Portflio
1
Veculo Eltrico
Duarte Mesquita Sousa
Instituto Superior Tcnico
Universidade Tcnica de Lisboa
Portugal
Portflio
2
Introduo
Constituio
Armazenamento de energia
Motores eltricos
Conversores eletrnicos
Modos de carregamento
Sistemas auxiliares
Legislao e normalizao
Tpicos
Portflio
3
Exemplos de veculos eltricos
Fontes: www.mitsubishi-motors.pt/; www.renault.pt; www.teslamotors.com; www.nissan.pt; www.opel.pt; www.alstom.com; www.siemens.com;
www.tecnobus.it; www.electric-bikes.com/; solarimpulse.com; ecoble.com; http://www.bateau-electrique.com/.
http://www.mitsubishi-motors.pt/http://www.mitsubishi-motors.pt/http://www.mitsubishi-motors.pt/http://www.renault.pt/http://www.teslamotors.com/http://www.nissan.pt/http://www.opel.pt/http://www.alstom.com/http://www.siemens.com/http://www.tecnobus.it/http://www.electric-bikes.com/http://www.electric-bikes.com/http://www.electric-bikes.com/http://www.solarimpulse.com/http://www.ecoble.com/http://www.bateau-electrique.com/http://www.bateau-electrique.com/http://www.bateau-electrique.com/http://www.bateau-electrique.com/Portflio
4
Tipos de veculos eltrico
Veculo elctrico - VE
Veculo eltrico a baterias - BEV
Veculo eltrico de recarregamento pela rede - PEV
Veculos eltricos de vizinhana NEV
Veculo eltrico hbrido - HEV
Veculo eltrico hbrido de recarregamento pela
rede - PHEV
Portflio
5
Energia e potncia (1)
Para alterar o movimento de um objeto necessrio
aplicar uma fora
fora = massa acelerao
Sempre que uma fora aplicada para mover um
objeto est a ser fornecida energia
energia = fora distncia
A potncia a taxa, ou o ritmo, a que energia
convertida de uma forma para outra ou transferida de
um local para outro
Um Watt corresponde transferncia de um Joule
num segundo
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6
Energia e potncia (2)
A energia a potncia usada num determinado
perodo de tempo
- Uma carga de potncia igual a 1 kW a
consumir energia durante uma hora consome
1 kWh de energia
Em qualquer transformao de energia, de uma
forma para outra, a quantidade total de energia
envolvida permanece inalterada
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7
Formas de energia
Armazenvel / No armazenvel
Primria / Final
Renovveis / No renovveis
Unidades
- J, kWh, kcal, tep
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8
Veculo Eltrico
Constituio
Portflio
9
Cadeia de trao (1)
Motor Eltrico
Sistema de armazenamento
de energia
Conversor Eletrnico
Conversor Eletrnico
Bateria(auxiliar)
Outros componentes do VE
Rede Eltrica/Fonte de energia
Sistemas auxiliares/Sinalizao
Navegao (GPS,)
Comunicaes, GSM,
Carregador/Posto de carregamento
()
Portflio
10
Cadeia de trao (2)
Os veculo elctrico podem no
ser 100% elctricos!
Existem cadeias de trao que
so hbridas.
Portflio
11
Veculos hbridos
O motor a gasolina pode ser desligado sempre
que o carro pare, encoste ou trave, sem que os
dispositivos eletrnicos deixem de funcionar.
O motor pode ser arrancado rapidamente sem
grande poluio.
O motor eltrico pode recuperar energia da
travagem e desacelerao.
O que significa PHEV-20?
E PHEV-32km?
Portflio
12
Vantagens dos veculo eltricos
Eficincia energtica
Reduo das emisses de gases estufa
Custos de Operao
Tecnologia veculo-rede
Carregamento no domiclio ou no local de
trabalho
Flexibilidade de combustvel
Produo de energia elctrica em casa
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13
Desvantagens dos veculo eltricos
Embora os PHEVs reduzam o consumo de gasolina, pode no significar a reduo da emisso de gases estufa.
O custo da aquisio de um veculo PHEV bastante elevado.
As baterias mais vulgares so pesadas e de grande dimenso.
Requer implementao e disponibilizao de locais para recarregamento.
Aumento do consumo de energia eltrica.
