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ANEXO à Portaria n.º 549, de 25 de outubro de 2012

Medição de Emissão e Consumo em Veículos Elétricos Híbridos Leves (recarregáveis externamente ou não)

Introdução

A tecnologia de veículos elétricos híbridos (VEH) progrediu significativamente desde a publicação original da Norma SAE J1711, em 1999. O VEH esteve em produção por mais de uma década e partes do procedimento original mostraram-se bem sucedidas no tratamento de VEH, objeto deste texto normativo brasileiro. A revisão da Norma SAE J1711 realizada em 2010 é a mais completa atualmente e constitui a base internacional para os ensaios de VEH, inclusive das Normas ISO, sendo tomada também como referência nos casos não previstos neste procedimento.

Os princípios adotados neste procedimento poderão ser estendidos a outros ciclos de condução, tais como os cinco principais ciclos de ensaio utilizados recentemente nos EUA para avaliar o consumo de combustível do veículo (UDDS_urbano, HFEDS_estrada, US06, SC03, e UDDS_Clima Frio), bem como aos ciclos Europeu e Japonês.

Avanços em componentes elétricos do grupo propulsor e controles computadorizados permitiram a difusão do desenvolvimento de veículos híbridos elétricos. Os VEH combinam os elementos do grupo propulsor de veículos convencionais e veículos elétricos (VE) e demonstram consumo de combustível e gases de escapamento substancialmente reduzidos. Um obstáculo para o desenvolvimento de VEH comerciais tem sido a ausência de um procedimento amplamente aplicável e aceito para medição de gases de escapamento e consumo de combustível do VEH.

1. Após 20 anos de desenvolvimento sob a colaboração de órgãos governamentais, indústrias automotivas e laboratórios renomados, o procedimento SAE J1711 tornou-se a referência internacional para a avaliação de veículos híbridos e, por consenso da Comissão Técnica de Veículos Híbridos e Elétricos da AEA – Associação Brasileira de Engenharia Automotiva, passa a ser recomendado na forma deste texto normativo para uso no Brasil como complemento às Normas ABNT NBR 6601 e 7024, modificando-as apenas nas características típicas inerentes e requeridas pelos veículos híbridos.

O projeto de VEH apresenta grande flexibilidade, tanto em componentes quanto na forma de operar, e podem ser classificados por três características principais, isoladas ou combinadas:

a) recarga externa possível ou não;

b) sistema de armazenamento de energia: bateria, capacitor ou volantes eletromecânicos;

c) modos operacionais selecionáveis pelo motorista: se não for permitida a seleção, o veículo tem apenas o modo VEH; caso contrário, ele possui três possibilidades: híbrido – VEH, motor de combustão – MCI ou puramente elétrico – VE. Além destas, ainda há opções no próprio modo VEH, tais como “Power” para direção agressiva,

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“ECO” para melhor economia e outros. A escolha dos modos operacionais para os ensaios deve ser determinada conforme o interesse e instrução do solicitante do ensaio.

Nos VEH com motor de combustão interna, as medições de emissão e de consumo de combustível são essencialmente as mesmas dos veículos convencionais, entretanto, a energia interna do sistema de armazenagem – RESS no final do ensaio pode ser diferente da inicial, o que exige considerações adicionais para o cálculo correto do consumo energético e das emissões correspondentes. A Figura 1 indica as correções que devem ser introduzidas como descrito neste método. A interpolação linear descrita no Apêndice C representa o atual estágio de conhecimento para esta finalidade.

1 – motor de combustão A – condição antes do ensaio

2 – motor elétrico B – condição depois do ensaio

3 – tanque de combustível B1– condução por combustível e por energia elétrica

4 – bateria/capacitor B2 – combustível usado somente para a condução

B3 – combustível adicional usado para carga da bateria

Figura 1 – Quantidades de energia antes e depois do ensaio.

1. Escopo

Este documento estabelece procedimentos uniformes de ensaio em dinamômetro de chassi para veículos híbridos elétricos (VEH) leves. O procedimento estabelece instruções para medição e cálculo de emissões de gases de escapamento e consumo de combustível de VEH dirigidos no ciclo de condução urbano (CCU) e no ciclo estrada (CCE). Entretanto, os procedimentos são estruturados para que outros ciclos de ensaio também possam ser utilizados, desde que procedimentos preparatórios, extensão dos ensaios e fatores de ponderação sejam modificados adequadamente.

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Além disso, este documento não especifica quais emissões constituintes devem ser medidas (ex., HC, aldeídos, material particulado, etanol, CO, NOx, CO2); ao invés disso, essa decisão dependerá dos objetivos do ensaio. Os cálculos de emissões para operação de veículo híbrido elétrico plug-in (VEHP) são fornecidos como resultados para a elaboração de inventário, onde o consumo de combustível e de energia elétrica são ponderados da mesma maneira. As considerações sobre a medição de emissões a bordo ou em laboratório, dos benefícios relativos à condução nos modos de “emissões-zero” e da forma de ponderar um ciclo com “partida a frio” em regime de redução de carga (CD) devem ser decididas previamente à escolha da metodologia de certificação. Assim, os cálculos ou a metodologia de ensaio com o propósito de certificar um VEHP para conformidade com padrões de emissões estão além do escopo deste documento.

Para fins deste procedimento de ensaio, um VEH é definido como um veículo rodoviário que possa usar energia de propulsão de ambas as fontes de energia armazenada: (1) um combustível consumível e (2) um sistema recarregável de armazenamento de energia (RESS) que seja recarregado pelo sistema de propulsão híbrida a bordo, uma fonte de energia elétrica externa ou ambos.

Os combustíveis consumíveis compreendidos por este documento são limitados a combustíveis líquidos (ex. gasolina, etanol, suas misturas e óleo Diesel) e gás natural veicular. Os RESS compreendidos por este documento incluem baterias, capacitores e volantes eletromecânicos. Os procedimentos incluem os modos de operação com redução de carga (CD) de veículos elétricos híbridos projetados para serem normalmente recarregados externamente e os cálculos fornecidos permitem combinar os comportamentos do veículo nos regimes CD e de sustentação de carga (CS), de acordo com estatísticas de condução em uso normal.

Os VEH devem possuir um RESS com energia nominal superior a 2% da energia do combustível consumido em um ciclo particular de ensaio para estarem qualificados para os procedimentos contidos neste documento.

Procedimentos de ensaio em dinamômetro elétrico de um rolo são especificados preferencialmente, para minimizar variações entre ensaios em pista e obedecer a práticas industriais padronizadas para as medições de emissões de gases de escapamento e de consumo de combustível.

Este documento não inclui procedimentos de ensaio para modos de operação ou veículos dependentes de recarga (RD) (veja 3.1.2 para a definição), os quais são objeto de procedimentos específicos.

Este documento não trata dos métodos ou equações necessárias para calcular a medida ajustada em quilômetros por litro utilizada no Programa de Etiquetagem de Eficiência Energética Veicular, os quais são definidos nas Normas ABNT NBR 6601 e 7024 e, no seu Regulamento pelo INMETRO.

1.1. Exigências Adotadas para o Desenvolvimento deste Procedimento

O objetivo geral do desenvolvimento deste documento foi o de permitir o ensaio de qualquer VEH em um caráter justo e comparável com veículos comuns, veículos elétricos (VE) e outros VEH. Atingir este objetivo exigiu o cumprimento das seguintes exigências:

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a. Este documento deve oferecer uma prática recomendada de medição de emissões de gases de escapamento e de consumo de combustível de qualquer tipo de projeto VEH ou estratégia de controle, como definido na Seção 1.

b. A determinação das emissões de gases de escapamento e consumo de combustível representativas deve levar em conta o uso de recarga externa pelo motorista, as estimativas da distância percorrida entre recargas e o uso dos modos de operação selecionáveis pelo motorista, caso seja aplicável.

c. Os VE e veículos convencionais ensaiados de acordo com este documento devem produzir os mesmos resultados como se fossem ensaiados conforme os procedimentos correntemente estabelecidos para tais veículos.

d. Os métodos de medição e ciclos de condução devem ser consistentes com os usados em procedimentos existentes para VE e veículos convencionais.

e. Os ensaios não podem exigir modificações ou forçar o sistema de controle de um veículo a um desempenho diferente do que o mesmo possuiria sob o controle do motorista em uso normal.

f. Este documento deve fornecer uma fundamentação técnica para auxiliar as agências regulamentadoras governamentais no desenvolvimento de certificações de consumo de combustível e ensaios de conformidade para VEH.

g. Este documento deve ser o mais curto e simples possível.

1.2. Visão Geral do Procedimento

Este documento consiste de três seções básicas: classificação do VEH, ensaio do veículo em cada ciclo de condução e ponderação dos resultados.

1.2.1. A Classificação do VEH é Feita de Acordo com as Seguintes Informações do Fabricante:

a. Identificar o tipo de sistema recarregável de armazenamento de energia (bateria, capacitor ou volante eletromecânico).

b. Determinar se o RESS é projetado para ser recarregado por uma fonte externa de energia elétrica. Todos os VEH são ensaiados de acordo com os procedimentos com carga sustentada e somente VEH recarregáveis externamente (VEHP) exigem ensaios com a redução de carga do RESS. Se o VEH possuir capacidade de recarga por fonte externa, mas esta capacidade for somente para fins de condicionamento eventual do RESS e não for recomendada ao usuário para uso rotineiro, então o VEH não deve ser classificado como um VEHP.

1.2.2. Procedimento de Ensaio para cada Ciclo de Condução

Apenas os procedimentos brasileiros são tratados neste documento (Seção 4). VEHP exigem ambos os ensaios no modo de redução de carga e no modo de carga sustentada, enquanto que VEH não recarregáveis só exigem o ensaio de carga sustentada.

1.2.3. Ponderação dos Resultados

Para os VEHP, os resultados obtidos no regime de redução de carga podem ser combinados com os obtidos com sustentação de carga, de acordo com as estimativas de distância entre as recargas e as distâncias dirigidas diariamente (Seção 6).

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2. Referências Normativas

2.1. Publicações Aplicáveis

As seguintes publicações podem complementar esta especificação dentro dos limites ora especificados. A menos que indicado o contrário, as Resoluções do CONAMA e Normas do INMETRO listadas a seguir devem ser aplicadas, onde cabível, bem como as últimas edições das Normas SAE mencionadas.

2.1.1. Normas Brasileiras

ABNT NBR 6601 Veículos rodoviários automotores leves – Determinação de hidrocarbonetos, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio, dióxido de carbono e material particulado no gás de escapamento – Setembro de 2012;

ABNT NBR 7024 Veículos rodoviários automotores leves – Medição de consumo de combustível – Método de ensaio – Março de 2010;

ABNT NBR 10312 Veículos rodoviários automotores leves – Determinação da resistência ao deslocamento por desaceleração Iivre em pista de rolamento e simulação no dinamômetro – Agosto de 2009;

ABNT NBR 11481 Veículos rodoviários automotores leves - Medição de emissão evaporativa – Março de 2010;

ABNT NBR 12026 Veículos rodoviários automotores leves - Medição de emissão de aldeídos e cetonas contidas no gás de escapamento, por cromatografia líquida – Método DNPH – Abril de 2009;

ABNT NBR 15598 Veículos rodoviários automotores leves – Determinação de etanol não queimado contido no gás de escapamento, por cromatografia gasosa – Método de ensaio – Agosto de 2008;

2.1.2. Publicações da SAE

SAE J1711 Prática recomendada para medição de gases de escapamento e consumo de combustível para veículos híbridos elétricos, incluindo veículos híbridos plug-in – Junho de 2010;

SAE J1634 Consumo de energia por veículos elétricos e procedimento de ensaio de autonomia – Outubro de 2012;

SAE J1715 Terminologia - Veículo híbrido elétrico (VEH) & veículo elétrico (VE) – Outubro de 2008;

SAE J2263 Medição de carga em pista usando anemometria a bordo e técnicas de desaceleração (coast down) – Dezembro de 2008;

SAE J2264 Simulação de carga em pista em dinamômetro de chassi usando técnicas de desaceleração – Novembro de 2007;

SAE J2841 Definições de fator de utilização para veículos elétricos híbridos plug-in usando dados do levantamento de viagens domésticas nacionais em 2001 do Departamento de Transportes dos E.U.A. – Setembro de 2010;

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SAE 2005-01-0685 Duoba, M., et al., “Investigating possible fuel economy bias due to regenerative braking in testing HEVs on 2wd and 4wd chassis dynamometers” – Abril de 2005.

3. Definições

3.1. Geral

3.1.1. Veículo Elétrico Híbrido (VEH) – Veículo rodoviário que possa receber energia de propulsão de duas fontes de energia armazenada:

um combustível consumível e,

um RESS recarregado por sistema elétrico de geração a bordo, uma fonte externa de energia elétrica, ou ambos. No modo híbrido de operação, o motor de combustão e o sistema elétrico podem ser utilizados sequencial ou simultaneamente para a propulsão, de acordo com o próprio sistema.

3.1.2. Dependente de Recarga (RD) – Classificação que descreve um veículo específico ou modo de operação selecionado pelo motorista em um VEHP, no qual uma ou ambas as condições a seguir ocorrem enquanto nenhum outro modo for selecionado:

a propulsão do veículo torna-se eventualmente impossível se o RESS não for recarregado por uma fonte externa de energia elétrica, mesmo que o suprimento de combustível consumível seja reabastecido continuamente;

o motorista é avisado ou instruído pelo veículo a interromper a condução neste modo de operação, pois o RESS contém muito pouco suprimento de energia.

Os modos de operação puramente elétrico – VE (sem acionamento automático do motor de combustão ou do sistema híbrido) em VEHP são sempre considerados RD. No mesmo VEH, é possível que um modo de operação seja classificado como RD e outro não. O escopo deste documento não compreende VEHP ou modos de operação nos quais a recarga seja obrigatória para sua continuação.

3.1.3. Independente de Recarga (RI) – Classificação que descreve um veículo específico ou modo de operação selecionado pelo motorista no qual ambas as condições a seguir ocorrem enquanto nenhum outro modo for selecionado:

a propulsão do veículo é continuamente possível com o reabastecimento de combustível consumível, mesmo que o RESS nunca seja recarregado por uma fonte externa de energia elétrica e

o motorista nunca é advertido ou instruído a interromper a condução neste modo de operação, mesmo se o RESS contiver um suprimento muito baixo de energia. Um exemplo de modo de operação RI é quando a propulsão do veículo ainda seja possível, mesmo que o RESS esteja totalmente sem energia útil. Também, em um VEH que não seja recarregável externamente e opere em CS, todos os modos de operação são considerados RI, independentemente do fato da propulsão do veículo ser ou não possível antes de uma recarga ou de o motorista alguma vez ser alertado a interromper a condução, como descrito na definição do veículo dependente de recarga.

