homologa o a marca de homologa o CE que consiste na letra E rodeada por um c rculo seguida do n mero do pa s onde realizada a homologa o que no caso de Portugal o n mero 21 Na figura 40 est representado um exemplo da marca o CE onde se refere que a homologa o foi realizada em Portugal ao abrigo do regulamento n 100 homologa o numero 002492 Os dois primeiros d gitos indicam que os requisitos foram cumpridos de acordo com o Regulamento n 100 na sua forma original s 100 R 002492 1 Figura 40 Marca o internacional de Homologa o 56 57 E
75. direto da velocidade dos motores Esta configurac o aumenta a performance do sistema uma vez que abandona o sistema de transmiss o acoplando um motor a cada roda aumentando assim o rendimento global do sistema Conversor 1 2 Bateria Figura 20 Carro el trico com dois motores acoplados diretamente s rodas 50 2 3 HYBRID ELECTRIC VEHICLE HEV Em uso corrente a expressao ve culo h brido refere se combinac o de um MCI com um ou varios motores os correspondentes sistemas de armazenamento de energia dep sito de combust vel e bateria Re nem a autonomia e disponibilidade de pot ncia caracter stica do MCI com o pouco ru do baixos consumos e melhor performance caracter stico de um ME conseguindo um aumento significativo da efici ncia do sistema Estes ve culos s o bastante vulgares na atualidade As poss veis combinac es da estrutura de propuls o definem a configurac o do ve culo h brido e sobre as poss veis configurac es que o estudo se centra de seguida 4 9 33 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio 2 3 1 S RIE A arquitetura s rie caracterizada por o ME ser o respons vel pelo acionamento do ve culo pois est acoplado transmiss o e o MCI serve de suporte ao ME A eletricidade gerada pelo MCI pode alimentar o motor ou carregar as baterias funcionando como um carro el trico auxiliado pelo MCI Esta arquitetura tem como vantagem
76. e seguidos dos motores de indu o trif sico e por fim e portanto os mais caros s o os motores AC de manes permanentes EFICI NCIA Os motores de manes permanentes s o os que apresentam maior efici ncia h autores que defendem ser o motor AC o mais eficiente contudo a maioria diz que os motor DC de manes permanentes fica um pouco frente neste cap tulo FIABILIDADE Neste par metro s o os motores de relut ncia comutada que apresenta maior fiabilidade superior a todos os outros em an lise contudo os motores de indu o trifasicos s o tamb m muito fi veis e por ltimo est o os motores DC como os menos fi veis DESEMPENHO Todos os motores analisados apresentam desempenhos bons para aplicar em EV s de destacar os motores de relut ncia comutada em crit rios como toler ncia a avarias e caracter stica de bin rio velocidade e os motores de indu o trif sicos e brushless DC por serem muito maduros tecnologicamente e apresentarem excelentes caracter sticas para aplica es em EVs Na tabela 3 realizado o resumo da compara o entre os motores em an lise e segundo os crit rios analisados o motor de indu o parece levar vantagem sobre os restantes 22 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Tabela 3 Compara o entre motores CUSTO EFICIENCIA FIABILIDADE DESEMPENHO MOTOR DC MOTOR BRUSHLESS DC MOTOR SINCRONO DE IMANES PE
77. e autom vel Portugu s a ltima an lise realizada foi em 2010 Neste estudo apenas foram aproveitados os dados relativos a ve culos ligeiros de passageiros e comerciais ligeiros pois o objetivo perceber a quantidade de ve culos que apresentam potencial de convers o e os ve culos ligeiros s o os mais indicados uma vez que apresentam pesos mais reduzidos geralmente entre 900 e 1500Kg aspeto que fundamental para que uma convers o seja eficaz e o mais barata poss vel Nos ltimos anos a venda de ve culos novos tem reduzido mas o parque autom vel tem vindo a crescer a 31 de Dezembro de 2010 era constitu do por 5 832 600 ve culos sendo que 4 480 000 ve culo ligeiros de passageiros 1 205 000 ve culos comerciais ligeiros e 147 600 ve culos pesados Os consumidores est o a trocar menos de carro logo o parque autom vel portugu s est a ficar mais velho Na Figura 35 e 36 os ve culos ligeiros de passageiros e comerciais ligeiros respetivamente foram agrupados por idades de notar que 55 dos ve culos ligeiros de passageiros t m uma idade entre 5 e 15 anos o que representa 2 464 000 ve culos por outro lado existem 722 685 de comerciais ligeiros com idade compreendida neste mesmo intervalo o que faz um total de 3 186 685 ve culos Esta an lise feita tendo em considera o apenas as caracter sticas do ve culo pois como bvio uma 49 EE ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio convers o tem que sempre
78. e em subidas e Acelera o e Consumo e Desempenho na travagem Na figura 27 est o representadas as for as que atuam num ve culo quando este se encontra numa subida de inclina o a A for a de tra o F na zona de contacto entre os pneus das rodas motrizes e a superf cie do pavimento produzida pelo bin rio do motor e transferida s rodas motrizes atrav s da transmiss o De acordo com a 2 lei de Newton a acelera o do ve culo pode ser representada por dV _ YXR XR 1 dt SM B 39 EE ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio Onde V a velocidade do ve culo o esfor o total de tra o do ve culo F a resist ncia total M a massa total do ve culo e o fator de massa que representa o efeito dos componentes rotativos for as Inerciais express o 1 pretende demonstrar que a velocidade e acelera o dependem do esfor o de tra o resist ncia e massa do ve culo 1 51 Figura 27 For as aplicadas num ve culo 51 Como representado na figura anterior a resist ncia do ve culo op em se ao seu movimento e inclui a resist ncia de rolamento dos pneus representado como binario resistivo da rolamento T e Tr resist ncia aerodin mica Fw e resist ncia da subida M g sina que tanto maior quanto maior for a inclina o da subida Todas estas resist ncias ser o analisadas em pormenor no pr ximo subcap tulo 2 5
79. e instalaci n Tensi n nominal de la red Tensi n nominal del cable Aislamiento del cable Composici n del cable Naturaleza del conductor Cable seleccionado Designaci n UNE Temperatura ambiente Intensidad efectiva Potencia aparente Potencia activa Secci n por calentamiento Resistencia del cable a temperatura m xima Reactancia Longitud de la l nea Ca da de tensi n Secci n por ca da de tensi n Tiempo de disparo de las protecciones Cte m xima de cortocircuito Energ a del cortocircuito Secci n por Secci n t cnica recomendada Corriente max admisible N mero de cables por fase Temperatura efectiva del conductor Temperatura m xima del conducto Temperatura m xima de cortocircuito VE CULO EL CTRICO Continua Instalaciones con fines especiales Motores el ctricos Cables al aire En bandejas no perforadas 144 V 0 6 1 kV XLPE 1x Unipolar Cobre RETENAX FLEX RV K 0 6 1 kV 30 256 9 A 46 2 kVA 37 0 kW 95 mm 0 245 ohm Km 0 096 10 metros 1 3 V 5 96 95 mm 1 seg 400 A 0 2 kA seg 4 mm 95 mm 295 A 1 67 9 90 250 TC 105 I ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio ANEXO B HOMOLOGACAO 106 EE ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico nti rim rn Cocco EE F EE BEBE a 55 i nd lina ec a aa
80. endida Com 05 meus melhores cumprimentos AUTO INFORMA Lda Tbs Eletronics Hi from Portugal i am converting my car in a electric car battery s tension is 144 so i need a voltage prescaler kit to use with the E Xpert pro What is the price for this equipement Wait for a response Nuno Sampaio Hi Nuno For 144V vou will indeed need our 1 5 voltage prescaler kit The advised end user price is EUR 70 00 but it can be different in your country We cannot sell to you directly unfortunately so you will have to contact our Portuguese distributor Telextronica or try to contact Bureau Baterias in Spain for contact details please check http wwnwthbs electranics nl cantact ph hope this helps Thanks Met vriendelijke groeten Best Rezards a TBS Electronics BV TELEXTR NICA Boa tarde Preciso de um 1 5 voltage prescaler kit e 1 10 voltage prescaler kit para usar com o E Xpert pro Entrei em contacto com a tbs electronics eles disseram para entrar em contacto convosco preciso de saber o pre o do equipamento tanto do kit de tens o como do pro Cmpts Nuno Sampaio 110 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Bom dia Agradecemos a Viconsulta e passamos a enviar n precos e demais informa es para o eventual fornecimento de E EXPORT PRO 1 Um e expert Lite Input 8 35V 2 batt bank incl 5004 shunt 180 25
81. enhadas a d x 5 3 3 3 Y 62 179mm 106mm Figura 44 Bateria Winston LiFePO4 59 A capacidade de descarga maxima das baterias escolhidas Winston LiFePO 100Ah de 3C 300A durante alguns minutos ou seja t m uma pot ncia instant nea m xima de 37 8kW 3 x 45 x 2 8V x 100Ah e o motor tem pot ncia nominal de 24kW podendo chegar aos 50kW caso as baterias tivessem capacidade para isso A limita o imposta pela capacidade das baterias n o relevante porque conseguimos obter o desempenho pretendido para a convers o e como representado 66 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico na figura 45 tamb m garantimos que o motor funciona sempre no seu n vel de rendimento m ximo EDL CI 044707 SIJdDLFDOB S144E03 TERT 18 0 EN E Bla EN m EN EN E EN Hi EN E EN NI E EN Es r EN EN i ay n na Ilustra o 45 Limita o imposta pelas baterias Caso se pretenda uma maior autonomia para o ve culo podemos optar por baterias com maior capacidade 160Ah ou 200Ah desta mesma tecnologia As dimens es destas baterias s o um pouco maiores que as usadas 100Ah contudo o ve culo tem volume dispon vel Com as baterias de 160Ah o ve culo fica com uma autonomia de cerca de 177km ou seja mais 66 que a solu o
82. entes regimes de carga e fundamental disponibilizar elevadas pot ncias instant neas com elevados rendimentos em todos os modos de funcionamento Na figura 12 est o representados os diferentes tipos de motores el tricos Motores El tricos Motores DC Outros motores Motores AC Motor de Relut ncia motor de indu o Motor de excita o separada Motor Brushless Motor s ncrono Motor de Motor de passo excita o s rie Motor Compound Motor de histerese Motor DC de manes permanentes Motor Universal Figura 12 Tipos de motores el tricos Dados disponibilizados por 24 Atualmente os motores que t m melhores caracter sticas para aplica es em ve culos el tricos s o 25 26 e Motor de Corrente Cont nua DC o Motor DC com escovas o Motor DC de manes permanentes o Motor Brushless DC e Motor de Corrente Alternada AC o Motor Sincrono de Imanes permanentes o Motor de Indu o Trif sico o Motor de Relut ncia Comutada 15 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio 2 2 1 1 MOTORES DC MOTOR DC COM ESCOVAS MANES PERMANENTES Os motores DC s o constitu dos por duas estruturas eletromagn ticas uma est tica e uma m vel e Estator Enrolamento de campo ou manes permanentes e Rotor Enrolamento de armadura O estator a parte est tica e formado por uma estrutura ferromagn tica com p los salientes nos quais s o enrola