Portflio
14
Mdulos eletrnicos
Fonte: EDN Europe, Issue 7, July 2012, www.edn-europe.com
Portflio
15
Veculo Eltrico
Armazenamento de
energia
Portflio
16
Principais formas de armazenamento
de energia (1)
Baterias
Pilhas de combustvel
Volantes de inrcia
Condensadores/ Supercondensadores
Portflio
17
Principais formas de armazenamento
de energia (2)
Flywheel
Fonte: Review of Battery Systems for Electrically Powered Vehicles", D. V. Ragone, SAE
paper 680453, 1968
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18
Baterias usadas em veculos eltricos (1)
Uma bateria um dispositivo eletroqumico,;
Uma bateria armazena energia.
A bateria de um veculo eltrico geralmente
recarregvel.
No caso dos automveis somente a gasolina ou a
gasleo, a bateria do carro usada para alimentar o
motor de arranque, as luzes e o equipamento eletrnico.
Descarga Carga
Fonte: wikipedia.org
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19
Baterias usadas em veculos eltricos (2)
- cido - chumbo
- Nquel - hidreto metlicos
- ltio: ies e polmero
- nano titanato
- Nquel cdmio
- Zebra (Sdio Cloreto de nquel)
Fontes: www.panasonic.pt; www.autosil.pt; www.varta.pt; www.varta-automotive.com;
www.altairnano.com.
http://www.panasonic.pt/http://www.autosil.pt/http://www.varta.pt/http://www.varta-automotive.com/http://www.varta-automotive.com/http://www.varta-automotive.com/http://www.altairnano.com/Portflio
20
Baterias usadas em veculos eltricos (3)
Fonte: International Energy Agency, Technology Roadmaps: Electric and Plug-in Hybrid
Electric Vehicles, 2009, p. 12. (Original source: Johnson Control SAFT 2005 and 2007.).
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21
Baterias usadas em veculos eltricos (4)
O comportamento de uma bateria no linear e
varia pelas seguintes razes:
Estado de carga (SOC)
Capacidade de armazenamento da bateria
Taxa de carga/descarga
Temperatura
Idade da bateria
Reaces qumicas secundrias que se do
internamente
Portflio
22
Baterias usadas em veculos eltricos (5)
Fonte: A. Roque, Master Thesis, IST/TU Lisbon, 2001.
Portflio
23
Baterias usadas em veculos eltricos (6)
Fonte: A. Roque, Master Thesis, IST/TU Lisbon, 2001.
Portflio
24
Baterias parmetros principais
Valor nominal de ampere-horas [Ah]
Valor da corrente de arranque a frio [A]
Valor nominal da capacidade de reserva
[minutos]
Valor nominal de Watt -horas [Wh]
Portflio
25
Baterias modelo elctrico (1)
O modelo mais simples que se pode apresentar,
consiste numa fonte de tenso ideal (E0) e de uma
resistncia (rbat) que limita a corrente de sada da
bateria (Ibat) :
Ibat
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26
Baterias modelo elctrico (2)
O modelo de Thevenin da bateria, que consiste numa
fonte de tenso ligada em srie (E0) com uma
resistncia (rbat) e o paralelo de uma resistncia (r0) e
um condensador (C0):
rbat resistncia do caminho metlico dentro da bateria, incluindo os terminais da clula,
elctrodos e interconeces, mais a resistncia do caminho que passa pelo eletrlito incluindo o
separador.
C0 capacidade dos eltrodos em paralelo que formam a clula.
r0 resistncia interna, e causado pelo contacto no linear entre o eltrodo e o eletrlito.
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27
Supercondensadores (1)
Os supercondensadores (ou
ultracondensadores) tm uma
densidade energtica muito
superior aos condensadores.
Fontes: www.abb.com; www.elna.com.
http://www.abb.com/http://www.elna.com/Portflio
28
Supercondensadores (2)
Principais caractersticas:
Densidade de potncia elevada
Reduzida resistncia srie
Ciclos de carga/descarga ilimitados
Baixa tenso nominal
A energia utilizvel 75% do total armazenado
Integrao com fontes de energia principais
Fornecimento de picos de potncia pedidos
pela carga
Fo
nte
: w
ww
.eln
a.c
om.
http://www.elna.com/Portflio
29
Supercondensadores (3)
Os supercondensadores quando associados (banco de
supercondensadores) permitem:
Alcanar valor de tenso nominal mais elevado
Ligao de elementos em srie
Ajustar o valor de capacidade
requerido pelo sistema
Ligao de elementos em paralelo
Necessitam de circuitos de
balanceamento de tenso
Fonte: www.elna.com.