3.1.4. Veículo Elétrico Híbrido com Carga Sustentada (VEH CS) – Classificação de veículo que descreve um VEH, seja com um RESS não recarregável por uma

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fonte externa de energia elétrica, seja quando a recarga externa seja somente para o seu condicionamento eventual ou outros propósitos não relacionados à propulsão do veículo. O VEH CS obtém sua energia líquida do combustível a bordo em condições normais de uso. Instantaneamente ou durante um curto período de tempo, VEH CS podem trabalhar com redução ou aumento de carga do RESS. Esta definição significa que o RESS mantém ou sustenta seu nível de carga após muitas horas de condução.

3.1.5. Veículo Elétrico Híbrido Plug-In (VEHP) – Classificação que descreve um VEH com um RESS projetado para ser recarregado por uma fonte de energia elétrica externa ao veículo, geralmente um sistema para corrente alternada (AC).

OBSERVAÇÃO: Equivale a um “VEH com capacidade de recarga externa”, ou um “VEH conectável à rede elétrica,” ou um “VEH recarregável externamente”.

3.1.6. Regime de Carga Sustentada (CS) – Regimes de operação onde o VEH funciona através do consumo da energia do combustível enquanto sustenta a energia elétrica do RESS.

3.1.7. Regime de Redução de Carga (CD) – Regime de operação de um VEH no qual o veículo funciona consumindo somente energia elétrica do RESS, recarregado por uma fonte externa de energia ou juntamente com a energia do combustível, simultânea ou sequencialmente, até a condição de regime CS.

3.1.8. Autonomia de Operação Exclusivamente no Modo Elétrico (AER) – Distância total e contínua que um VEHP percorre no modo exclusivamente elétrico (no qual o motor de combustão do veículo não entra em operação), ou seja, anteriormente à primeira partida do motor em um determinado ensaio de carga completa (FCT, item 4.3).

3.1.9. Modo de Operação Selecionável – Modo operacional (puramente elétrico, híbrido ou somente combustão) que o motorista pode selecionar por comutadores ou outros meios, caso existentes no veículo.

3.1.10. Ciclo com Carga Balanceada – Ciclo de condução no qual a alteração (do início ao final) no nível de carga (SOC) do RESS do veículo é mantida dentro de uma tolerância especificada, expressa em Ampères-hora.

3.1.11. Ciclo de Transição – Ciclo de ensaio, de um VEHP com carga completa (FCT), no qual o monitoramento da energia do RESS indicar uma transição do modo CD para o modo CS. O ciclo de transição terminará no modo CS, mas apresentará redução de energia, e o(s) ciclo(s) seguinte(s) será(ão) CS. Esta definição é ilustrada na Figura 2.

Figura 2 – Definição do ciclo de transição.

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3.1.12. Faixa de Transição – Distância percorrida entre os modos de operação CD e CS, no ensaio FCT de um VEHP, quando o ciclo ou ciclos anteriores ao primeiro ciclo CS não forem propriamente CD. Esta parte do FCT é definida como a faixa de transição, ilustrada na Figura 3.

Figura 3 – Distâncias teórica e efetiva de redução de carga (RCDc, RCDa) e faixa de transição.

3.1.13. Distância Percorrida no Ciclo – Distância percorrida medida no ciclo de condução utilizado.

3.1.14. Distância Teórica de Redução de Carga (RCDc) – Número de ciclos percorridos, num determinado FCT, pelo menos parcialmente no modo CD, multiplicado pela extensão nominal do ciclo considerado. Ciclos percorridos no modo carga sustentada, de acordo com o Critério de Conclusão do Ensaio, não estão incluídos na RCDc. A RCDc inclui o ciclo de transição, no qual o veículo pode ter operado em ambos os modos. Se o FCT possuir uma faixa de transição, a RCDc também incluirá os ciclos correspondentes.

3.1.15. Distância Efetiva de Redução de Carga (RCDa) – Distância estimada na qual o RESS tenha esgotado a energia carregada externamente. É a distância total, medida a partir do início do FCT, ao longo dos ciclos de ensaio CD subsequentes, e terminando em um ponto no ciclo de transição, proporcionalmente à alteração do SOC no mesmo, comparado com o ciclo anterior. A RCDa sempre deve ser menor ou igual à RCDc.

3.1.16. Início do Ensaio – Ponto da sequência de ensaio no qual o comutador de ignição do veículo (ou equivalente) seja ligado pela primeira vez.

3.1.17. Conclusão do Ensaio – Ponto, em tempo e distância, no qual o veículo tenha sido desacelerado até a sua paralização, de acordo com os critérios apropriados de finalização de ensaio, e o comutador de ignição (ou equivalente) tenha sido desligado.

3.2. Veículo

3.2.1. Combustível Consumível – Qualquer material líquido ou gasoso que libere energia e cuja massa seja consumida como resultado do procedimento de ensaio. Os combustíveis consumíveis considerados neste documento estão limitados a

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combustíveis líquidos à base, de petróleo (ex., gasolina e óleo Diesel), de álcool (ex., metanol e etanol), suas misturas e combustíveis gasosos à base de hidrocarbonetos (ex., gás natural veicular), conforme especificados pela Norma ABNT NBR 8689.

3.2.2. Sistema Recarregável de Armazenamento de Energia (RESS) – Componente ou sistema de componentes que armazena energia suprida por um gerador elétrico a bordo, uma fonte externa de energia elétrica, ou ambos. Os exemplos de RESS para VEH incluem baterias, capacitores e volantes eletromecânicos.

3.2.3. Motor de Combustão Interna (MCI) – Dispositivo que converte a energia de um combustível consumível em energia mecânica, podendo ser um motor de ignição por faísca ou por compressão. Para a avaliação do veículo no modo de operação somente MCI, o freio regenerativo é desabilitado.

OBSERVAÇÃO: Embora uma célula de combustível use um combustível consumível, ela não é considerada um motor em si, pois ela não produz energia mecânica.

3.2.4. Sistema Elétrico de Motor-Gerador – Dispositivo localizado permanentemente no veículo que possui a capacidade de converter energia mecânica em energia elétrica recarregando o RESS ou energia elétrica em energia mecânica para impulsionar o veículo, ou ambas.

3.2.5. Veículo Elétrico – Veículo que possui pelo menos um motor elétrico de propulsão e um RESS.

3.2.6. Fonte Externa de Energia Elétrica – Fonte de energia elétrica que não possa ser conectada ou acoplada ao veículo de maneira alguma durante a condução do veículo. Um exemplo de uma fonte externa de energia elétrica é uma tomada da rede pública à qual o veículo pode ser conectado para recarga da bateria. Por outro lado, um carregador indutivo embutido à estrada não se encaixaria nesta definição.

3.2.7. Consumo de Energia Elétrica (EC) – Quantidade de energia elétrica total utilizada por um veículo durante um ou todos os ciclos CD no FCT. Pode ser expressa tanto em Watts-hora (Wh) como por unidade de distância em Watts-hora/quilômetro (Wh/km).

3.2.8. Energia de Recarga AC – Energia elétrica proveniente de uma fonte externa que alimente o carregador do RESS, medido em Watts-hora efetivo.

3.2.9. Consumo de Energia DC – Energia DC líquida total medida na saída do RESS durante todo o ensaio FCT (Full Charge Test), expressa em Watts-hora em corrente contínua (Wh DC) ou por unidade de distância em Watts-hora em corrente contínua/quilômetro (Wh/km DC).

OBSERVAÇÃO: Este parâmetro pode ser atribuído à corrente contínua (DC) em Wh medida nos terminais do RESS a bordo ou a energia AC em Wh medida durante a recarga e associada ao consumo durante a condução. Portanto, o consumo de energia elétrica deve sempre ser expresso em “Wh/km DC” ou “Wh/km AC.”

3.2.10, Consumo de Combustível (FC) – Quantidade de combustível usada por um veículo durante qualquer ciclo de ensaio descrito neste documento, expressa em

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unidades de massa ou volume por quilômetro rodado, de acordo com a Norma ABNT NBR 7024.

3.2.11. Frenagem Regenerativa – Desaceleração do veículo causada pela operação de um sistema motor-gerador, fornecendo energia elétrica ao RESS.

3.2.12. Carregador – Componente que recarrega o RESS conectando-o à rede elétrica e convertendo energia elétrica AC em energia elétrica DC nos níveis de tensão e corrente apropriados.

OBSERVAÇÃO: Para os propósitos deste procedimento, o carregador, seja interno ou externo, é considerado parte do sistema do veículo. As medições de consumo de energia elétrica consideradas neste procedimento incluem o desempenho (eficiência) do carregador.

3.2.13. Comutador para regime de Carga Sustentada (CS) – Dispositivo projetado pelo fabricante para quem ensaia o veículo determinar manualmente o modo CS, usando os controles de ajuste do veículo ou agregando um dispositivo externo computadorizado.

OBSERVAÇÃO: Este não é um requisito para ensaios.

3.2.14. Indicador de Carga Sustentada (CS) – Indicador projetado pelo fabricante para verificar se o veículo está em regime CS. Pode ser incluído no painel de instrumentos do veículo ou pertencer a um monitor de um dispositivo externo computadorizado.

OBSERVAÇÃO: O indicador CS do veículo não assegura o ajuste do valor correto da carga para o ensaio em um ciclo padrão, por isso é sempre necessário seguir o procedimento especificado neste documento.

3.2.15. Carga Completa – Nível de carga do RESS associado à capacidade máxima de armazenamento de energia externa, estabelecida pelo fabricante como recomendações para o equipamento e procedimento de carga apropriados. O carregador deve indicar carga completa em um indicador de fácil leitura em algum lugar do veículo ou nas conexões do carregador. O nível deve ser indicado ao técnico de ensaios do veículo e também ter repetitividade de um ensaio para outro para assegurar cálculos precisos e confiáveis de consumo de energia AC em kWh.

3.2.16. Energia de Recarga AC (Wh AC) – Energia total AC exigida para recarregar o RESS de volta ao nível em que o ensaio teve início.

3.3. Bateria – Dispositivo que armazena energia química e libera energia elétrica.

3.3.1. Capacidade Nominal da Bateria – Capacidade nominal de fábrica, em Ampères-hora (Ah), de uma bateria ser descarregada à taxa de descarga recomendada pelo fabricante até atingir a tensão mínima especificada de desligamento do terminal.

3.3.2. Nível de Carga da Bateria (SOC) – Capacidade restante disponível de uma bateria expressa em Ampères-hora (Ah) ou em porcentagem da capacidade máxima nominal da bateria.

OBSERVAÇÃO: Quantificar uma alteração no SOC da bateria não exige informações da capacidade total da bateria. Portanto, ΔSOC pode ser expresso por ΔAh. O valor SOC usado nesta definição não deve ser confundido com o SOC indicado no veículo.

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3.3.3. Tensão do Sistema (Vsistema) – Tensão nominal da bateria de propulsão associada ao SOC na operação CS. Este valor deve ser fornecido pelo fabricante.

3.4. Capacitor – dispositivo que armazena energia eletrostática e libera energia elétrica.

3.4.1. Nível de Carga do Capacitor (SOC) – Capacidade restante de um capacitor expressa em volts ao quadrado (V2) ou como uma porcentagem do valor máximo nominal de V2 do capacitor.

3.4.2. Limite Superior de Tensão do Capacitor – Limite superior de tensão no qual poderiam ocorrer danos ao capacitor, como determinado pelo fabricante.

3.4.3. Capacitância do Capacitor – Capacitância (C) é conhecida como a razão de Carga (Q) e Tensão (V) na fórmula: C = Q/V (em Farads).

3.5. Volante Eletromecânico – Dispositivo que armazena energia cinética de rotação e que pode liberá-la para um sistema elétrico de motor-gerador, produzindo energia elétrica.

3.5.1, Nível de Carga (SOC) do Volante Eletromecânico – Capacidade restante de um volante eletromecânico, expressa em rotações por minuto ao quadrado (rpm2). Também pode ser expressa como uma porcentagem do valor máximo nominal de rpm² do volante.

3.5.2. Velocidade Máxima Nominal de Rotação – Velocidade angular do volante eletromecânico totalmente carregado, como definido pelo fabricante.

3.6. Ciclos de Condução – Quaisquer ciclos de condução podem ser utilizados em conformidade com este procedimento, desde que observadas as condições de variação de carga do RESS e as correções do consumo de energia do veículo especificadas neste documento. Para o atendimento às regulamentações brasileiras de medição de emissões e de consumo de combustível devem ser utilizados o ciclo de condução urbana (CCU), de 1372 segundos, definido na Norma ABNT NBR 6601 e o de condução em estrada (CCE), de 765 segundos, definido na Norma ABNT NBR 7024.

3.6.1. Tolerância de Velocidade – Tolerância de velocidade em qualquer instante do ciclo de condução definida pelos limites superior e inferior, como descrito na Norma ABNT NBR 6601.

OBSERVAÇÃO: O “estilo” de condução também pode possuir efeito significativo sobre os resultados de emissões e/ou economia de combustível. Neste aspecto, devem-se utilizar as instruções da EPA de acordo com o CFR 40 § 86.128-00 (d), onde é exigido que o veículo seja conduzido com o movimento apropriado do pedal do acelerador necessário para seguir, tão próximo quanto possível, a curva nominal de velocidade-tempo fixada pelo ciclo de condução. A suavização de variações de velocidade e as perturbações excessivas do pedal de aceleração devem ser evitadas.

3.6.2. Violações de Tolerância de Velocidade – Velocidades que violem a tolerância definida na Norma ABNT NBR 6601 invalidam o ensaio. Entretanto, para todo o procedimento FCT com muitos ciclos exigidos, os critérios para um FCT válido devem ser reduzidos para menos de uma violação a cada dois ciclos (arredondados para menos de 0,5). Todas as violações de velocidade devem ser registradas.

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Raras excursões de velocidade que excedam a tolerância definida em 3.6.1 são aceitáveis para procedimentos FCT em que são exigidos muitos ciclos, se decorrentes de variabilidade do motorista. O critério para um FCT válido é: menos de um período de 2 s com uma tolerância expandida inferior a ± 6,8 km/h, por ciclo de ensaio CCU ou CCE. Violações para deslizamento de pneus nas trocas de marcha e frenagens bruscas são aceitáveis desde que inferiores a 2 segundos e sejam registradas indicando o tempo e a velocidade em que ocorreram. Bom discernimento de engenharia deve ser usado na aplicação desta compensação de tolerância de velocidade, dadas as exigências adicionais sobre treinamento de pessoal para ensaios de VEHP.

OBSERVAÇÃO: Uma única violação não invalidará todo o FCT que tenha três ciclos, por exemplo, mas duas violações sim. Similarmente, 2/5, 3/7, etc., são aceitáveis.

3.7. Terminologia de Nível de Carga (SOC) – Os SOC de baterias e capacitores definidos em 3.3.2, e 3.4.1, respectivamente, devem ser referidos a várias condições específicas, a saber:

SOCuinicial Identifica o SOC no início do primeiro ciclo urbano em um ensaio de carga sustentada (CST); (CST, item 4.3).

SOCufinal Identifica o SOC no final do segundo ciclo urbano em um CST.

SOChinicial Identifica o SOC no início do primeiro ciclo estrada em um CST.

SOChpausa Identifica o SOC no início do segundo ciclo estrada em um CST. O termo “pausa” se refere à pausa de 15 s entre o primeiro e o segundo ciclo estrada.

