veÍculo elÉctrico de competiÇÃo
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VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃOVEC
Sistema de Alimentação
SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DE UM VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃO
Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
Tiago Alberto Correia da Rocha
OrientadorProf. Dr. Armando Luís Sousa Araújo
http://www.fe.up.pt/~ee06252tiago.da.rocha@fe.up.pt
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VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃOVEC
Sumário
Objectivos
O Veículo Eléctrico a Baterias
Modelo do sistema de armazenamento
Modelo do VEC em pista
Sistema de armazenamento híbrido
Sistema de Alimentação
Sistema de alimentação auxiliar
Conclusões Trabalhos futuros
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Estado de arte dos veículos eléctricos;
Modelação do sistema de armazenamento composto por baterias e ultracondensadores;
Modelação do VEC em pista para extracção da energia consumida por volta;
Simulação e teste de todo o sistema de armazenamento híbrido incluindo os conversores de potência;
Desenvolvimento de um sistema de alimentação auxiliar;
VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃOVEC
Sistema de Tracção ObjectivosSistema de Alimentação
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VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃOVEC
Sistema de Tracção Veículo Eléctrico a BateriasSistema de Alimentação
Roda
Roda
Diferencial
Caixa de Velocidades
Motor 30KW,
6000rpm
AC
DCDC
DC
DC
Baterias
Ultracondensadores
Gestão de Energia Controlador
AceleradorTravãoPowertrain
Sistema de alimentação
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VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃOVEC
Sistema de Tracção A bateria de Ni-MHSistema de Alimentação
A bateria de Ni-MH testada:• Pack composto por 11 módulos;• Módulo de 12 células (132 por pack);• Células de 1,2V e 5,5Ah;• Energia de 870Wh por pack.
Resposta da tensão da bateria a uma corrente de descarga.
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VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃOVEC
Sistema de Tracção Modelo da bateriaSistema de Alimentação
Modelo da bateria abordado
•Voc → Tensão em circuito aberto;•Rs → Resistência série ou interna;•R1C1 → Malha da dinâmica rápida;•R2C2 → Malha da dinâmica lenta;
Todos os parâmetros são em função do estado de carga (SOC).
Sistema de testes à bateria
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VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃOVEC
Sistema de Tracção Resultados dos testesSistema de Alimentação
Resultados dos testes à bateria:5 minutos de descarga;1 hora de repouso;
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VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃOVEC
Sistema de Tracção ComparaçãoSistema de Alimentação
Voc=15,45V;Rs=28mΩ;R1=10mΩ;C1=14,7F;
R2=137mΩC2=1036F
Para 75% do SOC os valores dos parâmetros do modelo:
O modelo simulado corresponde à resposta da bateria na descarga. No entanto, a dinâmica da tensão no descanso atinge um erro elevado, comparado com os dados reais.
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VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃOVEC
Sistema de Tracção Modelo da bateria de Ni-MHSistema de Alimentação
Novo modelo da bateria: Acrescenta uma nova malha RC que apenas actua quando a corrente é nula.
Resultados do modelo muito próximos dos práticos.
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VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃOVEC
Sistema de Tracção Modelo de um UC
Parâmetr
os
Valor
R1 1.38mΩ
C1 1973F
Cv1 240.39F
R2 6.83Ω
C2 592.07F
Cv2 56.28F
R3 17.65Ω
C3 64.31F
Cv3 439.2F
Ultracondensador da Maxwell BCAP 3000F
Sistema de Alimentação
Modelo do UC
Simulação do modelo do Ultracondensador da Maxwell BCAP 3000F
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VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃOVEC
Sistema de Tracção Energia em PistaSistema de Alimentação
Necessidade de modelar o VEC para o cálculo da energia dispendida numa prova.
500Wh para completar uma volta no circuito de Braga.
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VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃOVEC
Sistema de Tracção Sistema híbrido de armazenamentoSistema de Alimentação
C
Inversor/Controlador
CC/ CA MRConversor
CC/ CCBidireccional
Barramento CC
UC’s
Baterias ConversorCC/ CC
Bidireccional
O sistema híbrido de armazenamento constituído por baterias como fonte de energia e ultracondensadores como fonte de potência
VCC
CESS
CCC
L
UC’s ou baterias
VESS
iL
iCC
Topologia de conversor CC/CC utilizado
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VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃOVEC
Sistema de Tracção Método de controloSistema de Alimentação
C
Inversor/Controlador
CC/ CA MRConversor
CC/ CCBidireccional
Barramento CC
UC’s
Baterias ConversorCC/ CC
Bidireccional
Controladorde
Tensão
Algoritmo de gestão de energia
Controlador meia ponte
UC’s
Controlador meia ponte
Baterias
Corrente de referência
Velocidade do VEC
SOC da bateria
SOC dos UC’s
Ref. da corrente dos UC’s
Referência da corrente das baterias
PWM
PWM
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VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃOVEC
Sistema de Tracção Resultados SimulaçãoSistema de Alimentação
Regeneração
Tensão do barramento
Corrente do inversor
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VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃOVEC
Sistema de Tracção Alimentações auxiliaresSistema de Alimentação
ConversorCC/ CC
Unidireccional
ConversorCC/ CC
ConversorCC/ CCIsolado
C
Inversor/Controlador
CC/ CA MR
Barramento CC
UC’s ConversorCC/ CC
Bidireccional
ConversorCC/ CC
Bidireccional
Baterias
TransceptorDisplay LCD
Electrónica
Baterias
ConversorCC/ CC
ConversorCC/ CCIsolado
Bomba de água
Relé Ventilador
Caso A
Caso B
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• A plataforma para extracção de dados, segundo o procedimento de teste desenvolvido, permite a parametrização da bateria.
• O modelo de três malhas RC apresenta melhores resultados do que o de duas para a tecnologia de bateria estudada.
• Dos testes à bateria de Ni-MH denota-se uma elevada queda de tensão protagonizada por uma dinâmica lenta. Devido a este fenómeno, conclui-se que esta bateria de Ni-MH não é a mais indicada para o projecto do VEC.
• O modelo do VEC desenvolvido fornece informação da quantidade de energia necessária numa prova de competição. No caso do circuito Vasco Sameiro a energia para completar uma volta é aproximadamente 500Wh.
• A simulação do sistema híbrido de armazenamento permite concluir a boa estratégia de controlo da tensão do barramento cc , segundo o algoritmo de gestão de energia desenvolvido.
Conclusões:
VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃOVEC
Sistema de Tracção Principais ConclusõesSistema de Alimentação
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Trabalhos Futuros:
•Integração dos efeitos da temperatura na parametrização do modelo da bateria.
•Parametrização da bateria segundo o novo modelo proposto.
•Desenvolvimento de um novo sistema de testes a baterias baseado em microprocessador.
•Aplicação de um banco de UC’s no projecto, e a parametrização do seu modelo eléctrico.
•Incorporação de um sistema de tracção na simulação do sistema de alimentação desenvolvido nesta tese.
• Implementação prática do sistema de alimentações auxiliares no VEC.
•Estudo da possibilidade de ligação à rede através do conversor de tracção.
VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃOVEC
Sistema de Tracção Trabalhos FuturosSistema de Alimentação
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