http://www.elna.com/Portflio
30
Supercondensadores (4)
Banco de supercondensadores da Honda
Capacidade at 5000 F
Densidade de energia: 0,5 10 Wh/Kg
Densidade de potncia: 6kW/Kg a 95% de
rendimento F
on
te: w
orld
.ho
nd
a.c
om.
http://www.elna.com/Portflio
31
Supercondensadores (5)
Portflio
32
Supercondensadores caractersticas
principais (1)
Energia disponvel (Edisp):
Corrente nominal (IN)
Corrente mxima (IMAX)
UCEdisp2
2
1
Portflio
33
Supercondensadores caractersticas
principais (2)
Caracterstica: tenso vs. Estado de carga (SOC):
Os supercondensadores e as baterias so sistemas que se
complementam enquanto que a bateria fornece energia a uma
carga o supercondensador fornece potncia. Fontes: J. Simes; M. Carreira, TFC, IST, 2005.
Portflio
34
Pilhas de combustvel (1)
Uma PILHA DE COMBUSTVEL um
dispositivo que converte energia qumica de um
combustvel (hidrognio, gs natural, metanol,
gasolina, ) e um oxidante (ar ou oxignio) em
energia eltrica.
Fonte: wikipedia.org Fontes: Ac. Energia/ IST;
www.ballard.com.
Portflio
35
Pilhas de combustvel (2)
COMBUSTVEIS:
- hidrognio
- nitrognio
- CO
- CH4
Fonte: fuelcelstore.com
Fonte: wikipedia.org
Portflio
36
Pilhas de combustvel (3)
Portflio
37
Pilhas de combustvel - constituio
Fonte: http://www.jari.or.jp
Pilha
ClulaAr
Hidrognio
Separador
Separador
Eltrodo H2 (catalizador)
Eltrodo Ar (catalizador)
Filme eletrlito
Hidrognio
Hidrognio
Ar (oxignio)
Ar e gua
Portflio
38
Pilhas de combustvel caracterstica
tenso vs. corrente
Fonte: A.J. Appleby, F.R. Foulkes, Fuel Cell Handbook, Van Nostrand Reinhold, New
York, NY, 1989.
Portflio
39
Pilhas de combustvel - classificao
As pilhas de combustvel so classificadas de
acordo com o eletrlito.
Existem para aplicaes de pequena potncia como
um telefone celular (0,5 W), ou
de grande potncia como uma
central elctrica (10 MW).
Alkaline Fuel Cell (AFC)
Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC)
Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC)
Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)
Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC)
Direct Methanol Fuel Cell (DMFC)
Regenerative Fuel Cells (RFC)
Zinc-Air Fuel Cell (ZAFC) Fo
nte
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ttp:
//w
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s-be
nz.c
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Portflio
40
Pilhas de combustvel funcionamento (1)
Fonte: http://www.fctec.com/fctec_howorks.asp
Portflio
41
Pilhas de combustvel funcionamento (2)
Portflio
42
Volantes de inrcia
Os volantes de inrcia so sistemas complexos onde
a energia armazenada mecanicamente (energia
cintica).
A energia trocada com o volante de inrcia atravs
de uma mquina elctrica
(motor/gerador).
Fonte: Schouler, Adrien; Sapin, Julien; Kluyskens, Virginie; Labrique, Francis; Dehez,
Bruno; Study and control of magnetic bearing for flywheel energy storage
System, POWERENG07 Conference, 2007.
Portflio
43
Volantes de inrcia aplicaes (1)
Veculos elctricos:
elimina os picos de corrente
ajudam a prolongar a vida das baterias
Geradores elicos:
compensa as oscilaes do vento e variaes de
tenso e frequncia da rede eltrica.
Fonte: http://www.nasa.gov
Portflio
44
Volantes de inrcia aplicaes (2)
Sistemas fotovoltaicos
prolonga a utilizao destes sistemas em horas
em que no existe radiao solar
UPS Sistemas de alimentao ininterruptos
Aplicaes aeroespaciais
Fonte: http://www.nasa.gov
Portflio
45
Veculo Eltrico
Motores elctricos
Portflio
46
Motores Eltricos
Portflio
47
Motores eltricos utilizados nos veculos
eltricos
Corrente contnua:
- excitao srie
- excitao independente
Corrente alternada:
- motor assncrono (induo)
- motor sncrono
- rotor bobinado - manes permanentes (sem escovas brushless)
- motor de relutncia
Portflio
48
Dimensionamento dos motores
Potncia, P (W)
Binrio, T (Nm)
Velocidade angular, (rad/s)
TP
Portflio
49
Motor assncrono (induo) - vantagens
- construo simples, robusto, de baixo
custo e pouca manuteno.