SOChfinal Identifica o SOC no final do segundo ciclo estrada em um CST.

Figura 4 – Ensaios em carga sustentada - medição do SOC.

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3.8. Tolerâncias de Variação Líquida de Energia (NEC)

Um dos critérios de validação de ensaios CS é que o RESS não tenha uma NEC entre o início e o final do ciclo superior à tolerância definida. A tolerância deve ser mantida pequena o suficiente para assegurar que o veículo seja operado, ao longo do ciclo de ensaios, o mais próximo possível da operação CS para atingir resultados repetíveis. Considerando as atuais limitações tecnológicas dos RESS e de medição, deve-se manter a menor variação possível entre os níveis inicial e final de energia líquida para reduzir o número de ensaios inválidos.

Para efeitos deste documento, foi estabelecido o objetivo de possibilitar a medição do consumo de combustível dentro de ± 3% do valor real e representativo do consumo de combustível, em qualquer CST. A experiência atual sugere que este objetivo pode ser cumprido limitando-se a variação da energia elétrica armazenada no RESS em ± 1% da energia total do combustível consumida ao longo do mesmo ciclo, conforme a Equação 1:

Durante o FCT, o Critério de Conclusão do Ensaio “end of test” - EOT (item 3.9) usa a tolerância de NEC na determinação da operação CS. Calcular a tolerância de NEC imediatamente ao final de cada ciclo no FCT com base no combustível consumido pode ser difícil para alguns laboratórios de ensaios, pois amostragem em sacos e os cálculos podem não ser completados antes que o novo ciclo de ensaio seja iniciado. Se esse atraso for problemático, a tolerância de NEC também pode ser definida com a energia do combustível obtida nos ciclos de ensaios CS correspondentes para remediar a situação. Para os ensaios FCT com ciclo urbano, a tolerância NEC é calculada usando o combustível consumido nos dois ciclos de ensaio CST e dividido por dois. Nos CST delineados neste documento com apenas um ciclo de condução, o consumo de combustível é o medido em apenas um ciclo.

Devido ao fato de diferentes tipos de RESS armazenarem energia de maneiras diversas, cada um utilizará equações específicas para definir o limite de NEC. As tolerâncias de NEC para baterias, capacitores e volantes eletromecânicos, bem como suas equações de apoio estão detalhados nos itens 3.8.1 a 3.8.3.

3.8.1. Baterias

Para baterias, as Equações 2 e 3 são usadas para energia elétrica e do combustível, respectivamente:

(Eq. 2)

(Eq. 3)

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Resolvendo estas equações para os valores máximos e mínimos permitidos para a NEC, os extremos permitidos para o SOCfinal da bateria são dados pelas Equações 4 e 5:

Portanto, a tolerância da NEC para baterias leva à Equação 6 para ∆SOC:

Onde:

NEC = Variação líquida da energia da bateria durante o ensaio, em Watts-hora;

= Máximo permitido de capacidade, expressa em Ampères-hora,

armazenada na bateria ao final do ciclo de ensaio;

= Mínimo permitido de capacidade, expressa em Ampères-hora,

armazenada na bateria ao final do ciclo de ensaio;

= Capacidade armazenada na bateria no início do ciclo de ensaio, em Ampères-hora;

= Valor líquido de energia interna do combustível consumível, em Joules por quilograma;

= Massa total de combustível consumido ao longo do ciclo de ensaio, em quilogramas;

= Tensão nominal DC do sistema da Bateria no nível de SOC no modo CS;

= Fator de conversão = 3600 s/h.

(Eq. 4)

(Eq. 5)

(Eq. 6) ou

15

3.8.2. Capacitores

Para os capacitores, as Equações 7 e 8 são usadas para energia elétrica e do combustível, respectivamente:

Resolvendo estas equações para os valores máximos e mínimos permitidos para a NEC, os extremos permitidos para o SOC final do capacitor são dados pelas Equações 9 e 10:

Portanto, a tolerância da NEC para capacitores leva à Equação 11 para ∆SOC:

Onde:

NEC = Alteração líquida no SOC do capacitor ao longo do ciclo de ensaio, em (V2);

= máximo valor permitido do quadrado da tensão armazenada no

capacitor ao final do ciclo de ensaio;

= mínimo valor permitido do quadrado da tensão armazenada no

capacitor ao final do ciclo de ensaio;

= quadrado da tensão armazenada no capacitor no início do ciclo de ensaio;

= Valor líquido de energia interna do combustível consumível, em Joules por quilograma;

= Massa total de combustível consumido ao longo do ciclo de ensaio, em quilogramas;

= Capacitância nominal do capacitor, em Farads.

(Eq. 7)

(Eq. 8)

(Eq. 9)

(Eq. 10)

(Eq. 11)

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3.8.3. Volantes Eletromecânicos

Para os volantes eletromecânicos, as Equações 12 e 13 são usadas para a energia elétrica e do combustível, respectivamente:

Resolvendo estas equações para os valores máximos e mínimos permitidos para a NEC, os extremos permitidos para o SOC final do volante são dados pelas Equações 14 e 15:

Portanto, a tolerância da NEC para volantes eletromecânicos leva à Equação 16

para ∆SOC:

Onde: NEC = Alteração Líquida no SOC do volante ao longo do ciclo de ensaio, em

unidades de rotação ao quadrado (rpm2);

(rpm2final)máx = máximo valor permitido do quadrado da velocidade angular para o

volante ao final do ciclo de ensaio, em (rpm2);

(rpm2final)mín = mínimo valor permitido do quadrado da velocidade angular para o

volante ao final do ciclo de ensaio, em (rpm2);

rpm2inicial = quadrado da velocidade angular do volante no início do ciclo de

ensaio

NHVcomb = Valor líquido de energia interna do combustível consumível, em Joules por quilograma;

mcomb = Massa total de combustível consumido ao longo do ciclo de ensaio, em quilogramas;

K3 = Fator de conversão = 4π2/3600 (rad2/s2/rpm2);

I = Momento nominal de inércia do sistema de volante, em quilograma-metro2.

(Eq. 12)

(Eq. 13)

(Eq. 14)

(Eq. 15)

(Eq. 16)

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3.9. Critério de Conclusão do Ensaio (EOT) do FCT

No FCT, os ciclos de ensaio são repetidos até que a energia armazenada no RESS atinja o nível CS. O fabricante deve informar se os controles do veículo só operam temporariamente em modo de carga sustentada (se o veículo carrega ou descarrega significativamente se a condução for estendida) para evitar a interrupção prematura do ensaio. Este ponto final do ensaio deve representar um nível de SOC que corresponda à energia consumida somente nos ciclos de descarga do FCT. Portanto, o SOC do ponto final deve estar próximo ao SOC correspondente à RCDc para alcançar a energia de recarga correta para o FCT.

O Critério EOT é atingido quando o primeiro intervalo de um ou mais ciclos estiver de acordo com a tolerância da NEC. Logo após a operação CD, a operação CS pode não estar sempre de acordo com a tolerância de NEC no primeiro ciclo. Entretanto, o FCT pode ser finalizado se a NEC acumulada ao longo de dois ou mais ciclos for menor que 1% do combustível consumido (ou como descrito em 3.8, a NEC pode ser calculada usando resultados de consumo de combustível do CST).

É recomendável que o laboratório de ensaios possua um sistema de indicação para alertar o motorista e os técnicos de apoio ao ensaio que o critério de finalização do FCT foi atendido durante as pausas entre ensaios. Na falta deste dispositivo, pode ser necessário repetir o ensaio para se determinar o número adequado de ciclos de ensaio.

Vários exemplos são ilustrados na Figura 5 para mostrar como o Critério EOT é aplicado. O gráfico superior mostra a tolerância da NEC atendida no último ciclo, no qual a NEC é menor que 1% da energia do combustível. Os dois seguintes mostram mais cenários possíveis, em que intervalos de múltiplos ciclos cumprem o Critério EOT.

Figura 5 – Vários cenários de critério EOT – base consumo de combustível.

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3.9.1. Critério Alternativo de Conclusão do Ensaio (EOT) do FCT

O atendimento da tolerância de NEC repetidamente pode ser difícil para alguns veículos. Por isso, um Critério EOT alternativo foi desenvolvido que pode ser útil para alguns projetos de veículos. O método é o mesmo, mas a tolerância utiliza a capacidade total como o critério para a finalização do ensaio. O Critério EOT alternativo valida a operação CS se o ΔSOC do último ciclo ou série de ciclos for menor que 2% da capacidade total esgotada ou da tolerância de NEC, a que for maior.

São mostrados vários exemplos para ilustrar este critério alternativo na Figura 6. O gráfico superior mostra o Critério EOT atendido no último ciclo, onde o valor absoluto da diferença |SOC2 - SOC3| é menor que 2% da diferença |SOC1 - SOC3|. Os dois gráficos seguintes mostram mais cenários possíveis, onde intervalos de múltiplos ciclos atendem o Critério EOT alternativo.

Figura 6 – Critério alternativo para EOT – base ∆SOC.

4. Procedimentos de Ensaio

Os procedimentos de ensaio definidos neste documento complementam os procedimentos das Normas ABNT NBR 6601 e 7024.

4.1. Condições para Ensaio

O local de ensaios deve ter capacidade e segurança adequadas para a ventilação e refrigeração de baterias, contenção para volantes, proteção contra exposição a alta tensão, ou qualquer outra precaução de segurança necessária que deva ser fornecida durante ensaios e recargas externas. As condições dos itens 4.1.1 a 4.1.3 também devem se aplicar a todos os ensaios definidos neste documento. Para outras condições de ensaio não tratadas especificamente neste documento, devem ser aplicadas as condições especificadas na Norma ABNT NBR 6601, quando apropriado.

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4.1.1, Condição do Veículo – Condições estabelecidas pelas Normas ABNT NBR 6601 e 7024, exceto o destacado neste documento.

4.1.1.1. Estabilização do Veículo – Antes do ensaio, o veículo de ensaio deve ser pré-condicionado como especificado nas Normas ABNT NBR 6601 e 7024, inclusive o acúmulo de quilometragem do veículo a uma distância determinada pelo fabricante ou 3000 km (de acordo com a regulamentação brasileira). Veículos para os quais for recomendada a recarga externa regularmente devem ter seu RESS recarregado completamente pelo menos uma vez entre cada reabastecimento de combustível consumível. Entretanto, a frequência de recarga para o RESS não deve ser maior do que a prevista para o uso normal do veículo, recomendada pelo fabricante ao usuário.

4.1.1.2. Acessórios do Veículo – Os veículos devem ser ensaiados com os acessórios normais (ex., retrovisores, parachoques, etc.). Certos itens como calotas podem ser removidos quando necessário, para segurança no dinamômetro.

4.1.1.3. Condicionamento de Pneus – Os pneus devem possuir pelo menos 50% da profundidade original das ranhuras remanescente, sendo recomendável que o pneu possua um mínimo acumulado de 100 km.

4.1.1.4. Lubrificantes – Devem ser usados os lubrificantes normalmente especificados pelo fabricante do veículo para uso normal.

4.1.1.5. Condução do Veículo e Mudança de Marchas – O veículo deve ser conduzido durante o ensaio de acordo com as recomendações do fabricante ao usuário, inclusive para as mudanças de marcha e escolha dos modos de operação, desde que estas sejam razoavelmente esperadas como representativas das condições de uso normal.

4.1.1.6. Frenagem Regenerativa – Se o veículo possuir frenagem regenerativa, este sistema deve ser ativado para todos os ensaios em dinamômetro (com exceção de ensaio preparatório como a Determinação de Coeficiente de Carga no Dinamômetro como descrito em 4.1.3.4). Dependendo de como a frenagem regenerativa é combinada com o sistema de freio de rodas (fricção), o modo mais exato de contabilizar o efeito da frenagem regenerativa é ensaiar o veículo em um dinamômetro elétrico para tração nas quatro rodas. Entretanto, foi mostrado (Duoba 2005; item 2.1.2 deste documento) que a contribuição da frenagem regenerativa em muitos projetos modernos de veículos híbridos leva praticamente ao mesmo resultado tanto no dinamômetro para tração em duas rodas quanto no dinamômetro para tração em quatro. Os fabricantes devem declarar se o ensaio do veículo em um dinamômetro para tração em duas rodas pode alterar de maneira significativa as contribuições da frenagem regenerativa nos resultados finais.

4.1.1.7. Controle de Tração – Se o veículo for equipado com um Sistema de Freios Antiblocante (ABS) ou um Sistema de Controle de Tração (TCS) e for ensaiado num dinamômetro para tração em duas rodas, o ABS ou TCS do veículo pode inadvertidamente interpretar a ausência de movimento no eixo que está fora do dinamômetro como um sistema com mau funcionamento. Se isso ocorrer, modificações no ABS ou no TCS devem ser feitas para assegurar operação normal dos sistemas remanescentes do veículo, incluindo o auxílio de motor elétrico, partida-desligamento do motor, e sistema de frenagem regenerativa. Tal procedimento deve ser definido pelo fabricante, preferencialmente acessível por um

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comando como “modo teste”, e não pode influir nas características que afetem os resultados de emissões, consumo e desempenho do veículo.

4.1.2. Condição do Sistema de Armazenamento de Energia (RESS)

4.1.2.1. Estabilização do RESS – O RESS deve ser estabilizado pelo próprio veículo, como definido em 4.1.1.1 ou por condicionamento equivalente. No caso em que um ciclo de estabilização diferente do especificado em 4.1.1.1 seja necessário, é responsabilidade do fabricante do veículo demonstrar que o ciclo usado é equivalente em sua capacidade de estabilizar o RESS.

4.1.2.2. Recarga Externa – Se o veículo for equipado com um carregador, este deve ser usado para todas as recargas externas do RESS. Caso contrário, o RESS deve ser recarregado com o carregador externo recomendado pelo fabricante do veículo. Se níveis múltiplos de potência de recarga forem aceitáveis, o RESS deve ser recarregado com o maior nível de potência que ele é capaz de suportar. Por exemplo, se o veículo puder se conectar à alimentação de 110 V/15 A ou 220 V/30 A, a alimentação 220 V/30 A deve ser utilizada para recarga. O período de recarga inclui o tempo de quando o veículo é conectado pela primeira vez até quando este é finalmente desconectado da alimentação de energia externa ao veículo elétrico.

4.1.2.3. Falha do RESS – Caso o RESS esteja danificado ou apresente capacidade de armazenamento de energia abaixo da capacidade nominal especificada pelo fabricante, o RESS deve ser reparado ou substituído, estabilizado novamente de acordo com o item 4.1.2.1 e o procedimento de ensaio repetido. Resultados de ensaios com um RESS com falhas devem ser considerados inválidos.

4.1.3. Condição do Dinamômetro

4.1.3.1. Capacidades do Dinamômetro – Os dinamômetros usados em ensaios de VEH devem ter suas capacidades especificadas na Norma ABNT NBR 6601, incluindo a capacidade de controlar dinamicamente a carga de inércia durante o procedimento, devendo ser calibrados, aquecidos e operados segundo a mesma norma citada.

