Avaliação experimental do perfil de consumo de energia de
veículos eléctricos
Jorge Lucas Cordeiro Alves
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Mecânica
Júri
Presidente: Professor Mário Manuel Gonçalves da Costa
Orientador: Doutor Gonçalo Nuno Antunes Gonçalves
Co-orientador: Doutor Gonçalo Nuno de Oliveira Duarte
Vogal: Professor Luís Alberto Gonçalves de Sousa
Outubro 2013
Agradecimentos
Antes de mais gostaria de agradecer aos Doutores Gonçalo Gonçalves e Gonçalo Duarte,
por toda a ajuda, disponibilidade e conhecimento transmitido no decorrer desta tese.
Agradeço também à restante equipa do departamento de transportes, energia e ambiente,
pela ajuda proporcionada em inúmeras situações.
Não posso deixar de agradecer a cedência de todos os veículos eléctricos indispensáveis ao
desenvolvimento desta tese. Expresso a minha gratidão à empresa Emel por conceder o uso do
Nissan Leaf, à empresa Prio.e por conceder o uso do Smart ED e em especial a Paulo Cordeiro da
empresa Ecocritério pela cedência dos quadriciclos, Reva i e Estrima Biró.
Por último gostaria de agradecer a toda a minha família e amigos o suporte demonstrado
ao longo de todo o meu percurso académico.
i
ii
Resumo
O sector dos transportes enfrenta actualmente desafios crescentes em termos de consumo de
energia, emissões e congestionamento. Uma das possibilidades passa por alterar a tecnologia dos
veículos, sendo que os veículos eléctricos, pela sua eficiência e redução de emissão de poluentes, são
considerados uma boa alternativa em contexto urbano.
Admitindo a mobilidade eléctrica como alternativa viável às tecnologias actuais, é essencial
caracterizar esta classe do ponto de vista energético. Assim, nesta tese, foram criadas metodologias
com o objectivo de caracterizar energeticamente veículos eléctricos.
Numa primeira fase, foi medido experimentalmente o consumo eléctrico em função das
condições de utilização de um grupo de três quadriciclos eléctricos (Toyota COMS, Estrima Biró e
Mahindra Reva), tendo sido efectuadas monitorizações em estrada, que consistem no registo do
consumo eléctrico directo dos terminais da bateria em paralelo com o registo da dinâmica a que o
veículo é sujeito (velocidade e declive). A aplicação desta metodologia a três quadriciclos eléctricos
em cinco circuitos distintos compreende erros relativos de -8,1% a 10,3%, com uma média total
de -2,8%.
Numa segunda fase, foi desenvolvida uma metodologia que permite medir também o
consumo eléctrico em função da dinâmica do veículo, mas a partir do integral de consumo por
viagem, ou seja a partir dos registos de carregamento. A resolução desta metodologia passa por um
sistema de equações que é baseado em padrões de consumo de veículos eléctricos, estes padrões
são retirados directamente dos registos de consumo obtidos experimentalmente para os quadriciclos
eléctricos. Por fim é aplicada esta mesma análise numérica de base experimental a dois veículos
ligeiros, o Nissan Leaf e o Smart ED. Estes resultados tem precisões idênticas aos resultados
experimentais obtidos para os quadriciclos eléctricos. A aplicação deste modelo a dois ligeiros
eléctricos em três circuitos distintos compreende erros relativos de -6,3% a 11,4%, com uma média
total de 3,6%.
Palavras-Chave: veículos eléctricos, Vehicle Specific Power, quadriciclos eléctricos, modelação de
consumo, Monitorização de veículos em estrada, mobilidade urbana.
iii
iv
Abstract
The modern transport sector faces growing challenges, in terms of energy consumption and
pollutant emissions. One of the possibilities involves changing vehicle technology, with electric
vehicles known for its efficiency and reduced emissions, they are considered as a good alternative for
urban mobility.
Assuming electric mobility as a viable alternative to conventional technologies, it is essential to
characterize these vehicles in terms of energy. Hence this thesis consists of two different approaches
in order to characterize battery electric road vehicles.
Initially, the vehicle’s electrical consumption was experimentally measured simultaneously
with vehicle dynamics, this measurement was made by monitoring the battery terminals in parallel
with vehicle dynamics (velocity and slope) during a series of trips. A group of three electric
quadricycles (Toyota COMS, Estrima Biró and Mahindra Reva) were subjected to this on-board
monitoring due to the easy accessibility to the battery compartment. The error associated with
overall consumption estimations applied to 15 different trips is between -8.1% and 10.3% with a
mean error of -2.8%.
In a second step, a methodology to define the electrical consumption as a function of the
vehicle dynamics was developed, although this time it relies only on the charging data per trip,
instead of the direct on-board measurement of the battery. The solution for this method involves a
system of equations that is based on common electrical consumption patterns, as these patterns
were defined using the data already obtained experimentally for the electric quadricycles. This
numerical methodology of experimental basis was then applied to two full size vehicles, the Nissan
Leaf and the Smart ED. The results obtained have similar accuracy and precision when compared
with the purely experimental results obtained for the electric quadricycles. The error related with
overall consumption estimations by applying this model to 3 vehicles on 3 different trips is between 6.3% and 11.4% with a mean error of 3.6%.
Keywords: electric vehicles, Vehicle Specific Power, electric quadricycles, modeling of electric
consumption, on-road vehicle monitoring, urban mobility.
v
vi
Índice
1.
2.
3.
Introdução e Objectivos .............................................................................................................................. 1
1.1.
Introdução ............................................................................................................................... 1
1.2.
Estado da arte.......................................................................................................................... 4
1.3.
Objectivos ................................................................................................................................ 7
1.4.
Estrutura da Tese..................................................................................................................... 8
Conceitos .......................................................................................................................................................... 8
2.1.
Definição das tipologias de EVs ............................................................................................... 8
2.2.
Arquitectura dos veículos eléctricos (EVs) ............................................................................ 11
2.3.
Características do motor ....................................................................................................... 14
2.4.
Regeneração .......................................................................................................................... 16
2.5.
Baterias .................................................................................................................................. 17
Metodologias de caracterização de veículos .................................................................................... 19
3.1.
Laboratório portátil ............................................................................................................... 19
3.2.
Veículos caracterizados ......................................................................................................... 23
3.3.
Ciclos de condução ................................................................................................................ 23
3.4.
Tratamento dos dados experimentais .................................................................................. 26
3.5.
Metodologia VSP ................................................................................................................... 29
3.5.1.
Definição ........................................................................................................................ 29
3.5.2.
Adaptação da metodologia VSP à classe de quadriciclos eléctricos (L6e e L7e) ........... 31
3.6.
4.
Resultados .................................................................................................................................................... 39
4.1.
6.
Caracterização experimental ................................................................................................. 39
4.1.1.
Quadriciclos leves .......................................................................................................... 39
4.1.2.
Quadriciclos pesados ..................................................................................................... 46
4.2.
5.
Estimativa de consumo a partir dos dados de abastecimento e dinâmica ........................... 38
Consumos com base em dados de carregamento ................................................................ 49
4.2.1.
Parâmetros-chave necessários ao desenvolvimento .................................................... 51
4.2.2.
Formulação final ............................................................................................................ 55
4.2.3.
Análise de sensibilidade ................................................................................................ 59
Aplicação ....................................................................................................................................................... 66
5.1.
Quadriciclos ........................................................................................................................... 66
5.2.
Ligeiros .................................................................................................................................. 68
Conclusões .................................................................................................................................................... 76
Referências............................................................................................................................................................ 78
vii
Anexos ......................................................................................................................................................................... i
A. Expressões de cálculo dos coeficientes da curva de consumo em função da potência
específica.................................................................................................................................................................... i
B.
Distribuição temporal detalhada por modo VSP, dos vários circuitos efectuados ............... v
C.
Especificações técnicas dos veículos medidos ................................................................................ viii
D.
Detalhes dos circuitos percorridos..................................................................................................... xiii
E.
Dados de consumo normalizados para os quadriciclos .............................................................. xvi
F.
Distribuição do consumo eléctrico em 14 modos de potência específica (Smart ED) ...xviii
viii
Lista de Figuras
Figura 1 – Distribuição do consumo energético global do sector dos transportes (1) ........................... 1
Figura 2 – Distribuição por modo em função do tempo para transporte de passageiros (EU-27)
(Esquerda) Distribuição por modo em função do tempo para transporte de mercadorias (EU-27)
(Direita).................................................................................................................................................... 2
Figura 3 – Gráficos de descarga (corrente vs consumo) para várias classes de baterias, sendo o gráfico
da esquerda referente a uma condução económica e o da direita referente a uma condução agressiva
................................................................................................................................................................. 5
Figura 4 – Gráficos de descarga (corrente vs consumo) para várias classes de baterias, sendo o gráfico
da esquerda referente a descargas num clima quente e o da direita referente a descargas num clima
frio ........................................................................................................................................................... 6
Figura 5 – Exemplo de quadriciclo ligeiro eléctrico , Estrima Biró .......................................................... 9
Figura 6 – Exemplo de quadriciclo pesado eléctrico, Reva i ................................................................... 9
Figura 7 – Exemplo de veículo ligeiro de passageiros eléctricos, Nissan Leaf, modelo idêntico ao
medido (13) ........................................................................................................................................... 10
Figura 8 – Exemplo de veículo ligeiro de passageiros eléctricos, Smart Eléctrica Drive, modelo idêntico
ao medido.............................................................................................................................................. 10
Figura 9 – Corte lateral de um Nissan Leaf (13) .................................................................................... 11
Figura 10 – Posição do conjunto de baterias numa vista em corte de um Nissan Leaf (13)................. 11
Figura 11 – Detalhe da secção frontal do Nissan Leaf, onde se encontra o sistema de propulsão (23)
............................................................................................................................................................... 12
Figura 12 – Vista em corte de motor eléctrico in-wheel Fonte: Michelin............................................. 13
Figura 13 – Curva de eficiência em função da velocidade de rotação e binário ao veio de um motor
DC “WarP 8” do fabricante NetGain Motors (14) ................................................................................. 14
Figura 14 – Curva de potência e binário do quadriciclo Reva i ............................................................. 15
Figura 15 – Mapas de eficiência de um motor eléctrico Leroy-Somer TRA 240 de indução (10)
(esquerda) e de um motor síncrono (13) (direita) ................................................................................ 16
Figura 16 – Esquema do pedal de travão (esquerda) e gráfico de distribuição da travagem
regenerativa/mecânica em função da velocidade do veiculo (10) (direita) ......................................... 17
Figura 17 - Evolução da Energia especifica dos vários tipos de bateria em função da potência
específica exigida (15) ........................................................................................................................... 18
Figura 18 – Terminais do conjunto de baterias do Biró Caracterizado ................................................. 19
Figura 19 – Pinça Amperimétrica ligada ao terminal negativo da bateria do Reva i ............................ 20
Figura 20 – Unidade GPS Garmin GPS 76CSX usada durante os ensaios .............................................. 20
Figura 21 – Medidor de energia ............................................................................................................ 21
Figura 22 – Esquema energético de um veículo eléctrico ..................................................................... 22
Figura 23 – Variação de altitude durante um ensaio (esquerda) e Percurso IST/Av. Liberdade (direita)
............................................................................................................................................................... 24
Figura 24 – amostra da curva de velocidade e aceleração medida durante um ensaio ....................... 24
Figura 25 – Gráfico de velocidade em função do tempo recolhidos pelo sensor, GPS e GPS corrigido 26
Figura 26 – Suavização da curva de velocidade obtida com uma unidade de GPS a bordo do veículo 27
Figura 27 – Gráfico de potência (eléctrica e dinâmica) em função do tempo ...................................... 27
Figura 28 - Amostra de altitude em função da distância ...................................................................... 28
ix
Figura 29 – Estimativa da área frontal do quadriciclo Toyota COMS (esquerda) e do Biró (direita), com
recurso a um software próprio: Image Meter ...................................................................................... 32
Figura 30 – Estimativa da área frontal do quadriciclo Reva i ................................................................ 33
Figura 31 – Gráfico de potência eléctrica (de regeneração) em função da classe VSP, do quadriciclo
Reva i ..................................................................................................................................................... 36
Figura 32 – Gráfico de potência eléctrica (de regeneração) em função da classe VSP, do quadriciclo
Biró ........................................................................................................................................................ 36
Figura 33 – Gráfico de potência eléctrica (de regeneração) em função da classe VSP, do quadriciclo
COMS ..................................................................................................................................................... 36
Figura 34 – Potência de carregamento do quadriciclo Biró em função do tempo ............................... 40
Figura 35 – Distribuição do nº de pontos medidos em função do modo VSP do quadriciclo Estrima
Biró ........................................................................................................................................................ 41
Figura 36 – Gráfico de consumo eléctrico em função do modo VSP do quadriciclo Estrima Biró ........ 42
Figura 37 – Distribuição do nº de pontos medidos em função do modo VSP do quadriciclo Toyota
COMS ..................................................................................................................................................... 44
Figura 38 – Gráfico de consumo eléctrico em função do modo VSP do quadriciclo Toyota COMS ..... 44
Figura 39 – Comparação de consumo eléctrico dos quadriciclos ligeiros caracterizados .................... 45
Figura 40 – Distribuição do nº de pontos medidos em função do modo de VSP do quadriciclo
Mahindra Reva i .................................................................................................................................... 47
Figura 41 – Gráfico de consumo eléctrico em função do modo VSP do quadriciclo Mahindra Reva i . 47
Figura 42 – Comparação de consumo eléctrico dos quadriciclos ligeiros caracterizados .................... 48
Figura 43 – Gráfico de consumo eléctrico normalizado em função da potência específica normalizada,
para os veículos medidos seguindo a metodologia VSP adaptada ....................................................... 49
Figura 44 – Gráfico de eficiência em função da potência específica normalizada, dos quadriciclos
medidos ................................................................................................................................................. 50
Figura 45 – Dispersão dos registos de eficiência de regeneração em função da potência específica dos
quadriciclos Reva i e COMS ................................................................................................................... 51
Figura 46 – Dispersão dos registos de consumo normalizados em função da potência específica dos
vários veículos medidos ........................................................................................................................ 52
Figura 47 – Interpolação dos registos de consumo eléctrico em função da potência específica, para
uma gama de potências negativa a partir de -2,5W/kg ........................................................................ 52
Figura 48 – Interpolação dos registos de consumo eléctrico em função da potência, para uma gama
de potências negativa e próxima de 0W/kg.......................................................................................... 53
Figura 49 – Consumo eléctrico em função da potência específica dos quadriciclos medidos ............. 53
Figura 50 – Interpolação dos registos de consumo em função da potência específica ........................ 54
Figura 51 – Interpolação dos registos de consumo eléctrico em função da potência, para uma gama
de potências positiva e próxima de 0W/kg ........................................................................................... 54
Figura 52 – Gráfico de consumo em função da potência específica do quadriciclo COMS .................. 62
Figura 53 – Gráfico de consumo em função da potência específica do quadriciclo Biró...................... 63
Figura 54 – Gráfico de consumo em função da potência específica do quadriciclo Reva i .................. 63
Figura 55 – Dispersão dos registos de consumo eléctrico em função do consumo estimado para o
quadriciclo COMS, interpolação destes mesmos registos, representada por uma recta de cor preta 64
Figura 56 – Dispersão dos registos de consumo eléctrico em função do consumo estimado para o
quadriciclo Biró, interpolação destes mesmos registos, representada por uma recta de cor preta .... 65
x
Figura 57 – Dispersão dos registos de consumo eléctrico em função do consumo estimado para o
quadriciclo Mahindra Reva i, interpolação destes mesmos registos, representada por uma recta de
cor preta ................................................................................................................................................ 65
Figura 58 – Distribuição VSP do circuito 4 efectuado com o quadriciclo Biró ...................................... 66
Figura 59 – Distribuição VSP do circuito 1 efectuado com o quadriciclo Toyota COMS ....................... 67
Figura 60 – Distribuição temporal por modo VSP dos ensaios realizados com o Nissan Leaf .............. 69
Figura 61 – Gráfico de consumo eléctrico das baterias em função da potência específica, para o
veículo eléctrico Nissan Leaf ................................................................................................................. 70
Figura 62 – Consumo eléctrico das baterias em função do modo VSP, do Nissan Leaf (distribuição por
14 modos).............................................................................................................................................. 71
Figura 63 – Distribuição temporal dos registos obtidos por modo VSP, dados relativos ao veículo
ligeiro Smart ED ..................................................................................................................................... 72
Figura 64 – Gráfico de consumo eléctrico das baterias em função da potência específica, para o
veículo ligeiro Smart ED ........................................................................................................................ 74
Figura 65 – Reva i .................................................................................................................................. viii
Figura 66 – Toyota COMS ........................................................................................................................ ix
Figura 67 – Estrima Biró ........................................................................................................................... x
Figura 68 – Nissan Leaf ............................................................................................................................ xi
Figura 69 – Smart electric drive.............................................................................................................. xii
Figura 70 – Consumo eléctrico por modo VSP, do Smart ED (distribuição em 14 modos) ................. xviii
xi
xii
Lista de Tabelas
Tabela 1 – Resultados de uma análise aos poluentes emitidos por diversas tecnologias de mobilidade,
dados extraídos do artigo publicado por MacHaris et al. (7) .................................................................. 4
Tabela 2 – Resultados de uma análise financeira a diversas tecnologias de mobilidade, dados
extraídos do artigo publicado por MacHaris et al. (7)............................................................................. 4
Tabela 3 – Síntese dos resultados apresentados no artigo realizado por Bert Van Wee et al. (8) ......... 5
Tabela 4 – Características das tecnologias de baterias mais usuais em EVs (15) ................................. 18
Tabela 5 – Características relevantes à aplicação das metodologias propostas................................... 23
Tabela 6 – Descrição dos circuitos realizados para monitorização do quadriciclo Estrima Biró .......... 25
Tabela 7 – Descrição dos circuitos realizados para monitorização do quadriciclo Toyota COMS ........ 25
Tabela 8 – Descrição dos circuitos realizados para monitorização do quadriciclo Mahindra Reva i .... 25
Tabela 9 – Diferença média de velocidade entre a unidade GPS e o sensor de velocidade em função
do atraso................................................................................................................................................ 26
Tabela 10 – Distribuição VSP em 14 modos .......................................................................................... 29
Tabela 11 – Coeficiente aerodinâmico dos veículos medidos .............................................................. 32
Tabela 12 – Coeficiente de resistência ao rolamento dos veículos medidos........................................ 33
Tabela 13 – Distribuição VSP em classes de uma unidade .................................................................... 34
Tabela 14 – Dados relativos à definição do limite superior das classes VSP aplicadas aos quadriciclos
ensaiados ............................................................................................................................................... 35
Tabela 15 – Desvio padrão dos registos de consumo medidos em função da potência específica
máxima .................................................................................................................................................. 35
Tabela 16 – Dados relativos à definição do limite superior das classes VSP aplicadas aos quadriciclos
............................................................................................................................................................... 37
Tabela 17 – Desvio padrão dos registos de consumo medidos em função da potência específica
mínima................................................................................................................................................... 37
Tabela 18 – Coeficientes da equação VSP em função da classe de veículo .......................................... 38
Tabela 19 – Registos de consumos energéticos relativos aos circuitos realizados com o quadriciclo
Estrima Biró ........................................................................................................................................... 39
Tabela 20 – Registo de consumos à rede e eficiência de carga/descarga do quadriciclo Estrima Biró 39
Tabela 21 – Resultados das medições a jusante do carregador durante um carregamento do
quadriciclo Biró...................................................................................................................................... 40
Tabela 22 – Tempo decorrido, consumo eléctrico e desvio padrão desse consumo em função do
modo VSP do quadriciclo Estrima Biró .................................................................................................. 42
Tabela 23 - Registos de consumos energéticos relativos aos circuitos realizados com o quadriciclo
Toyota COMS ......................................................................................................................................... 43
Tabela 24 – Estimativa de consumo à rede do quadriciclo Toyota COMS ............................................ 43
Tabela 25 – Tempo decorrido, consumo eléctrico e desvio padrão desse consumo em função do
modo VSP do quadriciclo Toyota COMS ............................................................................................... 45
Tabela 26 – Registos de consumos energéticos relativos aos circuitos realizados com o Reva i ......... 46
Tabela 27 – Estimativa de consumo à rede do quadriciclo Reva i ........................................................ 46
Tabela 28 – Tempo decorrido, consumo eléctrico e desvio padrão desse consumo em função do
modo VSP do quadriciclo Mahindra Reva i ........................................................................................... 48
xiii
Tabela 29 – Relação da derivada à esquerda e direita de 0W/kg do sistema de equações que define o
consumo eléctrico em função da potência específica com base em registos experimentais de
quadriciclos ........................................................................................................................................... 55
Tabela 30 – Sistema de equações de consumo em função da potência específica .............................. 55
Tabela 31 – Eficiência de carga e descarga em função do tipo de baterias .......................................... 56
Tabela 32 – Condições impostas ao sistema de equações que define consumo em função da potência
específica ............................................................................................................................................... 57
Tabela 33 – Consumo base em função do tipo de veículo .................................................................... 57
Tabela 34 – Eficiência máxima em função do tipo de motor ................................................................ 57
Tabela 35 – Características dos circuitos medidos pelo quadriciclo Toyota COMS .............................. 60
Tabela 36 – Diferença entre consumo medido e consumo estimado para as viagens percorridas pelo
Toyota COMS ......................................................................................................................................... 60
Tabela 37 – Características dos circuitos medidos pelo quadriciclo Estrima Biró ................................ 61
Tabela 38 – Diferença entre consumo medido e consumo estimado para as viagens percorridas pelo
Estrima Biró ........................................................................................................................................... 61
Tabela 39 – Características dos circuitos medidos pelo quadriciclo Mahindra Reva i .......................... 61
Tabela 40 – Diferença entre consumo medido e consumo estimado para as viagens percorridas pelo
Mahindra Reva i .................................................................................................................................... 62
Tabela 41 – Resumo de algumas características das viagens seleccionadas para aplicação dos registos
de consumo ........................................................................................................................................... 66
Tabela 42 – Estimativa da energia eléctrica usada para efectuar a viagem 1 ...................................... 67
Tabela 43 – Estimativa da energia eléctrica usada para efectuar a viagem 2 ...................................... 67
Tabela 44 – Descrição dos circuitos efectuados com o Nissan Leaf, e consumo a eles associado ....... 68
Tabela 45 – Estimativa de consumo líquido de bateria do Nissan Leaf por circuito............................. 68
Tabela 46 – Diferença entre consumo medido e consumo estimado para as viagens percorridas pelo
Nissan Leaf em função do conjunto de viagens usadas na aplicação da metodologia ......................... 69
Tabela 47 – Definição das equações de consumo para veículos eléctricos .......................................... 70
Tabela 48 – Diferença de consumo eléctrico entre o registo experimental de viagens não utilizadas
para obter a curva de consumo e o valor estimado pela metodologia - dados do Nissan Leaf ........... 71
Tabela 49 – Consumo eléctrico em função do modo VSP, do Nissan Leaf (distribuição por 14 modos)
............................................................................................................................................................... 71
Tabela 50 – Descrição dos circuitos efectuados com o Smart ED, e consumo a eles associado .......... 72
Tabela 51 – Estimativa de consumo líquido de bateria do Smart ED por circuito ................................ 72
Tabela 52 – Diferença entre consumo medido e consumo estimado para as viagens percorridas pelo
Smart ED em função do conjunto de viagens usadas na aplicação da metodologia ............................ 73
Tabela 53 – Diferença entre consumo medido e consumo estimado para as viagens percorridas pelo
Smart ED em função do conjunto de viagens usadas na aplicação da metodologia, sem a viagem 1 . 73
Tabela 54 – Definição das equações de consumo para veículos eléctricos .......................................... 73
Tabela 55 – Diferença de consumo eléctrico entre o registo experimental o valor estimado pela
metodologia, dados relativos ao Smart ED ........................................................................................... 74
Tabela 56 – Dados do quadriciclo Reva, relativos ao gráfico da figura 44 ............................................ xvi
Tabela 57 – Dados do quadriciclo Biró, relativos ao gráfico da figura 44 ............................................. xvi
Tabela 58 – Dados do quadriciclo Toyota COMS, relativos ao gráfico da figura 44............................. xvii
Tabela 59 – Eficiência em função do Modo VSP dos quadriciclos monitorizados, dados da figura 45 xvii
Tabela 60 – Consumo eléctrico por modo VSP, do Smart ED (distribuição em 14 modos) ................ xviii
xiv
Lista de abreviaturas
ED
Electric Drive
EV
Electric Vehicle
GPS
Global Positioning System
HEV
Hybrid Electric Vehicle
PHEV
Plug-in Hybrid Electric Vehicle
VAL
Valor actual líquido
VSP
Vehicle Specific Power
xv
xvi
1. Introdução e Objectivos
1.1. Introdução
Actualmente as crescentes necessidades globais de energia estão inevitavelmente associadas
ao acréscimo de emissões de poluentes e custos inerentes, sendo o sector dos transportes um dos
principais responsáveis por estas necessidades globais, representando cerca de 30% do consumo
global de energia e 60% do consumo de petróleo (1). Destes valores pode-se ainda destacar o sector
rodoviário, que do total do consumo do sector dos transportes, é responsável por cerca de 80% dos
gastos energéticos (Figura 1).
Figura 1 – Distribuição do consumo energético global do sector dos transportes (1)
Estes números pressionam o sector dos transportes, em particular dos transportes
rodoviários a uma redução de consumos e emissões, muito por influência do custo energético actual
e das restrições impostas na União Europeia e Estados Unidos no sentido de cumprir normas
relativas à emissão de CO2 e poluentes (2). Por outro lado, a crescente necessidade de mobilidade do
panorama actual, exige cada vez mais deste sector, como se pode perceber pelo incremento de
distância percorrida ano após anos na Europa especialmente pelo sector rodoviário, ilustrado na
Figura 2 (3):
1
Figura 2 – Distribuição por modo em função do tempo para transporte de passageiros (EU-27) (Esquerda)
Distribuição por modo em função do tempo para transporte de mercadorias (EU-27) (Direita)
Por estes motivos têm sido desenvolvidas soluções que vão de encontro às necessidades
actuais de mobilidade e de redução do consumo energético, procurando simultaneamente
preencher os padrões necessários exigidos pelo sector. Para colmatar o problema, desenvolvem-se
cada vez mais tecnologias alternativas, como veículos híbridos, híbridos “Plug-in”, eléctricos com
célula de combustível, eléctricos com bateria (4), (5).

