:: Gestão de Dissertações de Mestrado Integrado ::

Scientific area: ElectrÃ³nica de PotÃªncia
Desenvolvimento de uma Bicicleta ElÃ©trica com Travagem Regenerativa e com OperaÃ§Ã£o Fixa
Submited 2016-01-22
Student: JoÃ£o AntÃ³nio Cerqueira Pinto Number: 58708 Email: a58708@alunos.uminho.pt
Start date: 15/10/2015

Supervisor:
Name: JoÃ£o Luiz Afonso
Email: jla@dei.uminho.pt
Name: JosÃ© Augusto Afonso
Email: jose.afonso@dei.uminho.pt

Description:

Nos dias que correm, as preocupações relativamente à poluição ambiental global e à volatilidade dos preços do petróleo, têm levado a que muitos países procurem fontes de energia alternativas por forma a reduzirem a sua dependência em relação ao petróleo como fonte primária de energia [1].

O setor dos transportes é responsável pelo consumo de uma importante fatia dos recursos energéticos dos países, assim como pela produção de gases poluentes prejudiciais para o ambiente [2][3]. Tais factos têm despertado o interesse em veículos elétricos. O uso de veículos elétricos permite reduzir a emissão de gases poluentes.

Nas áreas urbanas, face ao grande aglomerado populacional, têm vindo a crescer os problemas de poluição ambiental e de congestionamento do tráfego. Nestas áreas, as bicicletas elétricas apresentam-se como meio de transporte capaz de contribuir para uma melhor qualidade do meio ambiente, para o descongestionamento do tráfego e para a economia e saúde dos utilizadores [4]. Por estas razões a bicicleta elétrica apresenta-se como uma alternativa interessante aos carros, na mobilidade urbana.

O potencial da bicicleta elétrica estende-se também às áreas da saúde e bem-estar, enquanto promotora da atividade física de utilizadores de diversas faixas etárias, quer o seu uso seja como meio de transporte, desporto e lazer.

Com a rápida evolução da eletrónica de potência e da sensorização [5], é possível ter bicicletas mais leves e com maior autonomia e que proporcionam uma maior variedade de aplicações com grande benefício para o utilizador. Na Europa, o mercado das bicicletas elétricas tem verificado um crescimento significativo no número de vendas ao longo dos últimos anos. De acordo com um estudo de mercado anual realizado pelas associações industriais e comerciais RAI e BOVAG, foram vendidas no ano de 2014, 223000 bicicletas elétricas na Holanda, o que representa um crescimento de 16,1%. A nível Europeu, o mercado Alemão é aquele que possui maior dimensão, seguido pelo mercado Holandês. A China apresenta o maior mercado de bicicletas elétricas a nível global, sendo também o maior fornecedor do mercado Europeu [6][7].

Contudo, não existem apenas vantagens. As bicicletas elétricas ainda apresentam limitações no campo da sua autonomia, o que limita a sua utilização para percursos de pequenas ou medias distâncias.

O sistema a desenvolver nesta dissertação apresenta-se como uma forma de aumentar a eficiência e a autonomia das bicicletas elétricas, aproveitando energia que de outra forma seria perdida durante a travagem.

Objectives:

Inicialmente pretende-se identificar as principais técnicas de controlo que podem ser aplicadas aos motores BLDCs quando aplicados em Bicicletas Elétricas. Seguidamente pretende-se a simulação da técnica de controlo que mais se adeque ao controlo do motor da bicicleta com recurso à ferramenta de simulação PSIM. Por fim pretende-se a implementação da técnica de controlo simulada no hardware do sistema de tração de uma bicicleta elétrica anteriormente desenvolvida no GEPE. O hardware de Eletrónica de Potência do sistema de tração da bicicleta também será desenvolvido no âmbito desta dissertação, com base em hardware anteriormente construído. Pretende-se que a Bicicleta Elétrica tenha a sua operação otimizada em termos de desempenho e eficiência, com recurso ao funcionamento com travagem regenerativa, para além de operação fixa, sobre cavalete, com devolução de energia para a rede elétrica. Serão estudados e simulados os circuitos de carregamento de baterias bem como o modo de devolução de energia à rede, recorrendo ferramenta de software de simulação PSIM. Posteriormente será implementado e testado o conversor bidirecional projetado para o efeito de carregamento e descarregamento das baterias. Pretende-se que a bicicleta faculte vários modos de operação nomeadamente permitir a sua utilização no domicílio permitindo a injeção de energia na rede enquanto o utilizador faz exercício, sem se deslocar. Por fim, será desenvolvido um sistema de interface que permita ao utilizador interagir com as funcionalidades da bicicleta.

Este trabalho envolverá as seguintes tarefas:

Pesquisa bibliográfica do "estado da arte" sobre bicicletas de propulsão elétrica elétricas. (1 mês)
Estudo da plataforma para desenvolvimento do sistema de controlo a ser implementado (DSP/microcontrolador). (1mês)
Estudo de técnicas de controlo de acionamento e travagem regenerativa para o motor elétrico e para o carregador bidirecional. (1 mês)
Estudo do conversor de potência para o acionamento do motor elétrico. (1 mês)
Estudo do conversor bidirecional projetado para o efeito de carregamento e descarregamento das baterias. (1 mês)
Simulações computacionais utilizando PSIM dos sistemas a serem desenvolvidos. (1mês)
Projeto e implementação de toda a eletrónica necessária para a aquisição e processamento de sinal, bem como para atuação sobre motor elétrico e para o carregador bidirecional. (1 mês)
Estudo e desenvolvimento de uma aplicação de forma a ser possível ao utilizador interagir com a bicicleta de propulsão elétrica. (1mês)
Teste dos sistemas desenvolvidos. (1 mês)
Integração de todos os sistemas desenvolvidos e realização de ensaios à bicicleta de propulsão elétrica. (1mês)
Escrita da Dissertação de Mestrado. (2 meses)
Escrita de um Artigo Técnico.

Links:
http://www.gepe.dei.uminho.pt/

Keywords:
Bicicleta ElÃ©trica, Travagem Regenerativa, Motor BLDC, Conversor Bidirecional, Baterias, Mobilidade ElÃ©trica.