4.1.3.2. Configurações do Dinamômetro – Os dinamômetros usados no ensaio de VEH devem ser configurados como especificado na Norma ABNT NBR 6601, sendo preferencialmente do tipo elétrico de rolo simples de 48”. Se o VEH possuir tração nas quatro rodas, o mesmo deve ser ensaiado em um dinamômetro para tração nas quatro rodas. Veículos com tração nas quatro rodas podem ser ensaiados em um modo de operação de tração em duas rodas ou, opcionalmente, modificados pelo fabricante para que um dos eixos seja desacoplado, se aplicável.

4.1.3.3. Frenagem Aumentada do Dinamômetro - A função de frenagem aumentada do dinamômetro (se houver) deve ser desligada durante ensaios de VEH ou VEHP, pois ela interfere no funcionamento apropriado da frenagem regenerativa nesses veículos e pode causar impacto desfavorável no benefício de frenagem regenerativa nos ensaios de veículos híbridos.

4.1.3.4. Determinação do Coeficiente de Carga do Dinamômetro – Os coeficientes do dinamômetro que simulam as forças de resistência total ao rolamento devem ser determinados como especificado na Norma ABNT NBR 10312, com os seguintes requisitos adicionais:

a. Veículos equipados com sistemas de frenagem regenerativa que são acionados somente pelo pedal de freio não devem exigir ações especiais para ensaios de

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desaceleração natural (coast down), tanto na pista de ensaios quanto no dinamômetro.

b. Veículos equipados com sistemas de frenagem regenerativa que sejam acionados pelo menos parcialmente quando o pedal de freio não está sendo pressionado deve ter a frenagem regenerativa desativada durante a desaceleração do ensaio de “coast down”, tanto na pista de testes quanto no dinamômetro, preferencialmente através do uso de uma marcha “neutra” sem frenagem regenerativa ativa ou através de mudanças temporárias de software no sistema de controle do veículo. Alterações mecânicas no veículo para desativar a frenagem regenerativa (como a remoção do eixo) são desaconselhadas. Entretanto, se este recurso for imprescindível, devem ser tomadas todas as precauções de segurança durante a operação do veículo, e as mesmas modificações mecânicas devem ocorrer tanto na pista de testes quanto no dinamômetro. Métodos para acelerar um veículo sem um eixo de transmissão tanto na pista de testes quanto no dinamômetro devem ser determinados pelo fabricante e não podem influir nas características que afetem os resultados de emissões, consumo e desempenho do veículo.

c. Se o veículo não possuir um ponto neutro mecânico, o fabricante deve prescrever procedimentos e métodos de cálculo para a determinação da resistência total ao rolamento que considerem corretamente a possibilidade de que uma quantidade significativa de inércia rotacional (possivelmente 5% ou mais da massa do veículo) não seja reduzida em relação a veículos mais convencionais.

4.2. Instrumentação para Ensaio

Os equipamentos e sistemas exigidos para medições devem ser os mesmos mencionados na Norma ABNT NBR 6601 para amostragem e análise de emissões de gases de escapamento. Todas as medições devem ser rastreáveis. Complementarmente, os seguintes instrumentos de laboratório são exigidos para uso, quando necessário:

a. Um medidor DC de banda larga aplicado diretamente ao RESS é exigido para a medição de tensão em Volts, de corrente em Ampères e de energia em Watt-hora, que deve ser instalado de maneira a medir a totalidade da corrente de entrada e saída no RESS, sem outras conexões antes do ponto de medição. Medidores de capacidade, expressa em Ampère-hora, que usem técnicas de integração devem possuir um período de integração inferior a 0,05 s, para que mudanças abruptas de corrente possam ser acomodadas sem introduzir erros significativos de integração. A exatidão total de medições de corrente deve ser ± 1% da leitura. Os instrumentos não devem ser suscetíveis a erros de defasagem na medição de corrente, pois desencontros mínimos entre corrente e tensão podem ser integrados ao longo do ciclo e fornecer resultados errados para a NEC.

b. Um medidor de capacidade, expressa em Ampères-hora, de banda larga DC: Se a detecção de tensão não estiver disponível, deve-se medir opcionalmente a capacidade em Ampères-hora sem detectar a tensão diretamente. Neste caso, a tensão deve ser monitorada (registrada) a partir dos dados da rede do veículo.

c. Um voltímetro para medir a tensão do capacitor (se aplicável).

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d. Um instrumento para medir a velocidade angular de um volante eletromecânico ou outro(s) parâmetro(s) característico(s) que permita(m) estimar a energia interna do RESS em sistemas diferentes dos tratados neste documento (se aplicável).

e. Um medidor de Watt-horas AC para medir a energia de recarga AC (se aplicável): Ele deve ser instalado de maneira a medir a energia elétrica AC total absorvida pelo carregador. O medidor de Watt-hora AC deve possuir precisão total de 1% ou melhor.

f. Um meio de verificar e registrar a operação do motor para determinar a distância percorrida no dinamômetro antes da partida inicial do motor (recomendado).

g. Um voltímetro e um amperímetro para uso geral quando necessário (recomendado).

A precisão de cada instrumento deve ser como especificado nas normas citadas em 2.1., especialmente as Normas ABNT NBR 6601, 7027, 10312 e SAE J1634, quando aplicável. A precisão de instrumentos para medições em desaceleração (coast down) deve ser como especificada nas Normas SAE J2263 e SAE J2264, quando aplicável.

4.3. Ensaios de Emissão de Gases de Escapamento e Consumo de Combustível

Há dois ensaios básicos de emissão de gases de escapamento e consumo de combustível descritos neste documento. O primeiro é o Ensaio com Carga Sustentada – CST que considera os modos de operação contínua e se aplica a todos os tipos de VEH. O segundo é o Ensaio com Carga Completa – FCT, iniciado com o RESS totalmente carregado para contemplar os modos de operação no modo de redução de carga – CD, utilizado apenas para VEHP. Os ensaios CST e FCT são descritos de maneira mais detalhada nos itens 4.3.1 e 4.3.2, respectivamente, considerando os ciclos de condução urbana e estrada. Entretanto, com as condições de ensaio apropriadas, estas medições poderiam ser realizadas com qualquer ciclo de condução.

4.3.1. Ensaios em Carga Sustentada CST – Destinam-se apenas à operação do VEH no modo de carga sustentada – CS, nos ciclos de condução desejados, e são aplicáveis a todos os tipos de VEH, inclusive os VEHP simulando a sua operação após o percurso no regime de CD (após a descarga do RESS), quando o veículo passa a operar em regime de CS.

As condições de ensaio são fornecidas a seguir para a condução do ensaio no ciclo urbano (item 4.3.1.2) e estrada (item 4.3.1.3).

Quando houver modos de operação separados para seleção do motorista (ex. “ECO”, “Power”, etc..), os procedimentos podem ser repetidos para cada modo e os resultados atribuídos aos mesmos separadamente. Se a seleção não for discreta, deve-se usar a boa prática de engenharia para determinar o modo de operação no ensaio específico.

4.3.1.1. Produtos do Ensaio

As seguintes informações constituirão os produtos deste ensaio:

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a. Emissões de Gases de Escapamento e Consumo de Combustível: As emissões de gases de escapamento e o consumo de combustível do VEH devem ser medidas durante cada fase do ensaio nas quais as medições forem requeridas.

b. Distância Efetiva Percorrida: A distância efetiva percorrida pelo veículo sobre a superfície do rolo do dinamômetro deve ser medida durante cada fase do ensaio nas quais as medições forem requeridas.

c. Energia interna do RESS: O SOC deve ser registrado no início e ao final de cada fase do ciclo de ensaio, na qual uma única amostra de gases é retirada, usando a instrumentação descrita em 4.2, para calcular a NEC de cada fase do ensaio necessária para determinar os critérios de tolerância da NEC e validação do ensaio. É recomendável não dividir o ciclo urbano em duas fases se o equipamento de amostragem o permitir.

4.3.1.2. Procedimento de Ensaio em Carga Sustentada (CST) no Ciclo Urbano

Este ensaio deve ser conduzido de acordo com as condições de ensaio descritas em 4.1, as exigências de instrumentação para ensaio de 4.2, e as exigências listadas a seguir. Entretanto, as Normas ABNT NBR 6601 e NBR 7024 devem ser seguidas para quaisquer exigências não detalhadas especificamente neste documento, no que for apropriado.

a. Pré-condicionamento do Veículo – O veículo deve ser pré-condicionado no modo de operação selecionado pelo motorista no qual ele será ensaiado e em níveis de SOC compatíveis com CS (item 4.3.1). O pré-condicionamento está sujeito às exigências da Norma ABNT NBR 6601, que inclui drenagem e abastecimento do tanque de combustível, purga e carregamento do cânister, utilização do ciclo de condução urbana e uma estabilização de 12 a 36 horas. Um ou mais ciclos urbanos de pré-condicionamento podem ser desempenhados para assegurar o melhor atendimento aos critérios de tolerância de NEC (variações de SOC devem ser minimizadas, sendo preferencialmente positivas).

b. SOC Inicial – Após o pré-condicionamento e antes do veículo ser colocado para estabilização de temperatura (pausa de 12 a 36 horas), o SOC do RESS deve ter atingido (ou, se possível, ajustado para) um valor de SOCuinicial que se repita como SOCufinal depois do VEH percorrer os dois ciclos urbanos (consulte 3.6 para terminologia sobre SOC). Entretanto, se o único modo de ajustar o SOC for através da operação do veículo e o SOCuinicial desejado não for atingido no final do pré-condicionamento, quaisquer ajustes adicionais de SOC devem ser feitos após o pré-condicionamento do veículo e imediatamente antes do período de estabilização começar.

c. A energia inicial e final do RESS – É recomendável que as voltagens Vi e Vf da bateria e/ou do capacitor (ou as velocidades angulares inicial e final, no caso de volantes eletromecânicos, ou ainda outros parâmetros para o cálculo em sistemas diferentes dos especificados neste documento) sejam registradas para a estimativa do SOC no início e ao final de cada ciclo de condução. Em ensaios não oficiais, se estes parâmetros não forem medidos diretamente, estas informações podem ser adquiridas da rede de comunicação do veículo.

d. Colocação do Veículo em Posição – Depois da estabilização de 12 a 36 horas e com o RESS no SOC apropriado (SOCuinicial), o veículo deve ser movido (empurrado ou rebocado – sem funcionar por seus próprios meios e sem ligar o sistema para evitar variações de SOC) – para a posição no dinamômetro e seguramente fixado. A

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transmissão deve estar em uma condição “fria” no início deste ensaio; portanto, o veículo não deve ser deslocado por mais de 1,6 km entre o período de estabilização e o início deste ensaio, sendo recomendável o uso de um dispositivo que suspenda as rodas motrizes durante a sua movimentação.

e. Partidas do Sistema de Propulsão – O sistema de propulsão do veículo deve partir de acordo com os procedimentos de inicialização recomendados pelo fabricante no manual do proprietário. As exigências da Norma ABNT NBR 6601 e 7024 devem se aplicar para as partidas, mas com as palavras “sistema de propulsão” aplicadas genericamente em lugar da palavra “motor”.

f. Procedimento de Condução no Dinamômetro – Assim que o sistema de propulsão do veículo tiver sido inicializado, o veículo deve ser conduzido ao longo de dois ciclos urbanos completos com um período intermediário de estabilização de 10 ± 1 min. com o comutador desligado entre os dois ciclos. As emissões de escapamento em cada ciclo urbano completo devem ser coletadas.

g. Detalhes da pausa entre ciclos – Durante a pausa de 10 ± 1 min. para a estabilização entre os dois ciclos urbanos, o veículo deve permanecer com o comutador de ignição na posição “desligado”, o capô fechado, o ventilador das células de ensaio desligado, o pedal de freio não pressionado, e o RESS não pode ser recarregado por uma fonte de energia elétrica externa. A instrumentação para a medição do SOC deve permanecer ligada e não pode ser reinicializada durante a pausa entre os ciclos. No caso de medição por medidor de capacidade, expressa em Ampères-hora, a integração deve permanecer ativa ao longo de todo o ensaio até que o mesmo seja concluído.

h. Medições e Amostragem de Emissões – As emissões e a distância efetiva percorrida sobre o rolo do dinamômetro devem ser medidas durante os dois ciclos urbanos. Embora duas amostras sejam coletadas em volume constante (CVS) ou por um “mini bag diluter” em duas fases consecutivas para cada ciclo nos veículos convencionais, para o CST-VEH é recomendada a realização de somente uma amostragem durante cada ciclo urbano completo (1372 segundos cada) e, portanto, conduzir o CST-VEH em um local de ensaios projetado para essa capacidade. Coletar duas amostras durante cada ciclo (fase 1 até 505 s e fase 2 até 1372 s) é uma opção aceitável para o CST-VEH, entretanto, o tempo para analisar e purgar os sacos de amostragem não deve causar a violação da exigência de pausa entre os ciclos de condução e o sistema de amostragem permitir a coleta de quatro amostras.

i. Conclusão do Ensaio – Este ensaio deve chegar ao final quando completadas os dois ciclos urbanos completos.

j. Validação do Ensaio – Este ensaio é considerado inválido se a diferença entre SOCufinal e SOCuinicial violar a tolerância de NEC do SOC (consulte as Equações 6, 11 e 16 para saber as tolerâncias para baterias, capacitores e volantes eletromecânicos, respectivamente).

k. Recarga do RESS após o Ensaio – Este ensaio não permite a recarga do RESS após o ensaio, até que sejam terminados todas as repetições e ciclos necessários.