83. es Placa adaptadora 1548 85 AUTONOMIA Km 10 317 65 Peso das baterias Kg Volume para baterias m3 0 097614 Durabilidade das baterias Anos 83 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio O investimento total para esta convers o de 10 317 como descric o na tabela 15 Neste custo n o foram considerados despesas com portes de envio dos equipamentos nem m o de obra Apesar do investimento total da convers o ser um pouco elevado ficou dentro do pr estabelecido no in cio da convers o e f cil constatar que a amortiza o de investimento r pida devido grande diferen a entre os custos de opera o EVe do ICEV A bomba de v cuo um equipamento essencial para a travagem ABS e a bomba de dire o hidr ulica fundamental para a dire o assistida contudo como o VW Golf n o tem travagem ABS nem dire o assistida dispensa estes dois equipamentos assinalados a vermelho na tabela 15 O ve culo tem espa o e infraestrutura dispon vel para se instalar estes equipamentos se assim se desejar O investimento adicional s pela aquisi o dos equipamentos fora m o de obra e altera es necess rias no sistema de travagem ronda os 1000 Custo anual do ve culo convencional dist ncia m dia percorrida diariamente x 365 dias x consumo m dio de combust vel x pre o do cmbust vel 2925 8 ano Express o 8 Custo anual do ve culo el trico dist ncia m dia percorrida diaria
84. es e de baterias de ve culos novos ou usados Pauta de Servi o 2009 68 Motor DC Brushless pt wikipedia org wiki Motor de corrente continua sem escovas Mar o 2012 100 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico ANEXO A EQUIPAMENTOS 101 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio Motor AC DC Tens o V Amp A Bin rio Mm RPM Pot ncia kW Peso Kg Pre o Fornecedor Kostoy 100068 DC 144 200 40 5700 24 45 992 37 Kostov motors Kostoy Motor DC 220 176 6800 32 45 1335 88 Kostov motors Kostoy DC 192 250 73 5300 40 4 E 1679 39 Kostov motors NetGain ImPulse 9 1200Kg DC 192 300 52 5 5500 30 60 1335 88 Motors Warp 3 760060 DC 192 300 80 4 5500 45 70 1488 55 NetGain Motors NetGain Warp TL 2500k a DC 192 300 100 7 5000 52 105 236641 NetGain Motors 15 sem escovas DC al 4173 28 20 sem escovas DC 4741 98 Baterias Tipo c digo Tens o nominal V Capacidade Ah Compr m Larguralm Alturalm Volume Peso Unit Preco Fornecedor Longevidade 807 000 LiFe Pid WEL PIOO SHS LiFe Post Je 100 O22 0 068 0 145 0 00217 3 4 91 61 Winston 2000 4 WEL YPIGOSHS LFeYPo4 Je 160 0 279 0 0706 0 182 0 00558 9 8 146 57 Winston 2000 4 vE LYEP200AHA LiFeYP04 Je 200 0 28 0 1 0 183 0 00512 183 21 Winston 2000 Bateria de Litio ed 20 0 351 0 175 0 125 0 00768 6 6 1
85. etapas destintas a que correspondem quatro estados destintos do pist o representados de seguida na figura 26 Indu o Compress o Igni o Expans o Exaust o Figura 26 Ciclo do ICEV 1 Estado 1 Indu o V lvula de admiss o aberta e fecho da v lvula de escape o pist o desce e d se a entrada no cilindro da mistura ar combust vel 38 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Estado 2 Compress o As v lvulas fecham o pist o sobe aumentando a press o no cilindro gera se uma fa sca e d se a combust o da mistura ar combust vel Estado 3 Expans o D se a produ o de trabalho a explos o e a press o no cilindro fazem descer o pist o e a mistura ar combust vel expande se No final deste estado a v lvula de escape aberia Estado 4 Exaust o O pist o sobe e expele o resto dos gases do cilindro O desempenho dos motores de combust o com aplicabilidade em sistemas de propuls o definido atrav s e Binario m ximo dispon vel em cada velocidade e Gama de velocidades e pot ncia em que o motor apresenta um desempenho positivo 2 5 FUNDAMENTOS AERODIN MICOS E EFICI NCIA DO VE CULO Os fundamentos matem ticos que descrevem o comportamento dos ve culos s o baseados em princ pios gerais de mec nica e incide particularmente sobre e Velocidade do ve culo e Desempenho e Capacidad
86. fectiva 295 B A Potencia aparente 45 2 Potencia activa 37 0 kW Secci n por calentamiento 95 mm Secc por intens cortocto 4 mm Secc por caida de tensi n 95 mm Secc t cnica recomen 95 mm Resistencia cable a t 0 245 ohm Km Reactancia 0 096 Calda de tensi n 1 3 V Temperatura efectiva cond 67 9 C Figura 64 Caracter sticas de cabo a utilizar 80 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Um requisito fundamental para o cabo a ser utilizado que este seja flex vel e assim sendo o cabo escolhido o RETENAX FLEX denominado RV K A designa o do cabo significa que tem Isolamento em borracha R bainha em Policloreto de Vinilo e condutor de cabo flex vel para instala o fixa K segundo o documento harmonizado pelo Comit Europeu de Normaliza o Eletrot cnica CENELEC HD 361 A designa o final do cabo que liga todo o circuito de tra o Baterias Controlador Motor ser o RV K 1 x 95mm Em contacto com a EV Works Pty Ltd 65 eles garantiram que o cabo de 50 era suficiente pois aguenta 185A em cont nuo e em condi es normais a corrente ser bem inferior a este valor nesta convers o contudo por precauc o optou se pelo cabo indicado pela simula o Os equipamentos restantes carregador BMS Conversor DC DC v m equipados com os cabos para efetuar as liga es necess r
87. ge com os condutores do rotor induzindo uma for a eletromotriz que por sua vez cria o seu pr prio campo magn tico A intera o dos dois campos produz o movimento de rota o do rotor Como a velocidade de rota o do rotor ligeiramente inferior velocidade de rota o do campo girante do estator ou seja n o est o em sincronismo estes motores tamb m s o conhecidos por motores ass ncronos Este motor tem o estator praticamente igual ao motor Brushless DC ambos t m tr s conjuntos de enrolamentos distribu dos que s o inseridos no interior do n cleo do estator a diferen a essencial entre as duas m quinas est no rotor que tem duas configura es poss veis e Rotor em Curto Circuito tamb m denominado de Gaiola de Esquilo O rotor consiste em l minas de a o empilhadas com condutores enterrados perifericamente que formam uma estrutura em curto circuito O aparecimento dos conversores eletr nicos pot ncia veio permitir controlar a velocidade e o arranque deste e pelo facto de este motor n o necessitar do sistema coletor escovas torna o prefer vel face configura o de rotor bobinado motores DC e motor s ncrono e Rotor Bobinado O enrolamento do rotor muito parecido ao enrolamento do estator como referido esta configura o necessita do sistema coletor escovas o que uma fragilidade O uso destes motores pouco comum s o utilizados apenas em aplica es especializadas T
88. generosas e a sua pot ncia tem que ser superior do motor caso contr rio podem ocorrer avarias prematuras O controlador utilizado nesta convers o Soliton Jr Evnetics tem mais capacidade que a necess ria para esta convers o apesar de encarecer o investimento seguran a instala o garantindo que nem capacidade das baterias nem do motor s o subaproveitadas e caso no futuro se pretenda aumentar o desempenho do ve culo este controlador tem capacidade para ISSO 5 3 4 CONVERSOR DC DC Este equipamento necess rio para alimentar os equipamentos auxiliares do ve culo que funcionam com uma tens o de 12V Carrega diretamente a bateria de 12V atrav s das baterias de tra o instaladas a bordo eliminado assim a necessidade do alternador Tem como principais vantagens o facto de ser um equipamento compacto e de baixo custo deve ser instalado num lugar seco onde n o seja poss vel entrar 68 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico gua mas onde circulem correntes de ar para que o equipamento possa ser refrigerado Funciona com tens es entre os 110 370 tem uma tens o de sa da de 13 8 V e capaz de fornecer 53 A de corrente m xima Figura 47 Conversor 61 O ve culo original para convers o n o possui travagem ABS nem dire o assistida como tal n o precisa de uma bomba de dire o hidr ulica nem de uma bomba de v cuo
89. genharia Eletrot cnica Marco de 2003 32 A Justin C Joshua G Saurabh et al The Electric Vehicle Battery Landscape Opportunities and Challenges Center for Entrepreneurship amp Techology 21 de Dezembro de 2009 33 Dhameja S Electric Vehicle Battery Systems Butterworth Heinemann Woburn 2002 34 P Brant D Eric and R Jeff Life Cycle Costs of Electric and Hybrid Electric Vehicle Batteries and End of life Uses IEEE 2012 35 K Takei K Kumai Y Kobayashi H Miyashiro el al Cycle life estimation of lithium secondary battery by extrapolation method and accelerated aging test J of Power Sources vol 97 98 2001 36 A Di Filippi S Stockar S Onori M Canova Y Guezennec Modelbased life estimation of Li ion batteries in PHEVS using large scale vehicle simulations An introductory study Vehicle Power and Propulsion Conference IEEE pp 1 6 Sept 2010 37 Viswanathan and Kintner Meyer Second use of transportation batteries Maximizing the value of batteries for transportation and grid serv CEs Vehicular Technology IEEE Transactions on no 99 pp 1 2011 4 38 P Wolfs An economic assessment of second use lithium ion batteries for grid support Universities Power Engineering Conference AUPEC 2010 20th Australasian pp 1 6 Dec 2010 39 S E Sloop Recycling advanced batteries Electronics and the Environment 2008 ISEE 2008 IEEE International
90. gente quando armazenadas uma carga de 5 em 5 meses suficiente para a manter saud vel Relativamente aplica o em causa posso avan ar que a tecnologia de chumbo cido nunca conseguiu mostrar se como uma solu o para mobilidade el ctrica Esta tecnologia tem muitas limita es na trac o el ctrica principalmente quando sujeita a grandes profundidades de descarga que influenciam o seu periodo de vida til normal haver picos de corrente elevados no arranque como tamb m taxas de descarga elevadas com o aumento da velocidade do ve culo o que provoca facilmente um esfor o suplementar bateria e consequentemente o envelhecimento precoce da mesma verdade tamb m que as baterias de chumbo cido n o devem ser submetidas a descargas superiores a 80 de profundidade pois a sua estrutura interna sofre danos irrevers veis que reduzem muito significativamente o seu periodo de vida til O controle dessa profundidade de descarga muito dif cil ser efectuado num ambiente n o profissional como o que se verifica com frotas de empilhadores pelo que concluo que a utiliza o de baterias de chumbo cido na trac o el ctrica fora desse controloivigil ncia t cnica pode ter resultados abaixo do esperado Sublinho que as aplica es mais comuns bem sucedidas desta tecnologia refere se a porta palettes ou empilhadores cujas velocidades e taxas de descarga s o bastante mais baixas do que num ve culo em circula o na via public