- velocidade mxima de rotao.
- permite obter cadeias de traco
compactas e de elevado rendimento.
- os conversores eletrnicos (tenso e
frequncia variveis) que lhe esto
associados so eficientes.
Fonte: Ac. Energia/ IST.
Portflio
50
Motor assncrono (induo) -
desvantagens
- controlo de velocidade complexo (nomeadamente a baixa velocidade).
- custo dos sistemas de controlo.
- funcionam com fluxo constante (o que impede o enfraquecimento de campo para que possam operar a potncia constante).
- o conjunto motor + controlador uma soluo dispendiosa.
Fo
nte
: A
c. E
ne
rgia/
IS
T.
Portflio
51
Motores sncronos (manes
permanentes brushless - vantagens
- rendimento elevado.
- comportamento trmico (induzido no estator
facilita a evacuao de calor).
- inrcia menor do que a de outros motores
(menos peso, nomeadamente devido ao uso de
manes).
- ausncia de contactos eltricos mveis.
- velocidade mxima de rotao.
- compacta.
Fonte: www.alstom.com
Portflio
52
Motores sncronos (manes permanentes
brushless - desvantagens
- manes caros e que perdem as
caractersticas magnticas com o aumento
da temperatura.
- o motor + controlador constitui uma
soluo dispendiosa
- operam a fluxo constante
Fonte: www.alstom.com
Portflio
53
Motores de corrente contnua -
vantagens
- bom desempenho para binrios
elevados.
- gama de variao de velocidade
- sistemas de controlo relativamente
simples.
Fonte: Ac. Energia/ IST.
Portflio
54
Motores de corrente contnua -
desvantagens
- desgaste e manuteno das escovas e
coletor.
- a estrutura do rotor limita a velocidade
mxima.
- perdas elevadas no rotor (dificulta a
evacuao de calor influenciando o
comportamento trmico).
Fonte: AC. Energia/ IST.
Portflio
55
Motor de relutncia - vantagens
- estrutura simples e compacta.
- gama de controlo de binrio ampla e velocidade
mxima elevada.
- robusto e no requer praticamente manuteno.
- produz binrios elevados a velocidades baixas
(ideal na traco eltrica).
- inrcia baixa e com densidade de binrio elevada
(o que permite acelerar e trava o veculo de forma
rpida).
- permite eliminar a caixa de velocidades.
- custo e eficincia.
Portflio
56
Motor de relutncia - desvantagens
- so ruidosos.
- no existem (ainda) em grande nmero.
Fonte: http://www.srdrives.com/technology.shtml
Portflio
57
Motor de um kart elctrico -
caractersticas
- Funcionamento para nveis de tenso baixos
- Elevada potncia especfica
- Robusta e de fcil comando
- Marca: Lynch
- Tipo: Mquina CC de magnetos permanentes
- Potncia disponvel: 10,3 kW (60 V, 200 A)
- Velocidade nominal: 3500 rpm
- Rendimento nominal: 86 %
- Peso: 11 kgf
Fontes: AC. Energia/IST;
http://www.lmcltd.net.
Portflio
58
Motor de um kart elctrico videos (1)
Fontes: AC. Energia/IST; A. Roque.
Portflio
59
Motor de um kart elctrico videos (2)
Fontes: AC. Energia/IST; A. Roque.
Portflio
60
Motor na roda - vantagens
- no necessitam de transmisso, veio de
transmisso, diferencial e eixos.
- a mudana de velocidade feita com o motor.
- peso e volume do motor (menores).
- controlo individual de cada motor (melhora
desempenho).
Fonte: www.michelin.com
Portflio
61
Motor na roda - desvantagens
- cablagem de alta tenso em constante
movimento.
- montagem das partes mecnicas com requisitos
elevados.
- segurana.
- custo.
Fonte: http://jcwinnie.biz
Portflio
62
Veculo Elctrico
Conversores
eletrnicos
Portflio
63
Principais tipos de conversores
eletrnicos usados na trao eltrica
Conversor AC/DC
- usado no carregamento de baterias, por
exemplo.
Conversor DC/DC
- usado para alimentar motores de corrente
contnua, por exemplo.
Conversor AC/DC/AC
- usado na alimentao de motores de corrente
alternada (sncronos e assncronos), por exemplo.
