VEC
VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃO
Sistema de
Alimentação
Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DE UM VEÍCULO ELÉCTRICO DE COMPETIÇÃO
Tiago Alberto Correia da Rocha
Orientador
Prof. Dr. Armando Luís Sousa Araújo
http://www.fe.up.pt/~ee06252
[email protected]
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Sistema de
Alimentação
 Sumário
 Objectivos
 O Veículo Eléctrico a Baterias
 Modelo do sistema de armazenamento
 Modelo do VEC em pista
 Sistema de armazenamento híbrido
 Sistema de alimentação auxiliar
 Conclusões Trabalhos futuros
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Sistema de
Sistema de Tracção
Alimentação
 Objectivos
 Estado de arte dos veículos eléctricos;
 Modelação do sistema de armazenamento composto por baterias e
ultracondensadores;
 Modelação do VEC em pista para extracção da energia consumida por
volta;
 Simulação e teste de todo o sistema de armazenamento híbrido
incluindo os conversores de potência;
 Desenvolvimento de um sistema de alimentação auxiliar;
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Sistema de
Sistema de Tracção
Alimentação
 Veículo Eléctrico a Baterias
Sistema de
alimentação
Baterias
Powertrain
Travão
Gestão de Energia
Acelerador
Controlador
Roda
DC
AC
DC
DC
Ultracondensadores
DC
Motor
30KW,
6000rpm
Caixa de
Velocidades
Difere
ncial
Roda
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 A bateria de Ni-MH
A bateria de Ni-MH testada:
•Pack composto por 11 módulos;
•Módulo de 12 células (132 por pack);
•Células de 1,2V e 5,5Ah;
•Energia de 870Wh por pack.
Resposta da tensão da
bateria a uma corrente
de descarga.
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 Modelo da bateria
Modelo da bateria abordado
Sistema de testes à bateria
•Voc → Tensão em circuito aberto;
•Rs → Resistência série ou interna;
•R1C1 → Malha da dinâmica rápida;
•R2C2 → Malha da dinâmica lenta;
Todos os parâmetros são em função do
estado de carga (SOC).
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 Resultados dos testes
Resultados dos testes à bateria:
5 minutos de descarga;
1 hora de repouso;
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 Comparação
Para 75% do SOC os valores dos parâmetros do modelo:
Voc=15,45V;
Rs=28mΩ;
R1=10mΩ;
C1=14,7F;
R2=137mΩ
C2=1036F
O modelo simulado corresponde à resposta da
bateria na descarga. No entanto, a dinâmica da
tensão no descanso atinge um erro elevado,
comparado com os dados reais.
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 Modelo da bateria de Ni-MH
Novo modelo da bateria:
Acrescenta uma nova malha
RC que apenas actua quando
a corrente é nula.
Resultados do modelo
muito próximos dos
práticos.
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 Modelo de um UC
Modelo do UC
Ultracondensador da
Maxwell BCAP 3000F
Parâmetros
Valor
R1
1.38mΩ
C1
1973F
Cv1
240.39F
R2
6.83Ω
C2
592.07F
Cv2
56.28F
R3
17.65Ω
C3
64.31F
Cv3
439.2F
Simulação do modelo
do Ultracondensador da
Maxwell BCAP 3000F
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 Energia em Pista
Necessidade de modelar o
VEC para o cálculo da
energia dispendida numa
prova.
500Wh para
completar
uma volta no
circuito de
Braga.
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 Sistema híbrido de armazenamento
O sistema híbrido de armazenamento
constituído por baterias como fonte de energia
e ultracondensadores como fonte de potência
Baterias
Conversor
CC/CC
Bidireccional
Barramento CC
C
UC’s
Conversor
CC/CC
Inversor/
Controlador
CC/CA
R
M
Topologia de conversor
CC/CC utilizado
Bidireccional
iCC
L
iL
UC’s ou baterias
CCC
VESS
VCC
CESS
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Baterias
 Método de controlo
Conversor
CC/CC
Bidireccional
Barramento CC
PWM
Inversor/
Controlador
C
UC’s
Conversor
CC/CC
CC/CA
R
M
Bidireccional
Controlador
de
Tensão
PWM
Controlador
meia ponte
Baterias
Controlador
meia ponte
UC’s
Ref. da corrente dos UC’s
Referência da corrente das baterias
Corrente de referência
Algoritmo de
gestão de
energia
Velocidade do VEC
SOC da bateria
SOC dos UC’s
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 Resultados Simulação
Tensão do barramento
Corrente do inversor
Regeneração
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 Alimentações auxiliares
UC’s
Conversor
CC/CC
Bidireccional
Barramento CC
Inversor/
Controlador
C
Baterias
R
Conversor
CC/CC
CC/CA
M
Bidireccional
Conversor
CC/CC
Unidireccional
Conversor
CC/CC
Isolado
Conversor
CC/CC
Bomba de água
Ventilador
Caso A
Conversor
CC/CC
Isolado
Conversor
CC/CC
Caso B
Relé
Baterias
Display LCD
Transceptor
Electrónica
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 Principais Conclusões
Conclusões:
•
A plataforma para extracção de dados, segundo o procedimento de teste
desenvolvido, permite a parametrização da bateria.
•
O modelo de três malhas RC apresenta melhores resultados do que o de duas
para a tecnologia de bateria estudada.
•
Dos testes à bateria de Ni-MH denota-se uma elevada queda de tensão
protagonizada por uma dinâmica lenta. Devido a este fenómeno, conclui-se
que esta bateria de Ni-MH não é a mais indicada para o projecto do VEC.
•
O modelo do VEC desenvolvido fornece informação da quantidade de energia
necessária numa prova de competição. No caso do circuito Vasco Sameiro a
energia para completar uma volta é aproximadamente 500Wh.
•
A simulação do sistema híbrido de armazenamento permite concluir a boa
estratégia de controlo da tensão do barramento cc , segundo o algoritmo de
gestão de energia desenvolvido.
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 Trabalhos Futuros
Trabalhos Futuros:
• Integração dos efeitos da temperatura na parametrização do modelo da
bateria.
•
Parametrização da bateria segundo o novo modelo proposto.
• Desenvolvimento de um novo sistema de testes a baterias baseado em
microprocessador.
• Aplicação de um banco de UC’s no projecto, e a parametrização do seu modelo
eléctrico.
• Incorporação de um sistema de tracção na simulação do sistema de
alimentação desenvolvido nesta tese.
•
Implementação prática do sistema de alimentações auxiliares no VEC.
•
Estudo da possibilidade de ligação à rede através do conversor de tracção.
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 Obrigado
Obrigado pela atenção!
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