91. gest o da bateria 63 5 3 7 OUTROS EQUIPAMENTOS 5 3 7 1 KITPRE ESCALAR DE TENS O INSTRUMENTA O necess rio um equipamento para monitorizar alguns par metros da bateria como tens o da bateria corrente de carga e descarga Ah consumidos capacidade restante da bateria e tempo dispon vel O equipamento escolhido para fazer esta 70 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico monitoriza o o Pro fornecido pela tbs electronics e representado na figura 50 Em Portugal o distribuidor deste equipamento a Telextr nica Este equipamento apenas funciona a 12 ou 24V e o sistema do ve culo de 144V como tal precisa ser instalado com um Kit pr escalar de tens o para permitir o seu uso Estes equipamentos ser o instalados no painel de instrumentos do ve culo para uma f cil visualiza o e intera o com o utilizador Figura 50 E xpert pro 64 5 3 7 2 INTERRUPTOR DE IN RCIA BOT O DE EMERG NCIA A fun o do interruptor de in rcia desligar automaticamente o circuito de tra o e isolar o pack de baterias em caso de acidente O interruptor deve ser montado rigidamente na estrutura do ve culo e numa orienta o vertical ou seja com a extremidade vermelha para cima O interruptor de in rcia tem uma mola no seu interior que quando sofre um impacto grande esta mola solta se desliga as baterias do circuito de tra o Ser instalado
92. gual a zero e aumenta at velocidade base cerca das 1500rpm neste processo a tens o aumenta at ao seu valor nominal e o fluxo mantem se constante A partir das 1500rpm a tens o permanece constante e o fluxo reduzido Isto resulta numa pot ncia de sa da constante e num bin rio que decresce hiperbolicamente com a velocidade 80 400 TU o 450 Potencia E de 300 Ew ba 5 50 en 250 B g Bin rio 40 3200 5 5 D o E 30 150 20 100 d an Velocidade 50 Base a 1000 2000 3000 4000 5000 Motor rpm Figura 11 Caracter stica do ME 1 Os motores usados nos EVs n o devem ser comparados com os usados nos processos industriais pois os requisitos e condi es de funcionamento s o diferentes Enquanto os motores industriais est o numa superf cie fixa e geralmente funcionam a velocidades constantes o motor para aplica o no EV est sujeito a frequentes paragens arranques e a maiores impactos e esfor os mec nicos 23 Independentemente da categoria do EV o motor uma dos equipamentos principais do ve culo em conjunto com as baterias e o controlador A aplica o de motores el tricos para propuls o imp em que estes apresentem caracter sticas muito particulares como baixos custos elevadas 14 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico densidades de pot ncia e bin rio altos rendimentos em difer
93. ia Hz Kg Tens o de saida V Corrente de saida A Pot ncia KW 50 60 7 5 29 2 292 5 0 40 15 51 60 14 29 2 292 10 0 80 3 Preco Unit Fornecedor 120 25 Telextr nica Preco Unit Fornecedor 62 3 Telextr nica 200 18 EV Works 54 87 Ferraz Shawmut fuse 670 90 EV Source 38 Kostov 152 67 i Netgain 1548 85 services inc 133 59 services inc Bobine V Tens o Preco Unit 1000 12 54 80 2000 12 320 72 43 250 12 24 ou 48 750 107 33 Preco Unit Fornecedor GWL Power GWL Power permitir o uso at 350 VDC Fornecedor EV source EV source EV source Necessita de um Kit prescalar de tens o para 103 MPI sep Folha de simula o Nuno Miguel Alves Sampaio F pA N Ist gear 2nd gear 4th gear 144V Grade 0 E 7 n E c B E Fo F W 1 077 kg 9 81 mis 0 47 1 2 kg m E NNP n S ER a LE TOUS 160 170 cn DD Range osp 0 0 1 28 8 79 3 2 600 2 96 5 3 8812 102 102 2 5 514 6 99 2 7 434 6 91 6 10 187 4 82 0 13 242 3 72 3 18 4596 53 3 25 976 6 554 35 4748 45 9 104 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico D CAP Disketie de c lculo Pirelli Identificaci n de la instalaci n Notas complementarias Tipo de corriente Tipo de instalaci n Modo d
94. ias ao circuito Ser necess rio um fio de conex o entre o Conversor DC DC a bateria auxiliar e restantes equipamentos que v o ligar ao contactor esse fio ser HO7V R 1 x1 5 As liga es est o representadas no esquema unifilar que se segue 81 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio 5 5 1 ESQUEMA UNIFILAR Pack de baterias da traseira Pack de baterias da frente Controlador Contactor rm dt Fusivel Fusivel Visor Fusivel Int de In rcia TE B Emergencia Bateria H Chave On Off m auxiliar de 12V Ny E Imput ve Imput ve Output Output DC DC RV K 1 x 85mm H0 V R 1 x1 5 mm 82 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico 5 6 AVALIA O 5 6 1 ECON MICA Para realizar esta avalia o econ mica foram necess rios alguns pressupostos e Pre o do combust vel litro 1 67 Galp 05 de Junho de 2012 e Pre o da eletricidade o Tarifa simples 0 1393 KWh o Tarifa Bi horaria Vazio 0 0833 KWh e Consumo m dio de combust vel 8 litros 100km e Consumo m dio de energia 130 Wh km Dist ncia m dia percorrida diariamente 60 km Tabela 15 Investimento PRE O 992 37 MOTOR CONTROLADOR 159 45 E Xpert pro Kit pr escalar de Tens o Interruptor de in rcia Fus vel para bateria Cabo Terminais Ligador
95. ias de N quel C dmio a diferen a reside no facto de estas utilizarem o hidrog nio no el trodo negativo O hidrog nio absorvido numa liga e aplicado na forma de hidreto met lico Estas baterias t m como principais vantagens a elevada densidade de energia e elevada capacidade Estas baterias j foram aplicadas no Toyota Prius 1 e 2 gera o Toyota Highlander Lexus RX 400h Ford Escape e Honda Insight 42 2 2 3 8 BATERIA I ES DE L TIO Atualmente as baterias de i es de L tio s o a tecnologia mais promissora para aplica es em ve culos el tricos Apresentam altas densidades de energia n o possuem o efeito mem ria ou seja a capacidade de carga n o diminui com os carregamentos e para al m disto s o as que apresentam a melhor rela o qualidade pre o 28 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico O funcionamento de uma bateria de i es de l tio resume se a uma rea o qu mica em que os i es circulam entre dois opostos da bateria o nodo e o c todo Enquanto a bateria est a fornecer os i es de l tio circulam do para o c todo invertendo o sentido quando a bateria est a carregar Estas baterias s o as utilizadas no Nissa Leaf de 2011 42 Existem muitas variantes das baterias de i es de L tio As altera es consistem no material que comp em o nodo e o c todo Como mais promissora temos a variante L tio Ferro Fosfato f r
96. idades T cnicas e transp e tamb m para a ordem jur dica interna a Diretiva n 2009 1 CE da Comiss o de 7 de Janeiro alterando o Regulamento Que Estabelece as Disposi es 53 EE ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio Administrativas e T cnicas para a Homologac o dos Ve culos das Categorias M1 e N1 Referentes Reutilizac o Reciclagem e Valoriza o dos Seus Componentes e Materiais aprovado pelo Decreto Lei n 149 2008 de 29 de Julho Em alternativa s diretivas j mencionadas existem os regulamentos da CEE ONU United Nations Economic Commission for Europe UNECE nomeadamente o regulamento n 100 que define os requisitos referentes seguran a da instala o el trica em ve culos el tricos a baterias de aplica o obrigat ria desde Janeiro de 2011 2 6 REGULAMENTO N 100 DA CEE ONU UNECE Este Regulamento prescreve requisitos espec ficos relativos a constru o e seguran a de ve culos el tricos a bateria com fim homologa o 56 referido no par grafo 4 do Regulamento que um ve culo submetido para aprova o que cumpra os requisitos enunciados no par grafo 5 Requisitos na constru o do ve culo e anexos 3 4 e 5 do referido regulamento a aprova o deve ser garantida Dada a import ncia dos requisitos nos referidos par grafos destacam se de seguida os de maior relev ncia 2 6 1 REQUISITOS NA CONSTRU O DO VE CULO 2 6 1 1 BATERIA Deve ser instalada num l
97. imento Na fase inicial deste projeto foi estudada a possibilidade de comprar um Kit de convers o que se adaptasse ao ve culo original o problema que das v rias empresas contactadas Grassroois Electric Vehicles Wilderness Electric Vehicles Electro Automotive Electroauto Canadian Electric McMob n o existe um kit de convers o para o VW Golf 2 e os kits Universais podem dar problemas na fase de montagem Por outro lado a rela o Desempenho Pre o melhor quando se realiza uma convers o como a desenvolvida neste projeto O ve culo escolhido para realizar a convers o um VW Golf 2 do qual sou propriet rio um ve culo com 23 anos e um valor de mercado quase nulo apresenta 59 EE ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio excelentes caracter sticas para ser submetido a uma convers o nomeadamente excelente condi es mec nicas baixo peso e elevados consumos Os requisitos gerais que um ve culo deve ter para que a convers o seja realizada com sucesso os seguintes Idade compreendida entre 5 e 15 anos importante que a ve culo se encontre em bom estado de conserva o com tempo de vida util elevado para amortizar o investimento Peso reduzido Necessitam de motores com pot ncia reduzida bem como baterias com menor capacidade e isto permite reduzir o custo da O ve culo tem as seguintes caracter sticas Ano 1989 e Peso 865Kg e Combust
98. ingida caso se circule a uma velocidade m dia de 40 km h velocidade m xima a autonomia desce para 42 6km A linha que relaciona a autonomia com a velocidade de v rias cores cada cor indica a velocidade em que o ve culo deve estar engatado para melhor efici ncia e efic cia do motor Azul 1 Velocidade Vermelho 2 Velocidade Amarelo 3 Velocidade verde 4 Velocidade O gr fico da autonomia tem esta curva porque apesar de anteriormente se ter considerado que o consumo m dio de um autom vel desta tipologia ser de 130Wh km este consumo varia consoante diversos fatores j referidos como temperatura envolvente perfil de condu o velocidade arrasto aerodin mico e resist ncia de rolamento Neste caso o consumo varia entre 239 8 Wh km autonomia m nima e 112 2 Wh km autonomia m xima de destacar que depois dos 70km h o consumo come a a crescer exponencialmente que velocidade de 120km h de 270 5Wh km Figura 66 Desempenho do ve culo 89 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio Apesar do ME n o precisar de caixa de velocidades nesta convers o a caixa mantem se porque o motor tem diferentes desempenhos em cada velocidade As 4 velocidades originais do ve culo apresentam a seguinte rela o de transmiss o e 1 Velocidade 3 455 e 2 Velocidade 1 944 e 3 Velocidade 1 286 e 4 Velocidade 0 909 e Rela o final 3 36 A diferen a que o ve culo n o