Portflio
64
Conversores AC/DC para carregamento
de baterias
Dodo
Rede AC
Resistncia
Bateria
Transformador
Carregador de bater ia simples
Dodo
Rede AC
Bobine
Bateria
Transformador
Carregador de bater ia com
indutor em sr ie
Portflio
65
PCB do controlo do motor/conversor
eletrnico
Fonte: EDN Europe, Issue 7, July 2012, www.edn-europe.com
Portflio
66
Veculo Eltrico
Modos de
carregamento
Portflio
67
Pontos de carregamento
Sistema central
- Telecomunicaes
- Controlo
- Computadores
- ()
Portflio
68
Tipos de carregamento
1.Carregamento
Domstico
2. Carregamento
3. Carregamento
Potncia Mxima 3,7 kW At 22/43 kW At 240 kW (DC)
At ~220 kW (AC)
Durao
da carga
10 kWh ~ 3h 15-30 min < 5 min
20 kWh ~ 5,5 h 30-60 min ~ 5 min
30 kWh ~ 11 h 60-120 min ~ 10 min
Portflio
69
Carregamento Modo 1: Fixo,
tomada/ficha no dedicada (1)
Ligao do VE rede de alimentao utilizando
tomadas normalizadas de corrente at 16A , com
terra de proteo (ou seja tomadas domsticas ou
industriais da norma EN60309).
A utilizao do modo 1 de carga depende da
presena de um dispositivo de corrente residual
(RCD) no lado da rede de alimentao (< 30 mA).
Domstica 16 A
Monofsica com terra
Industrial IEC 60309 16 A
Monofsica com terra
Portflio
70
Carregamento Modo 1: Fixo,
tomada/ficha no dedicada (2)
Fonte: www.volvo.com; C. Casimiro.
http://www.volvo.com/Portflio
71
Carregamento Modo 2: Tomada/ficha no
dedicada com dispositivo de proteo
incorporado no cabo (1)
Modo de carregamento desenvolvido que permita que um
veculo que carregue em modo 3, carregue tambm a partir
de uma tomada domstica ou industrial.
Para tal o cabo de carregamento apresenta uma funo de
controlo de piloto desde o veculo at caixa de comando
(ICCB) localizada numa extremidade do cabo. ICCB
Fonte: www.nissan.com; C. Casimiro.
http://www.nissan.com/Portflio
72
Carregamento Modo 2: Tomada/ficha no
dedicada com dispositivo de proteo
incorporado no cabo (2)
Fonte: www.nissan.com; C. Casimiro.
http://www.nissan.com/Portflio
73
Carregamento Modo 3: Fixo, tomada/ficha
dedicada com dispositivo de proteco
incorporado no cabo
O veculo elctrico ligado rede de alimentao
monofsica ou trifsica com uma tomada e ficha
dedicada. Apresenta a funo de piloto de controlo
para segurana.
Funo de piloto de controlo:
Verificar se a conexo est correta
Verificar a continuidade da terra de proteo
Energizao e corte de tenso em no
utilizao
Desconexo da tomada em no conexo
Comunicao da capacidade mxima de
corrente eltrica
Exclusividade de carregamento num veculo
em modo
Portflio
74
Fichas e Tomadas
Modo 3: Fichas
e Tomadas
Tipo 1
Yazaki
Tipo Mennekes Tipo 3
Scame
N. Fases Monofsica Monofsica/trifsica
Monofsica/trifsica
Corrente 32 A 70 A (Monofsica)
63 A
32 A
Tenso 250 V 500 V 500V
N. Pinos 5 (Fase, Neutro,
Terra, Detector de
insero e Piloto de
controlo)
7 (3 Fases, Neutro,
Terra, Detector de
insero e Piloto de
controlo)
5 ou 7 (1 ou 3 Fases,
Neutro, Terra,
Detector de insero
e Piloto de controlo)
Portflio
75
Carregamento Modo 4: Modo de
carregamento externo em CC (1)
O veculo eltrico ligado indirectamente
rede de alimentao atravs de um carregador
externo em CC que fornece energia diretamente
ao veculo eltrico. Apresenta a funo de
piloto de controlo para segurana.
O sistema mais vulgarizado
para este modo nipnico:
CHAdeMO
Portflio
76
Carregamento Modo 4: Modo de
carregamento externo em CC (2)
Fonte: www.nissan.com; C. Casimiro.
http://www.nissan.com/Portflio
77
Veculo Eltrico
Sistemas auxiliares
Portflio
78
Conduo autnoma (1)
Veculo sem condutor
Viso (cmaras dianteira e traseira)
Sensores
Computadores
Comunicaes com um sistema
centralizado de comando
()
Portflio
79
Conduo autnoma (2)
Portflio
80
Conduo autnoma (3)
Portflio
81
Computador de bordo (1)
Os computadores de bordo desempenham uma funo
de monitorizao de diversos parmetros do veculo.