4.3.1.3. Procedimento de Ensaio em Carga Sustentada (CST) no Ciclo Estrada

Este ensaio deve ser conduzido de acordo com as condições de ensaio descritas em 4.1, as exigências de instrumentação para ensaio de 4.2, e as exigências listadas

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abaixo. Entretanto, a Norma ABNT NBR 7024 deve ser seguida para quaisquer exigências não detalhadas especificamente neste documento, no que for apropriado.

a. Pré-condicionamento do Veículo – O veículo deve ser pré-condicionado no modo de operação selecionado pelo motorista no qual o mesmo será ensaiado (item 4.3.1). O pré-condicionamento deve estar de acordo com as exigências da Norma ABNT NBR 7024, que inclui a condução ao longo de um ciclo urbano e uma estabilização de 0 a 3 horas seguido de pelo menos um ciclo estrada para assegurar o melhor atendimento aos critérios de tolerância de NEC (variações de SOC devem ser minimizadas, sendo preferencialmente positivas).

b. SOC Inicial – Após o pré-condicionamento completo do veículo descrito no item “a” desta Seção (se houver), o SOC do RESS pode ser ajustado para SOChinicial, buscando-se a igualdade do SOChpausa e o SOChfinal (consulte 3.6 para terminologia de SOC). É aceitável que este ajuste seja feito operando-se o veículo por um ciclo estrada antes do início do ensaio. O desafio para manter um SOC nivelado ao longo do segundo ciclo estrada é escolher o valor correto para SOChinicial. Entretanto, além deste desafio, a intenção deste ensaio também é que o veículo seja pré-condicionado adequadamente através da operação do motor no primeiro ciclo estrada. Portanto, na escolha do SOC inicial, é recomendado (mas não exigido) que o SOChinicial seja igual ou menor que o SOChpausa para assegurar que a contribuição do RESS para a propulsão do veículo durante o primeiro ciclo estrada seja minimizada.

c. A energia inicial e final do RESS – É recomendável que as voltagens Vi e Vf da bateria e/ou do capacitor (ou as velocidades angulares inicial e final, no caso de volantes eletromecânicos, ou ainda outros parâmetros para o cálculo em sistemas diferentes dos especificados neste documento) sejam registradas para a estimativa do SOC no início e ao final de cada ciclo de condução. Em ensaios não oficiais, se estes parâmetros não forem medidos diretamente, estas informações podem ser adquiridas da rede de comunicação do veículo.

d. Colocação do Veículo em Posição – Depois da estabilização de até 03 horas, o veículo deve ser movido (empurrado ou rebocado – sem funcionar por seus próprios meios e sem ligar o sistema para evitar variações de SOC) para a posição no dinamômetro e seguramente fixado.

e. Partida do Sistema de Propulsão – O sistema de propulsão do veículo deve ser inicializado de acordo com os procedimentos de partida recomendado pelo fabricante no manual do proprietário. As exigências da Norma ABNT NBR 7024 devem se aplicar para inicialização e reinicialização, mas com as palavras “sistema de propulsão” aplicadas genericamente em lugar da palavra “motor”.

f. Procedimento de Condução no Dinamômetro – Assim que o sistema de propulsão do veículo tiver sido acionado, o mesmo deve ser conduzido ao longo de dois ciclos estrada, pelo menos.

g. Pausa entre os ciclos – Entre os dois ciclos estrada, deve haver uma pausa de 15 segundos, que deve ocorrer em velocidade nula, com o comutador de ignição na posição “ligado”, o pedal de freio pressionado, e o RESS não pode ser recarregado por uma fonte externa de energia elétrica. A instrumentação de SOC não deve ser desligada ou reajustada para zero durante a pausa entre os ciclos. No caso de medição com medidor de capacidade, expressa em Ampères-hora, a integração deve permanecer ativa ao longo de todo o ensaio até que o mesmo seja concluído.

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h. Amostragem e Medição de Emissões – As emissões de gases de escapamento e a distância efetivamente percorrida sobre o rolo do dinamômetro devem ser medidas somente durante o segundo ciclo estrada. O primeiro ciclo estrada atua como um ajuste adicional do pré-condicionamento do veículo, durante o qual essas medidas não são exigidas, mas podem ser realizadas.

i. Conclusão do Ensaio – Este ensaio estará concluído quando os dois ciclos estrada forem completados.

j. Validação do Ensaio – Este ensaio é considerado inválido se a diferença entre SOChfinal e SOChpausa violar a tolerância de NEC do SOC (consulte as Equações 6, 11 e 16 para as tolerâncias para baterias, capacitores e volantes eletromecânicos, respectivamente).

k. Recarga do RESS após o Ensaio – Este ensaio não permite a recarga do RESS após a sua condução, até que sejam terminados todas as repetições e ciclos necessários.

4.3.2. Ensaios de Carga Completa (FCT) – Destinam-se apenas à operação de VEHP em regime de redução de carga – CD, nos ciclos de condução desejados. O FCT deve ser conduzido utilizando uma sequência de vários ciclos de condução até que o RESS atinja o regime de sustentação de carga – CS de forma estável. Após o FCT, o VEHP deve prosseguir com o ensaio CST descrito em 4.3.1, utilizando o mesmo ciclo de condução.

As condições de ensaio são fornecidas abaixo para a condução deste ensaio com os ciclos urbano em 4.3.2.2 e estrada em 4.3.2.3.

Quando houver modos de operação separados para seleção do motorista (ex. “ECO”, “Power”, etc.), os procedimentos podem ser repetidos para cada modo e os resultados atribuídos aos mesmos separadamente. Se a seleção não for discreta, deve-se usar a boa prática de engenharia para determinar o modo de operação no ensaio específico.

4.3.2.1. Produtos do Ensaio

As seguintes informações constituirão os produtos do ensaio FCT:

a. Emissões de Gases de Escape e Economia de Combustível – As emissões de gases de escape e economia de combustível do VEH devem ser medidas durante cada ciclo de condução (ou fase em que for apropriada) nas quais essas medições forem requeridas.

b. Distância Efetiva Percorrida – A distância efetiva percorrida pelo veículo sobre superfície do rolo do dinamômetro deve ser medida durante cada ciclo de ensaio (ou fase em que for apropriada) nos quais essas medições forem requeridas.

c. Energia de Recarga AC – Depois da finalização do ensaio completo no dinamômetro, a energia de recarga AC deve ser medida enquanto o RESS está sendo recarregado. A energia total AC fornecida ao carregador enquanto o carregador estiver plugado na rede elétrica deve ser registrada em Wh.

d. Energia interna do RESS – Os SOC deve ser registrado no início e ao final de cada ciclo de condução do FCT (ex., para baterias eletroquímicas, leituras de ΔAh).

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e. Consumo de Energia Elétrica DC – O valor líquido de Wh DC deve ser medido durante cada ciclo de condução. Se a tensão não for medida diretamente, deve-se utilizar um método de cálculo apropriado.

f. A energia inicial e final do RESS – É recomendável que as voltagens Vi e Vf da bateria e/ou do capacitor (ou as velocidades angulares inicial e final, no caso de volantes eletromecânicos, ou ainda outros parâmetros para o cálculo em sistemas diferentes dos especificados neste documento) sejam registradas para a estimativa do SOC no início e ao final de cada ciclo de condução. Em ensaios não oficiais, se estes parâmetros não forem medidos diretamente, estas informações podem ser adquiridas da rede de comunicação do veículo.

4.3.2.2. Procedimento de Ensaio com Carga Completa (FCT) no Ciclo Urbano

Este ensaio deve ser conduzido de acordo com as condições descritas em 4.1, as exigências de instrumentação de 4.2, e as exigências listadas a seguir. Entretanto, as Normas ABNT NBR 6601 e 7027 devem ser seguidas para quaisquer exigências de procedimento não detalhadas especificamente neste documento, quando apropriado.

a. Pré-condicionamento do Veículo – O veículo deve ser pré-condicionado no modo de operação selecionado por motorista em que o mesmo será ensaiado e em níveis de SOC compatíveis com CS (item 4.3.1). O pré-condicionamento deve estar de acordo com as exigências da Norma ABNT NBR 6601, que inclui drenagem e abastecimento do tanque de combustível, purga e carregamento do cânister, utilização do ciclo de condução urbana e uma estabilização de 12 a 36 horas. Um ou mais ciclos urbanos de pré-condicionamento podem ser desempenhados para assegurar o melhor atendimento aos critérios de tolerância de NEC (variações de SOC devem ser minimizadas, sendo preferencialmente positivas).

b. Estabilização do veículo e recarga do RESS – Após o pré-condicionamento e enquanto o veículo estiver estabilizando, o RESS deve ser recarregado completamente, de acordo com as exigências de recarga de 4.1.2.2. Ele deve permanecer em recarga por no mínimo 12 horas, depois das quais o carregador é desconectado da rede elétrica através de um temporizador automático ou simplesmente removendo o conector do fio AC no momento apropriado.

Entretanto, se após 12 horas o carregador indicar que o ciclo de carga não está completo (item 3.2.15), então a recarga deve continuar até a indicação de “Carga Completa” (sem corrente DC entrando na bateria). A energia AC total em Wh deve ser registrada depois que a sequência de recarga estiver completa. Se as instruções do fabricante recomendarem que o carregador permaneça ligado ao longo de todo o período de estabilização (ou parte do mesmo), então o carregador deverá permanecer devidamente conectado à rede elétrica. Toda a energia AC em Wh deve ser calculada como energia consumida. É, desencorajado, mas admissível que haja interrupções durante as 12 primeiras horas do período de recarga devido a circunstâncias não controladas. O tempo total de recarga deve ser de pelo menos 12 h, e outras condições do período de estabilização não são aceitas.

c. Colocação do Veículo em Posição – Depois da estabilização de 12 a 36 horas e com o RESS totalmente carregado, o veículo deve ser movido (empurrado ou rebocado – sem funcionar por seus próprios meios e sem ligar o sistema para evitar variações de SOC) – para a posição no dinamômetro e seguramente fixado. A transmissão deve estar em uma condição “fria” no início deste ensaio; portanto, o

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veículo não deve ser deslocado por mais de 1,6 km entre o período de estabilização e o início deste ensaio, sendo recomendável o uso de um dispositivo que suspenda as rodas motrizes durante a sua movimentação.

d. Partidas do Sistema de Propulsão – O sistema de propulsão do veículo deve partir de acordo com os procedimentos de inicialização recomendados pelo fabricante no manual do proprietário. As exigências das Normas ABNT NBR 6601 e 7024 devem se aplicar para as partidas, mas com as palavras “sistema de propulsão” aplicadas genericamente em lugar da palavra “motor”.

e. Procedimento de Condução no Dinamômetro – Assim que o sistema de propulsão do veículo tiver sido inicializado, o veículo deve ser conduzido por múltiplos ciclos urbanos completos no regime de CD, seguido de um ou mais ciclos em CS até que o critério EOT seja cumprido (item 3.9). As emissões do tubo de escape para cada ciclo CCU devem ser armazenadas em um único saco de amostragem do CVS ou BMD. Os valores inicial e final de SOC e a energia DC em Wh para cada ciclo devem ser registrados. A Figura 7 mostra um exemplo FCT com ciclo urbano.

Figura 7 – Sequência de ensaios em ciclo urbano para ensaio com redução de carga em FCT.

f. Detalhes da pausa entre ciclos – Durante a pausa de 10 ± 1 min. para a estabilização entre os ciclos urbanos, o veículo deve permanecer com o comutador de ignição na posição “desligado”, o capô fechado, o ventilador das células de ensaio desligado, o pedal de freio não pressionado, e o RESS não pode ser recarregado por uma fonte de energia elétrica externa. A instrumentação para a medição do SOC deve permanecer ligada e não pode ser reinicializada durante a pausa entre os ciclos. No caso de medição por medidor de capacidade, expressa em Ampères-hora, a integração deve permanecer ativa ao longo de todo o ensaio até que o mesmo seja concluído.

É preferível que as pausas sejam consistentemente de 10 ± 1 min. Entretanto, reconhece-se que muitas instalações para ensaios não possuem o software e/ou hardware para fazê-lo sem pausas mais longas em algum momento depois de dois a quatro ciclos de ensaio para coleta de dados ou reinício do sistema de medições. Neste caso, é aceitável um intervalo de 10 a 30 minutos. Um bom discernimento de engenharia deve ser aplicado na organização destas pausas, causando assim a menor alteração possível no procedimento de ensaio. É amplamente preferido que a maioria de períodos de estabilização permaneça o mais próximo possível da recomendação de 10 minutos. Durante todos os períodos de estabilização, a ignição deve estar na posição “desligada”, o capô fechado, a(s) ventoinha(s) da célula de ensaio desligada(s), o pedal de freio não pressionado, e o RESS não recarregado a partir de uma fonte externa de energia elétrica.

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OBSERVAÇÃO: Qualquer número de ciclos urbanos múltiplos pode ser realizado em uma configuração de ensaio com o propósito de obter o menor desvio possível da recomendação de estabilização de 10 minutos. Isto pode exigir a reprogramação do software, e possivelmente a reconfiguração do hardware, para acomodar ciclos urbanos em execução sequencial até que o critério de EOT (item 3.9) seja cumprido. Vários exemplos ilustrando abordagens que cumprem as exigências são mostrados na Figura 8.

Figura 8 – Exemplos de opções de ensaio usando períodos mais longos de estabilização durante algumas pausas entre ensaios FCT.

g. Amostragem e Medições de Emissões – As emissões e a distância efetivamente percorrida sobre o rolo do dinamômetro devem ser medidas durante cada um dos ciclos urbanos. Embora dois conjuntos de sacos de amostragem sejam usados consecutivamente durante um ciclo para veículos convencionais (Bag 1 e Bag 2), é necessário que se use somente um conjunto de sacos de amostragem no FCT durante cada ciclo e, portanto, conduzir o FCT em um laboratório com esta capacidade.

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h. Conclusão do Ensaio – Este ensaio deve ser concluído quando o veículo atingir a operação em CS de acordo com as definições no Critério de Conclusão do Ensaio (EOT) conforme 3.9.

i. Validação do Ensaio – Se, a qualquer momento durante o ensaio, a propulsão do veículo não for possível ou o motorista for avisado pelo veículo para interromper a condução porque o RESS possui um suprimento muito baixo de energia, o ensaio é considerado inválido.

j. Recarga após o Ensaio – Dentro de 3 horas após o final do ensaio, o RESS deve ser recarregado completamente, de acordo com as exigências de recarga de 4.1.2.2. Ele deve permanecer em recarga por no mínimo 12 horas, depois das quais o carregador deverá ser desconectado da rede elétrica através de um temporizador automático ou simplesmente removendo o conector do fio AC no momento apropriado.

Entretanto, se após 12 horas o carregador indicar que o ciclo de carga não está completo (item 3.2.15), então a recarga deve continuar até a indicação de “Carga Completa” (sem corrente DC entrando na bateria). A energia AC total em Wh deve ser registrada depois que a sequência de recarga estiver completa. Se as instruções do fabricante recomendarem que o carregador permaneça ligado ao longo de todo o período de estabilização (ou parte do mesmo), então o carregador deverá permanecer devidamente conectado à rede elétrica. Toda a energia AC em Wh deve ser calculada como energia consumida. É, desencorajado, mas admissível, que haja interrupções durante as 12 primeiras horas do período de recarga devido a circunstâncias não controladas. O tempo total de recarga deve ser de pelo menos 12 h, e outras condições do período de estabilização não são aceitas.

OBSERVAÇÃO: A operação CS e a recarga depois deste FCT podem ser assumidas como o pré-condicionamento do veículo e a recarga exigidos para outro FCT.

4.3.2.3. Procedimento de Ensaio com Carga Completa (FCT) no Ciclo Estrada

Este ensaio deve ser conduzido de acordo com as condições descritas em 4.1, as exigências de instrumentação de 4.2, e as exigências listadas a seguir. Entretanto, as Normas ABNT NBR 7024 devem ser seguidas para quaisquer exigências de procedimento não detalhadas especificamente neste documento, quando apropriado.

a. Pré-condicionamento do Veículo – O pré-condicionamento deve estar de acordo com as exigências das Normas ABNT NBR 6601 e 7024. O combustível consumível deve ser drenado do tanque e o tanque reabastecido, a menos que

o veículo tenha passado por um CST anteriormente (em qualquer ciclo de condução) dentro das últimas 72 horas no modo CS e,

o veículo tiver permanecido em condições de ambiente de laboratório. Um pré-condicionamento que consista de um ou mais ciclos urbano ou estrada desenvolvidos no modo CS deve ser praticado dentro de 36 horas antes do FCT. O SOC deve estar em nível de CS antes da recarga.

b. Estabilização do veículo e recarga do RESS – Após o pré-condicionamento e enquanto o veículo estiver estabilizando, o RESS deve ser recarregado completamente, de acordo com as exigências de recarga de 4.1.2.2. Ele deve permanecer em recarga por no mínimo 12 horas, depois das quais o carregador é

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desconectado da rede elétrica através de um temporizador automático ou simplesmente removendo o conector do fio AC no momento apropriado.