99. io Na figura 63 est o representados dois equipamentos que instalados no habit culo do condutor O bot o de emerg ncia obrigat rio pelo Regulamento n 100 da UNECE que indica que necess rio um equipamento capaz de efetuar o corte do circuito de tra o em caso de emerg ncia sem sair do habit culo e o visor de sinaliza o que serve para visualizar a carga das baterias autonomia e tempo de condu o entre outros par metros do Pack de baterias Ambos os equipamentos s o obrigat rios pelo regulamento n 100 da UNECE O interruptor de in rcia e as liga es entre os equipamentos n o aparecem representadas nas figuras para simplificar a visualiza o da distribui o dos equipamentos O esquema unifilar da instala o el trica est representado de seguida 5 6 1 Esquema Unifilar De referir tamb m que o interruptor de in rcia n o um equipamento obrigat rio contudo o seu custo reduzido e vantagem que pode trazer em caso de acidente justifica a sua utiliza o A sec o do cabo a utilizar no circuito de tra o foi calculada recorrendo a uma folha de c lculo disponibilizada pela Pirelli Nesta folha de c lculo indicado o tipo de aplica o a que vai ser sujeito o cabo modo de instala o e caracter sticas da alimenta o O resumo dos resultados est representado na figura 64 e a folha com a indica o de todos os par metros segue no Anexo A Equipamentos RESULTADOS Intensidad e
100. ios 33 e Densidade de energia baterias mais leves e Densidade de pot ncia capacidade de providenciar as acelera es e Capacidade de suportar regimes din micos aptid o para aceitar ou fornecer intensidade de correntes elevadas provenientes da travagem regenerativa ou necess rias acelera o e Elevada longevidade e Baixa necessidade de manuten o e Custo reduzido Dos requisitos mencionados anteriormente s o de destacar o custo e o peso das baterias Como vais ser poss vel de verificar no cap tulo 5 Projeto de Convers o as baterias representam um peso consider vel no ve culo que geralmente proporcional amperagem das mesmas Como exemplo o peso unit rio de uma bateria da Winston da tecnologia L tio Ferro Fosfato LiFePO com capacidade de 100Ah de 3 4 kg enquanto que uma bateria da mesma tecnologia com o dobro capacidade 200Ah tem um peso de 7 7kg O peso de um pack de baterias pode representar entre 15 a 40 do peso do ve culo e cerca de 40 a 55 do custo total da convers o Anexo Equipamentos O peso do ve culo um dos fatores com maior impacto na autonomia do ve culo portanto fundamental diminuir ao m ximo o peso das mesmas e distribui las no ve culo da forma mais harmoniosa poss vel Um exemplo da sua distribui o est na figura 14 Esta configura o bastante utilizada atualmente pois tr s v rias vantagens nomeadamente mant m o centro de
101. ith this solution have assurances that the car doesn t die in uphill IT WILL NOT BE EXACTLY SPORTY BUT WILL NOT DIE EITHER ASSUMING YOU KEEP THE GEARBOX and i saw that the Evnetics Soliton is applied in many conversions what is the difference between the soliton 1 and the soliton Tr 51 HAS 10004 PEAK WHILE SJR HAS 6004 PEAK Finally if i want a solution with a stronger motor witch motor you advised K11 192V 51 160AH CELLS Thanks Nuno Sampaio In theory series DC brushed motors can regenerate but ane has ever realized it in practice Therefore both the motor and the controller not support regen If you want regen you have to limit yourself to 120V and go with K9 Sepex with the Phoenix controller http www elektrosistem coam xtra 535520 5520News9s20PHOENIXS5201ING pdf Hi New brushes are 50 without VAT and shipping You need a new set every 1000 working hours Assuming average city speed of 25km h this is like 25 000km Regards Plamen Balkancar Kostov JSC WINSTON BATTERY S 112 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Hello I m from Portugal am interested in converting my conventional vehicle in electric vehicle car is a Seat Ibiza 1 9 TDI first recorded in 2000 and a VW GOI 2 first recorded in 1989 Em interested in buy a motor controller and batteries want to know your opinion about the better solution to my cars and
102. liminar o sistema de engrenagens planet rio como e Combina o de duas m quinas el tricas conc ntricas e Uma s m quina com dois motores 36 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Esta configura o a mais utilizada nos ve culos h bridos atualmente comercializados Apresenta boa efici ncia em condi es de cruzeiro em altas velocidades ou em situa es transit rias em baixas velocidades 2 3 4 COMPLEXA Esta arquitetura envolve uma configura o que n o pode ser enquadrada em nenhuma das j analisadas Apesar de ser semelhante terceira configura o difere no facto de o gerador ter a possibilidade de ser comportar como um motor Deposito de gt combust Derador mum Liga o Liagacio hidr uliza Liga o Mec nica Figura 25 Arquitetura complexa 4 Das configura es j analisadas esta a que apresenta um n vel de complexidade mais elevado bem como maior custo e maiores exig ncias para controlo do ve culo apesar disso h alguns h bridos recentes que usam esta configura o Os ve culos h bridos podem ser classificados quanto ao n vel de pot ncia do ME e fun o que desempenha MINI Ve culo possui um de cerca de 2 5 kW 12V que tem como fun o fazer os arranques do ve culo com este tipo de ME consegue se um aumento na efici ncia de 5 a 10 4 MEDIANO Ve
103. lo 1 5 ESTRUTURA DA DISSERTA O Esta disserta o constitu da por 5 cap tulos e 3 anexos Neste primeiro e presente cap tulo 1 realizada a introdu o ao trabalho onde se refere a motiva o do mesmo e os objetivos a atingir No cap tulo 2 distinguem se as diferentes categorias de ve culos el tricos h bridos ou de combust o interna analisam se as suas caracter sticas configura es No final deste cap tulo aborda se alguns fundamentos aerodin micos onde se descreve de forma geral o movimento do ve culo e as for as resistentes a que o ve culo est sujeito quando se movimenta E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio No cap tulo 3 faz se uma an lise do parque autom vel Portugu s com principal incid ncia nos ve culos el tricos No cap tulo 4 aborda se a legisla o que necess rio ter em considera o para que a convers o seja realizada com sucesso Referem se alguns requisitos fundamentais a cumprir e passos para tomar para se realizar a homologa o do ve culo O cap tulo 5 trata se de uma mem ria descritiva e justificativa da convers o de um VW Golf 2 ve culo do qual sou propriet rio A mem ria descritiva composta por 3 partes Na primeira parte descrevem se os equipamentos a utilizar e caracteriza se a sua instala o na segunda parte s o apresentadas algumas pe as desenhadas com os equipamentos instalados no ve culo e na terceira parte realizada a an lise t c
104. los com profundidades de descarga de 7096 e cerca de 3000 com profundidade de descarga de 8096 tem um 65 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio valor de auto descarga muito reduzido cerca de 396 por m s As capacidades da bateria v m classificadas C o que comum para representar par metros de baterias e que representa a capacidade da bateria em Ah Para este caso como a bateria de 100Ah ela apresenta uma corrente de carga m xima e corrente de descarga m xima cont nuo de 300 A As baterias t m 3 2V de tens o nominal e 100Ah de capacidade como o motor funciona com uma tens o nominal de 144 precisamos de 45 baterias o que perfaz uma energia de 14 4kWh A autonomia do ve culo depende de v rias fatores e apesar das baterias estarem na origem de uma maior ou menor autonomia o perfil de condu o ou a temperatura ambiente tem um impacto significativo na autonomia Para se fazer uma previs o da autonomia do ve culo e supondo que a conduc o pouco agressiva geralmente atribui se um consumo de 130Wh km a esta tipologia de carro Como as baterias totalmente carregadas t m uma energia de 14 4kWh e o ve culo gasta em m dia 130Wh km conclui se que o ve culo ter uma autonomia de cerca de 111km Cada bateria tem um peso de 3 4kg ou seja no total 45 baterias ter o um peso de 153Kg Este peso foi distribu do entre a frente do ve culo e a traseira e abordado mais a frente no cap tulo Pe as Des
105. m como as c lulas das baterias n o t m tens o superior a 50V referido na pauta de servi o 87 O carregador das baterias tem de estar certificado pela Diretiva Europeia 2006 95 CE e ter a marcac o CE Conv m pedir o certificado ao fornecedor do equipamento A BMS como se trata de um equipamento composto por v rias partes pode gerar confus o na alf ndega e dificultar o desalfandegamento Caso se pretenda importar o equipamento para fins comerciais necess rio estar inscrito numa entidade como a ECOPILHAS Sociedade de Gest o e Recolha de Res duos de Pilhas e acumuladores no caso de um consumidor final n o necess ria essa inscri o como referido no circular n 101 2009 s rie Il de 28 de Setembro 5 5 PE AS DESENHADAS Para realizar o projeto da convers o utilizou se o software disponibilizado pela Google o SketchUp 8 Este Software permite modelar e fazer constru es em 3D e ideal para fazer este tipo de projetos O projeto de Convers o do Golf 2 segue em anexo em formato digital com o nome Convers o 74 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Nas figuras seguintes apresenta se o ve culo depois de retirados os equipamentos desnecess rios ou seja motor t rmico sistema de refrigera o do motor escape e dep sito de combust vel Figura 55 Frente do ve culo depois de retirado Figura 56 Traseira depois de retirado