- sensores de oxignio, presso do ar, temperatura do
ar, temperatura do motor, posio do acelerador de
ignio, etc.
Permite controlar as emisses, injectores de
combustvel, velocidade,
Fornece informao ao condutor
Fonte: http://www.ford.com
Portflio
82
Computador de bordo (2)
airbags
controlo da caixa automtica (nos veculos com
esta funcionalidade)
sistemas de travagem (ABS, ESP)
controlo de velocidade/cruise control
chave inteligente
bancos e espelhos que se adaptam fisionomia do
condutor (e passageiros) com memorizao dos
parmetros
temperatura no interior de habitculo (zonal)
()
Portflio
83
Sistemas de apoio travagem (1)
O sistema de travagem ABS (Anti-lock Braking System)
evita que a(s) roda(s) bloqueie(m) quando o pedal de
travagem pisado com fora e entre em derrapagem
(sensor tipo magnetoresistivo ou de efeito Hall). Evita que
o veculo fique sem aderncia ao piso.
O atrito esttico relevante para o funcionamento deste
sistema.
Os pneus tm uma funo relevante num veculo
O ABS em conjunto com os pneus permitem melhoras a
Distncia de paragem vs. Velocidade
Portflio
84
Sistemas de apoio travagem (2)
O ESP (Electronic Stability Program) um sistema de controlo
de estabilidade dinmica em situaes em que o carro tende a
fugir de traseira ou de frente, falta de traco ou redues de
velocidade bruscas. Atua diretamente nas rodas consoante o tipo
de ocorrncia.
O ESP no atuado pelo condutor e pode entrar em
funcionamento mesmo que o pedal do travo no seja atuado.
Outros sistemas:
Controlo de trao inteligente
Sistema de assistncia ao arranque em rampa
Sistema de guarda lateral
Controlo de velocidade adaptativo
()
Portflio
85
Detetor de pees e travagem automtica
de emergncia (1)
radares
cmaras
- evita atropelamentos at 35 km/h
- diminui a gravidade do acidente at aos 80 km/h
- no atua acima dos 80 km/h
Portflio
86
Detetor de pees e travagem automtica
de emergncia (2)
Detectores de pees baseados
em viso auxiliam conduo
por humanos mas podem ser
usados por automveis
autnomos
Radar / laser range finder
usado para deteco de
obstculos em geral (outros
carros, objectos no cho,
pessoas)
Portflio
87
Detetor de pees e travagem automtica
de emergncia (3)
Portflio
88
Mobilidade abastecimento de energia
Um dos desafios atuais associado aos veculos eltricos
so as solues para o abastecimento de energia:
- postos de abastecimento
- tomadas/fichas/conetores
- tempo de carga
- localizao dos postos
Algoritmos
Comunicaes
Redes de energia e telecomunicaes
Centro(s) de apoio
Portflio
89
GPS (1)
GPS - Global Positioning System
O GPS um sistema de navegao por satlite
baseado no espao eu fornece a localizao e o
tempo quaisquer que sejam as condies
climatricas e em qualquer local terrestre ou
prximo da Terra que possa ser visto por quatro ou
mais satlites GPS.
Portflio
90
Os satlites transmitem continuamente mensagens
contendo:
instante de tempo da transmisso da mensagem;
posio orbital do satlite.
A determinao da posio feita por triangulao,
i.e., por comparao relativa das distncias do
receptor aos satlites.
O erro no relgio do receptor introduz um erro na
determinao da posio.
GPS (2)
Portflio
91
O erro depende da preciso do relgio.
GPS (3)
[Fonte: Kowoma, 2009]
Portflio
92
Com visibilidade a 4 satlites, consegue-se uma
localizao com um erro de ~10 m.
A visibilidade a 3 satlites aumenta o erro
substancialmente.
A utilizao do GPS est restrita a locais com boa
visibilidade, i.e.:
no funciona em ambientes interiores;
tem problemas em ruas estreitas.
GPS (4)
Portflio
93
Na grande maioria dos dispositivos actuais, usa-se
o A-GPS (Assisted-GPS), que combina o GPS com
as redes celulares (geralmente, usando os tempos
de propagao).