Entretanto, se após 12 horas o carregador indicar que o ciclo de carga não está completo (item 3.2.15), então a recarga deve continuar até a indicação de “Carga Completa” (sem corrente DC entrando na bateria). A energia AC total em Wh deve ser registrada depois que a sequência de recarga estiver completa. Se as instruções do fabricante recomendarem que o carregador permaneça ligado ao longo de todo o período de estabilização (ou parte do mesmo), então o carregador deverá permanecer devidamente conectado à rede elétrica. Toda a energia AC em Wh deve ser calculada como energia consumida. É, desencorajado, mas admissível que haja interrupções durante as 12 primeiras horas do período de recarga devido a circunstâncias não controladas. O tempo total de recarga deve ser de pelo menos 12h, e outras condições do período de estabilização não são aceitas.

c. Colocação do Veículo em Posição – Depois da estabilização de 12 a 36 horas e com o RESS totalmente carregado, o veículo deve ser movido (empurrado ou rebocado – sem funcionar por seus próprios meios e sem ligar o sistema para evitar variações de SOC) – para a posição no dinamômetro e seguramente fixado. A transmissão deve estar em uma condição “fria” no início deste ensaio; portanto, o veículo não deve ser deslocado por mais de 1,6 km entre o período de estabilização e o início deste ensaio, sendo recomendável o uso de um dispositivo que suspenda as rodas motrizes durante a sua movimentação.

d. Partida do Sistema de Propulsão – O sistema de propulsão do veículo deve ser inicializado de acordo com os procedimentos de partida recomendado pelo fabricante no manual do proprietário. As exigências da Norma ABNT NBR 7024 devem se aplicar para inicialização e reinicialização, mas com as palavras “sistema de propulsão” em lugar da palavra “motor”.

e. Procedimento de Condução no Dinamômetro – Ao contrário dos ensaios no ciclo estrada para veículos convencionais ou VEH em CS, o ensaio FCT no ciclo estrada tem início com partida a frio e RESS totalmente recarregado. Assim que o sistema de propulsão do veículo tiver sido inicializado, o veículo deve ser conduzido ao longo de múltiplos ciclos estrada em CD, sequencialmente seguidos de um ou mais ciclos CCE em CS até que o critério de EOT (item 3.9) seja atendido. As emissões do tubo de escape para cada ciclo estrada devem ser coletadas em um único conjunto de sacos de amostragem CVS ou BMD. Os valores inicial e final de SOC e da energia DC em Wh para dada ciclo devem ser registrados.

f. Procedimento de Condução em Dinamômetro com a Opção de Comutador de CS – Ensaios convencionais em ciclo estrada são tipicamente desempenhados como um conjunto de dois ciclos estrada, sendo o primeiro tomado como pré-condicionamento para o segundo ciclo. Se o veículo possuir um comutador para CS e os objetivos do ensaio forem evitar condições de partida a frio no FCT, existe uma opção de procedimento para usar o modo CS durante o primeiro ciclo de estrada para manter o RESS totalmente recarregado durante o aquecimento (ciclo de preparação). Este primeiro ciclo atua como um pré-condicionamento para aquecer o veículo, como é feito com veículos convencionais no ciclo estrada. Assim como em veículos convencionais, o ciclo de pré-condicionamento não é incluído nos cálculos dos resultados. Para assegurar que o RESS permaneça totalmente recarregado, a tolerância de NEC (item 3.8) deve ser atendida durante a execução do primeiro ciclo estrada com o comutador de CS ativado. Assim que o primeiro ciclo estrada estiver

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concluído e o veículo estiver inativo, antes que o segundo ciclo estrada comece, o modo CS é desativado para iniciar a operação em CD. Ao usar o comutador, as opções para pausas entre ciclos de condução são as mesmas. O veículo deve ser conduzido ao longo de múltiplos ciclos estrada sequencialmente em CD, seguidos por um número de ciclos CCE em CS até que os critérios de Conclusão do Ensaio (item 3.9) sejam atendidos. As emissões de escapamento para cada ciclo estrada devem ser armazenadas em um único saco de amostragem CVS ou BMD. Os valores inicial e final do SOC para cada ciclo devem ser registrados. Este método opcional pode ser usado independentemente do tipo de VEHP (totalmente elétrico ou de operação mista de motor/bateria). Os valores inicial e final de SOC e a energia DC em Wh para cada ciclo devem ser registrados.

g. Pausas entre ciclos – O veículo deve ser conduzido ao longo do maior número de ciclos estrada possíveis no modo CD, separados por um período de inatividade de 15 s, com ignição ligada (sem pausas), como permitirem as capacidades do laboratório. Se forem exigidas pausas entre ciclos para interromper o ensaio e para reinicializar o sistema de ensaios, então estas pausas devem ter menos de 30 minutos de duração. É amplamente preferível que a maioria das pausas entre ciclos de condução ocorram em períodos de 15 segundos de inatividade, com a chave de ignição ligada. Se possível, quatro (4) ciclos estrada devem ser percorridos consecutivamente, separados por períodos de 0 a 30 min. de estabilização com ignição desligada. Muitos (mas não todos) laboratórios de emissões podem desempenhar quatro ciclos em sistemas CVS ou BMD. A faixa de 0 a 30 min. para o período de estabilização é escolhida com base na capacidade dos laboratórios para a leitura de valores, evacuação, purga dos sacos de amostragem e de inicializar um novo ensaio. Um bom discernimento de engenharia será aplicado na organização destas pausas de ensaios, causando assim a menor alteração possível no procedimento. Durante todas as pausas de ensaio, o veículo deve estar à velocidade zero, com a ignição na posição “desligada”, o capô fechado, a(s) ventoinha(s) da célula de ensaio deve(m) estar desligada(s), o pedal de freio não pressionado, e o RESS não recarregado por uma fonte externa de energia elétrica. Vários exemplos ilustrando abordagens que atendem as exigências são mostrados na Figura 9. A instrumentação de SOC não deve ser desligada ou reinicializada durante as pausas entre ciclos. No caso de medição por medidor de capacidade, expressa em Ampère-hora, a integração deve permanecer ativa ao longo de todo o FCT até que o mesmo seja concluído.

h. Amostragem e Medições de Emissões – Emissões de gases de escape e a distância efetivamente percorrida na superfície do rolo do dinamômetro devem ser medidas durante cada ciclo estrada.

i. Conclusão do Ensaio – Este ensaio deve ser concluído quando o veículo atingir a operação em CS alcançada de acordo com as definições no Critério de Conclusão de Ensaio (EOT) conforme 3.9.

j. Validação do Ensaio – Se a qualquer momento durante o ensaio, a propulsão do veículo não for possível ou o motorista for alertado pelo veículo a interromper a condução porque o RESS possui suprimento muito baixo de energia, o ensaio é considerado inválido.

k. Recarga após o Ensaio – Dentro de 3 horas após o final do ensaio, o RESS deve ser recarregado completamente, de acordo com as exigências de recarga de 4.1.2.2. Ele deve permanecer em recarga por no mínimo 12 horas, depois das quais o

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carregador deverá ser desconectado da rede elétrica através de um temporizador automático ou simplesmente removendo o conector do fio AC no momento apropriado.

Entretanto, se após 12 horas o carregador indicar que o ciclo de carga não está completo (item 3.2.15), então a recarga deve continuar até a indicação de “Carga Completa” (sem corrente DC entrando na bateria). A energia AC total em Wh deve ser registrada depois que a sequência de recarga estiver completa. Se as instruções do fabricante recomendarem que o carregador permaneça ligado ao longo de todo o período de estabilização (ou parte do mesmo), então o carregador deverá permanecer devidamente conectado à rede elétrica. Toda a energia AC em Wh deve ser calculada como energia consumida. É, desencorajado, mas admissível que haja interrupções durante as 12 primeiras horas do período de recarga devido a circunstâncias não controladas. O tempo total de recarga deve ser de pelo menos 12 h, e outras condições do período de estabilização não são aceitas.

OBSERVAÇÃO: A operação CS e a recarga depois deste FCT podem ser assumidas como o pré-condicionamento do veículo e a recarga exigidos para outro FCT

Figura 9 – Sequências de ensaios com ciclo estrada para ensaio com redução de carga em FCT usando variações de pausas entre ensaios.

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5. Cálculos para VEH e VEHP em Carga Sustentada

É necessária uma série de cálculos para determinar as emissões de escapamento e o consumo de combustível de VEH em CS nos ensaios mencionados na Seção 4 deste documento, medidos segundo os ciclos urbano e estrada.

Para o CST, é presumido que a fonte final de toda a energia usada pelo veículo seja o combustível consumível. O consumo de combustível no CST é calculado a partir dos resultados das emissões mássicas para cada ciclo urbano (ou as duas fases de cada ciclo, no caso de medição em 4 fases) e cada ciclo estrada.

O valor de consumo de combustível assim calculado é um resultado aceitável, mesmo que possa ter ocorrido uma NEC diferente de zero ao longo do ensaio dentro da tolerância especificada em 3.8. Entretanto, o consumo de combustível pode ser corrigido para uma variação nula do nível de carga usando-se a metodologia definida no Apêndice B para cada ciclo em separado.

A autonomia (em km/litro ou em km/m3) é dada pelo inverso do consumo de combustível calculado acima, para cada ciclo separadamente. O valor combinado da autonomia cidade-estrada é calculado segundo a Norma ABNT NBR 7024.

5.1. Emissões de Gases de Escapamento e consumo de combustível de VEH e VEHP em CS no Ciclo Urbano

Os dados de emissão de gases de escapamento do CST do primeiro ciclo urbano devem ter peso diferente dos resultados do segundo ciclo urbano, como descrito na Equação 17:

Onde:

= Emissões mássicas ponderadas de um gás específico medido (ex., HC, CO, NOx, CO2), em gramas por km;

= Emissões mássicas medidas durante o primeiro ciclo urbano, em gramas;

= Distância percorrida durante o primeiro ciclo urbano, em km;

= Emissões mássicas medidas durante o segundo ciclo urbano, em gramas;

= Distância percorrida durante o segundo ciclo urbano, em km.

Quando as medições forem realizadas em duas fases por ciclo, de acordo com a Norma ABNT NBR 6601, cada parâmetro acima será dado pela soma dos respectivos valores em cada fase de cada ciclo. Não é aceito o procedimento interrompido na terceira fase (primeira do segundo ciclo), como nos veículos convencionais, por que a amostragem e as medições devem se estender até que o

(Eq. 17)

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RESS seja levado à sua condição de SOCufinal sem a necessidade de recarga ou de novo pré-condicionamento.

Os cálculos especificados na Norma ABNT NBR 6601 devem ser usados em conjunto com a Equação 17 na medição de cada gás individual, quando apropriado. O consumo de combustível deve ser calculado de acordo com o especificado no item 6.3 da Norma ABNT NBR 7024 e ponderado conforme a Equação 17.

5.2. Emissões de Gases de Escapamento e consumo de combustível de VEH e VEHP em CS no Ciclo Estrada

Os resultados de emissões de gases de escapamento devem ser calculados usando somente os dados do segundo ciclo estrada e não do primeiro, como descrito na Equação 18:

Onde:

= Emissões mássicas ponderadas de um gás específico medido (ex., HC, CO, NOx, CO2), em gramas por km em modo CS;

= Emissões mássicas não medidas durante o primeiro ciclo, em gramas;

= Distância de condução não medida durante o primeiro ciclo, em km;

= Emissões mássicas como medidas durante o segundo ciclo, em gramas;

= Distância de condução medida durante o segundo ciclo, em km.

Os cálculos especificados na Norma ABNT NBR 6601 devem ser usados em conjunto com a Equação 18 na medição de cada gás individual, quando apropriado. O consumo de combustível deve ser calculado de acordo com o especificado no item 6.3 da Norma ABNT NBR 7024 e ponderado conforme a Equação 18.

6. Cálculo para VEHP em Redução de Carga

Duas fontes de energia completamente distintas impulsionam um VEHP: o combustível consumível e a energia elétrica medida na tomada AC, em Wh AC. Os consumos destas fontes de energia serão rastreados e calculados separadamente. O consumo de combustível é calculado neste documento a partir das emissões medidas nos ciclos urbano e estrada, sendo a autonomia em km/L ou km/m3, obtida a partir do inverso do consumo de combustível.

Quando a propulsão do veículo não for mais possível em um modo de operação CD, presume-se que o veículo operará no modo de CS, até a próxima vez que o RESS seja recarregado. A utilização limitada do modo de operação CD é baseada na

(Eq. 18)

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distância percorrida entre eventos de recarga, como determinado pelos hábitos individuais de recarga e de condução de cada usuário.

Para efeito de cálculo, adota-se a premissa de que a recarga do RESS com energia externa é realizada uma vez a cada percurso diário e que a resolução das medições é de um ciclo de condução (frações do ciclo são consideradas proporcionalmente à distância percorrida e ao valor médio da emissão ou do consumo medido no ciclo inteiro).

6.1. Cálculos Intermediários no Regime de Redução de Carga (CD)

Os parâmetros nesta seção são relacionados às medidas específicas de distância que fornecem informações para VEHP e facilitam outros cálculos desta Seção. Eles são aplicáveis a qualquer ciclo FCT conduzido (CCU, CCE ou outros que venham a ser utilizados).

6.1.1. Autonomia de Operação Exclusivamente no Modo Elétrico (AER)

A determinação precisa da AER pode exigir um monitor da velocidade do motor de combustão (ou outro parâmetro indicativo do motor) que indique a partida do mesmo e acrescente esta informação associada ao registro de distância percorrida durante o ensaio.

6.1.2. Percursos no Ciclo em Modo de Redução de Carga (RCDc)

Esta distância é determinada pela soma dos percursos nominais dos “n” ciclos de condução até a estabilização da carga do RESS, sendo dada por um número inteiro de ciclos e não pela medição das distâncias efetivamente percorridas no dinamômetro, sempre satisfazendo o critério de fim de ensaio (EOT) definido em 3.9. Se durante um ciclo específico, o veículo tiver violado a tolerância de velocidade definida em 3.6.1, as distâncias efetivamente percorridas devem ser usadas nos cálculos para RCDc, ao invés das distâncias nominais.

