Source: Key World Energy Statistics 2007, IEA

Transcrição

1 Paulo Pereirinha, 1

2 VEs, porquê? Consumo de petróleo pelo sector dos transportes: 1973: 40,5% 2005: 60,3% 2006: 60,5% 2

3 VEs, porquê? Consumo crescente => problemas no fornecimento e subida de preço. US$ 100? Source: Key World Energy Statistics 2007, IEA Julho08: US$ 147! Hoje? US$? 3

4 VEs, porquê? Preocupações muito graves de dependência energética e segurança Petróleo (crude), principalmente de países do médio oriente e/ou instáveis 4

5 VEs, porquê? Fontes de poluição NO: monóxido de azoto HC: hidrocarbon. (metano,...) CO: monóxido de carbono (falta representar o SO2) NO2: dióxido de azoto O3: ozono HNO3: ácido nítrico; nitratos de hidrogénio 5

6 VEs, porquê? Utilização maciça de veículos com motor de combustão interna (VMCI), aumenta emissões de poluentes => gases de efeito de estufa Emissões de VMCI uma causa principal de poluição urbana => problemas de saúde Can we make a difference as Engineers? Michael Lampérth, EET2007, Brussels Health effects of traffic related air pollution, Luc Int Panis & Rudi Torfs, EET2007, Brussels 6

7 VEs, porquê? Porque Consumo de combustível da Fonte-à-Utilização Emissões de GEE - Resources: P = Petroleum; B = Biomass; NG=Natural Gas; W = Wind; GT = Natural Gas Turbine; * = renewable - Energy Carriers: G = Gasoline; D = Diesel; E = Ethanol; BFTD = Bio Fischer-Tropsch Diesel; CH2 = Compressed Hydrogen; LH2 = Liquid Hydrogen; E = Electricity -Powertrains: SI = Spark Ignition; CI = Compression Ignition; SIHEV = Spark Ignition Hybrid Electric; CIHEV; Compression Ignition Hybrid Electric; FCV = Fuel Cell; BEV = Battery Electric Viable and Sustainable Energy Strategies Grounded on Source-to-Service Analyses: A Perspective of the Role of Fuel Cells in Transportation, Jan H. J. Thijssen, Lucerne Fuel Cell Forum

8 Desafios? Obstáculos? VE, sistema complexo Iqbal Husain, Electric and Hybrid Vehicles: Design Fundamentals, CRC Press, Boca Raton, Florida, USA,

9 Desafios? Obstáculos Alguns desafios tecnológicos: Motores, electrónica de potência, monitorização, comunicações, controlo, normalização, carregamento e carregadores, Mas a mais importante é o armazenamento de energia Baterias: caras, pesadas, volumosas, com pouca densidade de energia e ciclos de vida limitados Problema com mais de 100 anos! Baker Electric Model 46 Roadster, 1914 (motor eléctrico de 48 V) 9

10 Desafios? Obstáculos Bateria Energia espec. Wh/kg Densidade de Energia Wh/l Potência espec. W/kg Chumbo-Ácido NiCd NiMH Ião-Li James Larminie, John Lowry, Electric Vehicle Technology Explained, John Wiley & Sons, New York, 2003.pp52;67 Actualmente, valores um pouco mais elevados Ex.: Veículo médio normal, 100km/h, 30 kw, eficiência motor eléctrico/drive=70 % Bateria Energia espec. Massa baterias (kg) para autonomia de Wh/kg 75 km 150 km 225 km Chumbo-Ácido NiMH Ião-Li Actualmente, massas um pouco menores, mas dimensão do problema 10

11 Soluções Veículos mais leves Melhor aerodinâmica e pneus com menor atrito Melhorar o rendimento dos motores eléctricos, dos conversores de electrónica de potência Mas, sobretudo: Melhores baterias e mais baratas Melhor monitorização e gestão da energia nas fontes Utilização de múltiplas fontes de energia (baterias, supercondensadores, painéis solares?): aproveitar melhores características de cada uma delas 11

12 12

13 Plataforma e ideia principal Europa: distância média ~ 35 quilómetros por dia LIGIER 162 GL (5.4 hp, 350 kg, 45 km/h) 1 F = ρ C A V 2 2 DA D F V F = mg θ I sin ( ) F R R = µ m g R R F RR = µ mg RR 13

14 Estudo diversos aspectos VEs Motor e drive (VEV) Conversores de electrónica de potência Baterias e outras fontes de energia Controlo de velocidade e aceleração Aumento de autonomia e gestão de múltiplas fontes de energia Sistemas x-by-wire Redes CAN e protocolos de comunicação FTT-CAN 14

15 Cadeia de tracção MI: 3~, 4 kw, 400 V VEV industrial, 4 kw (DC bus V) 2x8 NiMH (12V, 13Ah): 96 V, 2.9kWh Conversor DC/DC : 96 V/600 V, IGBT, Buck-boost 15

16 Sistema monitorização baterias 16 bat. => 16 BIN (bat. intel. node) Microcont. PIC12F683 (muito baixo custo) Sensor dedicated CA AN BUS Current acquisition Voltage and Temperature acquisition Voltage and Temperature acquisition Battery pack Voltage Flexivel, modular: outras bat., SCs, PV 16

17 Rede de comunicação (ainda em desenvolvimento, mas facilmente expansível e permitindo gestão distribuída do VE) 17

18 dados, comunicação com utilizador, PDA =>Embeded PC e Touch screen 7 Novo conversor DC/DC para maior potência e/ou SCs (IGBTs: 240A, 1200V, Semikron SEMIX252GB126HD) 18

19 Objectivo de demonstração 19

20 Alguns resultados experimentais Subida de rampa 26 s Sobe, mas tensão cai... Baterias perto do limite (6 kw durante 5 s)

21 E o INESCC? Candidatura à FCT, ISEC & INESCC: EV-OPEM OPEM: Electric Vehicles - Optimization of Power and Energy Management of Multiple Sources Gestão de Energia e Veículos Eléctricos: Carga de VEs? V2G? 21

22 SMOV VoltaCompleta.lnk