O erro de localizao varia entre 10 e 200 m.
A-GPS
Portflio
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GPS - funcionalidades
Localizao
escola de rota
velocidade mxima
informao variada sobre o local
acesso internet
multimdia
()
Fonte: http://thecustomizewindows.com
Portflio
95
Bluetooth
O Bluetooth uma especificao para redes sem
fios que permite conetar e trocar informaes entre
dispositivos eletrnicos, como por exemplo,
telemveis, computadores ou impressoras atravs de
uma frequncia de rdio de curto alcance
globalmente no licenciada e segura.
Funcionalidades num automvel:
telemvel
multimdia
()
Fonte: http://www.parrot.com
Portflio
96
Telemvel (GSM)
O Sistema Global para Comunicaes Mveis
(GSM) uma tecnologia de telecomunicaes
mveis e o padro mais utilizado em telemveis.
Parmetros/especificaes:
- banda de frequncia
- capacidade de transmisso de dados
GSM 900; GSM 1800
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97
Comunicaes mveis num veculo
eltrico
telemvel integrado.
transmisso de dados.
- localizao
- pontos de interesse
- posto de abastecimento
comando remoto
- climatizao
- carga e descarga dos sistemas de
armazenamento de energia (V2G, G2V, V2I)
()
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98
Sensores (1)
Os automveis (eltricos ou no) possuem inmeros
sensores dos quais depende o funcionamento do
veculo e/ou auxiliam o condutor.
Num veculo autnomo (sem condutor) os sensores
so fundamentais para que o veculo circule de forma
adequada
Experincias em curso
Portflio
99
Sensores alguns exemplos
estacionamento
chuva
detetor de pees
presso dos pneus
temperatura dos pneus
chave inteligente
sensores de estacionamento
medio do curso da suspenso (LVDT linear
variable differential transformer, por exemplo)
()
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100
As aplicaes englobam os mais variados sectores:
sade,
ambiente,
transportes,
entretenimento,
militar,
industrial,
comercial,
Sensores - Aplicaes
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Sensores - Video
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102
Sensores algumas notas
Necessitam de ser alimentados/estimulados
consomem energia
processamento da informao
qualidade do sinal
tratamento do sinal
agregao de dados entre sensores
Redes de sensores redes distribudas
CAN bus (Controller Area Network) sistema de
comunicaes padronizado e projetado para que os
microcontroladores e dispositivos de um veculo possam
comunicar entre si sem o auxlio de um computador principal.
Portflio
103
As redes de sensores podem ser com ou sem fios,
tendo princpios de funcionamento diferentes.
As redes podem ser:
Terrestres;
Mveis;
Subterrneas;
Submarinas.
As redes podem efectuar:
Monitorizao de parmetros;
Seguimento de objectos, pessoas ou animais.
Redes de Sensores (1)
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104
Existem vrios sistemas e normas para as redes de
sensores (as mais usadas, nos sistemas sem fios,
so baseadas em ZigBee ou Bluetooth).
As redes de sensores sem fios podem funcionar em
vrias bandas de frequncias. Normalmente, usa-
se bandas ISM (Industrial, Scientific and Medical),
que podem ir de 7 MHz a 24 GHz.
Redes de Sensores (2)
Portflio
105
A localizao dos sensores pode levantar vrios
problemas, dependendo das aplicaes:
ligao rede;
obteno da informao.
O sincronismo da informao pode ser essencial:
na transmisso da informao;
para poupar energia.
A rea de cobertura dos sensores :
pode ter implicaes econmicas;
est dependente do sistema e da frequncia.
Problemas e Desafios (1)
Portflio
106
A compresso e agregao de dados permite
aumentar:
a fiabilidade da transmisso;
a quantidade da dados transmitida.
A segurana um dos aspectos importantes, devido :
integridade dos dados;
deteco indevida da informao.
Problemas e Desafios (2)
Portflio
107
As redes terrestres colocam problemas de:
optimizao do custo da informao;
encaminhamento da transmisso;
Redes Terrestres
[Fonte: U. Melbourne, 2008]
Portflio
108
As redes mveis colocam problemas de:
gesto de mobilidade;
manuteno da ligao.
Redes Mveis
[Fonte: MIT, 2005]
Portflio
109
As redes subt./subm. colocam problemas de:
instalao e manuteno;
atenuao dos sinais;
consumo de energia.
Redes Subterrneas e Submarinas
[Fonte: Libelium, 2011]
Portflio
110
Cidades Inteligentes!