Os veículos híbridos (HEV) têm como vantagens, relativamente aos veículos convencionais,
menor produção de emissões poluentes locais, tal como um consumo ligeiramente inferior.
Sendo esta a principal solução alternativa adoptada pela indústria automóvel são produzidos
numa escala superior quando comparados com outras soluções. Consequentemente, o custo de
aquisição dos mesmos é inferior a outras alternativas (5).

O passo seguinte, passa naturalmente pelos veículos híbridos “plug-in” (PHEV). Estes usam a
tecnologia já conhecida dos híbridos eléctricos convencionais, no entanto a autonomia eléctrica
é bastante superior, superando assim as vantagens do híbrido convencional. A capacidade das
baterias do veículo é superior e proporciona um modo de condução exclusivamente eléctrico,
garantindo emissões nulas em situações pontuais. Apesar de esta tecnologia apresentar
2
vantagens significativas relativamente aos híbridos convencionais, o acréscimo da capacidade
das baterias e a imaturidade desta tecnologia, reflecte-se no custo dos mesmos.

Tendo em consideração as vantagens e desvantagens de cada tecnologia, o veículo eléctrico (EV)
é o que geralmente apresenta eficiências energéticas superiores para além de que, localmente,
não emite qualquer tipo de poluente (as emissões globais dependem do “mix” energético
nacional). Isto faz do veículo eléctrico uma solução muito interessante a nível ambiental, com
reflexos na saúde humana. No entanto a imposição de autonomias elevadas, como por exemplo
no mais recente eléctrico Tesla S que oferece uma autonomia de aproximadamente 500km (6),
tem como consequência a necessidade de baterias com capacidades consideráveis (85kWh no
caso do Tesla S), penalizando o custo de aquisição dos EVs, o que o torna inviável na grande
maioria das situações. Nesse sentido, esta tese pretende estudar soluções eléctricas alternativas
a veículos ligeiros convencionais, nomeadamente ligeiros eléctricos e pequenos veículos
eléctricos (quadriciclos eléctricos), vistos como uma alternativa interessante em meio urbano.

Um vez que foram aqui referidas as várias tecnologias alternativas relacionadas com propulsão
eléctrica, é pertinente referir a célula de combustível, no entanto devido a dificuldades
tecnológicas, esta alternativa ainda se encontra em fase de desenvolvimento e portanto não
está disponível actualmente no mercado, não sendo presentemente uma solução ao problema
levantado.
Resumindo, o panorama global dos transportes terá de tomar um rumo diferente, de forma a
cumprir normas cada vez mais exigentes relativamente à emissão de poluentes e ainda garantir um
importante desvio da sua principal fonte energética - os combustíveis fósseis. Portanto, as
alternativas tecnológicas acima referidas, já são e serão cada vez mais consideradas e analisadas
como solução. Para que tal aconteça é importante que estas alternativas sejam caracterizadas e por
consequência comparadas em pé de igualdade com as tecnologias actuais.
Apesar de existir a necessidade de caracterizar estas novas alternativas de propulsão
eléctrica, a informação referente a consumos ou caracterizações energéticas é escassa e pontual. De
forma a colmatar esta falha, é claramente necessário definir consumos, tanto em função de
inúmeros regimes de utilização, como defini-los de uma forma mais generalizada (por exemplo
kWh/km). Conhecer os seus padrões de consumo e emissões (directas ou indirectas) facilitará a
aplicação destes veículos a um sem número de situações específicas, mesmo considerando os seus
custos de aquisição.
Desta forma, é essencial desenvolver métodos de monitorização e quantificação versáteis,
capazes de definir padrões de consumo energético, que permitam identificar e ultrapassar as
limitações típicas de veículos eléctricos, independentemente da classe ou tipo de veículo em estudo.
3
1.2. Estado da arte
Face ao panorama descrito na introdução, cada vez mais a mobilidade eléctrica é tida em
conta como solução, especialmente em ambiente urbano. Este ponto é portanto cada vez mais
abordado e estudado sobre vários pontos de vista, como:

Combinação de transportes intermodais com mobilidade eléctrica, em ambiente urbano. O artigo
publicado por MacHaris et al. (7) prova que já existem soluções eléctricas viáveis
economicamente que trazem benefícios a nível de consumo energético, emissões de poluentes e
mesmo ao nível da saúde humana, em particular no centro das cidades.
Na Tabela 1, encontram-se os resultados de emissões de poluentes por parte de veículos
pesados de mercadorias em situações idênticas.
Emissões
diárias (g/dia)
CO2
HC
NOx
CO
Diesel
Eléctrico 1
Eléctrico 2
Hibrido 1
Hibrido 2
120720
396,0
1658,4
499,2
35264
5,4
53,5
2,2
30253
4,6
45,9
1,9
53835
69,7
576,0
53,0
54509
74,5
614,1
56,8
Tabela 1 – Resultados de uma análise aos poluentes emitidos por diversas tecnologias de mobilidade,
dados extraídos do artigo publicado por MacHaris et al. (7)
As emissões de poluentes, relativa aos veículos eléctricos representados na Tabela 1, foram
calculadas com base no mix energético Belga de 2001.
Numa segunda fase é feita uma análise financeira a estas mesmas soluções, o resultado final
obtido, está representado na Tabela 2:
Veículo
Diesel
Eléctrico 1
Eléctrico 2
Hibrido 1
Hibrido 2
Valor actual
líquido (k€)
260,2
256,5
247,3
245,1
257,8
Tabela 2 – Resultados de uma análise financeira a diversas tecnologias de mobilidade, dados extraídos
do artigo publicado por MacHaris et al. (7)
O valor actual líquido (VAL) de cada um dos veículos, é calculado tendo em consideração o
tempo útil de vida dos veículos, e considera: Custos de aquisição, custos energéticos, despesas
com seguradoras, custos de manutenção, despensas ambientais e custos de aquisição das
baterias durante o tempo útil de vida.