106. mente x 365 dias X consumo m dio de energia X preco da eletricidade Express o 9 oe o consumidor tiver um contrato de eletricidade com a tarifa simples o custo dos 60km percorridos diariamente de 396 6 ano caso tenha um contracto com uma tarifa bi hor ria e carregar o ve culo nas horas de vazio de 237 2 ano ou seja com esta convers o na solu o mais vantajosa consigo poupar 2688 ano Pode se tamb m concluir que o custo de uma carga completa do ve culo varia entre 1 20 2 01 Energia da bateria kWh x kWh e com esta carga o ve culo fica com autonomia para 100km ou seja 1 20 2 01 100km o que um 94 28 ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico valor bem mais apreci vel que os 13 36 100km m dia de consumo litros 100 x litro gastos pelo ve culo antes da convers o Pela an lise da tabela 16 constata se que um utilizador que tenha um contracto de eletricidade com uma tarifa bi hor ria e carregar as baterias no per odo de vazio no final de 4 anos para al m de j ter o investimento amortizado tem um lucro de 437 1 No caso do utilizador com contracto de eletricidade com tarifa simples no 5 ano amortiza investimento Em todos os c lculos que se entram com as despesas de eletricidade foram desprezados os custos de aluguer do contador de eletricidade Tabela 16 Amortiza o do investimento
107. mula qu mica LiFePO em que o c todo constitu do por LiFePQO t m como maiores vantagens a seguran a e elevado ciclo de vida em temperaturas normais e como desvantagens tem uma baixa densidade de energia tens o nominal de funcionamento reduzida e uma baixa capacidade Estas baterias j s o aplicadas nos EV s da Aptera QUICC e 43 Nas variantes com altera es no nodo existem duas que se destacam a variante Titanato Li Tis0 5 e a de L tio Enxofre Li S As baterias L tio Titanato t m um tempo de carregamento muito inferior s baterias de i es de l tio convencionais devido ao uso de nano cristais de tit nio na superf cie do em vez do usual carbono desvantagem destas baterias terem menor tens o e capacidade que as baterias de i es de l tio convencionais Estas baterias foram aplicadas no Mitsubishi i Miev e a Honda tamb m as vai aplicar no seu modelo Fit EV previsto para o ver o deste ano As baterias de L tio Enxofre t m uma densidade de energia bastante elevada e s o relativamente leves Podem ser uma alternativa s baterias convencionais de i es de l tio devido principalmente elevada densidade de energia peso relativamente baixo e custo reduzido do enxofre A n vel de aplica es em autom veis el tricos n o h informa o de terem sido aplicadas em algum modelo mas foram usadas no maior e mais alto voo realizado por um planador alimentado por energia
108. n 16 2010 e Regulamento n 100 da UNECE bem como 94 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico algumas considera es adicionais garantido a homologa o do ve culo e o sucesso da convers o No crit rio t cnico todos os objetivos pretendidos para a convers o foram alcan ados Pretendia se que o ve culo tivesse uma autonomia de 100km capacidade de acelera o e velocidade m xima de 100km h Com os equipamentos utilizados atinge se uma autonomia de 102 7km velocidade m xima de 119km h e 0 80km h em 20 segundos em 2 velocidade As baterias n o retiraram espaco na mala do ve culo j que a grande maioria foi instalada na frente do ve culo e assim contribui se para a estabilidade do mesmo No crit rio econ mico concretizou se a convers o dentro do limite pretendido 10 000 e com os estudos realizados conclui se que o investimento amortizado ao fim de 3 anos que num prazo de 10 anos consegue se uma poupan a de 12446 7 face utiliza o de um ICEV e o investimento torna se invi vel para um prazo de 10 anos caso o utilizador percorra menos de 24km dia Com esta convers o conseguiu se reduzir os gastos com a utiliza o do ve culo de 13 36 100km para 1 20 100km Globalmente conclui se que existe uma grande diversidade de equipamentos e tecnologias pass veis de serem utilizadas nas convers es a tecnologia est suficientemente madura para e
109. nica an lise do desempenho do ve culo e econ mica an lise dos gastos do ve culo el trico face ao ve culo convencional e tempo de amortiza o do investimento No cap tulo 6 feita a conclus o da disserta o e uma reflex o sobre os objetivos atingidos e espectativas de trabalhos futuros nesta rea E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico CAP TULO 2 ESTADO DA ARTE 2 1 INTRODU O Os avan os tecnol gicos uma sociedade cada vez mais preocupada com os problemas ambientais e a procura de pol ticas de desenvolvimento sustent vel levaram a que Portugal assumisse medidas e compromissos internacionais com o objetivo de redu o das emiss es de gases de efeito de estufa Foram efetuados v rios estudos com o objetivo de se perceber em que sector de atividade existe um maior consumo de energia e como j referido anteriormente concluiu se que o sector dos transportes respons vel por uma grande parte dos gases emitidos para a atmosfera como tal importante atuar neste setor 4 5 Com o objetivo de posicionar Portugal como pioneiro no estudo e ado o de novos modelos para a mobilidade sustent vel capazes de explorar as caracter sticas da rede el trica maximizando os seus recursos nomeadamente a energia proveniente de fontes renov veis j em 2008 foi elaborado pela Resolu o do Conselho de Ministros n 80 2008 de 20 de Maio o Plano Nacional de A
110. nsforma la em energia mec nica Na figura 4 est representada a estrutura b sica e equipamentos essenciais de um EV a baterias do Toyota iQ EV ve culo que foi apresentado no Geneva Motor Show 2011 PACK DE Pn AI CONTROLADOR CARREGADOR E ID Ms TOMADA DE CARREGAMENTO NORMAL TOMADA DE CARREGAMENTO R PIDO MOTOR EL TRICO Figura 4 Toyota iQ EV 10 A maioria dos ve culos el tricos neste momento insere se nesta categoria S o apresentados na tabela 2 alguns ve culos que j se encontram no mercado de EVs Tabela 2 Veiculos el tricos VEICULO MOTOR BATERIA PRECO BASE NISSAN LEAF 11 AC SINCRONO IOES DE L TIO 35 990 1 1 I ES DE L TIO XIDO DE PEUGEOT Ion 12 E A j 30 387 PERMANENTENS MAGN SIO RENAULT FLUENCE Z E AC S NCRONO OES DE LITIO 26 600 OPEL AMPERA 14 I ES DE L TIO 45 900 PERMANENTENS MITSUBISHI i MIEV 15 po oU DR EANES I ES DE L TIO 32 250 PERMANENTENS TESLA S 16 I ES DE L TIO 49 900 ROTOR BOBINADO E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio FUEL CELL VEHICLE FCV Os FCV s s o ve culos que recorrem a c lulas de combust vel para produzir a energia el trica de que necessitam A c lula de combust vel produz a eletricidade necess ria par alimentar o motor de propuls o atrav s de uma reac o qu mica que combina o hidrog nio e o oxig nio Como representado na figura 5 o hidrog nio f
111. ntamente e verificar se n o h contacto e s depois aparafusar os restantes As placas adaptadoras variam consoante o modelo de ve culo a converter aqui pode se aplicar o modelo 300 VW GE1 09 disponibilizado pela EVSource 58 O motor escolhido Kostov K9 24kW representa a solu o ideal para esta convers o apresentando caracter sticas de robustez fiabilidade desempenho e pre o que se enquadram com o que pretendido Apesar de haver uma grande diversidade de motores com caracter sticas que superam este em muitos aspetos o fator pre o foi determinante na escolha Op es 1 O motor mencionado n o capaz de realizar regenera o nas travagens para tornar isso poss vel necess rio trocar o motor Para que n o haja uma varia o significativa no pre o a op o seria o motor Kostov K9 SepEx de 120V 18 3kW 2 Para eliminar os gastos na manutenc o dos motores com escovas foram analisadas duas propostas para motores Brushless fornecidos pela empresa 3xE que vendem o conjunto motor controlador Uma hip tese seria motor de 144V 20kW com um bin rio de 76Nm e com velocidade m xima de 6000rpm a outra hip tese similar ao anterior difere apenas na pot ncia pois este apenas tem 15kW e 48Nm de bin rio Ambas as soluc es t m capacidade para realizar travagem regenerativa A segunda opc o tem um acr scimo no preco explorado mais frente no cap tulo Avalia o Econ mica 64 E
112. ntrolador e do lado direito o conversor CC CC A amarelo o pack frontal de baterias composto por 30 unidades e instaladas numa estrutura de suporte num lugar ventilado onde n o permita a acumula o de gases de acordo com o regulamento n 100 da UNECE 77 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio Controlador Evnetics Soliton Jr Motor Kostov 24kW Transmiss o Conversor CC CC Pack Frontal de Baterlas Estrutura de suporte para baterias Figura 59 Vista Frontal do ve culo Na figura 60 est representada a traseira do ve culo com os equipamentos constituintes Tal como a instala o na parte frontal o pack de baterias na traseira 15 unidades est instalado numa estrutura de suporte e adequadamente ventilado Carregador POW 3kW Estrutura de suporte de baterias Sistema de monitoriza o de baterias Pack traseiro de baterias Figura 60 Vista retaguarda do ve culo 78 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Pack Frontal de Baterias Bot o de emerg ncia Estrutura de suporte de baterias Motor Kostov 24kW Instrumenta o Pack traseiro de baterias Conversor Sistema de monitoriza o de baterias Transmiss o Carregador POW Figura 61 Vista lateral do ve culo Figura 62 Vista de topo do ve culo Bot o de emerg ncia Instrumenta o Figura 63 Vista interior do ve culo 79 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampa
113. nversores DC AC Inversores para controlar os motores e conversores DC DC choppers para o caso de motores DC sendo ambos muito flex veis e eficientes Na travagem regenerativa invertem a l gica de funcionamento do motor passando este a funcionar como gerador de energia 26 23 EE ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio Os conversores s o equipados com dispositivos semicondutores de pot ncia d odos trans stores e tir stores que t m como fun o transformar a energia el trica e permitir o controlo da velocidade do motor aplicado ao EV consoante os requisitos do utilizador num determinado momento Os d odos t m como principal caracter stica permitirem a passagem corrente num sentido e impedirem no sentido oposto S o tamb m conhecidos por dispositivos n o controlados pois n o poss vel controlar o seu estado condu o corte T m diversas aplicabilidades como retifica o da corrente alternada do alternado do ve culo para recarregar a bateria Prote o gerador em s rie com uma bateria em que o gerador fornece energia para as baterias mas nunca o contr rio um d odo em s rie entre o gerador e a bateria no sentido desta ultima resolve o problema Regula o da tens o D odo de Zener Emiss o de luz Light Emitting Diode LED sensor de luz fotod odos Na pr tica o tir stor funciona como um d odo controlado que impede a passagem da corrente no sentido inverso e permite a passagem da