As Cidades Inteligentes atuam em:
informao pblica e formao;
avisos de emergncias;
sade, incluso, e vivncia
assistida;
sistemas inteligentes de
transportes;
ambiente, eficincia energtica,
e redes inteligentes de energia.
(colourdesign, 2010)
(photoaki, 2010)
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111
Sistemas Inteligentes de Transportes
Identificaram-se as reas
seguintes:
gesto de trfego urbano e
sub-urbano,
gesto eficiente de viagens,
servios de
comunicao
(V2V e V2I),
prosumidores
mveis.
(
I
D
R
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2
0
1
0)
(
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e
h
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(
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u
t
o
m
k
2
0
1
0)
(webcredible, 2010)
http://www.google.pt/imgres?imgurl=http://www.idrc.ca/uploads/user-S/11476980283traffic.jpg&imgrefurl=http://www.idrc.ca/en/ev-97409-201-1-DO_TOPIC.html&usg=__jxzOmGMBaVG_z_7BcrQnufr7Q7Y=&h=404&w=600&sz=48&hl=pt-PT&start=1&um=1&itbs=1&tbnid=eSJJik80WXQn6M:&tbnh=91&tbnw=135&prev=/images?q=urban+traffic&um=1&hl=pt-PT&sa=N&rlz=1T4GZAZ_pt-PTPT380PT381&tbs=isch:1http://www.google.pt/imgres?imgurl=http://japan.automk.com/media/2007/07/wireless_car.jpg&imgrefurl=http://japan.automk.com/thread-53044-1-6.html&usg=__HHsFomnSRnr8Nw5tFFtBJIR-tPY=&h=315&w=450&sz=95&hl=pt-PT&start=3&um=1&itbs=1&tbnid=rd70mM-WoiY19M:&tbnh=89&tbnw=127&prev=/images?q=V2V&um=1&hl=pt-PT&sa=G&rlz=1T4GZAZ_pt-PTPT380PT381&tbs=isch:1Portflio
112
Ambiente e Eficincia Energtica
Identificaram-se as reas
seguintes:
integrao em infraestruturas,
redes inteligentes,
processos inteligentes,
dispositivos
inteligentes.
(
b
e
s
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(
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r
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e
t
2
0
1
0)
(allthingsgreen, 2010)
Portflio
113
PCB do interface com a bateria com
sensores de tenso e temperatura
Fonte: EDN Europe, Issue 7, July 2012, www.edn-europe.com
Portflio
114
Veculo Eltrico
Legislao e
Normalizao
Portflio
115
Estrutura de normalizao
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116
Pilares da normalizao de um veculo
eltrico
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117
Prioridades normativas
Baterias: segurana e proteo das instalaes
(postos de recarga e estaes de substituio)
Comunicao entre o veculo e os postos de
carregamento
Tipo de veculo e respectivos requisitos
Requisitos dos postos de carregamento/tipo de
carregamento
Interoperabilidade e conetividade (bateria, posto de
recarga, veculo, rede eltrica,)
Compatibilidade eletromagntica
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118
Atividades normativas
Harmonizao de termos e definies
Coordenao/articulao das atividades de
normalizao
Harmonizao de normas (internacional)
Co-operao entre CTs, legislador/regulador,
(terminais, fabricantes, etc)
Portflio
119
Bibliografia
[1] Chan C. C., Alain Bouscayrol and Keyu Chen: Electric, Hybrid, and Fuel-Cell Vehicles: Architectures and Modeling, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 59, No. 2, pp. 589-598, February 2010.
[2] Emadi A., Young Joo Lee, K. Rajashekara: Power Electronics and Motor Drives in Electric, Hybrid Electric, and Plug-In Hybrid Electric Vehicles; IEEE Transactions on Industrial Electronics, Volume 55, Issue 6, pp. 2237-2245, June 2008.
[3] Linen, D.; Thomas, R.; The Handbook of Batteries, Third Edition, Macgraw Hill, 2004.
[4] Kiehne, H.A.; Battery Technology Handbook, Second Edition, Marcel Dekker Inc, 2003.
[5] Toliyat, Hamid A.; Kliman, Gerald B.; Handbook of electric motors, 2nd edition, Pag. 73-74, 2004.
[6] Fitzgerald, A.; Kingsley, C.; Umans, S.; Electric machinery, McGrawHill, New York, 1991.
[7] N. Mohan, T. M. Undeland, W. P. Robbins: Power Electronics: Converters, Applications, and Design, 3rd Ed., Wiley, 2002.