6.1.3. Distância Efetiva de Redução de Carga (RCDa)

A Distância Efetiva de Redução de Carga pode não ser um ponto facilmente identificável no FCT, pois o ponto exato de transição pode não ser bem definido durante o Ciclo de Transição ou no início da Faixa de Transição. É recomendado um método analítico que estime a localização de um ponto de transição usando as tendências dos ciclos vizinhos. Este parâmetro é usado nos cálculos em 6.2.2. Resultados recomendados para etiquetagem e certificação, em que resultados de VEHP são apresentados em modo de redução de carga com a distância máxima associada à energia carregada externamente (RCDa). Dependendo da operação, dois grupos de equações são usados para calcular o RCDa.

6.1.3.1. Cálculo de RCDa, com Ciclo Único de Transição

Se um FCT possuir um único Ciclo de Transição, o RCDa ocorrerá em algum momento durante este ciclo. O RCDa pode ser calculado primeiramente pela determinação do valor de Zn na equação abaixo, multiplicando-o pela distância percorrida no ciclo de transição “n,” e adicionando este resultado às distâncias dos ciclos anteriores ao Ciclo de Transição para determinar o valor para o RCDa (Figura 10). O RCDa é calculado usando as Equações 19 e 20.

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Figura 10 – Cálculo do RCDa – caso 1.

Onde:

= Fração de redução de carga no Ciclo de Transição (ciclo n);

= Ciclo de Transição (ciclo terminando na RCDc);

= Distância percorrida no ciclo n;

= Distância determinada desde o início do FCT ao fim do ciclo n-1;

= Alteração de SOC para o ciclo n.

6.1.3.2. Cálculo do RCDa, com Mais de Um Ciclo na Faixa de Transição

Se durante um FCT específico houver uma faixa de transição com vários ciclos, um grupo diferente de equações deve ser usado para calcular o RCDa. O final do ciclo “n” de redução de carga é definido pelo primeiro ciclo no FCT que reduz o SOC do RESS abaixo do nível determinado no início do(s) ciclo(s) de CS, ao final do FCT, como ilustrado na Figura 11. Neste caso, o RCDa é calculado usando as Equações 21 e 22.

(Eq. 19)

(Eq. 20)

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Figura 11 – Cálculo de RCDa – caso 2.

Onde:

= Primeiro ciclo em FCT onde o SOC se encontra entre SOCi e SOCf;

= Fração de redução de carga no ciclo n (como definido acima);

= Distância percorrida no ciclo n;

= Distância determinada desde o início do FCT ao final do ciclo n-1;

= Variação de SOC no ciclo n;

= SOC inicial no ciclo n;

= SOC final no ciclo n;

= SOC no RCDc (o SOC de encerramento do último ciclo de redução de carga).

6.1.4. Cálculo do Consumo de Energia AC em Wh para cada Ciclo no FCT

A energia AC total usada para recarregar o RESS de um VEHP, nos ciclos urbano e estrada, é associada à distância integral percorrida em redução de carga. Entretanto, assume-se que o consumo de energia AC seja proporcional à demanda de energia DC em cada ciclo do FCT e a energia de recarga AC para um ensaio individual “i” é estimada pela Equação 23

(Eq. 21)

(Eq. 22)

39

Onde:

= Último ciclo no FCT, para distribuir a energia de recarga entre todos os ciclos no FCT;

= Energia AC consumida no “iº” ciclo do FCT, em Wh;

= Energia DC consumida no “iº” ciclo no FCT, definida para baterias como

Ah multiplicado pela média da tensão inicial e final e, nos demais casos, como a NEC;

= Energia AC total da recarga.

A variação da energia DC para todos os RESS sem bateria pode ser calculada do mesmo modo que a NEC. Para o RESS com bateria, a alteração na energia DC de cada ciclo deve ser calculada usando medições diretas de tensão e capacidade, expressa em Ampères-hora, como fornecido pelo medidor de potência DC especificado em 4.2. A tensão média é definida como a média das tensões inicial e

final do “iº” ciclo de ensaio no FCT. A tensão deve ser medida diretamente ou, se este recurso não estiver disponível, lida na rede de comunicação do veículo. As tensões instantâneas inicial e final exatas devem ser registradas usando bom discernimento de engenharia para determinar o instante de aquisição das leituras

associadas à corrente nula ou muito baixa (para evitar erros “I x R” comparados à tensão verdadeira sem carga).

6.2. Cálculo dos Resultados dos Ensaios de VEHP com Redução de Carga

Para melhor clareza na interpretação dos resultados dos ensaios e rastreabilidade das medições e dos cálculos intermediários em redução de carga (CD), deve-se reuni-los numa tabela, em separado para cada tipo de ciclo de condução, na sequência de sua realização, desde o máximo estado de carga até a sua estabilização, completando com os valores correspondentes ao último ciclo (CS), realizado para a determinação do final do ensaio (EOT).

Além destes, os resultados dos ensaios em CS com partida a frio e a quente também devem constar na mesma tabela, com os correspondentes parâmetros que permitam a sua rastreabilidade.

Esta tabela deve fazer parte do relatório final para permitir a rastreabilidade dos cálculos das médias finais e deve conter, pelo menos, os consumos de combustível em g/ciclo, de energia elétrica AC e DC em Wh/ciclo, as distâncias efetivamente percorridas em km/ciclo, as massas de poluentes emitidos em g/ciclo, voltagens do sistema “em circuito aberto” (Amp = 0), SOC inicial e final, bem como os fatores de utilização adotados.

(Eq. 23)

40

Os resultados parciais devem ser apresentados separadamente para os dois modos distintos de operação CD e CS, a saber, um enquanto o veículo consome a energia do RESS proveniente de uma recarga externa, presumindo que os comportamentos do VEHP em ensaios sucessivos sejam repetitivos, tanto no modo com redução de carga, quanto no modo em carga sustentada.

Os resultados finais em CD devem ser calculados nas três formas delineadas em 6.2.1 a 6.2.3, alternativa ou complementarmente conforme o interesse do requisitante do ensaio.

Os resultados fornecidos no ensaio específico de sustentação de carga são fornecidos separadamente sem alterações, como descrito na Seção 5, ponderados para a partida a frio e a quente, no ciclo urbano, conforme indicado na Figura 13 como FCCS-c/h.

6.2.1. Determinação da Curva dos Resultados em Função do Percurso Diário

Para a caracterização do comportamento de um VEHP em função do percurso diário é necessário determinar as médias acumuladas da emissão de poluentes e dos consumos de combustível e de energia elétrica desde a partida no primeiro ciclo de condução após a recarga do RESS até uma distância máxima compatível com o percurso diário individual (entre duas recargas do RESS).

Para isso, é recomendável a construção das curvas das emissões de cada poluente e dos consumos de combustível, de energia AC e da energia total equivalente, com os resultados médios acumulados de cada parâmetro calculados segundo a Equação 24, desde o primeiro ciclo em CD, considerados ponto a ponto, até a distância de interesse (180 km representa os maiores percursos diários mais prováveis e já fornece resultados que oferecem uma visão bastante aceitável, como indicado nas curvas centrais da Figura 12. Para estes cálculos, os valores dos ciclos considerados para distâncias além de RCDc são os resultados medidos em CS após o ciclo de transição (com partida a quente).

Estas curvas apresentam particular interesse aos usuários poderem avaliar os consumos de energia e de combustível nas suas condições individuais e particulares de uso ou distância diária percorrida, bem como numa viagem eventual em distâncias maiores. Para este efeito, os consumos de combustível e de energia devem ser apresentados na mesma unidade (MJ/km, L/100 km ou m3/100 km) e separadamente para os ciclos de condução urbana e estrada.

Onde:

FCj = Emissão de poluente, ou consumo médio de combustível ou de energia até o ciclo “j” (por unidade de distância);

Yi = Combustível ou energia consumidos no ciclo i, em g/ciclo ou Wh/ciclo. Para i>n, utilizar Yi= YCS_h; no caso de energia elétrica, Ei = ECS = 0;

j = número de ciclos considerados, incluindo os ciclos em CS;

Di = Distância efetiva percorrida no ciclo “i”

(Eq. 24)

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Observação: A energia elétrica AC associada ao consumo de energia DC em cada ciclo é calculada de acordo com a Equação 23, como detalhado em 6.1.4.

Figura 12 – Apresentação dos consumos médios de combustível e energia calculados em função do percurso diário.

OBSERVAÇÃO: Neste cálculo, o único ciclo de condução com partida a frio é o primeiro ciclo urbano do ensaio FCT, não sendo ponderados para partidas a quente e a frio os resultados do ensaio CST, como é feito para o cálculo na Norma ABNT NBR 6601 ou no método recomendado para a certificação em 6.2.2.

6.2.2. Resultados Recomendados para Etiquetagem e Certificação

A certificação de conformidade de um veículo exige que os resultados se refiram a condições padronizadas para efeito de comparação aos limites de emissão e metas de consumo. Neste caso, definem-se duas condições de referência, nas quais o veículo deve apresentar conformidade independentemente:

a) em carga sustentada: considerando os resultados obtidos no ensaio CST, com partidas a frio e a quente ponderadas no caso do ciclo urbano, como recomendado na Norma ABNT NBR 6601;

b) em descarga: considerando os valores de emissão e consumos de energia e de combustível até a distância efetiva de redução de carga.

Dada a hipótese de apenas dois modos, o RCDa calculado em 6.1.3 define uma distância aproximada ao longo da qual as emissões e os consumos de combustível e elétrico são definidos para os resultados em CD. Depois dessa distância, aplicam-se os resultados de consumo sustentado de combustível, determinado no ciclo imediatamente após à faixa de transição com partida a quente.

Neste caso, o consumo de energia elétrica (ECCD) em modo CD é simplesmente a energia elétrica AC total (ETotal AC) medida durante a recarga, dividida pela distância efetiva de redução de carga (RCDa), conforme a Equação 25:

(Eq. 25)

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Onde:

ECCD = Consumo de energia elétrica (por unidade de distância)

RCDa = Distância efetiva em CD.

O consumo de combustível no modo CD (FCCD) é a quantidade total de combustível consumida nos ciclos integrais em modo CD, somada à parcela de combustível consumida proporcionalmente no período de redução de carga do ciclo de transição, considerando-o como o prolongamento do ciclo “n-1”. As emissões de poluentes são calculadas da mesma forma que o consumo de combustível (item 6.1.3).

Onde:

FCCD = consumo de combustível (por unidade de distância);

Yi = Emissão de poluentes ou combustível consumido no ciclo i, em g/ciclo;

Yn−1 = Emissão de poluentes ou combustível consumido no ciclo anterior ao ciclo de transição n, em g/ciclo;

Zn = Fração do ciclo de transição com redução de carga (ciclo n);

n = Ciclo de transição;

RCDa = Distância efetiva em CD.

Os resultados dos consumos no ensaio em CD, definidos para a distância RCDa, estão apresentados esquematicamente na Figura 13 como FCCD e ECCD, assim como o consumo total de energia nas mesmas condições, dado pela soma dos consumos de combustível e de energia AC, devidamente expressos na mesma unidade, neste exemplo em L/100 km.

Figura 13 – Apresentação dos consumos médios de combustível e energia nos regimes CD e CS com partida a frio e a quente.

(Eq. 26)

43

6.2.3. Resultados Médios para Estimativas de Inventários Regionais

Para fins de inventário e determinação de médias regionais de emissão de poluentes e de consumo de combustível e de energia para planejamentos estratégicos, é interessante ponderar os resultados dos ciclos obtidos em CD e em CS pelas probabilidades de uso dos veículos em geral em distâncias associadas a cada ciclo de condução. Consulte o Apêndice A para os detalhes conceituais e as curvas completas dos fatores de utilização da frota para os Estados Unidos e Brasil.

Também neste caso, os resultados dos ensaios em CS são os obtidos com partida a quente, diferentemente do que é feito para o cálculo na Norma ABNT NBR 6601 ou no método recomendado para a certificação em 6.2.2.

Não são realizadas ponderações adicionais quanto aos hábitos dos usuários quanto à recarga do RESS com energia externa, admitindo-se a ocorrência de uma vez por percurso diário.

Esta abordagem considera efetivamente as “oportunidades de recarga” diárias e desconsidera eventuais recargas extraordinárias, assumindo uma quantidade igual de eventos de “oportunidade de recargas perdidas”, eliminando assim a necessidade de correções de hábitos de recarga. No futuro, entretanto, um fator de frequência de recarga que considere comportamentos deste aspecto pode vir a ser levantado e definido para oferecer resultados finais mais precisos das políticas voltadas aos VEHP.

6.2.3.1. Cálculos para o Ciclo Urbano em Regime de Redução de Carga (FCT)

Os cálculos de emissões de gases de escapamento e consumo de combustível e de energia no ciclo urbano são realizados da seguinte forma:

a. Não há ponderação de “partida a frio/partida quente” das diferentes fases ou ciclos do FCT da maneira como é exigida no CST, pois o único ciclo de condução com partida a frio é o primeiro ciclo urbano do ensaio FCT.

b. A energia elétrica consumida em cada ciclo é calculada de acordo com a Equação 23, como detalhado em 6.1.4.

c. Determine os fatores de utilização UFi para a distância acumulada ao final de cada ciclo urbano percorrido até a estabilização da bateria e calcule as variações do

Fator de Utilização ∆UFi, correspondente a cada ciclo de ensaio, conforme indicado

na Figura 14.

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Figura 14 – Determinação das variações da probabilidade de utilização de um veículo em percursos diários iguais a um número inteiro de ciclos urbanos.

d. As emissões em redução de carga (CD) são calculadas a partir dos resultados do FCT e do primeiro ciclo subsequente em CS, em cada ciclo separadamente, sendo ponderadas pelos fatores de utilização obtidos, usando as Equações 27-a ou 27-b. A partir da estabilização do RESS, os demais ciclos são assumidos como CS com partida a quente.

ou (Eq.27-a)

Onde:

i = número de ciclos considerados para cada valor médio acumulado;

n = último ciclo ainda considerado no regime de descarga da bateria, correspondente à distância RCDc;

Yi = massa de poluente, ou o volume de combustível, ou o consumo de energia AC, medidos em cada ciclo em g/km ou L/100 km ou Wh/km. Para i>n, utilizar Yi = YCS; no caso de energia elétrica Ei = ECS = 0;

YUFW (g/km) = massa de poluente, ou o volume de combustível, ou o consumo de energia AC, ponderados pelos fatores de utilização do sistema elétrico em cada ciclo;

UFi = Fator de utilização correspondente à distância total percorrida ao final

do “iº” ciclo;

∆UFi = Fator de utilização, para ponderar cada ciclo individualmente;

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YCS = massa de poluente, ou volume de combustível, ou consumo de energia AC, medidos em regime de carga sustentada imediatamente após a estabilização da bateria em g/km, L/km ou m3/km, ou Wh/km.

Alternativamente, pode ser utilizada a Equação 27-b, especialmente se as distâncias percorridas em cada ciclo forem substancialmente diferentes entre si:

ou (Eq.27-b)

Onde:

Di = Distância efetivamente percorrida em cada ciclo, em km;

RCDc = Distância percorrida até o final do último ciclo onde ocorreu a estabilização da carga da bateria, em km.