114. o Miguel Alves Sampaio Resumindo com a altera o de motor controlador para os mencionados anteriormente e redu o do numero de baterias teriamos menos 1132 de investimento contudo a alterac o reduziria o desempenho do ve culo A 2 o motor brushless para al m de ter capacidade para realizar travagem regenerativa ainda elimina os custos de manutenc o presentes no motor com escovas A empresa que deu o orcamento vende o motor j equipado com o controlador e a solu o mais barata fica por 4173 28 Na solu o adotada o motor controlador tem um custo de 2591 60 ou seja haveria um acr scimo de 1581 68 Os motores brushless s o mais eficientes ou seja para a mesma pot ncia de entrada o motor brushless converte mais energia el trica em mec nica que os motores com escovas contudo esta diferenca significativa em regimes de baixa carga ou vazio em cargas elevadas os motores com escovas e os brushless s o muito similares ou seja para aplicac o autom vel este aumento de efici ncia n o relevante 68 Para al m da caracter stica mencionada o motor brushless mais fi vel n o tem custos de manuten o e tem maior vida til contudo para realizar uma convers o onde o custo da convers o um aspeto muito importante estas vantagens n o justificam a ado o do motor brushless 5 6 1 2 BATERIAS OPCIONAIS A escolha das baterias foi feita tendo em considera o a autonomia
115. o e legisla o a considerar No crit rio t cnico aborda se o desempenho do ve culo velocidade m xima autonomia capacidade de acelera o em subidas e desempenho de cada velocidade da caixa No crit rio econ mico o estudo focaliza se no tempo de retorno do investimento ponto de inviabilidade do investimento proveitos num prazo de 10 anos de uso do ve culo e an lise do impacto de alguns equipamentos alternativos no investimento total Abordam se todos os aspetos a ter em considera o para que se realize uma convers o com sucesso e em simult neo realiza se uma convers o tipo do ve culo do qual sou propriet rio um Volkswagen Golf 2 de 1988 Em sintonia com os objetivos deste trabalho demonstra se que o ve culo el trico uma boa op o para utiliza es citadinas e que a tecnologia j esta suficientemente madura para este tipo de utiliza es o investimento na convers o facilmente amortiz vel e portanto antecipa se uma era onde prosperar o os ve culos el tricos Palavras chave Ve culo el trico ve culo convencional convers o motor el trico bateria sistema de controlo E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio Abstract Nowadays the Electric Vehicle is strongly present in the vehicles market and represents itself a sustainable solution for the mobility It reduces the emission of greenhouse gases and the noise and eliminates the dependence of petroleum present in the conventi
116. o pelos ve culos era cerca de 4996 do consumo mundial de petr leo prev se que em 2020 esse consumo represente 5796 do consumo mundial 1 Os padr es de consumo s o bastante diferentes nos pa ses desenvolvidos e nos pa ses em vias de desenvolvimento Atrav s da an lise da figura 1 percebe se que h um menor consumo de petr leo nos pa ses em vias de desenvolvimento e de notar que a previs o para 2015 2020 de que o consumo de petr leo por outros servi os que n o os transportes seja maior nos pa ses em vias de desenvolvimento Como h menos transportes nestes pa ses o peso destes no consumo de petr leo reduzido quando comparado com os pa ses desenvolvidos O aumento do crescimento da popula o mundial com o respetivo aumento de ve culos em circula o e o forte crescimento econ mico de pa ses como o Brasil R ssia ndia e China est a antecipar o esgotamento do petr leo E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico 53 Transporte Outros Milh es de barris por dia ha Mn M 4 4 3 Te ri 1 20 f 1 In f 3 nm i 15 LE x 41 b FI 1 i M bait b 1 M1 A bd J LN 4 4 4 b 10 7 3 r i ra gt i LI gt 4 Am e d P 4 4 4 gt gt 4 4 1 4 Sime
117. onal vehicles The automotive sector is in crisis The fuel prices rich everyday new records and there is been few sales of new vehicles With these characteristics the conversion of conventional vehicles gets especial attention and it represents a solution for some users or even a business opportunity for some companies This paper is a study of the technical and economic feasibility of converting conventional vehicles in electric vehicles It is identified essential equipments to make the converting alternative and some optional equipments the way they must be installed in the vehicle heed during the installation and legislation that must be considered In the technical criteria it is considered the vehicle performance maximum speed the ability to accelerate uphill and the performance of the gear box In the economic criteria the study is directed to the time that is needed to return the investment the point of investment infeasibility the profit in ten years from the use of the vehicle and analysis of the impact of some alternative equipments on the final investment There are considered the features to do a successful conversion and at the same time there is done the conversion of my vehicle a Volkswagen Golf 2 of 1988th According with the goals of this work it is demonstrated that the electric vehicle is a good option to use in the city and that there already is enough technology to that kind of uses The investment is easil
118. ornecido c lula de combust vel no el trodo negativo onde os eletr es do tomo de hidrog nio s o libertados num processo denominado de catal tica Por sua vez os eletr es passam para o el trodo positivo originando a eletricidade Os tomos de hidrog nio perderam os seus eletr es e portanto tornam se i es de hidrog nio atravessam a membrana eletrol tica juntam se ao oxig nio e originam gua El ctrodo El ctrodo negativo posilivo Figura 5 C lula de Combust vel 17 um processo bastante limpo e eficiente Teoricamente a c lula de combust vel consegue converter 8396 da energia do hidrog nio em energia el trica al m disto produz gases nocivos para o ambiente uma vez que emite apenas gua Os problemas desta tecnologia tem sido principalmente a n vel de e armazenamento do hidrog nio O hidrog nio n o se encontra isolado na natureza mas sim combinado com outros elementos como o oxig nio ou o carbono portanto s o necess rias unidades de tratamento de combust vel para extrair o hidrog nio dos outros elementos e este processo n o deve ter como fonte prim ria combust veis f sseis para n o haver emiss es de gases de efeito de estufa no armazenamento do hidrog nio abordo do ve culo uma vez que s o necess rias altas press es 250 300 bar e na distribuic o do hidrog nio uma vez que em Portugal n o h uma infraestrutura de abastecimento 1
119. precisa de embraiagem O ve culo convencional necessita de uma embraiagem porque o motor a combust vel em funcionamento nunca est a O rpm e como tal preciso a embraiagem para desacoplar o eixo do motor do eixo do ve culo quando se pretende trocar de velocidade Com o ME basta o utilizador tirar o p do acelerador que o ME est nas Orpm e pode se trocar de velocidade normalmente com o ve culo em andamento Este processo demora cerca de 1 segundo Na figura 67 est representado o desempenho de cada velocidade do ve culo Como vis vel a 1 velocidade limita a velocidade m xima do ve culo a 50km h contudo apenas demora cerca de 10 segundos a atingir essa velocidade ao contr rio da 4 velocidade que permite uma velocidade m xima de 120km h mas demora cerca de 20 segundos para atingir os 50km h O ideal adequar a velocidade da caixa ao percurso e ao desempenho pretendido Percebe se que para desloca es citadinas a 2 velocidade suficiente pois consegue se uma acelera o muito pr xima 1 velocidade e velocidade maxima de 85km h A 1 velocidade s ser necess ria em subidas bastentes acentuadas em percursos planos e a 2 velocidade tem um desempenho bastante parecido com a 1 velocidade 90 Figura 67 Desempenho de cada velocidade Na figura 68 est representado o desempenho do ve culo subida com 5 graus de inclinac o e como visivel a autonomia m xima do ve culo decre
120. ra o poss vel entre as tecnologias de baterias abordadas anteriormente Tabela 5 Compara o de diferentes tecnologias de baterias Recolha de dados de 48 49 DENSIDADE MATURIDADE IMPACTO TE OMOEA Energia Pot ncia TECNOL GICA AMBIENTAL EB W kg Baixo com reciclagem Demi HIDRETOS 2600 Madura Baixo MET LICOS 15 DE L TIO 160 Laboratorio Umm os LL NENNEN NNLLA NENNEN NN pem j we o Dos equipamentos mais importantes no EV Bateria Controlador e Motor s o as baterias que necessitam de maior desenvolvimento tecnol gico e a maior do EV depende disso mesmo Ao longo dos ltimos anos foram feitos avan os muito importantes nesta rea e a pr xima d cada ditar o futuro do EV 2 2 4 CONFIGURA ES T CNICAS DE UM EV A combina o mais b sica est representada na Figura 17 Consiste num conjunto de baterias que fornecem energia ao controlador tamb m denominado 31 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio conversor eletr nico que gere a energia que deve entregar ao ME j abordado no cap tulo sistema de controlo Este motor fornece pot ncia mec nica s rodas passando atrav s de um sistema de engrenagens e uma embraiagem diferencial O sistema corrente de engrenagens com v rias velocidades presente nos ve culos convencionais aqui substitu do por um sistema de rela o o fixa o que permite eliminar a embraiagem e a
121. ra al m destes a velocidade influencia o coeficiente de rolamento contudo este fator n o foi tido em conta na tabela apresentada de seguida com valores t picos Tabela 6 Coeficientes de rolamento 51 CONDICOES COEFICIENTE DE ROLAMENTO PNEU DE CARRO ASFALTO 0 013 PNEU DE CARRO PARALELO 0 025 PNEU DE CARRO TERRA 0 05 PNEU DE CARRO TERRENO LAVRADO 0 1 0 35 PNEU DE CAMI O ASFALTO 0 006 0 01 RODA DE COMBOIO CARRIL 0 001 0 002 42 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Existem algumas express es pr ticas para calcular o coeficiente de rolamento de ve culos de passageiros V 2 5 f for fs Express o 3 Onde V representa a velocidade do ve culo em km h e fo e fs s o fatores que dependem da dos pneus Sob condi es recomendadas por fabricantes e velocidade at 128km h pode se considerar a express o 0 01 1 Express o 4 2 5 2 2 RESIST NCIA AERODIN MICA Um corpo em movimento a uma qualquer velocidade num meio gasoso est sujeito a resist ncia aerodin mica composta por duas componentes Resist ncia de forma e Resist ncia de fric o O movimento natural do ve culo interage com o ar envolvente uma vez n o ser poss vel o ar mover se instantaneamente da frente do ve culo nem preenche instantemente com ar o espa o deixado pelo ve culo Na frente do ve culo cria se uma zona de