4
Substituição dos sistemas de mobilidade convencional por eléctrica em ambiente urbano. Bert
Van Wee et al. (8) efectuaram uma comparação entre as emissões directas locais de veículos
convencionais com as emissões indirectas dos veículos eléctricos, associadas à transformação de
energia. Conclui-se que existem inúmeros benefícios com a adopção da mobilidade eléctrica,
tanto a nível ambiental, como de consumo energético. Estes resultados encontram-se
resumidos na Tabela 3.
Características
Custos por quilómetro
Impacte ambiental
(CO2, emissões, ruído)
Autonomia
Comparação com veículos
convencionais
Até -95%
(dependendo dos custos de comb.)
De -30% até -100%
(dependendo do “mix” energético)
Actual: 150-200 km
Futuro: de -50% até -75%
Abastecimento
Actual: de 15min até 8h
Performance
Tempos de aceleração: -25 a 60%
Peso: de -75% a 25%
Tabela 3 – Síntese dos resultados apresentados no artigo realizado por Bert Van Wee et al. (8)
Um dos pontos inevitavelmente abordados quando se fala em mobilidade eléctrica é a
autonomia do veículo tal como o tempo de vida útil das baterias, associado também à potência
máxima dos mesmos e peso total do conjunto. Este ponto é de vital importância no que toca à
aplicação deste tipo de veículos a uma determinada situação:

Um ponto importante relativamente ao trabalho desenvolvido por Arnaud Devie et al. (9) está
na metodologia usada para caracterizar o comportamento das baterias em estudo. Este
consiste numa análise experimental de inúmeros parâmetros, como a velocidade do veículo,
corrente eléctrica, tensão eléctrica e temperatura das baterias. Todos estes dados são
registados a bordo do veículo com uma frequência de 1 Hz, efectuando um determinado
circuito em ambiente urbano.

A análise experimental feita por Arnaud Devie et al. (9) teve como objectivo caracterizar o
comportamento/autonomia das baterias de um quadriciclo pesado (L7e) comercial “Axiam
Megacity”, em função da sua idade, tipo de utilização, condições climatéricas.
Na Figura 3 e Figura 4 estão representados os principais resultados obtidos:
Figura 3 – Gráficos de descarga (corrente vs consumo) para várias classes de baterias, sendo o gráfico da esquerda
referente a uma condução económica e o da direita referente a uma condução agressiva
5
Figura 4 – Gráficos de descarga (corrente vs consumo) para várias classes de baterias, sendo o gráfico da esquerda
referente a descargas num clima quente e o da direita referente a descargas num clima frio
A regeneração é outra característica importante presente em veículos eléctricos. O seu estudo
é essencial, quando se pretende desenvolver uma correcta caracterização energética.


A caracterização realizada por Van Sterkenburg et al. (10), a partir de uma metodologia própria,
conclui que o factor de regeneração normal de veículos eléctricos se encontra entre 0,22 e 0,23.
Isto significa que cerca de 20% da energia consumida pelo motor/motores do veículo é
proveniente de regeneração.
A metodologia desenvolvida, com o objectivo de caracterizar a capacidade regenerativa, tem
como base medições em estrada de potência dinâmica e potência eléctrica. Isto é conseguido a
partir de registo com uma frequência de 1 Hz de parâmetros como velocidade e altitude
(unidade GPS) ou tensão e corrente eléctrica das baterias do veículo, medidos a partir de um
multímetro com “Data Logger”.
Apesar dos trabalhos referidos, a medição ou estimativa de consumos energéticos com base
experimental, continua a ser, na maioria, relativo a tecnologias convencionais, sendo este também o
ponto de partida de todo o trabalho desenvolvido nesta tese, nomeadamente nas técnicas e
metodologias de análise de dados.


6
Metodologia VSP (veículos convencionais) (11). Esta análise permite obter uma estimativa da
potência específica, em função das condições dinâmicas do veículo (velocidade e declive da
estrada). Feita esta análise é então possível associar dados de consumo energético obtidos
experimentalmente em função da potência específica do veículo. Contudo, actualmente, esta
metodologia está definida apenas para ligeiros e pesados. A aplicação em quadriciclos,
necessitaria de uma adaptação, tendo em conta as características aerodinâmicas, de rolamento,
limites de potência e regeneração, a fim de caracterizar energeticamente um veículo eléctrico.
Um exemplo típico de aplicação da metodologia VSP consiste por um lado na aquisição dos
parâmetros dinâmicos de velocidade e altitude, sendo a velocidade adquirida directamente dos
sensores a bordo do veículo e a altitude obtida com o auxílio de um altímetro barométrico. Estes
registos devem ser adquiridos em simultâneo e de forma sincronizada com os registos de
consumo ou relativos à emissão de poluentes, a sua aquisição é normalmente estimada pela de
medição de diversos parâmetros de um analisador de gases e sensores a bordo do veiculo, como
a pressão na admissão.
Face à falta de informação relativa à caracterização do consumo energético de veículos
exclusivamente eléctricos, são apresentadas duas metodologias nesta tese que vão ao encontro
desta lacuna. Isto será conseguido numa primeira fase a partir de um resultado puramente
experimental. E numa segunda fase, partindo de uma análise numérica com base experimental de
consumo, usando como entrada o consumo global de bateria em diferentes viagens, simplificando
em grande parte o processo de caracterização energética destes veículos e descartando também a
necessidade de um intrusivo laboratório.
1.3. Objectivos
Considerando as questões levantadas na introdução e estado da arte, os objectivos deste trabalho
são:
 Caracterizar experimentalmente um grupo de veículos eléctricos numa perspectiva energética.
Partindo de uma metodologia de carácter exclusivamente experimental, que tem como entradas
o consumo de bateria e as condições dinâmicas a que o veículo é sujeito. Todos os parâmetros
serão medidos utilizando um laboratório portátil a bordo do veículo durante toda a extensão das
monitorizações. Os sensores deste laboratório terão que registar os parâmetros necessários ao
cálculo do consumo eléctrico das baterias, sendo esta a principal razão pela qual este objectivo é
dedicado exclusivamente a quadriciclos, uma que vez a sua simplicidade de construção garante
um acesso fácil aos terminais das baterias. Será ainda necessário registar a componente dinâmica
(velocidade e declive) do veículo de forma sincronizada com o consumo.
 Desenvolver uma metodologia capaz de estimar o consumo eléctrico a partir dos dados de
carregamento de baterias.
Esta metodologia partirá de uma base experimental no que toca aos registos globais de
carregamento e às condições dinâmicas a que o veículo é sujeito, isto é, às condições de condução
impostas ao veículo em situação de condução. Visto que os dados de consumo desta análise são
integrais, a resolução da mesma passa pelo desenvolvimento de uma análise numérica que tem
como base a definição dos padrões de consumo típicos de veículos eléctricos, esta definição será
elaborada a partir dos resultados da análise experimental a quadriciclos eléctricos. Estes padrões
serão posteriormente extrapolados a qualquer veículo eléctrico contabilizando as diferenças
tecnológicas a nível do sistema de propulsão e baterias.
 Aplicar as metodologias desenvolvidas a veículos ligeiros, a partir dos dados de carregamento
de baterias.
Este objectivo implica contornar a dificuldade associada ao registo de dados experimentais de
consumo a partir de um laboratório. Colocando de parte a aplicação de uma análise
exclusivamente experimental ao consumo, se por sua vez se considerar a aplicação da análise
numérica com base experimental descrita no ponto anterior, será possível obter uma estimativa
de consumo aproximada, isto considerando como hipótese padrões de consumo idênticos entre
veículos eléctricos.
7
A aplicação desta metodologia permitirá então estimar o consumo de qualquer veículo eléctrico
de baterias, desde quadriciclos a ligeiros, sem que para isso seja necessária a medição instantânea
do consumo eléctrico em viagem, descartando assim a necessidade de um laboratório intrusivo.
1.4. Estrutura da Tese
Esta Tese encontra-se dividida em seis capítulos distintos.
No Capítulo 1, é feita uma introdução ao trabalho que aqui será apresentado, enquadrando o leitor
no tema. Neste capítulo definem-se ainda os objectivos a atingir, de acordo com os problemas
levantados.
No Capítulo 2, estão descritos todos os conceitos relacionados com mobilidade eléctrica, necessários
ao entendimento do trabalho desenvolvido, sendo que muitos dos conceitos aqui explicados são
necessários à validação e aplicação das metodologias desenvolvidas no capítulo 3.
O Capítulo 3 é referente às metodologias propostas, sendo descrito com pormenor o laboratório
utilizado, os veículos caracterizados e os ciclos de condução efectuados. Para além disso são
explicados os passos necessários ao desenvolvimento e aplicação de uma primeira metodologia, de
carácter experimental aplicada a quadriciclos, que permite quantificar os seus consumos. Numa
segunda fase é definida a aproximação necessária ao desenvolvimento de uma segunda
metodologia, que tem como base padrões de consumo, resultantes da aplicação da primeira.
No Capítulo 4 são apresentados todos os resultados do método desenvolvido para caracterizar
quadriciclos eléctricos. A partir deste ponto é desenvolvida uma metodologia numérica que tem
como base os resultados apresentados sobre veículos eléctricos de pequenas dimensões. O seu
desenvolvimento permitirá caracterizar qualquer veículo eléctrico de uma forma simplificada.
O Capítulo 5 divide-se em duas secções: na primeira secção, referente à metodologia geral e
desenvolvida no capítulo 4, são apresentados os resultados da aplicação (consumos) desta
metodologia a dois veículos ligeiros eléctricos, o Nissan Leaf e o Smart ED. Na segunda secção, são
aplicados alguns dos dados resultantes do capítulo 4 a situações específicas.
No Capítulo 6, é feita uma conclusão de todo o trabalho desenvolvido, partindo de uma síntese de
problemas levantados, objectivos propostos e componente experimental necessária ao
desenvolvimento deste trabalho. Por fim são discutidos os resultados obtidos tal como os erros que
lhes estão associados. Esta análise de erro leva a uma validação das metodologias desenvolvidas.
2. Conceitos
2.1. Definição das tipologias de EVs
No decorrer deste trabalho, foram estudadas as seguintes classes de veículos eléctricos (12):

8
Quadriciclo ligeiro (categoria L6e), exemplificado na Figura 5.
o Veículo com uma massa sem carga inferior a 350 kg, excluindo a massa das baterias
o Velocidade máxima não superior a 45 km/h
o
Potência máxima igual ou inferior a 4 kW
Figura 5 – Exemplo de quadriciclo
ligeiro eléctrico, Estrima Biró

Quadriciclo pesado (categoria L7e), exemplificado na Figura 6.
o Veiculo com uma massa sem carga inferior a 400 kg, ou 550 kg no caso dos veículos
destinados ao transporte de mercadorias, excluindo a massa das baterias
o Potência máxima igual ou inferior a 15 kW
Figura 6 – Exemplo de quadriciclo
pesado eléctrico, Reva i

Ligeiro de passageiros (categoria M1), exemplificado nas Figura 6 e Figura 7.
o Veículo com uma massa sem carga superior a 550 kg
o Velocidade máxima superior a 25 km/h
9
Figura 7 – Exemplo de veículo ligeiro de passageiros eléctricos, Nissan
Leaf, modelo idêntico ao medido (13)
Figura 8 – Exemplo de veículo ligeiro de passageiros eléctricos,
Smart Eléctric Drive, modelo idêntico ao medido
10
2.2. Arquitectura dos veículos eléctricos (EVs)
Em termos de arquitectura os veículos eléctricos presentemente disponíveis no mercado são
em quase tudo idêntico aos seus homólogos com motor de combustão interna, sendo que a grande
diferença reside no sistema de propulsão e sistema de armazenamento de energia, de acordo com a
Figura 9. As suas características serão abordadas de seguida.
Figura 9 – Corte lateral de um Nissan Leaf (13)

Sistema de armazenamento de energia
Conjunto de Baterias - Excluindo a estrutura do veículo este é geralmente o componente/sistema
mais pesado e de maiores dimensões num veículo eléctrico e por essas mesmas razões encontra-se
geralmente na parte inferior do mesmo, como é perceptível no seguinte exemplo (Figura 10):
Figura 10 – Posição do conjunto de baterias numa vista em corte de um Nissan Leaf (13)
No capítulo 2.5 serão abordadas em maior detalhe as várias tecnologias e características das
baterias usadas em veículos exclusivamente eléctricos.
11

Sistema de propulsão
Devido às reduzidas dimensões e simplicidade dos motores eléctricos existem inúmeras
configurações possíveis no que toca a sistemas de propulsão eléctrica. Este sistema é constituído por:
o
Controlador/Inversor
Sistema responsável pela alimentação eléctrica do motor do veículo, impondo a carga
necessária exigida pelo condutor a cada instante.
Quando se trata de um motor de corrente alterna (grande maioria dos casos) existe ainda uma
conversão de corrente contínua (DC), proveniente das baterias, em corrente alterna (AC) que
pode ainda ter frequência variável dependendo do tipo de motor (indução ou síncrono) (4).
o
Motor eléctrico
Um motor por eixo - Esta é a configuração mais comum em veículos eléctricos, sendo também a
configuração que mais se assemelha à dos veículos convencionais. Este tipo de configuração
exige um diferencial e uma engrenagem de redução, sendo esta relação única entre o motor e a
roda suficiente para veículos eléctricos, dispensando por completo a habitual caixa de
velocidade presente em veículos convencionais (4). Esta arquitectura é possível graças à
distribuição de potência em função da velocidade característica dos motores eléctricos, ponto
que será referido no subcapítulo 2.5. Um exemplo desta configuração encontra-se na Figura 11,
onde está representado o motor e transmissão do Nissan Leaf. Com a excepção do Estrima Biró
e do Toyota COMS caracterizados neste trabalho, os restantes veículos medidos, apresentam
esta configuração.
Figura 11 – Detalhe da secção frontal do Nissan Leaf, onde
se encontra o sistema de propulsão (23)
12
Um motor por roda - É a configuração menos utilizada presentemente, sendo constituída por
um motor eléctrico por roda estando cada uma delas associada a uma engrenagem de redução.
A grande diferença está no facto das rodas serem independentes em termos de velocidade e
potência, dispensando assim um diferencial, permitindo ainda, fazer uma gestão de potência
roda a roda, por exemplo para controlos de estabilidade em estrada (4).
Motor “in-wheel” - Configuração que dispensa qualquer tipo de transmissão ou redução. Tal
como exemplificado na Figura 12, o motor encontra-se dentro da roda e apesar de,
aparentemente ser a configuração mais simples é também a que traz mais desvantagens.
Estando o motor acoplado directamente à roda, é então obrigado a rodar à mesma velocidade,
e portanto, a sua velocidade será bastante mais baixa relativamente às configurações
anteriores. Isto obriga a que o motor gere um Binário quase uma ordem de grandeza superior
(4), tendo como consequência a selecção de um motor de maior complexidade e especificidade,
e portanto de preço superior.
Outra desvantagem desta configuração é o aumento considerável de massa não amortecida nas
rodas motrizes do veículo. Esta situação é especialmente penalizante para o sistema de
suspensão, afectando assim a segurança e conforto do mesmo. Esta configuração encontra-se
presente nos quadriciclos ligeiros Estrima Biró e Toyota COMS caracterizados durante o decorrer
desta tese.
Figura 12 – Vista em corte de motor eléctrico in-wheel
Fonte: Michelin
13
2.3. Características do motor
Sinteticamente as principais categorias de motores usados por veículos exclusivamente
eléctricos, dividem-se em:

Corrente contínua (DC)
Este motor, apesar de simples e barato (dispensa a necessidade de inversores) está a ser
deixado de parte pela indústria automóvel por não ter um comportamento satisfatório em situações
de carga elevada a velocidade constantes, por exemplo declives acentuados. Outra razão é a
necessidade de uma manutenção mais assídua, devido ao facto de utilizar escovas e de não ter um
estator selado (4).
Na Figura 13, encontra-se um gráfico com as características típicas de um motor DC de
aplicação automóvel.
Figura 13 – Curva de eficiência em função da velocidade de rotação e binário ao veio de
um motor DC “WarP 8” do fabricante NetGain Motors (14)

Corrente alterna (AC)
Trata-se da configuração de motor mais usada presentemente. A utilização deste motor
implica uma alimentação eléctrica de corrente alterna, necessitando de um inversor (4), ficando
assim o sistema mais dispendioso relativamente ao motor de corrente contínua. No entanto o seu
desempenho em termos de Binário/Potência em função da velocidade torna-o ideal para uso
rodoviário.
14
Este motor funciona em dois regimes bem definidos: Regime de Binário contante entre 0 rpm
e “rated speed”; Regime de Potência contante entre “rated speed” e Velocidade máxima. Estes
regimes podem ser observados no gráfico da Figura 14:
180
9
160
8
140
7
120
6
100
5
4
3
2
80
Binário (N.m)
Binário
Rated speed
Potência (kW)
Potência
10
60
40
20
1
0
0
0
10
20
30
40
50
Velocidade (km/h)
60
70
80
Figura 14 – Curva de potência e binário do quadriciclo Reva i
O gráfico representado na Figura 14 resulta dos dados registados durante os ensaios de
monitorização. A linha a tracejado divide os dois regimes acima referidos, que para este quadriciclo
específico, corresponde a 23,8 km/h, ou a uma velocidade de rotação do motor de 3400 rpm. Esta
velocidade é a mais utilizada para caracterizar motores eléctricos, pois para além de se distinguir os
dois regimes acima referidos, é também para esta velocidade que geralmente são atingidos o binário
e potência máxima do motor, sendo que, para o caso do Reva i estes valores são 152 N.m e 9,34 kW,
respectivamente.
Os motores de corrente alterna podem ainda subdividir-se em dois tipos:
 Indução
 Síncrono
O primeiro (indução) é o mais comum e mais utilizado até à data, por uma questão de
simplicidade e custo de aquisição, este é também o tipo de motor utilizado no Reva i e Smart ED
monitorizados. No entanto, a superior eficiência dos motores síncronos, está a levar a uma alteração
deste panorama, uma vez que este tipo de motor tem um comportamento idêntico ao motor de
indução e a sua eficiência é entre 5 a 10 pontos percentuais superior (4), sendo esta a principal razão
pela qual cada vez mais veículos eléctricos o utilizam. Contudo o seu uso implica um complexo
inversor, em que a frequência é variável em função da velocidade do motor, resultando num
aumento de complexidade e custo total do veículo.
15
De modo a perceber as diferenças de consumo entre veículos eléctricos (indução, síncronos),
é então útil analisar os mapas de eficiência dos mesmos (Figura 15):
Figura 15 – Mapas de eficiência de um motor eléctrico Leroy-Somer TRA 240 de indução (10) (esquerda) e de um
motor síncrono (13) (direita)
Sendo o regime de utilização mais usual, um regime de carga parcial, é então possível
identificar a gama de eficiências típica de cada um destes motores:


Eficiência do motor assíncrono/indução entre 70 e 90%
Eficiência do motor síncrono entre 86 e 95%
De notar que ambos os mapas de eficiência apresentados na Figura 15 são referentes ao
conjunto Inversor/Motor.
2.4. Regeneração
A regeneração de energia enquanto o veículo está a ser conduzido, tira partido da dinâmica a
que este está sujeito, tipicamente em situação de travagem, desaceleração e declives negativos,
transformando-a em energia eléctrica que é armazenada na bateria.
Esta capacidade depende do tipo de condução e do veículo em causa. Na grande maioria das
situações, nomeadamente em cidade, representa uma fatia considerável do total de energia
consumida durante a viagem, que varia tipicamente entre 10% e 20% do total consumido como se
verifica no trabalho desenvolvido por Van Sterkenburg et al. (10). Desta forma, é possível garantir um
consumo líquido de bateria inferior e por consequência um menor consumo à rede eléctrica.
A regeneração é na grande maioria dos casos accionada pelo “levantar” do pé do pedal do
acelerador e a sua intensidade definida pelo controlador instalado no veículo. Outro método de
accionamento da função de gerador do motor eléctrico é por acção do pedal de travão, sendo a
intensidade de regeneração definida pela pressão exercida (10).
No entanto, atingindo-se a capacidade máxima de regeneração do veículo, por uma questão
de estabilidade em travagem e/ou limite de potência do motor/gerador, este passa a ser auxiliado
por um convencional travão mecânico. Como exemplificado na Figura 16 (esquerda), a verde está
16
representado o curso de pedal com travagem exclusivamente regenerativa e a vermelho o curso em
que é accionado o travão mecânico do veículo em paralelo com o sistema de regeneração:
Figura 16 – Esquema do pedal de travão (esquerda) e gráfico de distribuição da travagem
regenerativa/mecânica em função da velocidade do veiculo (10) (direita)
De notar que a travagem regenerativa não está presente em todos os veículos disponíveis
actualmente no mercado. E mesmo quando presente, representa ainda uma pequena parte da
potência total de travagem do mesmo.
2.5. Baterias
Este é o componente que permite armazenar energia de uma fonte externa (rede eléctrica)
para posterior consumo durante a utilização do veículo em estrada. Actualmente é este o
componente que define as características pelas quais os veículos exclusivamente eléctricos estão
mais limitados, como:




Potência máxima
Peso
Autonomia
Custo de aquisição
Todas estas características são interdependentes, ou seja, para um veículo eléctrico com
potência máxima elevada (50 – 80 kW) e uma autonomia superior a 100 km necessitará de uma
bateria com uma capacidade superior a 20 kWh o que significa que o peso e preço do mesmo será
fortemente penalizado, sendo este dilema mais comum na classe de ligeiros. (5)
Pelo contrário se a intenção for um preço ou peso reduzidos (baterias com capacidades
inferiores a 5 kWh), a potência e autonomia serão bastante limitadas, por exemplo para potências de
5 a 13 kW e autonomias inferiores a 80 km, como acontece nos quadriciclos disponíveis actualmente.
As baterias também se podem diferenciar pelo tipo de tecnologia, sendo que cada uma
destas influencia também as características acima referidas, sendo elas:
17



Li-ion – Presentemente, devido às necessidades de elevada potência e energia específicas, as
baterias de Lítio começam a dominar o mercado dos veículos exclusivamente eléctricos.
NiMH – Quanto às baterias de Níquel, estas dominam o mercado dos híbridos actualmente,
isto porque a tecnologia já está bastante madura e as necessidades totais de energia não são
tão exigentes como para os EVs.
Pb-acid – As baterias de Chumbo, apesar de mais acessíveis, estão em declínio e já só se
encontram em quadriciclos de menor potência.
Algumas das características das várias tecnologias de baterias aqui referidas, encontram-se
resumidas na Tabela 4:
Tecnologia
Li-Ion
NiMH
Pb-acid
Eficiência
Carga/descarga (%)
Energia específica
(Wh/kg)
Custo
(€/kWh)
Tempo de vida
(nº de cargas)
80 - 90
60 - 70
50 - 92
50 - 150
30 - 80
30 - 40
500 - 600
250 - 350
140 - 180
750 - 1000
750 - 1000
500 -750
Tabela 4 – Características das tecnologias de baterias mais usuais em EVs (15)
De notar que os valores apresentados na Tabela 4, são relativos a conjuntos de baterias
típicos para o uso em veículos eléctricos (EVs). Estas características podem adequar-se de formas
diferentes consoante o tipo de aplicações, como híbridos “plug-in” ou híbridos convencionais. Isto
acontece porque a potência máxima exigida das baterias, para as diferentes aplicações, tem
influência directa na carga total das baterias, como é possível perceber no seguinte gráfico da
Figura 17.
Figura 17 - Evolução da Energia especifica dos vários tipos de bateria em função da potência
específica exigida (15)
Concluindo, as várias tecnologias de baterias disponíveis, apesar de estarem ainda em
desenvolvimento, em particular as de Li-ion, estão ainda muito longe de atingir energias especificas
próximas dos combustíveis fósseis, como a gasolina com uma energia específica de
aproximadamente 13000 Wh/kg, penalizando bastante este tipo de veículos em três aspectos
fundamentais: potência/autonomia, peso total do veículo e custo de aquisição.
18
3. Metodologias de caracterização de veículos
3.1. Laboratório portátil
Tendo em conta os objectivos deste trabalho, para caracterizar energeticamente um grupo
de veículos eléctricos, são propostas metodologias que dão resposta a esta questão, obrigando a
uma quantificação/medição de inúmeras variáveis em estrada durante toda a extensão das viagens
com uma resolução de 1 Hz. Estas variáveis são:

Tensão nos terminais da bateria
O sinal é obtido por uma simples ligação entre a placa de aquisição e os terminais, com a
necessária divisão do sinal de tensão, para que à entrada da placa este se encontre no intervalo de
funcionamento da mesma (0 – 10 V).
Figura 18 – Terminais do conjunto de baterias do Biró Caracterizado
Os cabos brancos representados na Figura 18 fazem a ligação dos terminais positivo e
negativo da bateria à placa de aquisição, transmitindo assim o sinal de tensão. Caso não seja possível
medir a tensão durante o ensaio, esta pode ser considerada constante e igual à tensão nominal das
baterias, tendo como consequência um pequeno erro associado no posterior cálculo da potência
eléctrica.

Corrente eléctrica absorvida pelos diversos sistemas do veículo
A medição foi efectuada a partir de uma pinça amperimétrica que envolve um dos terminais
da bateria, com a necessária calibração. A pinça presente na Figura 19 envolve o terminal negativo da
bateria do quadriciclo Reva i caracterizado, permitindo assim registar a corrente requerida pelos
19
diversos sistemas do veículo. Na Figura 19 estão também presentes os cabos que medem o sinal de
tensão da bateria, como referido no ponto anterior.
Figura 19 – Pinça Amperimétrica ligada ao terminal negativo da bateria do Reva i

Velocidade e altitude
O registo da velocidade do veículo e da altitude é feito com o auxílio da unidade GPS
(GPS+Barómetro) instalado a bordo do veículo, presente na Figura 20. Estas variáveis definem o ciclo
de condução efectuado e a partir delas é possível também determinar a aceleração e declive da
estrada.
Figura 20 – Unidade GPS Garmin GPS
76CSX usada durante os ensaios
20
Uma vez instalado todo equipamento a bordo do veículo, é iniciada a recolha de dados da
viagem através de um computador portátil que recolhe a informação descrita anteriormente, usando
software desenvolvido em LabView para recolha e integração simultânea dos dados.
Um outro registo necessário à aplicação destas metodologias é o consumo integral do veículo
requisitado à rede. Este registo pode ser obtido durante o ciclo de carga do conjunto de baterias,
após cada uma das viagens realizadas.

