Scientific area: Electrónica de Potência
Desenvolvimento de um Kit de Transformação de Veículos de Combustão Interna em Veículos Híbridos
Submited 2009-07-31
Student: Artur João de Sousa Marinho da Silva       Number: 19411       Email: amarinho@live.com.pt
Start date: 13/01/2009   

Supervisor:
Name: João Luiz Afonso
Email: jla@dei.uminho.pt   

Description:

De acordo com o tema desta dissertação, que será orientada pelo Doutor João Luiz Afonso, pretende-se desenvolver um Kit de Transformação de Veículos de Combustão Interna em Veículos Híbridos, sendo este trabalho realizado no Departamento de Electrónica Industrial da Universidade do Minho.

A procura por novas fontes de energia, preferencialmente renováveis, é cada vez mais uma preocupação, a nível ambiental, económico e político, das sociedades mais evoluídas. Desta forma, no sector do automóvel, onde provém uma grande quantidade de poluição e dependência energética, existe a necessidade de evoluir/substituir os propulsores de combustão interna por propulsores híbridos ou, idealmente, por propulsores  totalmente eléctricos. Desta forma, mesmo que a indústria automóvel coloque no mercado, num curto espaço de tempo, a solução para este problema, é necessário lidar com o parque automóvel existente que se encontra, a nível energético, obsoleto. Por isso, e como a autonomia e a falta de postos de carregamento/abastecimento são ainda uma limitação dos veículos 100% eléctricos, os sistemas híbridos serão o ponto de viragem e impulsão para os futuros sistemas totalmente "limpos" e independentes dos combustíveis fósseis [1-3].

Os veículos híbridos, são normalmente equipados, para além do motor de combustão interna a gasolina ou diesel (mais recentemente), com um motor eléctrico síncrono de imãs permanentes, mas podem ser equipados com qualquer motor eléctrico, à semelhança dos veículos eléctricos. Os motores síncronos destacam-se pela sua eficiência e durabilidade [4].

Para uma melhor rentabilidade energética dos veículos híbridos, estes devem possuir regeneração de energia através da travagem, de forma a que as baterias ou os ultra-condensadores possam ser carregados aproveitando a energia cinética do veículo. No entanto, as baterias mais utilizadas, neste tipo de veículos, são as de iões de lítio, porque apresentam uma maior densidade de energia, permitindo obter a mesma quantidade de energia com um menor peso. No entanto, a travagem regenerativa, pode reduzir a vida útil das baterias, por isso, os ultra-condensadores podem ser uma boa alternativa às baterias para os sistemas híbridos, uma vez que têm uma excelente curva de carga. Os ultra-condensadores, permitem obter a carga máxima em menos tempo e podem chegar a cerca de 500000 ciclos de carga. Este é um factor essencial para um melhor aproveitamento da travagem regenerativa, permitindo assim uma melhor eficiência do sistema híbrido [5].

No decorrer da dissertação, para além da simulação do sistema híbrido em programas específicos, serão feitos testes práticos e o sistema de controlo será ajustado para que se consiga um aumento significativo de eficiência relativamente ao veículo original.

 [1]    http://ambiente.maiadigital.pt/Members/hugosilva/o-automovel-e-a-poluicao-1

[2]     http://sol.sapo.pt/blogs/energia/archive/2007/12/22/Polui_E700E300_o-autom_F300_vel.aspx

[3]     http://www.brasilescola.com/geografia/protocolo-kyoto.htm

[4]     Tradução e adaptação da publicação GEMIS GEZ-6209.1 por Ney E. T. Merheb (Eng. Aplicação da GEVISA). Colaboração: Antônio Grabert Filho (Consultor Técnico da GEVISA). Copyright © 1997, 1998, 1999, 2000 GE-GEVISA S.A.

[5]     http://www.autobloggreen.com/2006/04/26/ultra-capacitors-making-electric-hybrids-more-efficient/


Objectives:
  • Pesquisa sobre o "estado da arte" dos Veículos Híbridos. Pesquisa sobre os motores eléctricos e os de combustão utilizados, sobre os sistemas de armazenamento de energia (tipos e quantidade de baterias, ultracondensadores, etc). Pesquisa sobre técnicas de gestão dos veículos híbridos, e sobre o controlo dos inversores que accionam o motor eléctrico. (1 mês)
  • Estudo das soluções para alteração dos Veículos de Combustão para Veículos Híbridos (alterações mecânicas, colocação das baterias e dos sistemas electrónicos e de medição, gestão e controlo). (1 mês)
  • Estudos sobre os diferentes tipos de motores eléctricos, selecção do tipo de motor a ser utilizado, e realização de ensaios no motor eléctrico a ser empregue no Kit de Transformação para Veículos Híbridos. (1 mês)
  • Estudo com recurso a simulações computacionais utilizando Matlab/Simulink/ /SimPowerSystems e PSCAD de Estratégias de Controlo e Topologias aplicáveis aos sistemas de accionamento de motores para Veículos Híbridos, com travagem regenerativa e com optimização dos consumos de energia proveniente dos elementos armazenadores. (1 mês)
  • Estudo da plataforma para desenvolvimento do sistema de gestão e controlo do Kit de Transformação para Veículos Híbridos a ser implementado (microcontroladores, DSPs). (1mês)
  • Estudo e desenvolvimento do conversor CC-CA bidireccional a ser utilizado entre os elementos armazenadores de energia e o motor do Kit de Transformação para Veículos Híbridos. (1 mês)
  • Implementação do Kit de Transformação para Veículos Híbridos (partes eléctricas e alterações às partes mecânicas). (2meses)
  • Realização de ensaios do Kit de Transformação para Veículos Híbridos numa aplicação real (transformação de um veículo de combustão). (2 meses).
  • Escrita da dissertação de Mestrado. (2 meses)

Links:
http://dei-s1.dei.uminho.pt/geep/ http://www.sinus-pq.com/

Keywords:
Veículo Híbrido, Veículo Eléctrico, Travagem Regenerativa, Gestão de Carregamento, Baterias, Ultracondensadores, Accionamento de Motores Eléctricos, IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor, DSP – Digital Signal Processor, Sensores de Efeito Hall

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