122. rem valores pouco significativos O necessita de muita manuten o enquanto que no ME a manuten o muito reduzida e neste caso em particular a manuten o resume se troca de escovas quando necess rio S o apresentados no Anexo Equipamentos v rios motores pass veis de serem utilizados numa convers o Estes motores s o originais de dois fornecedores Kostov e Netgain Estes fornecedores quando questionados sobre a longevidade das escovas dos seus motores ambos referiram que as escovas duram no m nimo 1000 85 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio horas de uso ou seja pressupondo que o ve culo faz desloca es a uma velocidade m dia de 50km hora um nico conjunto de escovas aguenta 50000Km se fizermos 60km dia um nico conjunto de escovas tem a longevidade de aproximadamente 2 anos e 3 meses Kostov vende um conjunto de escovas 47 enquanto que a Netgain vende um pack de 8 escovas por 153 ou seja os custos de manuten o das escovas n o s o significativos o que a um n vel econ mico ainda sustenta mais o uso dos motores DC com escovas Na figura 65 vis vel a rapidez de amortiza o do investimento e a diferen a entre a poupan a acumulada de um utilizador com tarifa simples e um utilizador com tarifa bi hor ria RETORNO DE INVESTIMENTO 15000 0 10000 0 Tarifa Simples Tarifa Bi 0 0 Hor ria 5000 0 w 5 5 5 Q c
123. rente Uma c lula constitu da por 3 componentes e fornece eletr es ao circuito e Catodo aceita os eletr es do circuito el trico e o meio de transfer ncia de carga entre o nodo e o c todo Dos dispositivos de armazenamento atualmente dispon veis baterias flywheel ou supercondensadores s o as baterias que possuem maior capacidade de armazenamento de energia Existem variadas tecnologias onde a principal diferen a reside no material usado no nodo e no c todo Nos ltimos anos tem havido um forte investimento nesta rea na tentativa de encontrar melhores solu es no que diz respeito seguran a reduzido tempo de carga maior desempenho e longevidade Na tabela 4 est o representadas algumas empresas e parcerias do atual ecossistema das baterias Tabela 4 Parcerias no fabrico de baterias 32 j FABRICANTE DE EMPRESA FABRICA PARCEIRO AUTOM VEIS mo cm _ B Me Gorla 8H C f cil de constatar o fabrico das baterias dominado por empresas estabelecidas na Estas empresas t m feito grandes investimentos em 25 EE ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio investiga o e desenvolvimento e estabelecem parcerias importantes que os deixam bem posicionados no mercado de baterias para ve culos el tricos A escolha das baterias para os ve culos el tricos tem em considera o os seguintes crit r
124. s as perdas rot ricas e apresentam maior fiabilidade e robustez devido principalmente aus ncia de an is e escovas Os manes s o instalados na estrutura rot rica em diferentes configura es como representado na figura 14 Atualmente os mais utilizados s o baseados em terras raras em particular ligas de neod mio ferro e boro Nd Fe B 26 d on a 4 Ca Onentazio Onentacte em Uircunterencia 5 ho Figura 14 Rotor de motor s ncrono de manes permanentes 26 O motor s ncrono de manes permanentes compete diretamente com o motor de indu o para aplica o em sistema de tra o el trica e em rela o a robustez e fiabilidade est o ao n vel do motor de indu o e apresentam ainda melhores rendimentos e maiores densidades de pot ncia contudo a sua complexidade de constru o pode ser um problema em certas aplica es 19 EE ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio Para controlar a pot ncia entregue carga usam se conversores de pot ncia usualmente t m por base nsulated gate bipolar transistor IGBTs e a regula o da tens o efetuada por Pulse With Modulation PWM 26 MOTOR DE INDUCAO TRIF SICO O princ pio de funcionamento do motor de indu o trif sico baseia se cria o de um campo magn tico rotativo No estator aplica se uma tens o alternada que provoca aparecimento de um campo magn tico rotativo que intera
125. sce para os 38km consumo de 303 3Wh km e velocidade m xima de 85km h evidedente que em s bidas o esforco do motor maior logo tem maior consumo de energia 430Wh km velocidade de 10km h Ist gear 2nd gear Velocidade Figura 68 Desempenho ve culo de subida de 5 graus A velocidade do ve culo est diretamente relacionada com a pot ncia debitada pelo motor que por sua vez est diretamente relacionada com a autonomia do ve culo Na figura 69 est representada a evoluc o da pot ncia fornecida pelo 91 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio motor com a velocidade do ve culo e na figura 70 est o representados os valores de pot ncia e bin rio nominais tra o cont nuo e de pico tra o descont nuo sendo que os valores de pico do motor est o limitados pela capacidade de descarga m xima das baterias utilizadas que como j analisado de 300A 151 gear 2nd gear K 9 144V es ins Figura 70 Caracteristicas do motor Com a an lise t cnica podemos concluir que os requisitos da convers o foram cumpridos e que os equipamentos escolhidos est o de acordo com os requisitos do sistema nomeadamente autonomia velocidade e capacidade de acelera o 92 ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico 93 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio CAP TULO 6 CONCLUS ES Os objetivos deste
126. sequentemente com menor autonomia mas por vezes acaba por ser uma boa solu o para viabilizar o projecto de convers o Qual o perfil de utiliza o que pretende ter para o ve culo Cumprimentos 3xE Electric Car hello Mr Sampaio Yes we recommend BLDC instead of Lemco there are too week for our aplications Tomorrow will send you price list as the prices are changing hello again lam sending our offer for Permanet Magnet BLDC motor otor E ontrollericontroller packing price net controller Mm m peak EW rated EW rpm E packing mm Bas fu European Union shipping cost 160 USD net attach data sheet of BLDC motor Best regards Mit freundlichen Grifen NETGAIN Nuno Brushes are designed to last a minimum of 1 000 hours and reports from the field are that people can easily drive over 100 000 miles on a set of brushes If however the environment is hostile dusty very cold this could be reduced The minimum miles fre seen on a set of brushes 14 years is 30 000 miles and this was in a hostile environment brushes have a MSRP of 200 00 TOTAL for amp brushes as a eee NetGain Motors Inc IMTT 115 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio Exmo Senhor Em resposta ao seu e mail sobre o assunto acima referido esclarece se que em termos gen ricos transforma o de um ve culo com motor de combust o para um ve culo com alimenta o
127. solar em Agosto de 2008 44 Recentemente investigadores da Universidade de Northwestern criaram um el trodo para as baterias de i es de l tio que permite que estas carreguem muito mais r pido e aguentem com a carga 10 vezes maior que as utilizadas atualmente Segundo os ensaios que os investigadores fizeram no final de 150 cargas aproximadamente um ano de opera o estas baterias ainda tem uma capacidade 5 vezes superior s que agora se encontram no mercado O que os investigadores fizeram foi introduzir mol culas de sil cio no nodo e no c todo o que aumenta drasticamente a capacidade da bateria e alteraram o formato das folhas de carbono 29 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio grafite material constituinte do nodo e c todo para permitir um carregamento mais r pido Espera se que esta tecnologia esteja pronta para ser comercializada num prazo de 3 a 5 anos 45 Recentemente algumas marcas t m investido em desenvolver as baterias Ar L tio como o caso da BM em parceria com a Asahi Kasei e a Central Glass Estas baterias s o bastante promissoras devido principalmente sua estupenda densidade energ tica que se assemelha gasolina como representado na figura 16 contudo neste momento a sua maior limitac o est nos ciclos de carregamento que aguenta apenas cerca de 50 Prev se que possam estar no mercado entre 2020 e 2030 46 DENSIDADADE DE ENERGIA Wh kg CHUMBO CIDO N QUEL HIDRETOS L
128. ssim reduzir o tamanho e peso do sistema de transmiss o Embreagem Figura 17 Carro el trico com um nico motor 50 Eliminando a embraiagem diferencial surge a configura o ilustrada na Figura 18 Constitu do por dois conversores e respetivos motores totalmente independentes O mecanismo de embraiagem diferencial implementado eletronicamente ajustando se velocidades ligeiramente distintas para cada um dos motores em trajetos curvil neos Conversor Engrenagem 1 1 Bateria Conversor Engrenagem 2 fixa 2 Figura 18 Carro el trico com dois motores 50 Nesta concec o os motores afixados s rodas de trac o recorrendo a engrenagens sistema in wheel Apesar de exigir o uso de motores especiais de pequena dimens o e peso elevada fiabilidade e robustez esta configurac o oferece um grande espaco de manobra na estrutura do ve culo possibilitando modelos que seriam imposs veis num CEV 32 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Engrenagem Conversor 1 Conversor 2 Bateria Engrenagem LL to Figura 19 Carro el trico com dois motores acoplados s rodas 50 A configura o representada na Figura 20 incorpora os motores diretamente nas rodas ou seja as rodas est o ligadas diretamente ao rotor do motor pelo que o controlo da velocidade do ve culo equivale ao controlo
129. ste tipo de aplica es e a n vel mundial j h muitos neg cios de convers o de ve culos O EV uma solu o inteligente para 2 ve culo de uma fam lia para desloca es urbanas 100km dia e os reduzidos custos de opera o e manuten o s o a chave do sucesso do EV 6 1 PERSPETIVA DE TRABALHO FUTURO A convers o de ve culos ainda pouco explorada em Portugal Seria interessante converter um ve culo dentro da comunidade ISEP com o objetivo de representar e promover a institui o Aproveitando os conhecimentos dos professores e alunos e as instala es do ISEP promover um neg cio de convers o de ve culos em modelo Spin off 95 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio 7 REFER NCIAS BILIOGR FICAS 1 Ehsani M Y GAO E Gay amp Ali E 2010 Modern Electric Hybrid Electric and Fuel Cell Vehicles United States of America CRC Press 2 www dgeg pt 3 Gulhame Mr Vidyadhar tal A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City IEEE 2006 4 Sampaio N Teixeira J Impacto dos Ve culos El tricos na rede e Despacho Econ mico Considerando Ve culos El tricos Relat rio da unidade curricular de Est gio Projeto em sistemas el tricos de energia Isep Porto Junho de 2010 5 Lipman T E Edwards J L amp Kammen D M Economic Implications of Net Metering for Stationary and Motor Vehicle Fuel Cell Systems in California