Consumo global de electricidade.
É quantificado a partir de um medidor de energia, colocado entre uma tomada da rede
eléctrica e o transformador do veículo. O equipamento regista todo consumo eléctrico pedido à rede,
ou seja, o consumo necessário ao carregamento total dos veículos medidos. De notar também que
este registo só faz sentido caso o veículo se encontre na carga máxima no início de cada viagem.
Figura 21 – Medidor de energia
Equipamento auxiliar:
Placa de Aquisição - Esta permite que os dados de tensão e correntes medidas durante os ensaios
sejam convertidos e registados pelo computador portátil que segue a bordo do veículo.
Computador Portátil - Estando a placa de aquisição e a unidade GPS ligadas via USB ao portátil, é
então possível, com o auxílio do software próprio (Labview ou equivalente), registar todos os valores
medidos durante o ensaio: velocidade, altitude, tensão e corrente eléctrica.
No caso de EVs ligeiros, devido à dificuldade/perigo de aceder ao sistema eléctrico, a aplicação do
laboratório é diferente, contudo os seguintes equipamentos continuam a ser utilizados: Unidade
GPS, Medidor de Energia, portátil, dispensando assim o equipamento de medição directa de
consumo eléctrico.
21
Configuração experimental
Na Figura 22 estão presentes os pontos onde foram registados valores de consumo
energético relativos aos ensaios de caracterização, sendo que os consumos dos pontos 2 e 3 são
registados segundo a segundo durante os ensaios de caracterização de quadriciclos. No caso dos EV
ligeiros estando restrito o acesso às baterias (Ponto 2), a solução passa por contabilizar o integral do
consumo à rede por ensaio, correspondente à medição no ponto 1 da Figura 22. De notar que a
dinâmica é sempre medida (ponto 3), independentemente do método ou veículo em estudo.
Figura 22 – Esquema energético de um veículo eléctrico
As caixas presentes no esquema da Figura 22 representam os vários sistemas do veículo, e as
setas, fluxos energéticos. As setas vermelhas estão associadas a fluxos de consumo. As verdes
representam fluxo energético inverso, regenerado a partir da dinâmica do veículo (situações de
travagem/desaceleração ou declives negativos).
Neste esquema estão presentes os 4 pontos em que é feita uma quantificação dos consumos
com fim de aplicar as metodologias que aqui vão ser apresentadas:
Ponto 1 – Energia (eléctrica) consumida pelo transformador e veículo à rede eléctrica nacional,
durante o ciclo de carga das baterias.
Equipamento: Medidor de Energia
Ponto 1b – Caracterização idêntica ao ponto anterior. Contudo a medição é feita a jusante do
transformador.
Equipamento: Pinça amperimétrica; Placa de aquisição (sinal de tensão)
Ponto 2 – Energia (eléctrica) consumida durante os ensaios pelos vários sistemas do veículo em
estudo: controlador; motor e auxiliares.
Equipamento: Pinça amperimétrica; Placa de aquisição (sinal de tensão)
Ponto 3 – Energia mecânica imposta pelo veículo à roda, estimada a partir da dinâmica.
Equipamento: Unidade GPS (velocidade e altitude)
22
3.2. Veículos caracterizados
A Tabela 5 apresenta as principais características do sistema de propulsão e de
armazenamento de energia dos veículos estudados neste trabalho e que são relevantes para a
aplicação das metodologias propostas. Três dos cinco veículos (Toyota COMS, Estima Biró e
Mahindra Reva i) foram caracterizados experimentalmente e serviram de base ao desenvolvimento
das metodologias. Os restantes dois veículos (Nissan Leaf e Smart ED) foram caracterizados por
aplicação da metodologia desenvolvida.
Veiculo
Classe
Potência
Máxima
(kW)
Tipo de Motor
Eléctrico
Potência
Regen.
(kW)
Tecnologia
das Baterias
Peso
(kg)
Toyota
COMS
Quadriciclo
leve (L6e)
4
DC
---
Pb-Acid
(Chumbo)
400
Estrima
Biró
Quadriciclo
leve (L6e)
4
DC
---
Pb-Acid
(Chumbo)
370
Mahindra
Reva i
Quadriciclo
pesado (L7e)
8
(s/boost)
AC
Indução
---
Pb-Acid
(Chumbo)
565
Smart
ED
Ligeiro (M1)
20
(s/boost)
AC
Indução
10
Li-ion
(Lítio)
975
Nissan
Leaf
Ligeiro (M1)
80
AC
Síncrono
30
Li-ion
(Lítio)
1521
Tabela 5 – Características relevantes à aplicação das metodologias propostas
No anexo C está uma descrição mais detalhada de cada um dos veículos ensaiados.
3.3. Ciclos de condução
Os ciclos de condução efectuados pelos veículos definem a distribuição dos pontos medidos,
cobrindo as várias condições de funcionamento possíveis. É então importante que os ensaios
realizados garantam um número de registos suficiente em todo o espectro de potências dos veículos,
em particular para potências negativas, situação em que o motor eléctrico funciona como gerador,
permitindo assim um resultado final preciso independentemente do tipo condução efectuada. Uma
regra prática para cumprir este requisito consiste em verificar que a soma de todos os ensaios
efectuados, contém pelo menos 3 horas de registos.
Os ciclos efectuados com os quadriciclos representam uma condução típica em cidade
(Lisboa) com médias de velocidade a rondar os 25 km/h. É sempre feito o possível para que todos os
ciclos incluam uma topografia variada, contendo situações em que o declive é praticamente nulo e
outras com declives mais acentuados até 10%, sempre com o objectivo de cobrir um espectro
alargado de gamas de potência. As Figura 23 e 24 apresentam algumas das características registadas
durante um ensaio no circuito Av. Liberdade. No anexo D estão definidos outros exemplos de
percursos realizados durante as várias medições efectuadas durante o decorrer deste trabalho.
23
Altitude(m)
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
0
2000
4000
6000
Distância (m)
8000
10000
50
5,0
40
4,0
30
3,0
20
2,0
10
1,0
0
1277
-10
0,0
1327
-20
1377
1427
1477
Tempo (s)
Velocidade (m/s)
1527
1577
1627
Aceleração (m/s2)
Velocidade (km/h)
Figura 23 – Variação de altitude durante um ensaio (esquerda) e Percurso IST/Av. Liberdade (direita)
-1,0
-2,0
aceleração (m/s^2)
Figura 24 – amostra da curva de velocidade e aceleração medida durante um ensaio
Percorridos por:
Quadriciclos leves (L6e)
Estrima Biró
Devido a uma restrição de autonomia deste quadriciclo (cerca de 20km) todos os ensaios
foram medidos no Parque das Nações, local de partida/carga do veículo. Também devido a esta
limitação nem sempre foi possível realizar exactamente o mesmo trajecto existindo então pequenas
variações na topografia e percurso dos ensaios. Apesar desta limitação, foi conseguida uma
distribuição por modo VSP suficiente para a caracterização do veículo, como se demonstra na
Tabela 6.
24
Circuito
1
2
3
4
5
6
7
Totais
Tempo Nº de
(min) registos
24
1449
25
1489
22
1318
31
1841
28
1658
25
1475
23
1384
177
10611
Distância
(km)
9,9
9,9
9,6
11,0
11,2
10,5
9,8
71,9
Velocidade
média (km/h)
24,7
23,9
26,3
21,6
24,4
25,7
25,5
24,4
Percurso
(localização)
Parque das Nações
Parque das Nações
Parque das Nações
Parque das Nações
Parque das Nações
Parque das Nações
Parque das Nações
Topografia
min/max (m)
27,5/85,3
27,3/86,2
24,2/52,1
25,5/45,2
24,3/43,6
26,9/51,2
26,0/46,6
Tabela 6 – Descrição dos circuitos realizados para monitorização do quadriciclo Estrima Biró
Toyota COMS
Na Tabela 7, encontra-se um resumo dos circuitos realizados com o Toyota COMS. As
monitorizações deste quadriciclo foram efectuadas em ambiente exclusivamente urbano, visto que a
sua aplicação se destina apenas a este ambiente.
Circuito
1
2
3
4
5
Total
Tempo
(min)
55
46
54
50
28
233
Nº de
Pontos
3303
2780
3259
2988
1675
14005
Distância
(km)
9,9
9,8
9,7
9,6
7,8
46,8
Velocidade
média (km/h)
10,8
12,7
10,6
11,5
16,9
12,1
Percurso
(localização)
IST/Av. Liberdade
IST/Av. Liberdade
IST/Av. Liberdade
IST/Av. Liberdade
IST/G. Coutinho
Topografia
min/max (m)
24,3/123,4
32,3/124,1
27,7/120,4
33,8/128,6
72,8/119,5
Tabela 7 – Descrição dos circuitos realizados para monitorização do quadriciclo Toyota COMS
Mahindra Reva i
Na Tabela 8, encontra-se um resumo de todos circuitos realizados com o quadriciclo Reva i,
que como seria de esperar foram todos realizados em ambiente urbano.
Circuito
1
2
3
4
Total
Tempo
(min)
38
35
20
49
142
Nº de
Pontos
2304
2079
1224
2932
8539
Distância
(km)
9,7
16,7
11,7
17,7
55,8
Velocidade
média (km/h)
15,2
28,9
34,5
21,7
23,5
Percurso
(localização)
IST/Av. Liberdade
Expo/Aeroporto
Expo/IST
IST
--
Topografia
min/max (m)
29,3/110,6
16,5/119,2
19,2/111,3
56,4/111,4
--
Tabela 8 – Descrição dos circuitos realizados para monitorização do quadriciclo Mahindra Reva i
Os percursos indicados nas tabelas anteriores (Tabela 6, Tabela 7 e Tabela 8), estão detalhados
no anexo D.
25
3.4. Tratamento dos dados experimentais
Velocidade
Partindo dos dados do GPS definem-se as condições dinâmicas impostas ao veículo, sobre a
forma de potência específica (VSP) num determinado instante. Contudo, o sinal de GPS (velocidade)
possui um pequeno atraso e nesse sentido, é então importante garantir que a potência eléctrica
medida seja referente a esse mesmo instante para assim obter valores realistas de consumo relativos
a uma condição dinâmica especifica. Para definir este atraso, recorreu-se durante um dos ensaios a
um sensor de velocidade com um atraso aproximadamente nulo, possuindo ainda uma resolução
superior à do GPS (16), possibilitando a correcção em forma e atraso das restantes curvas de
velocidade obtidas via GPS.
A Tabela 9 apresenta a diferença média entre a velocidade medida pelo Sensor de velocidade
e a velocidade do GPS com atraso corrigido:
Atraso (s)
0
1
2
3
4
Diferença média
(km/h)
6.00
4.35
2.83
2.16
3.04
Tabela 9 – Diferença média de velocidade entre a unidade GPS e o sensor de
velocidade em função do atraso
É também possível perceber essa mesma diferença neste gráfico de velocidade por unidade
de tempo da Figura 25:
Sensor
40
GSP
GPS Corrigido
Velocidade [km/h]
35
30
25
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
50
60 70 80
Tempo [s]
90
100 110 120 130 140
Figura 25 – Gráfico de velocidade em função do tempo recolhidos pelo sensor, GPS e GPS corrigido
A curva “GPS corrigido” (a verde na Figura 25) está corrigida relativamente à curva “GPS”
original em forma e atraso (3 segundos). Ou seja, para um determinado ponto da curva de
velocidade “GPS corrigido”, referente a um tempo decorrido t em segundos, é atribuído o valor dos
dados originais de GPS referente a um tempo decorrido t + 3.
26
Outra correcção é feita ponto a ponto (segundo a segundo), efectuando uma média
ponderada entre os pontos anteriores e seguintes da curva de velocidade original. Isto elimina
alguma falta de resolução do GPS, suavizando os dados originais e aproximando-os dos obtidos pelo
sensor. Esta última correcção tem então como efeito obter uma velocidade mais próxima da real
(quando comparada com a velocidade do sensor). No entanto o maior efeito é no cálculo da
aceleração a partir do declive desta mesma curva. A correcção elimina alguns “picos” de aceleração,
criados pela falta de resolução, que não reflectem a dinâmica do ciclo efectuado.
De notar que a correcção do atraso foi obtida tendo em conta os dados de uma unidade GPS
específica (Garmin 76CSX) e por consequência pode não ser a mais indicada para qualquer outro
equipamento ou processo de medição. A Figura 26 apresenta um detalhe da suavização da curva de
velocidade GPS:
35
Velocidade (km/h)
30
25
20
15
10
5
Original
0
4150
4155
Correcção
4160
tempo (s)
4165
Figura 26 – Suavização da curva de velocidade obtida com uma unidade de GPS a bordo do veículo
Na Figura 27 encontra-se representado o efeito do atraso da medição da velocidade GPS em
relação à leitura da potência eléctrica consumida pelo veículo.
8000
Potência eléctrica
6000
Potência dinâmica Corrigida
4000
Potência (W)
2000
Potência dinâmica original
0
1050
-2000
1055
1060
1065
1070
1075
1080
-4000
-6000
-8000
-10000
Tempo (s)
Figura 27 – Gráfico de potência (eléctrica e dinâmica) em função do tempo
27
Corrigida a velocidade em forma e atraso, os resultados podem ser sujeitos a uma verificação
final, a partir do sincronismo das potências eléctrica e dinâmica (Figura 27). Esta análise garante uma
precisão superior após aplicação da metodologia em questão (capítulo 3.5), uma vez que esta tem
como resultado final o comportamento do consumo eléctrico em função da potência específica
(dinâmica).
Topografia
A partir da altitude registada pelo altímetro barométrico da unidade de GPS durante os
vários ensaios de monitorização, é calculado o declive. O cálculo do declive não pode ser calculado a
partir da simples diferença de altitudes ponto a ponto, pois, resultaria em inúmeros declives nulos
intercalados com declives elevadíssimos, devido às reduzidas distâncias percorridas entre cada
segundo. De forma a contornar este efeito, é efectuada uma aproximação do declive a partir da
diferença de altitudes de um ponto 50m à frente do veículo e outro 50m imediatamente atrás, para
um determinado instante. Este método garante uma precisão suficiente para as condições a que o
veículo foi sujeito. No gráfico da Figura 28 está representado um exemplo de aplicação deste
método.
74
50m
50m
Altitude (m)
72
70,1 m
70
68,3 m
67,7 m
68
66
64
3711,4
y = 0,0002x2 - 1,7476x + 3443,3
3761,4
3811,4
Distância (m)
3861,4
Figura 28 - Amostra de altitude em função da distância
Para calcular o declive de um determinado ponto de uma viagem, por exemplo o ponto
amarelo do gráfico (Figura 28), o método passa por interpolar uma equação quadrática com os
seguintes pontos: ponto no qual se quer calcular o declive, ponto 50 metros à frente e ponto 50
metros atrás do veiculo. Por fim o declive é calculado pela derivada da equação no ponto pretendido.
Este procedimento deve ser repetido para todos os pontos registados da viagem. Como nota,
também o declive terá um atraso relativamente à medição de potência eléctrica, já que depende da
posição e altitude, medidas ambas pela unidade de GPS. Portanto o atraso de 3 segundos, justificado
no ponto anterior, também se aplica à topografia desta caracterização.
28
3.5. Metodologia VSP
3.5.1. Definição
A metodologia Vehicle Specific Power (11) permite caracterizar experimentalmente o
consumo energético e emissões de gases de veículos, em função de um determinado regime ou
condição de utilização.
A equação (Eq 1) na qual é baseada consiste numa simplificação das principais forças
aplicadas a um veículo em situação de condução (aerodinâmica, resistência ao rolamento, declive e
aceleração), permitindo assim obter uma aproximação da potência dinâmica imposta pelo veículo
num determinado instante (11):
Eq 1
Para aplicar esta metodologia é necessário medir experimentalmente, velocidade ( em
) aceleração ( em
) e o declive da estrada (
, diferença de altitude (m) por
distância percorrida (m)).
Quanto às constantes presentes na equação, a aceleração gravítica é representada por 9,81
m.s ,
é o coeficiente de resistência ao rolamento,
é o coeficiente de
resistência aerodinâmica e FA o factor de aceleração. Estes três últimos parâmetros são ajustados ao
tipo de veículo em estudo, como se verá adiante.
-2
Para veículos ligeiros, utilizam-se as seguintes constantes:
FA =1,1
Sendo a potência específica traduzida pela equação 2 (11):
Eq 2
Portanto para cada segundo de informação recolhida nos ensaios de monitorização é
calculado um valor de
em W.kg-1, que por sua vez é agrupado por modos de VSP, sendo o
método mais usual a distribuição em 14 modos, de acordo com a Tabela 10:
Modo VSP
1
3
5
7
9
11
13
Definição
VSP < -2
0 ≤ VSP < 1
4 ≤ VSP < 7
10 ≤ VSP < 13
16 ≤ VSP < 19
23 ≤ VSP < 28
33 ≤ VSP < 39
Modo VSP
2
4
6
8
10
12
14
Definição
-2 ≤ VSP < 0
1 ≤ VSP < 4
7 ≤ VSP < 10
13 ≤ VSP < 16
19 ≤ VSP < 23
28 ≤ VSP < 33
VSP ≥ 39
Tabela 10 – Distribuição VSP em 14 modos
Agrupando cada um dos instantes da viagem por modo, e sendo que a cada um deles está
associado um registo de consumo ou de emissões de um determinado poluente, obtém-se
consequentemente uma média de consumo ou emissões por modo VSP.
29
O processo de cálculo do consumo médio em função do modo VSP é iniciado, distribuindo
todos os registos experimentais num esquema de modos de potência específica, como o
apresentado na Tabela 10. Finalmente estando os registos organizados por modos VSP é feita uma
média de todos os consumos eléctricos a estes associados, de acordo com a Eq3:
Eq 3
Em que
é o consumo eléctrico médio do veiculo em função do modo
VSP e
, o somatório do consumo de todos os pontos associados a um
determinado modo de potência especificas ou
.
Para obter o consumo total
medido por viagem ou troço é necessário um simples
somatório de todos os consumos referentes a cada um dos pontos medidos durante o ensaio (Eq4).
Eq 4
Quantificados os consumos por modo VSP de um determinado veículo, passa a ser então
possível estimar o seu consumo integral, em qualquer outro ciclo de condução. Esta estimativa é
aplicável, sempre que os limites de operação do veículo o permitam. Isto é, sempre que o veículo em
estudo apresente registos de consumo numa gama de potências especificas, igual ou superior à gama
de potências característica do ciclo de condução.
Esta estimativa é feita a partir do somatório de vários produtos em função do modo VSP.
Estes produtos são: nº de pontos em função do modo VSP e consumo médio (
) também
em função do modo de VSP, como descrito na Eq5.
Eq 5
De notar que, esta ferramenta permite ainda fazer uma validação do método e coeficientes
usados, comparando o consumo estimado (
com o valor integral de consumo medido
durante os ensaios (
de acordo com a Eq6.
Eq 6
30
3.5.2. Adaptação da metodologia VSP à classe de quadriciclos eléctricos (L6e e L7e)
Apesar do método definido no ponto anterior permitir caracterizar e comparar veículos
ligeiros, não é o mais adequado aos quadriciclos eléctricos em estudo. De forma a aplicar a
metodologia VSP já usada para veículos ligeiros, torna-se necessário implementar algumas
modificações, devido às características destes veículos:




O Consumo passa a ser um consumo eléctrico e é calculado a partir da corrente e tensão nos
terminais do conjunto de baterias do veículo em estudo.
A medição de emissões deixa de fazer sentido, já que este tipo de veículos eléctricos (EVs) não
produzem directamente qualquer tipo de emissão.
Por apresentarem potências específicas baixas e eficiências superiores a carga parcial,
relativamente a veículos ditos convencionais, faz sentido utilizar modos VSP menos abrangentes
e idênticos para toda a gama de potência específica.
Devido à capacidade regenerativa e à sua complexidade, o consumo ou melhor a regeneração
de energia, que ocorre para potências específicas negativas, requer uma resolução idêntica ao
lado positivo, portanto ao contrário do que acontece para a metodologia convencional, os
modos deverão ser simétricos.
Os coeficientes da equação VSP referidos no capítulo 3.2.1 estão já definidos para as classes
de veículos convencionais, no entanto para a classe de quadriciclos estes valores devem ser
ajustados de forma a garantir resultados mais adequados à classe de veículos em estudo.