6.2.3.2. Cálculos para o Ciclo Estrada em Regime de Redução de Carga (FCT)

Os cálculos de emissões de gases de escapamento e dos consumos de combustível e de energia no ciclo estrada são realizados da seguinte forma:

a. Nenhuma ponderação adicional é recomendada para os ciclos estrada individuais do FCT. Entretanto, se o ensaio utilizar o modo CS forçado para preaquecimento do primeiro ciclo estrada, as emissões deste ciclo não serão utilizadas nos cálculos. Neste caso, o primeiro ciclo é o primeiro ciclo CD no FCT.

b. A energia elétrica consumida em cada ciclo é calculada de acordo com a Equação 23, como detalhado em 6.1.4.

c. Determine os fatores de utilização UFi para a distância acumulada ao final de cada ciclo estrada percorrido até a estabilização da bateria e calcule as variações do

Fator de Utilização ∆UFi, correspondente a cada ciclo.

d. As emissões em redução de carga (CD) são calculadas a partir dos resultados do FCT e CST usando a Equação 27-a ou 27-b, conforme especificado para o ciclo urbano em 6.2.3.1.

7. Apresentação dos Resultados Finais dos Ensaios de VEH

Os ensaios de veículos híbridos para a determinação da emissão de poluentes e os consumos de combustível e de energia elétrica baseiam-se nos mesmos princípios e conceitos utilizados para os veículos convencionais, respeitadas as características

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típicas e inerentes aos sistemas híbridos de propulsão e devem ter seus resultados apresentados de acordo com as finalidades indicadas neste documento.

No caso dos VEH não recarregáveis externamente, bastam os resultados obtidos no ciclo urbano, ponderados para a partida a frio e a quente, e os obtidos no ciclo estrada com partida a quente, como requerido nos regulamentos oficiais.

No caso de veículos dotados de RESS regarregáveis, há três abordagens de interesse para a determinação dos resultados:

a. Para a certificação e etiquetagem, é recomendável padronizar dois resultados de consumo e emissões:

das médias acumuladas em CD desde a primeira partida (a frio) até a estabilização do RESS, conforme especificado em 6.2.2. e,

os resultados dos ensaios em CS, com partida a quente e a frio, ponderados de acordo com as Equações 17 e 18, como descrito na Seção 5;

b. Para as informações divulgadas ao usuário, é recomendável apresentar as curvas dos consumos médios acumulados de combustível e de energia elétrica, desde a partida no primeiro ciclo, em função do percurso diário (entre duas recargas do RESS), conforme especificado em 6.2.1;

c. Para fins de inventário e determinação de médias regionais para planejamentos estratégicos, é interessante ponderar os resultados dos ciclos obtidos em CD e em CS pelas probabilidades de uso dos veículos pela sociedade (frota em geral) em distâncias associadas a cada ciclo de condução, conforme especificado em 6.2.3.

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Apêndice A – Fator de Utilização

A.1. Prefácio

Neste documento, as equações de ponderação para a operação sob redução de carga no ensaio de carga completa (FCT) foram concebidas para estimar a proporção da utilização de energia elétrica em uso na operação de um veículo em regime com redução de carga (CD), baseada nos resultados do FCT e em estatísticas de condução obtidas da frota em geral. Esta ponderação é alcançada usando “Fatores de Utilização” que são funções do trajeto diário (0 a 600 km) com valores de zero a 1,0.

A ponderação dos dados do FCT se apoia na probabilidade de o veículo consumir prioritariamente a energia do RESS ao atender à distância percorrida diariamente pelos usuários, baseada em estatísticas de condução de veículos em uso normal. Esta probabilidade é chamada de Fator de Utilização, pois indica a utilidade limitada da propulsão do veículo por energia elétrica externa (CD). Assim, um veículo que apresente maior alcance no modo CD, terá Fator de Utilização mais próximo da unidade neste regime, isto é, maior probabilidade de condução alimentada pela energia elétrica proveniente da recarga externa.

É recomendado que os fatores de utilização sejam os mais representativos da região à qual se destinam os estudos baseados nas estimativas de consumo e de emissões produzidas pelos métodos deste documento.

A.2. Base para as Estatísticas

O Levantamento de Viagens Domésticas Nacionais (NHTS) foi escolhido nos Estados Unidos para ser a base do cálculo do Fator de Utilização. Este banco de dados, organizado a cada cinco anos pelo Departamento de Transportes dos E.U.A e pela Administração Federal de Rodovias, é baseado em levantamentos de motoristas por todo o território dos Estados Unidos. Mais informações sobre o NHTS podem ser obtidas acessando o website: http://nhts.ornl.gov/.

A aplicação desses fatores no Brasil levaria a erros significativos, visto que eles correspondem a quilometragens anuais que, multiplicadas pelo consumo médio de combustível dos veículos ultrapassaria o volume de vendas desses insumos em quase 80%. Por isso, foram levantadas as curvas de fatores de utilização das frotas de automóveis de até 8 anos de idade (mais prováveis de abrigarem o mercado de VEHP), cujos resultados provêm do Programa de Inspeção e Manutenção de Veículos em Uso - I/M do Município de São Paulo. Estes dados correspondem a 12% da frota nacional e 50% da frota da Região Metropolitana de São Paulo, sendo representativos dos veículos dos grandes centros urbanos brasileiros em termos de consumo de combustível.

A.3 Uso do Fator de Utilização

Vários cálculos diferentes de Fator de Utilização podem ser usados para determinar diferentes resultados finais de emissões e dos consumos de combustível e de energia, dependendo dos objetivos que se quiser atingir. Os Fatores de Utilização mais aplicados referem-se ao conjunto total de dados, já ponderados pelas

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proporções cidade/estrada, podendo-se também utilizar cada um em separado se as estatísticas permitirem esta distinção. Tal diferenciação requer um levantamento adicional por amostragem em veículos instrumentados para a distinção de viagens realizadas com velocidades médias abaixo de 40 km/h (mais provavelmente em ambiente urbano) e acima de 100 km/h (típicas de uso em estrada).

Os dados do Fator de Utilização necessários para calcular os resultados de um ensaio FCT estão apresentados nas curvas da Figura A1, sendo a primeira resultante das estatísticas de quilometragem média anual dos veículos registrados no Município de São Paulo e, a segunda, baseada nas estatísticas norte-americanas constantes da Norma SAE J2841, ambas voltadas ao uso anual misto em cidade e estrada.

Figura A1 – Probabilidades de uso de veículos leves em função do trajeto diário.

A curva dos Fatores de Utilização levantados nos veículos registrados no Município de São Paulo em 2012 é bem representada pelas seguintes equações:

a) Percursos até 85km por dia:

b) Percursos de 85 a 200km por dia:

c) Percursos acima de 200km por dia:

A.4. Método de Cálculo dos Fatores de Utilização Recomendado por este Documento

O método ora recomendado é o Cálculo Fracional do Fator de Utilização para a ponderação dos resultados do FCT e os dados do ensaio em sustentação de carga (CST). Este método se aplica aos resultados de cada ciclo do FCT com o Fator de Utilização em segmentos iguais à distância de condução do ciclo. Este método é mais preciso quando um veículo com uma distância variável de redução de carga ao longo do FCT está sendo considerado. Ele também evita anomalias quando o RCDc está próximo do fim ou início de um ciclo no FCT. As equações 25-a e 25-b mostram como o Método de Cálculo de Fator de Utilização Fracionado é aplicado.

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Apêndice B – Técnicas de Correção de Variação Líquida de Energia Interna do RESS

B.1. Fundamentos da Correção da NEC

Alguns projetos de veículos podem não possuir controles suficientemente precisos para cumprir repetidamente o critério de tolerância de variação líquida de energia (NEC) no procedimento de ensaio de carga sustentada (CST). Se este for o caso, são propostos métodos de correção para calcular o resultado de consumo de combustível com NEC = 0 usando métodos de regressão.

B.2. Região Admissível de Correção de NEC

Se o NEC do RESS ao longo de um determinado ciclo em um CST for superior a 1,0% do consumo de energia durante o ciclo de ensaio, mas menor ou igual a 5,0%, métodos de correção baseados em regressão linear podem ser usados para estimar o consumo de combustível correspondente à variação nula, como indicado na Figura B1.

Figura B1 – Região admissível para correção da NEC.

B.3. Métodos de Correção da Alteração Líquida de Energia

Dois cenários possíveis de ensaio são propostos para esta metodologia de correção, mas ambos os métodos usam um mínimo de quatro ensaios por ciclo de condução para estabelecer uma relação linear entre NEC e consumo de combustível. Um mínimo de 2 pontos de ensaio é exigido tanto para resultados com descarga (NEC>0) quanto para a ocorrência de aumento de carga (NEC<0). Além disso, para minimizar a imprecisão no ajuste linear, os pontos usados para a criação da linha de correção devem estar entre 1% e 5% de NEC relativa ao consumo de combustível (1%<NEC/comb.<5%). Este requisito reduz os erros de inclinação, pois as variações entre ensaios próximas a NEC=0 estarão incluídas entre os efeitos da NEC. O limite externo de NEC=5% corresponde à correção máxima permitida e garante que a correção irá abranger toda a faixa admissível. É requerida uma linha de correção separada para cada ciclo de ensaio (urbano a frio, urbano a quente, estrada, etc.).

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OBSERVAÇÃO: Por causa da possibilidade de características térmicas significativas, no caso de um ensaio urbano, uma correção deve ser feita separadamente para o ciclo com “partida a frio” e outra com “partida a quente” se algum deles (ou ambos) não cumprirem o critério de 1% NEC/combustível.

B.3.1. Método de Correção de NEC pela Inclinação

Esta metodologia é usada quando existe um conjunto de dados que ilustra precisamente a relação entre a NEC versus consumo combustível de um determinado veículo (com uma determinada estratégia de calibração) num ciclo específico. Qualquer novo resultado de ensaio para o mesmo veículo (não modificado) pode ser corrigido para NEC=0 usando a inclinação da linha de regressão criada pelo uso dos dados existentes e o afastamento da NEC no novo ponto de ensaio. O novo resultado não deve ter erro relativo maior que 5% em relação à linha de regressão dos dados existentes. Como mencionado anteriormente, os pontos usados para criar a linha de regressão devem estar entre 1% e 5% do NEC relativo ao combustível usado e devem ser usados, pelo menos, 2 pontos de cada lado da linha de correção de NEC. Além disso, o erro de consumo de combustível em relação à linha de regressão de qualquer ponto usado para fazer a linha de regressão deve ser inferior a ±5% (o erro máximo admissível no eixo-y é 5% entre o ponto de ensaio e a linha de regressão). Embora a inclinação da linha de correção possa ser criada a partir de dados anteriores, um ensaio ainda deve ser conduzido para criar um ponto a partir do qual a inclinação será aplicada (ponto de afastamento) conforme indicado na Figura B2.

Figura B2 – Método de correção de NEC pela inclinação conhecida.

B.3.2. Método de Regressão para a Correção de NEC

Esta metodologia é utilizada quando não há dados disponíveis acerca da relação NEC versus consumo de combustível de um veículo específico num determinado ciclo. Entretanto, múltiplos pontos correspondentes a vários ensaios (pelo menos quatro) são exigidos para gerar um linha de regressão usada para determinar o resultado com NEC = 0. O resultado corrigido pelo SOC é o valor do consumo de combustível na intersecção da linha de regressão com o eixo y (NEC = 0). Como

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mencionado anteriormente, os pontos usados para criar a linha de regressão devem estar entre 1% e 5% da NEC em relação ao combustível consumido e um mínimo de 2 pontos em cada lado da linha de correção de NEC deve ser utilizado. Além disso, o erro de consumo de combustível em relação à linha de regressão de qualquer ponto usado para fazer a linha de regressão deve ser inferior a ±5% (o erro máximo admissível no eixo-y é 5% entre o ponto de ensaio e a linha de regressão), conforme indicado na Figura B3.

Figura B3 – Estimativa do consumo de combustível por regressão linear.

OBSERVAÇÃO: Embora seja preferido que nenhum pré-condicionamento adicional seja necessário para ajustar o SOC inicial do RESS para obter pontos de correção aceitáveis, ocasionalmente o veículo pode necessitar um pré-condicionamento relativamente à condição inicial do RESS. O pré-ajuste ou pré-condicionamento do sistema de armazenamento de energia deve ser estabelecido pelo fabricante, usando a boa prática de engenharia. Este pré-condicionamento reduziria ou adicionaria energia ao RESS.

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Apêndice C – Exemplo de Sequência de Ensaio FCT

Figura C1 – Sequência completa dos ensaios de um VEHP, nos dois ciclos, em carga sustentada e em regime de descarga da bateria.

Etapas:

1. O veículo chega com SOC desconhecido, esgota até a operação CS, deve

proceder ao menos um CCU em modo CS e satisfazer os critérios de

balanceamento de carga (NEC);

2. Coloque o veículo em estabilização térmica por 12 a 36 horas, SEM RECARGA;

3. Faça uma sequência completa de ensaios com ciclos CCU e CCE, em regime de

carga sustentada (CCU x2 e CCE x2). Outros ensaios em CS com “partida

quente” podem ser realizados neste dia;

4. Faça um ciclo CCU para pré-condicionamento para o ensaio FCT com ciclo CCU

no dia seguinte;

5. Coloque o veículo em recarga e estabilize o veículo termicamente por 12 a 36

horas. O veículo deve ser trazido de volta ao dinamômetro, pronto para o ensaio,

dentro de uma hora depois do veículo ter sido retirado da recarga;

6. Realize o ensaio FCT com ciclo CCU;

7. Recarregue totalmente a bateria e estabilize o veículo termicamente;

8. Realize o ensaio FCT com ciclo CCE

9. Recarregue totalmente a bateria

Observações:

O veículo estabiliza termicamente enquanto está sendo recarregado;

A energia de recarga em (7) é aplicada ao FCT em (6);

A energia de recarga em (5) deve ser similar à fornecida em (7);

Não é requerido o pré-condicionamento com o ciclo estrada para o ensaio FCT

com CCE em (8): os últimos ciclos de CS em (6) são apropriados;

A sequência termina com carga total em (9)

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Apêndice D – ABREVIAÇÕES UTILIZADAS NESTE DOCUMENTO

AC – corrente alternada

AER - autonomia de operação exclusivamente no modo elétrico

Ah – Ampère hora

CCE - ciclo de condução estrada

CCU - ciclo de condução urbano

CD – modo em redução de carga

CO – monóxido de carbono

CO2 – dióxido de carbono

CS – modo em carga sustentada

CST - ensaio em carga sustentada

DC – corrente contínua

ECO – modo econômico de condução

EOT – instante final do ensaio

FCT - ensaio com carga completa

HC - hidrocarbonetos

MCI – motor de combustão interna

NEC – variação líquida de energia do RESS

NHVcomb – Energia interna do combustível

NOx,- óxidos de nitrogênio

RCDa – distância efetiva de redução de carga

RCDc - distância teórica de redução de carga

RD – dependente de recarga

RESS – sistema recarregável de armazenamento de energia

RI – independente de recarga

SOC - nível ou estado de carga do RESS

VE – veículo elétrico

VEH – veículo elétrico híbrido

VEHP – veículo elétrico híbrido recarregável (“plug-in”)