130. stema eletr nico de controlo de velocidade que muito mais complexo e requer mais equipamentos como sensores microcontrolador e MOSFET s de alta pot ncia O chopper um conversor DC DC que converte uma tens o DC fixa numa tens o DC vari vel e s o muito utilizados para controlo de tra o em EV abordado no cap tulo sistema de controlo 18 28 ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico 2 2 1 2 MOTORES AC MOTOR S NCRONO DE MANES PERMANENTES O motor s ncrono convencional constitu do pelo rotor e pelo estator No rotor est o enrolamento de campo que percorrido por uma corrente cont nua tem como fun o criar o campo magn tico no estator o enrolamento de armadura onde realizada a convers o eletromec nica da energia A liga o entre o rotor e a alimenta o vulgarmente realizada pelo sistema coletor escovas Ao contr rio do motor s ncrono convencional o rotor do motor s ncrono de manes permanentes constitu do como o pr prio nome indica por manes permanentes o que permite melhorar alguns par metros do motor e torna lo uma op o para aplica es de tra o el trica Estes ltimos t m maior densidade de pot ncia devido troca dos enrolamentos de cobre do rotor por manes permanentes o que permite reduzir o peso e o volume global do motor e aumentar a efici ncia do mesmo apresentam melhores rendimentos porque s o eliminada
131. trabalho foram cumpridos Explorou se o EV perceberam se as suas configura es e principais caracter sticas analisou se o parque autom vel Portugu s e a incid ncia do EV e realizou se a convers o de um ve culo onde foi poss vel compreender e caracterizar todos os passos de uma convers o tipos de equipamentos a utilizar e a sua distribui o no ve culo Como analisado ao longo do trabalho existe uma vasto n mero de possibilidades de equipamentos a utilizar e cabe a cada utilizador escolher os equipamentos que melhor se adequam e que d o melhor resposta aos objetivos da convers o e ao desempenho pretendido O crit rio mais relevante na escolha dos equipamentos escolhidos para a convers o do Volkswagen Golf 2 foi o de desempenho pre o A sele o dos equipamentos foi devidamente fundamentada ao longo do trabalho contudo de referir que na escolha dos equipamentos mais importantes Baterias controlador Motor conv m ter especial cuidado pois para al m destes tr s equipamentos serem o cora o da convers o e representarem cerca de 65 do valor do investimento conv m que estes estejam corretamente dimensionados para funcionar em conjunto e garantir que as suas capacidades n o s o subaproveitadas in til ter um motor muito potente se as baterias e o controlador n o tiverem capacidade para o alimentar A instala o dos equipamentos no ve culo cumpre a legisla o referida no trabalho Decreto Lei
132. tudo a sua configura o muito parecida com os motores s ncronos de manes permanentes abordados de seguida O seu modo de funcionamento baseia se no rotor que inclui dois ou mais manes permanentes gera um campo magn tico DC que interage com as correntes que fluem no interior dos enrolamentos do estator para produzir uma interac o de bin rio entre o rotor e o estator Com o rotor a girar existe um inversor eletr nico que varia continuamente a magnitude e a polaridade das correntes do estator para que o bin rio permaneca constante e a de energia se de forma eficiente Em compara o com os motores DC comuns este tem a vantagem de n o precisar de escovas logo s o mais fi veis e emitem menos ruido Outros aspetos a destacar s o que o motor Brushless DC tem maior capacidade para produzir bin rio que qualquer outro motor nos mesmos valores de corrente e tens o apresenta elevadas densidades de pot ncia superiores dos motores s ncronos de manes permanentes e altos rendimentos A combina o de todas estas caracter sticas faz com que este motor tenha bastante potencial para aplicac es em sistemas de trac o el trica O Honda EV Plus Nissan Altra e Toyota RAV4 alguns exemplos de EV que possuem este motor 23 29 Em comparac o com os motores DC comuns o motor brushless bastante mais caro fundamentalmente devido sua constru o que requer mais trabalho manual e devido ao si
133. u mos que apenas 25 da energia do combust vel chega s rodas motrizes Pode se concluir que com 1kWh o EV consegue percorrer 3 vezes mais dist ncia que o ICEV 52 53 46 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Dep sito de Figura 33 Efici ncia do CEV Baseado em 52 O processo de convers o de energia num HEV a combina o do processo do EV e do CEV A efici ncia global HEV melhor que a do CEV pois poss vel obter energia do ME e capturar energia atrav s da travagem regenerativa HEV representa uma solu o de transi o entre o CEV e o EV contudo de salientar que o HEV depende de combust veis f sseis para funcionar ou seja n o uma solu o para acabar com a depend ncia do petr leo Dep sito de Transmiss o Movimento MCI Figura 34 Efici ncia do HEV Baseado em 52 Por serem cada vez mais evidentes as vantagens do EV face ao ICEV que abordar o tema da convers o de ve culos faz todo o sentido principalmente na conjuntura atual com o mercado autom vel em franca estagnac o e com o parque autom vel Portugu s cada vez mais antiquado 47 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio 48 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico CAP TULO 3 PARQUE AUTOM VEL EM PORTUGAL A ACAP disponibiliza no seu site uma grande quantidade de dados relativos ao parqu
134. ugar ventilado onde n o permita a acumula o de gases perigosos e cada pack de baterias deve ser protegido por fus vel ou disjuntor apropriado 2 6 1 2 PROTE O CONTRA CONTACTOS DIRETOS O contacto direto com partes ativas de no m nimo 60V DC ou 25V AC devem ser protegidas pela instala o de grelhas ou folhas de metal perfuradas as prote es n o devem conseguir ser retiradas sem a ajuda de ferramentas 4 E Ve culos concebidos constru dos para o transporte de passageiros oito lugares sentados m ximo al m do lugar do condutor 5 7 LI z Ve culos destinados ao transporte de mercadorias com massa m xima em carga tecnicamente admiss vel n o superior a 3 5 t 54 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico No habit culo e na mala os elementos sob tens o devem estar protegidos por inv lucros com grau de prote o de no m nimo IPXXD Nas outras zonas do ve culo o grau de protec o m nimo de IPXXB Estes c digos de prote o IPXXB e IPXXD o grau de prote o de pessoas contra o acesso s partes perigosas e est o relacionados respetivamente com o contacto de um dedo de ensaio articulado B e um fio de ensaio D com as partes perigosas As letras adicionais s s o utilizadas se a protec o de acesso s partes perigosas for superior que a indicada pelo primeiro algarismo ou se o ndice de prote o ger
135. uturo sustent vel 25 de Mar o de 2008 Audit rio do Metropolitano Esta o do Alto dos Moinhos 25 de mar o de 2008 20 world honda com news 201 1 c110519Clean Energy Partnership index html 06 08 2012 21 www insideline com mercedes benz mercedes benz fuel cell car ready for market in 2014 html 06 08 2012 22 http www veiculoselectricospt com veiculos electricos de alimentacao directa 28 Junho 2012 23 N Gaurav C KAr Narayan A Survey and Comparassion of Characteristics of Motor Drives Used in Electric Vehicles IEEE 2006 24 Siemens Motores de corrente cont nua Guia r pido para uma precisa Edi o 1 2006 25 Melo Pedro Ve culos El tricos Caracter sticas e Tipos de Motores Neutro Terra p13 22 2009 26 Melo Pedro Estruturas e Caracter sticas de ve culos h bridos e el ctricos p1 7 26 2009 27 Krishnan R Electric Motor Drives Modeling Analysis and Control Prent CE Hall New Jersey 2001 28 http en wikipedia org wiki Brushed DC electric motor 25 07 2012 29 http Awww teslamotors com blog induction versus DC brushless motors 15 de junho de 2012 97 E ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio 30 J Fetz and K Obayashi High efficiency induction motor drive with good dynamic performance for electric vehicles IEEE pp 921 927 1993 31 Alves M rio ABC das M quinas El tricas ISEP Departamento de En
136. vel Gasolina e Motor 1300c c e Dimens es 3985 x 1350 x 1665 mm e Area frontal 1 9 Volume 9 4 m Figura 41 Volkswagen Golf 2 60 E ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico 5 2 OBJETIVOS O que se pretende com esta convers o que o ve culo seja capaz de desloca es citadinas com autonomia para realizar 100km di rios n o h necessidade de disponibilidade de grandes bin rios nem elevadas velocidades mas com capacidade para realizar algumas acelera es repentinas em caso de arranques ou ultrapassagens e velocidade m xima de 100km h Com um or amento de cerca de 10 000 5 3 DESCRI O E JUSTIFICA O DAS ESCOLHAS 5 3 1 MOTOR Como j referido na maioria das convers es utilizam se motores pois os controladores s o mais f ceis de realizar logo mais baratos por outro lado geralmente os motores DC s o mais baratos para a mesma pot ncia e bin rio Como o custo da convers o um fator muito relevante nesta convers o adotou se o motor DC Com o objetivo de auxiliar a escolha do motor para realizar a convers o fizeram se alguns c lculos aerodin micos presentes na tabela 10 e 11 O estudo aerodin mico consistiu em calcular a pot ncia necess ria para deslocar o ve culo a uma determinada velocidade tendo em considera o o arrasto aerodin mico a resist ncia de rolamento e a resist ncia associada inclina o Todos
137. y redeemed and so it s coming a era where electric vehicles will prosper Keywords Electric Vehicle Internal Combustion Engine Vehicle conversion electric motor battery control system ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico Agradecimentos Agrade o ao meu orientador Prof Doutor Ant nio Andrade por todo o apoio e disponibilidade ao longo de todo o trabalho e a todas as pessoas que tiveram dispon veis para me tirar as d vidas que iam surgindo Por fim um muito obrigado aos meus pais que me suportaram e apoiaram ao longo de todo este caminho ISEP Nuno Miguel Alves Sampaio vi ISEP Estudo da Viabilidade T cnica e Econ mica da Convers o para Ve culo El trico ndice INTRODUC AO ani 1 1 1 CONTEXTUALIZA O iii 1 Io Ioni 1 TOMEME eus 2 gt MOTIVA O ee 2 1 5 ESTRUTURA DA DISSERTA O ie 5 zip eb ei 7 2 1 7 22 ELECTRIC VEHICLE EV eterne tette tete tetro 8 2 21 MOTOR EL TRICO ME eee teet ettet 12 22 2 SISTEMA DE CONTROLO aeee 23 223 EE 24 2 24 CONFIGURA ES T CNICAS DE UM EV 31 2 3 HYBRID ELECTRIC VEHICLE HEV iara 33 23 1 ES 5 1 34 Pee PAM alii 35 2 3 3 MISTO OU S RIE PARALELO aeee eres 35 2 3 4 COMPLEXA RR 37 2 4 INTERNAL COMBUST

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