Coeficiente de resistência aerodinâmica (Caero)
Resolvendo a equação da resistência aerodinâmica (Eq 7) em paralelo com a componente
aerodinâmica da equação VSP (Eq 8):
Eq 7
Eq 8
Eq 9
Das equações 7, 8 e 9, obtém-se a seguinte equação (Eq 10):
Eq 10
31
Os resultados para cada um dos veículos caracterizados encontram-se na Tabela 11.
Biró
COMS
Reva i
Média ponderada
Cx
0,64
0,64
0,64
0,64
2
Área frontal (m )
1,41
1,18
1,56
1,38
Massa (kg)
510
480
620
558
Caero
-3
1,06 x 10
-4
9,44 x 10
-4
9,66 x 10
-4
9,84 x 10
Tabela 11 – Coeficiente aerodinâmico dos veículos medidos
O Coeficiente aerodinâmico usado no cálculo da potência específica de quadriciclos será uma
média ponderada entre quadriciclos leves e pesados (Eq 11) ou seja:
Eq 11
O uso de um coeficiente comum aos quadriciclos e não de um coeficiente específico a cada
um dos veículos, permite que os consumos ou distribuições de tempo por modo VSP, sejam
directamente comparáveis entre veículos, tal como acontece para a classe de ligeiros.
Os dados presentes na Tabela 11 são referências comerciais de cada um dos fabricantes, (17), (18) e (19) - quando disponíveis. Por falta de informação relativamente ao coeficiente
aerodinâmico Cx dos veículos em estudo, é utilizado o coeficiente aerodinâmico do Renault Twizzy
(20) como aproximação para os restantes veículos, uma vez que o Renault se encaixa também na
categoria de quadriciclo.
Relativamente às áreas frontais, os dados também não são divulgados pelos fabricantes, no
entanto esta pode ser facilmente estimada. Assumindo como referência geométrica as dimensões
gerais de cada um dos veículos e tirando partido de fotos frontais do veículo em questão, como
demonstram a Figura 29 e Figura 30.
Figura 29 – Estimativa da área frontal do quadriciclo Toyota COMS (esquerda) e do
Biró (direita), com recurso a um software próprio: Image Meter
De notar que este método tem um erro associado à perspectiva das fotografias, contudo de
forma a contrariar este efeito é feita uma selecção cuidada do plano de referência.
32
Figura 30 – Estimativa da área frontal do
quadriciclo Reva i

Coeficiente de resistência ao rolamento (Crr)
Assumindo que a resistência ao rolamento é independente da velocidade, esta pode ser
aproximada pela equação 12:
Eq 12
Considerando a componente da equação VSP que contabiliza a resistência ao rolamento de
um veículo, representada pela equação 13:
Eq 13
E considerando a equação 14:
Eq 14
O coeficiente de rolamento da equação VSP é calculado segundo a equação 15:
Eq 15
Os resultados para cada um dos veículos caracterizados são apresentados na Tabela 12.
Biró
COMS
Reva i
Média ponderada
Pneu
Crr
F rolamento (N)
C rolamento (N/kg)
130/60 R13 (scooter)
145/70 R12
145/70 R13
---
0.0180
0,0173
0,0147
0,0162
90.3
81.6
89.9
81.6
0.177
0,170
0,145
0,159
Tabela 12 – Coeficiente de resistência ao rolamento dos veículos medidos
33
O Coeficiente de resistência ao rolamento usado no cálculo da potência específica de
quadriciclos é também aproximado por uma média ponderada entre quadriciclos leves e pesados.
A resistência ao rolamento depende directamente dos pneus do veículo (dimensões e
composição). Portanto, como aproximação é usado um valor típico dos pneus montados em cada um
dos veículos. Estes valores são referentes a dados comerciais dos respectivos fabricantes.

Factor de aceleração (FA): aceleração das massas rotativas
Por falta de informação e devido às semelhanças do sistema de transmissão dos quadriciclos
eléctricos com veículos convencionais o factor de aceleração para quadriciclos é assumido como 1.1,
tal como o coeficiente usado no cálculo da potência específica de veículos ligeiros.
Corrigidos os coeficientes, da metodologia VSP definida em 3.5.1, a equação de cálculo da
potência específica para um quadriciclo é dada pela Eq 16:
Eq 16
Como consequência dos pontos anteriores, o método sugerido de análise passa por definir as
classes VSP de 1 em 1 W/kg, de acordo com a Tabela 13:
Classe VSP
Definição (W/kg)
Classe VSP
Definição (W/kg)
0
VSP = 0
-1
-1 < VSP < 0
1
0 < VSP < 1
-2
-2 < VSP ≤ -1
2
3
1 ≤ VSP < 2
2 ≤ VSP < 3
-3
-4
-3 < VSP ≤ -2
-4 < VSP ≤ -3
...
9
...
8 ≤ VSP < 9
-5
-6
-5 < VSP ≤ -4
-6 < VSP ≤ -5
10
VSP ≥ 9
-7
VSP ≤ -6
Tabela 13 – Distribuição VSP em classes de uma unidade
Os limites (Classes VSP 10 e -7) representados na Tabela 13 são definidos tendo em conta as
potências específicas limites típicas de quadriciclos eléctricos e pela sua representatividade
experimental, ou seja o número de registos obtidos em comparação com total medido. Isto significa
que perto dos limites de potência podem não existir registos com representatividade suficiente. Os
compromissos que definem as classes limite referidas na Tabela 13 e garantem um resultado preciso,
estão de seguida justificados.
A classe VSP máxima é definida com um compromisso entre as potências máximas debitadas
pelos veículos (Eq 17) e pela sua representatividade nesses regimes (Eq 18):
Eq 17
Eq 18
34
Na Tabela 14, encontram-se os factores considerados na selecção do limite superior das classes
de potência específica, usadas para caracterizar quadriciclos eléctricos:
Veículo
Estrima
Biró
1,0%
1,0%
Toyota
COMS
1,0%
1,3%
Mahindra
Reva i
1,4%
8,6%
Tabela 14 – Dados relativos à definição do limite superior das classes VSP aplicadas aos quadriciclos ensaiados
O compromisso encontrado, para definir a classe de potências especifica superior é
correspondente à classe VSP 10 ou seja VSP > 9 W/kg, este limite foi encontrado de forma a não
prejudicar a representatividade dos registos efectuados com quadriciclos ligeiros nesta situação
limite. Por outro lado este limite definido abaixo das capacidades típicas de potência para
quadriciclos pesados, tem como consequência um acréscimo de registos na classe 10. Contudo esta
situação não é penalizante, como se pode verificar na Tabela 15, que contém uma breve análise ao
desvio padrão dos registos de consumo do quadriciclo pesado Reva i, para a classe de limite.
Desvio padrão dos registos de
consumo medidos (Wh/s)
Média dos registos de
consumo (Wh/s)
VSP > 9 W/kg
0,368
2,14
VSP > 12 W/kg
0,446
2,20
Classe VSP
Tabela 15 – Desvio padrão dos registos de consumo medidos em função da potência específica máxima
A classe VSP mínima é definida tendo em consideração a gama de VSP a partir da qual o
veículo não tem mais capacidade regenerativa, uma vez que esta informação nem sempre é cedida
pelos fabricantes, pode ser aproximada a partir dos registos de consumo.
No gráfico da Figura 31, relativo à potência eléctrica do quadriciclo Reva i em situação de
potência negativa à roda (desaceleração/travagem), a classe VSP mínima, é facilmente identificado,
como classe -11 (VSPmin). Para classes inferiores a -11, a potência eléctrica gerada passa a ser
aproximadamente constante por limitações do veículo, e portanto a sua dependência da potência
específica (VSP) deixa de existir, assim todos os pontos inferiores a -10W/kg ficam a pertencer à
classe VSP -11. A Figura 31 traduz o resultado final, em que na classe VSP -11 estão agrupados todos
os pontos com uma potência específica inferior a -10W/kg.
35
-4000
-3000
-2000
Potência eléctrica (W)
-5000
-1000
0
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
Classe VSP
-6
-5
-4
-3
-2
-1
Figura 31 – Gráfico de potência eléctrica (de regeneração) em função da classe VSP, do quadriciclo Reva i
Esta definição de limite inferior (VSP ≤ VSPmin) apesar de apresentada com base nos registos
do quadriciclo Reva i, foi observada nos restantes veículos (Figura 32 e Figura 33):
-1200
-800
-400
Potência eléctrica (W)
-1600
0
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
Classe VSP
-6
-5
-4
-3
-2
-1
Figura 32 – Gráfico de potência eléctrica (de regeneração) em função da classe VSP, do quadriciclo Biró
-2500
-2000
-1500
-1000
-500
0
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
Classe VSP
-6
-5
-4
-3
-2
-1
Figura 33 – Gráfico de potência eléctrica (de regeneração) em função da classe VSP, do quadriciclo COMS
36
Potência eléctrica (W)
-3000
Na Tabela 16 encontra-se um resumo, referente às limitações inferiores de potência para os
quadriciclos monitorizados:
Veículo
Estrima
Biró
Toyota
COMS
Mahindra
Reva i
-7
2,8%
2,8%
-12
0,6%
2,9%
-11
1,1%
3,5%
Tabela 16 – Dados relativos à definição do limite superior das classes VSP aplicadas aos quadriciclos
O compromisso encontrado, para definir a classe de potências especifica inferior é
correspondente à classe VSP -7 ou seja VSP < -6 W/kg, este limite foi encontrado de forma a não
prejudicar a representatividade dos registos efectuados com qualquer quadriciclo nesta situação
limite e próxima desta. Mesmo estando o limite inferior definido de forma a subestimar as
capacidades dos Quadriciclos Toyota COMS e Mahindra Reva, o erro associado é diminuto, como se
pode observar pelo desvio padrão dos registos de consumo para a solução de compromisso
encontrada, presente na Tabela 17.
VSP < -6 W/kg
Desvio padrão dos registos de
consumo medidos (Wh/s)
0,440
Média dos registos de
consumo (Wh/s)
0,502
VSP < -12 W/kg
0,402
0,678
VSP < -6 W/kg
0,604
-1,05
VSP < -11 W/kg
0,648
-1,31
Veículo
Classe VSP
Toyota
COMS
Mahindra
Reva i
Tabela 17 – Desvio padrão dos registos de consumo medidos em função da potência específica mínima
37
3.6. Estimativa de consumo a partir dos dados de abastecimento e dinâmica
Como foi referido na introdução, a simplicidade dos quadriciclos eléctricos disponibilizados,
garantem uma facilidade de acesso às baterias ou pelo menos aos terminais das mesmas, permitindo
assim, que o laboratório portátil anteriormente descrito faça uma monitorização segundo a segundo
do consumo eléctrico do veículo, garantindo a aplicação quase directa da metodologia VSP já
referida.
A necessidade de quantificação dos consumos de veículos eléctricos mais complexos, como é
o caso dos veículos ligeiros, em que a monitorização do consumo instantâneo em situação de
condução é complicada, devido às elevadas tensões e correntes envolvidas, assim como o acesso aos
componentes. Sendo negado este acesso directo aos registos de consumo eléctrico em condições
reais de operação, foi desenvolvida uma metodologia, que contorna esta limitação e que permite da
mesma forma caracterizar o consumo de um veículo eléctrico em função da potência específica do
mesmo. Esta abordagem foi desenvolvida em torno dos seguintes parâmetros:


Consumo integral por viagem, registado a partir do consumo das baterias à rede.
Distribuição temporal dos vários pontos registados por modo VSP, cujo registo é feito por
aplicação da metodologia descrita no capítulo 3.2 usando apenas os dados de velocidade e
altitude do circuito. Para veículos ligeiros não devem ser usados os coeficientes da equação VSP
definidos no Capitulo 3.2.2. Na Tabela 18 estão representados os coeficientes adequados, às
duas classes de veículo estudadas:
Classe de veículos eléctricos
Quadriciclo
Ligeiro
Caerodinâmico
0,984 x 10-3
0,302 x 10-3
Cr. rolamento
0,159
0,132
Tabela 18 – Coeficientes da equação VSP em função da classe de veículo

38
Percepção do comportamento típico do consumo eléctrico em função da potência específica à
roda (modo VSP), ponto este, que em conjunto com a distribuição temporal por modo, dará
forma à curva de consumo do veículo em estudo.
4. Resultados
4.1. Caracterização experimental
A aplicação das metodologias referidas no capítulo 3, têm como resultado uma distribuição
de pontos por modo VSP, que reflecte o tipo de circuito/condução efectuado. Associando cada
registo de consumo eléctrico a cada um dos pontos correspondentes e por sua vez a um modo VSP,
obtém-se então um consumo eléctrico do veículo em função do modo VSP.
Os resultados da aplicação da metodologia VSP adaptada a quadriciclos eléctricos,
encontram-se representados nas secções seguintes, para cada um dos veículos monitorizados.
4.1.1. Quadriciclos leves
Estrima Biró
Os registos de consumo presentes na Tabela 19 são referentes ao consumo da bateria
requeridos por parte dos vários sistemas do veículo durante a operação do mesmo e medidos com o
laboratório portátil, encontrando-se representados em função dos circuitos realizados pelo Estrima
Biró.
Circuito Distância Consumo
(km)
(Wh)
1
9,9
679,7
2
9,9
742,7
3
9,6
676,6
4
11,0
751,9
5
11,2
718,7
6
10,5
729,0
7
9,8
658,7
Total
71,9
4957
Regeneração
(Wh)
88,8
109,0
64,8
85,78
83,0
105,6
57,3
594,3
Consumo
líquido (Wh)
590,9
633,7
611,8
666,1
635,6
623,4
601,4
4363
% de
regeneração
13,1
14,7
9,6
11,4
11,6
14,4
8,7
12,0
Consumo por
km (Wh/km)
59,7
64,0
63,7
60,6
57,8
55,7
61,4
60,7
Tabela 19 – Registos de consumos energéticos relativos aos circuitos realizados com o quadriciclo Estrima Biró
Após cada um dos ensaios é feito um carregamento total do veículo, resultando assim num
registo de consumo à rede que está associado ao circuito realizado. Comparando este valor com o
valor de descarga da bateria medido durante o decorrer do ensaio, obtém-se uma eficiência de
carga/descarga da bateria.
Circuito
Consumo à rede
(Wh)
1
2
3
4
5
6
7
Total
990
1300
1010
1380
1030
1260
980
7950
Eficiência
Carga/Desc.
(%)
61,3
47,4
55,7
48,6
65,6
48,8
60,7
54,6
Consumo à
rede por km
(Wh/km)
100
131
105
126
92
120
100
111
Custo por km
(€/100 km)
1,30
1,70
1,37
1,64
1,20
1,56
1,30
1,44
Tabela 20 – Registo de consumos à rede e eficiência de carga/descarga do quadriciclo Estrima Biró
39
Como é possível perceber da Tabela 20, o consumo do veículo à rede é claramente superior
ao consumo medido da descarga das baterias (Tabela 19), devendo-se à fraca eficiência de
carga/descarga, que está associada à tecnologia e à capacidade das baterias, já que são de Chumbo e
possuem capacidades reduzidas.
Sendo o valor típico de eficiência das baterias de chumbo nestes veículos já bastantes baixo,
perto de 60% como verificado nos circuitos 1, 5 e 7 (registos conseguidos com um tempo de
carregamento estritamente necessário ao carregamento total), quando o veículo se encontra ligado à
rede durante mais tempo (por exemplo durante a noite), existe um acréscimo de consumo parasita à
rede, que aliado à pequena capacidade da bateria, se reflecte numa baixa eficiência de carga da
mesma, como acontece nos registos dos circuitos 2, 4 e 6.
De notar que a segunda situação é a mais realista, já que muitos dos veículos eléctricos são
ou serão geralmente carregados durante a noite, dando origem a carregamentos mais longos que o
necessário ao carregamento total.
Com o intuito de justificar as diferenças de eficiência de carregamento presentes na Tabela
20 e de forma a entender melhor esta questão de consumo parasita durante a fase de carregamento,
foi efectuado um registo a jusante do carregador de forma a quantificar a totalidade de energia
necessária à carga das baterias. Na Tabela 21 encontram-se os resultados obtidos após a
monitorização da fase de carregamento do quadriciclo Biró:
1ª Fase
2º Fase
Sem Carga
Total
Duração (h:mm)
1:23
3:04
0:22
4:49
Energia (Wh)
661,1
186,5
18,2
865,9
Potência média (W)
476,2
61,1
49,6
180,0
Tabela 21 – Resultados das medições a jusante do carregador durante um carregamento do quadriciclo Biró
Na Figura 34, encontra-se o gráfico de potência de carregamento em função do tempo para o
carregamento medido.
Figura 34 – Potência de carregamento do quadriciclo Biró em função do tempo
40
No gráfico da Figura 34, estão identificadas as duas principais fases de carregamento de uma
bateria de Chumbo: a 1ª fase é responsável por grande parte do carregamento, como se pode
confirmar no gráfico; a 2ª fase tem como característica um carregamento a baixa potência e de longa
duração.
A medição a jusante do carregador perfez 866 Wh no total, contudo a medição directamente
da rede eléctrica representa um consumo de 880Wh, o que confere ao transformador uma eficiência
de 98,4%, colocando-o de parte como responsável da baixa eficiência de carga/descarga registada
nas restantes monitorizações
Estes registos foram obtidos a partir de uma ensaio de monitorização extra com o único
objectivo de definir a eficiência das baterias deste quadriciclo, não está portanto associado a
nenhum dos ensaios referidos na Tabela 20. O registo de consumo global medido a bordo do veículo
foi de 552Wh, garantindo às baterias uma eficiência de 63,8%, para este ensaio em específico.
Descritos os parâmetros energéticos globais de cada um dos ensaios, pode-se passar à
aplicação da metodologia descrita no capítulo 3.5. Na Figura 35, encontra-se representada a
distribuição de pontos medidos em função de modos de potência específica. Esta apresenta
diferenças significativas quando comparada com os outros veículos, devido ao facto do ensaio se ter
realizado exclusivamente no Parque das Nações, onde o trânsito local é menos intenso do que no
centro de Lisboa, resultando num menor número de registos para os modos VSP mais próximos de
potências específicas nulas, quando comparado com monitorizações em que o trafego local é mais
intenso. No entanto esta variação, não tem consequência no que toca à estimativa de consumo
eléctrico por modo VSP, como se pode ver pelo desvio padrão do consumo em função do modo VSP
apresentado na Tabela 22.
1200
1000
800
600
400
200
Nº de pontos medidos
1400
0
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
Classe VSP
4
5
6
7
8
9
10
Figura 35 – Distribuição do nº de pontos medidos em função do modo VSP do quadriciclo Estrima Biró
O superior número de pontos no modo VSP -7 (Figura 35), deve-se ao facto de este modo
acumular pontos com potência específica inferiores a -6 W/kg, tal como foi explicado na secção
3.5.2, relativa ao ajuste da metodologia VSP a quadriciclos eléctricos.
41
1,00
0,50
0,00
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-0,50
Consumo Eléctrico (Wh/s)
1,50
-1,00
-1,50
Classe VSP
Figura 36 – Gráfico de consumo eléctrico em função do modo VSP do quadriciclo Estrima Biró
Uma das características deste veículo prende-se com a regeneração eléctrica pouco intensa,
tal como se constata no gráfico da Figura 36 de consumo em função do modo VSP.
Em comparação com o Toyota COMS (apresentado de seguida), cujas características são
idênticas às do Biró, ambos apresentam consumos semelhantes da classe -1 à classe -4, sendo o
consumo aproximadamente proporcional à potência dinâmica. No entanto a partir da classe VSP -5,
deixa de o ser e converge para o valor constante da classe -7. Isto é facilmente explicado pelo facto
da função de regeneração do Biró, ser exclusivamente accionada pelo levantar do pé do acelerador,
assim a restante potência de travagem é colmatada com o travão mecânico.
Na Tabela 22 encontra-se um resumo de todos os dados obtidos por aplicação da
metodologia descrita em 3.5.
Classe
VSP
Tempo
(s)
%
Consumo
eléctrico
(Wh/s)
Desvio
padrão
(Wh/s)
Classe
VSP
Tempo
(s)
%
Consumo
eléctrico
(Wh/s)
Desvio
padrão
(Wh/s)
10
99
1.0%
1.38
0.371
-1
707
6.9%
-0.001
0.181
9
174
1.7%
1.25
0.189
-2
446
4.4%
-0.097
0.227
8
306
3.0%
1.24
0.205
-3
377
3.7%
-0.217
0.242
7
450
4.4%
1.18
0.215
-4
286
2.8%
-0.334
0.178
6
618
6.0%
1.00
0.266
-5
219
2.1%
-0.387
0.132
5
815
8.0%
0.83
0.268
-6
140
1.4%
-0.403
0.097
4
1125
11.0%
0.70
0.250
-7
289
2.8%
-0.411
0.100
3
1237
12.1%
0.57
0.242
2
1087
10.6%
0.452
0.247
1
1012
9.9%
0.221
0.255
0
838
8.2%
0.005
0.030
Tabela 22 – Tempo decorrido, consumo eléctrico e desvio padrão desse consumo em função do modo VSP do quadriciclo
Estrima Biró
42
Toyota COMS
Os dados de consumo medidos durante os ensaios e fase de carregamento em função dos
circuitos efectuados com o toyota COMS, estão resumidos na Tabela 23. Os ensaios de
monitorização que permitiram obter os seguintes registos experimentais foram obtidos antes de se
dar inicio a esta tese, contudo o procedimento usado para os obter é idêntico ao efectuado para os
restantes veiculos.
Circuito
Distância
(km)
Consumo
(Wh)
Regeneração
(Wh)
1
2
3
4
5
Total
9,9
9,8
9,7
9,6
7,8
46,8
842,1
795,9
784,8
773,4
598,1
3794
164,4
154,0
149,7
130,9
101,8
700,8
Consumo
líquido da
bateria (Wh)
677,7
641,9
635,2
645,6
494,3
3093
%
regeneração
19,5
19,3
19,1
16,9
17,0
18,5
Consumo por
km
(Wh/km)
68,5
65,5
65,5
67,3
63,3
66,1
Tabela 23 - Registos de consumos energéticos relativos aos circuitos realizados com o quadriciclo Toyota COMS
Como se pode identificar, a intensidade de regeneração deste veiculo é alta, quando
comparada com os restantes veiculos monitorizados, nomeadamente o Estrima Biró (Tabela 19). É
também possível verificar que estas taxas de regeneração próximas de 20%, já tinham sido
indentificadas noutra análise experimental efectuada por outro autor (10), como foi já referido na
introdução e conceitos. De notar que todos os registos presentes na Tabela 23 são referentes ao
consumo das baterias por parte dos vários sistemas do veiculo, isto é motor, controlador e sistemas
auxiliares.
Os dados de consumo à rede, apesar de medidos, não estão aqui presentes por falta de rigor,
devido ao facto do veículo não ter inciado os circuitos de medição totalmente carregado. Assim os
dados apresentados na Tabela 24, são estimados com base numa eficiência de carga/descarga de
55%, Esta eficiência base assumida foi medida a partir dos registos de carregamento do quadriciclo
Estrima Biró e extrapolada para o Toyota COMS, pois ambos possuem características semelhantes.
Circuito
Consumo à rede
(Wh)
1
2
3
4
5
Total
1232
1167
1155
1174
899
5624
Consumo à
rede por km
(Wh/km)
125
119
119
122
115
120
Custo por km
(€/100 km)
1,63
1,55
1,55
1,59
1,50
1,56
Tabela 24 – Estimativa de consumo à rede do quadriciclo
Toyota COMS
Após aplicação da metodologia referida no capítulo 3.5, é estimado para cada instante uma
potência específica, debitada pelo veiculo, com base na informação dinâmica (velocidade,
aceleração). Agrupados os registos do Toyota COMS por modos de potência especifica, obtém-se a
distribuição temporal da Figura 37.
43
10485
...
2000
1500
1000
500
Nº de pontos medidos
2500
0
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
Classe VSP
4
5
6
7
8
9
10
Figura 37 – Distribuição do nº de pontos medidos em função do modo VSP do quadriciclo Toyota COMS
Tal como descrito no capítulo 3.3 os circuitos realizados com o Toyota COMS, reprentam uma
condução tipicamente urbana, tendo como consequência, um acréscimo de registos para os modos
VSP mais próximos de 0 W/kg, no entanto, dada a extensão e número de circuitos realizados, a
quantidade de registos noutros modos VSP revelam-se suficientes para uma correcta caracterização.
O acréscimo de pontos no modo VSP -7 deve-se ao facto deste modo acumular todos os
pontos com potência específica inferiores a -6 W/kg, pois tal como foi explicado na metodologia VSP
para quadriciclos eléctricos (capítulo 3.5.2), a partir de um determinado valor de potência à roda, o
consumo/regeneração eléctrica do veículo é constante, sendo que para o veículo em questão, a
grande maioria dos pontos registados a potências inferiores a -6 W/kg apresentam valores de
regeneração eléctrica idênticos.
Na Figura 38 encontra-se a evolução do consumo eléctrico em função da potência especifica
deste quadriciclo:
1,50
0,50
0,00
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-0,50
Classe VSP
-1,00
Figura 38 – Gráfico de consumo eléctrico em função do modo VSP do quadriciclo Toyota COMS
44
Consumo eléctrico (Wh/s)
1,00
O gráfico de consumo eléctrico em função do modo VSP (Figura 38) revela uma relação linear
para modos VSP não próximos do modo 0, ou seja para modos superiores a 2 e inferiores a -2,
devendo-se ao facto dos motores eléctricos conseguirem eficiências elevadas, mesmo em regimes de
carga parciais, situação que não se verifica em veiculos convencionais.
Na Tabela 25 estão resumidos todos os dados resultantes da aplicação da metodologia VSP
adaptada a quadriciclos eléctricos.
Classe
VSP
Tempo
(s)
%
Consumo
eléctrico
(Wh/s)
Desvio
padrão
(Wh/s)
Classe
VSP
Tempo
(s)
%
Consumo
eléctrico
(Wh/s)
Desvio
padrão
(Wh/s)
10
174
1.3%
1.22
0.273
-1
1086
8.1%
-0.0116
0.162
9
163
1.2%
1.21
0.238
-2
549
4.1%
-0.118
0.234
8
266
2.0%
1.15
0.234
-3
374
2.8%
-0.179
0.269
7
414
3.1%
1.03
0.255
-4
278
2.1%
-0.242
0.294
6
517
3.9%
0.91
0.273
-5
186
1.4%
-0.316
0.310
5
652
4.9%
0.80
0.265
-6
130
1.0%
-0.386
0.325
4
627
4.7%
0.67
0.269
-7
384
2.9%
-0.502
0.440
3
585
4.4%
0.54
0.263
2
605
4.5%
0.410
0.261
1
1134
8.5%
0.200
0.223
0
5242
39.3%
0.0209
0.0334
Tabela 25 – Tempo decorrido, consumo eléctrico e desvio padrão desse consumo em função do modo VSP do quadriciclo
Toyota COMS
Apresentados os resultados relativos a quadriciclos ligeiros eléctricos, encontra-se de seguida
uma comparação directa de consumos por classe VSP, entre o quadriciclo Estrima Biró e o Toyota
COMS
1,50
COMS
1,00
0,50
0,00
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Consumo eléctrico (Wh/s)
Biro
-0,50
-1,00
Classe VSP
Figura 39 – Comparação de consumo eléctrico dos quadriciclos ligeiros caracterizados
45
4.1.2. Quadriciclos pesados
Mahindra Reva i
Efectuados os circuitos e medições referidas no capítulo 3.3, obtêm-se os registos de
consumo presentes na Tabela 26 referentes ao consumo da bateria por parte dos vários sistemas do
veículo, nomeadamente o sistema controlador/motor. Estes registos são calculados pelo somatório
de todos os consumos medidos em estrada. De notar que este consumo não reflecte o consumo à
rede eléctrica, sendo este ponto analisado adiante.
Circuito
Distância
(km)
Consumo
(Wh)
Regeneração
(Wh)
1
2
3
4
Total
9,7
16,7
11,7
17,7
55,8
1135
1530
1223
1802
5691
211,4
222,6
111,7
327,2
872,8
Consumo
líquido de
bateria (Wh)
923,9
1307,5
1111,6
1475,4
4818,3
% de
regeneração
Consumo por
km (Wh/km)
18,6
14,5
9,1
18,2
15,1
95,3
78,3
95,0
83,4
86,3
Tabela 26 – Registos de consumos energéticos relativos aos circuitos realizados com o Reva i
Os dados de consumo à rede de cada um dos circuitos, não foram registados directamente
pelo medidor de energia, portanto este consumo é calculado pela divisão do consumo líquido de
bateria por uma eficiência típica de 55%, característica das baterias em questão, como comprovado
pelos dados de consumo à rede do quadriciclo Biró, representados na Tabela 27.
Circuito
Consumo à rede
(Wh)
1
2
3
4
Total
1680
2377
2021
2682
8761
Consumo à
rede por km
(Wh/km)
173
142
173
152
157
Custo por km
(€/100 km)
2,25
1,85
2,25
1,98
2,04
Tabela 27 – Estimativa de consumo à rede do quadriciclo Reva i
Descritos os parâmetros energéticos globais de cada um dos ensaios, pode-se passar à
aplicação da metodologia descrita no capítulo 3.5. Na Figura 40, está representada a distribuição do
total de pontos medidos durante os 4 circuitos de monitorização, sendo esta distribuição feita em
função do modo VSP. Cada um dos pontos corresponde a 1 segundo de viagem.
46
1400
1000
800
600
400
Nº de Pontos medidos
1200
200
0
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
Classe VSP
4
5
6
7
8
9
10
Figura 40 – Distribuição do nº de pontos medidos em função do modo de VSP do quadriciclo Mahindra Reva i
O superior número de pontos nas classes VSP -7 e VSP 10 deve-se ao facto de estas classes
acumularem pontos com potência específica inferiores a -7W/kg e superiores a 9W/kg
respectivamente, tal como foi explicado na metodologia VSP para quadriciclos eléctricos.
Na Figura 41 encontra-se representado o gráfico de evolução do consumo eléctrico em
função da potência especifica do quadriciclo Reva i:
2,50
1,50
1,00
0,50
0,00
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-0,50
Consumo eléctrico (Wh/s)
2,00
-1,00
-1,50
Classe VSP
-2,00
Figura 41 – Gráfico de consumo eléctrico em função do modo VSP do quadriciclo Mahindra Reva i
O gráfico de consumo eléctrico em função do modo VSP revela uma relação linear para
modos VSP não proximos do modo 0, tal como acontece para os restantes veículos. A diferença do
consumo por modo relativamente aos restantes quadriciclos resume-se essencialmente à sua
magnitude, que é superior para o veículo em questão.
47
Na Tabela 28 encontra-se um resumo de todos os dados obtidos por aplicação da
metodologia descrita em 3.5.
Classe
VSP
Tempo
(s)
%
Consumo
eléctrico
(Wh/s)
Desvio
padrão
(Wh/s)
Classe
VSP
Tempo
(s)
%
Consumo
eléctrico
(Wh/s)
Desvio
padrão
(Wh/s)
10
694
8.6%
2.14
0.369
-1
615
7.6%
-0.048
0.190
9
312
3.9%
1.95
0.433
-2
307
3.8%
-0.212
0.247
8
325
4.0%
1.72
0.469
-3
306
3.8%
-0.378
0.287
7
311
3.8%
1.58
0.471
-4
213
2.6%
-0.457
0.325
6
371
4.6%
1.35
0.471
-5
156
1.9%
-0.59
0.338
5
446
5.5%
1.16
0.468
-6
119
1.5%
-0.73
0.405
4
501
6.2%
0.95
0.440
-7
287
3.5%
-1.05
0.604
3
492
6.1%
0.76
0.436
2
469
5.8%
0.59
0.445
1
844
10.4%
0.215
0.295
0
1335
16.5%
0.057
0.067
Tabela 28 – Tempo decorrido, consumo eléctrico e desvio padrão desse consumo em função do modo VSP do quadriciclo
Mahindra Reva i
Apresentados os resultados relativos a quadriciclos eléctricos, é oportuno comparar
directamente o consumo eléctrico de todos os quadriciclos caracterizados experimentalmente,
representada na Figura 42.
2,50
Biro
COMS
REVA
1,50
1,00
0,50
0,00
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-0,50
-1,00
-1,50
Classe VSP
Figura 42 – Comparação de consumo eléctrico dos quadriciclos ligeiros caracterizados
48
Consumo eléctrico (Wh/s)
2,00
4.2. Consumos com base em dados de carregamento
De forma a desenvolver uma metodologia indirecta para estimar consumos modais, tal como
proposto nos objectivos, será útil analisar o comportamento dos veículos já estudados a partir de
dados experimentais. A ideia que permite o desenvolvimento desta metodologia, foi inspirada na
tese de doutoramento de Gonçalo Duarte (21), esta análise implica identificar o comportamento do
consumo de energia em função da potência específica do veículo. Posto isto, é útil comparar os
diferentes veículos/tecnologias medidas experimentalmente, de forma a identificar
padrões/tendências de consumo, independentemente das características dos mesmo. Esta
comparação pode ser vista na Figura 43 onde está representado um gráfico de consumo eléctrico
normalizado em função da potência específica também normalizada. Sendo o consumo eléctrico
normalizado pelo consumo eléctrico máximo e a potência específica normalizada pela potência
específica máxima.
1
0,6
0,4
0,2
0
-1,2
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
-0,2
-0,4
Consumo eléctrico Normalizado
0,8
-0,6
Reva
Biro
COMS
-0,8
Potência específica normalizada
Figura 43 – Gráfico de consumo eléctrico normalizado em função da potência específica normalizada, para os veículos
medidos seguindo a metodologia VSP adaptada
Apesar dos veículos medidos apresentarem tecnologias diferentes (baterias e motor
eléctrico), é possível perceber que as diferentes curvas de consumo têm comportamentos idênticos,
tendo em consideração a sua potência máxima, isto para o lado positivo, onde se regista o consumo
eléctrico. Para o lado negativo, onde se regista regeneração eléctrica, este já não é o caso, porque
existem diferenças significativas de regeneração entre veículos, no entanto estas diferenças
acontecem não devido ao tipo de tecnologia (baterias e motor), mas devido às suas configurações,
como a intensidade de regeneração definida pelo controlador ou devido às capacidades do veículo,
como regeneração em travagem ou apenas em desaceleração.
Nota: Os limites fixos de potência específica impostos ao quadriciclos na metodologia definida no
capítulo 3.5, foram aqui levantados excepcionalmente, permitindo uma análise mais completa a todo
o espectro de potência destes veículos. As tabelas de consumo normalizado referentes aos dados do
gráfico da Figura 43 podem ser encontradas no anexo E (Tabela 56, Tabela 57 e Tabela 58).
49
Outro resultado importante, com o intuito de caracterizar os quadriciclos em estudo, e a
tecnologia a eles associada é a eficiência dos mesmos em função da potência específica,
representada sobre a forma de gráfico na Figura 44.
De notar que esta eficiência tem como base os dados de potência eléctrica medida segundo a
metodologia VSP adaptada a quadriciclos, que por sua vez é dividida pela potência dinâmica
associada ao modo VSP em questão. Posto isto, estes dados de eficiência contabilizam apenas o
sistema controlador/motor, não fazendo parte desta análise a bateria e sistema de carregamento.
100%
90%
80%
70%
50%
40%
Eficiência
60%
30%
20%
10%
Reva
Biro
COMS
0%
-1,2
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Potência específica normalizada
Figura 44 – Gráfico de eficiência em função da potência específica normalizada, dos quadriciclos medidos
Tal como para a situação anterior (Figura 43), o comportamento da curva (Figura 44) é
semelhante para os três veículos para potências específicas positivas, apesar de apresentarem
magnitudes ligeiramente diferentes.
Em situação de regeneração, o comportamento é também idêntico com excepção do
quadriciclo Biró, pelas mesmas razões apresentadas anteriormente. É possível também identificar o
carácter constante da eficiência em regeneração, ponto importante no desenvolvimento desta
metodologia.
A tabela com os dados de eficiência dos três quadriciclos, referente ao gráfico da Figura 44
pode ser encontrada no anexo E (Tabela 59).
Considerando como hipótese, um comportamento idêntico de consumo eléctrico em função
do modo VSP, é necessário definir e quantificar este comportamento padrão. Este ponto encontra-se
descrito no capítulo 4.2.1.
50
4.2.1. Parâmetros-chave necessários ao desenvolvimento
Para validar/aplicar esta metodologia, será pertinente perceber o comportamento típico do
consumo eléctrico em função do modo VSP, pois é a partir deste comportamento que se condiciona
o sistema de equações que dá solução à metodologia.
Esta análise ao comportamento pode ser feita por partes:
1. Regeneração (VSP < 0W/kg)
Apesar de nesta região o fluxo energético ser essencialmente de recarregamento das baterias
para gamas VSP mais próximas de 0, este pode ser nulo ou pode mesmo registar-se um
consumo, isto porque independentemente do regime de potência do veículo, existe sempre um
consumo base associado à alimentação dos sistemas auxiliares.
2. Análise ao andamento da curva de consumo normalizada pelo consumo máximo em função
da potência específica.
No gráfico da Figura 45, estão representados os consumos medidos e normalizados pelo
consumo máximo de cada um dos veículos. Os dados do Estrima Biró apesar de estarem
representados no gráfico, não são representativos do comportamento típico de um veículo
eléctrico, já que a regeneração do mesmo não é accionada em situação de travagem, e por essa
mesma razão, não entrará nesta análise. Quanto aos restantes veículos, consegue-se identificar
uma semelhança na evolução do consumo em função da potência específica.
Potência específica (W/kg)
0
-10
-8
-6
-4
-2
0
-0,1
-0,2
-0,3
-0,4
-0,5
-0,6
Consumo normalizado
-12
-0,7
Reva i
Biró
COMS
Figura 45 – Dispersão dos registos de eficiência de regeneração em função da potência específica
dos quadriciclos Reva i e COMS
Outra indicação pertinente do andamento da curva de consumo é revelada a partir da
evolução da eficiência de regeneração em função da potência específica do veículo (Figura 46), esta
eficiência pode ser aproximada pela divisão da potência eléctrica pelo produto da potência específica
e peso do veículo, de acordo com o modo VSP.
51
COMS
1
0,8
0,6
0,4
0,2
Eficiência de regeneração
Reva i
0
-10
-8
-6
-4
Potência específica (W/kg)
-2
0
Figura 46 – Dispersão dos registos de consumo normalizados em função da potência específica dos vários veículos
medidos
Na Figura 46 encontra-se o gráfico da eficiência de regeneração e podemos então assumir
que para potências específicas inferiores a -2 W/kg a eficiência é aproximadamente constante. Esta
tendência permite aproximar o consumo eléctrico em regeneração por uma recta que passa na
origem para o domínio onde se registam potências específicas inferiores a -2 W/kg. Esta hipótese é
confirmada pela interpolação dos dados experimentais dos quadriciclos medidos, como indicado na
Figura 47.
Potência específica (W/kg)
-10
-8
-6
-4
0
-2
0
-0,2
y = 0.0652x - 0.0228
R² = 0.9936
-0,4
-0,6
y = 0,1181x - 0,0572
R² = 0,9965
-0,8
-1
-1,2
Reva i
Consumo eléctrico (Wh/s)
-12
COMS
-1,4
Figura 47 – Interpolação dos registos de consumo eléctrico em função da potência específica, para uma gama de
potências negativa a partir de -2,5W/kg
Quanto à restante região do lado regenerativo, para potências específicas entre 0W/kg e 2,5W/kg, o seu andamento pode ser representado por uma equação quadrática, como se pode
identificar na seguinte interpolação dos dados referentes às monitorizações em estrada, Figura 48:
52
Potência específica (W/kg)
0
-3
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
-0,1
y = 0.0068x2 + 0.1024x + 0.0271
R² = 0.9914
-0,2
y = 0.0129x2 + 0.1923x + 0.0539
R² = 0.9994
REVA
COMS
-0,3
Consumo eléctrico (Wh/s)
0,1
-0,4
Figura 48 – Interpolação dos registos de consumo eléctrico em função da potência, para uma gama de potências negativa
e próxima de 0W/kg
3. Região de consumo de bateria (VSP ≥ 0 W/kg)
Para esta gama de consumos, também se regista uma evolução aproximadamente linear, isto a
partir de um determinado valor de potência específica. O consumo base dos veículos é também
de fácil identificação, e pouco varia dentro da classe. Portanto, tendo em conta as medições em
estrada, pode ser assumida uma potência base de 120W para quadriciclos. A análise ao
andamento da curva de consumo em função da potência específica encontra-se na Figura 49:
2,5
Biro
COMS
2
1,5
1
0,5
0
0
2
4
6
8
Potência específica (W/kg)
10
Consumo eléctrico (Wh/s)
Reva i
12
Figura 49 – Consumo eléctrico em função da potência específica dos quadriciclos medidos
Tal como acontece para o lado regenerativo desta curva, esta evolução do consumo eléctrico,
pode ser considerada proporcional em função da potência específica. De notar que esta
aproximação só pode ser feita para potências específicas superiores a 2,5W/kg, pois este efeito
não se verifica para potências específicas próximas de 0W/kg. Isto acontece devido a uma
menor eficiência dos veículos eléctricos neste regime de utilização. No gráfico da Figura 50 é
possível identificar a evolução linear do consumo eléctrico em função da potência específica
através de uma interpolação dos registos experimentais de consumo por aplicação da
metodologia VSP adaptada.
53
2
y = 0.1814x + 0.374
R² = 0.9881
y = 0.1312x + 0.2303
R² = 0.9869
1,5
1
y = 0.1152x + 0.2613
R² = 0.9955
Consumo eléctrico (Wh/s)
2,5
0,5
Reva
Biro
COMS
0
0
2
4
6
8
10
12
Potência específica (W/kg)
Figura 50 – Interpolação dos registos de consumo em função da potência específica
A região de potências positivas e próximas de 0W/kg pode ser aproximada por uma equação
quadrática, como se pode confirmar pela interpolação dos registos de consumo eléctrico em função
da potência específica, Figura 51.
0,9
0,6
0,45
y = -0.069x2 + 0.3896x + 0.0119
R² = 0.9986
0,3
y = -0.0551x2 + 0.3397x + 0.0278
R² = 0.9981
Consumo eléctrico (Wh/s)
0,75
y = -0.0569x2 + 0.4467x + 0.044
R² = 0.9971
0,15
Reva
Biro
COMS
0
0
0,5
1
1,5
2
Potência específica (W/kg)
2,5
3
Figura 51 – Interpolação dos registos de consumo eléctrico em função da potência, para uma gama de potências positiva
e próxima de 0W/kg
54
Sumariamente, a curva de consumo em função da potência específica de um veículo pode ser
definida por 4 equações distintas, relativas a 4 regiões definidas. No entanto é ainda necessário
definir constrangimentos dessas curvas, de forma a representarem fidedignamente a curva de
consumo de um determinado veículo eléctrico, nomeadamente:
Continuidade – todas as fronteiras das equações aqui definidas, deverão ser continuas, e portanto
deverão entrar como constrangimentos no sistema de equações a resolver por esta metodologia.
Continuidade da derivada – As fronteiras entre a equação quadrática e linear, do lado positivo e
negativo, ou seja para os pontos -2,5 W/kg e 2,5 W/kg têm uma derivada aproximadamente
continua, portanto são também condições fronteira dos sistema de equações a resolver. Pelo
contrário a fronteira do ponto de potência específica nula, não apresenta uma continuidade na
derivada, isto tendo em conta os registos e consequente interpolação do consumo em função da
potência específica, podendo ser confirmado na Tabela 29.
Quadriciclo
Reva
Biró
Toyota COMS
Derivada para 00,192
0,404
0,102
Derivada para 0+
0,447
0,390
0,340
Razão
2,33
0,96
3,33
Tabela 29 – Relação da derivada à esquerda e direita de 0W/kg do sistema de equações que define o consumo
eléctrico em função da potência específica com base em registos experimentais de quadriciclos
4.2.2. Formulação final
Durante o desenvolvimento desta metodologia, concluiu-se que são necessárias pelo menos
2 viagens (ou secções de viagens), que serão utilizadas para definir a curva de consumo eléctrico em
função da potência específica. São ainda necessárias viagens adicionais que serão usadas como
validação do resultado obtido.
De modo a definir a curva de consumo eléctrico em função da potência específica, são
necessárias 4 equações, para 4 domínios diferentes, sendo que duas destas equações são lineares e
as outras duas quadráticas (Tabela 30):
Equação
Domínio (W/kg)
1ª Equação (Linear)
2ª Equação (Quadrática)
3ª Equação (Quadrática)
4ª Equação (Linear)
Tabela 30 – Sistema de equações de consumo em função da potência específica
O processo de escolha destas equações encontra-se descrito no capítulo 4.2.1. Para definir os
coeficientes da curva de consumo que dão solução à metodologia exposta, é necessário resolver um
sistema de 10 equações, para os 10 coeficientes da curva.
Utilizando a distribuição temporal por modo VSP do registo de duas das viagens
monitorizadas, tal como o consumo integral de bateria, de cada uma destas, resolvem-se duas das
equações que dão solução a este sistema. Estas equações de consumo integral são dadas pela
seguinte expressão Equação 19
55
Eq 19
Cada uma das equações de consumo integral deverá ser calculada a partir dos registos
específicos da viagem, sendo eles:

, consumo integral das baterias necessário à alimentação
controlador/motor e sistemas auxiliares é calculado pela equação 20:
do
sistema
Eq 20
Onde
representa a energia consumida à rede durante a fase de carregamento do
veículo, registo feito pelo medidor de energia referido no subcapítulo 3.1. Por fim
representa a eficência de carga e descarga das baterias que depende essencialmente da tecnologia
de baterias instalada no veículo. Caso os valores de eficiência de carga e descarga não sejam
disponibilizados, devem ser consideradas as seguintes referências representadas na Tabela 31.
Tipo de Baterias
Li-ion1
Chumbo2
0,85
0,55
Tabela 31 – Eficiência de carga e descarga em função do tipo de baterias


1
, potência especifica associada a cada um dos modos VSP registados, esta toma o valor
médio da gama de potências do modo ao qual está associado, por exemplo o modo VSP 4
engloba a gama de potências de 3 a 4W/kg, portanto a potência especifica associada a este
modo será de 3,5W/kg.
, distribuição temporal registada em segundos em função do modo VSP.
A eficiência de carga e descarga definida para as baterias de Lítio são retiradas da referência (22).
A eficiência de carga e descarga das baterias de Chumbo considera dados experimentais medidos do
quadriciclo Estrima Biró, estes são validados por outros autores (24).
2
56
Portanto para resolver este sistema com 10 variáveis, são necessárias ainda 8 equações
extra, para além das já referidas. Estas são conseguidas impondo as seguintes restrições presentes na
Tabela 32.
Condições
Equações
Continuidade (1º/2º eq)
Continuidade (2º/3º eq)
Continuidade (3º/4º eq)
Continuidade de Derivada (1º/2º eq)
Continuidade de Derivada (3º/4º eq)
Consumo base
Consumo máximo
Eficiência de regeneração constante
Tabela 32 – Condições impostas ao sistema de equações que define consumo em função da potência específica
Simplificando o sistema acima descrito, obtém-se como resultado cada um dos coeficientes
da curva de consumo em função dos registos experimentais e características dos veículos. Devido à
extensão destas expressões, estão descritas no anexo A.
Para além das entradas relativas aos dados registados durante os ensaios de monitorização, é
ainda necessário contabilizar algumas características próprias do veículo em estudo e que dão
entrada nas equações descritas na Tabela 32:

, consumo base do veículo em (Wh/s), ou seja alimentação dos sistemas auxiliares.
Tipo de veículo
Quadriciclo
Ligeiro
Potência típica (W)
120
200
(Wh/s)
3,33x10-2
5,56x10-2
Tabela 33 – Consumo base em função do tipo de veículo

, consumo máximo do veiculo em Wh/s (Eq 21).
Eq 21
Em que:
, é a potência máxima do veiculo em Watts
, é a eficiência máxima do veiculo (Tabela 34)
Tipo de motor
DC ou AC de Indução
AC Síncrono
(%)
82
95
Tabela 34 – Eficiência máxima em função do tipo de motor
57

, potência especifica máxima em W/kg (Eq 22).
Eq 22
Em que:
, é a potência máxima do veiculo em Watts
, é o peso do veiculo em kg para as condições em que foi ensaiado

, potência especifica mínima em W/kg (Eq 23).
Eq 23
Em que
é a potência regenerativa máxima do veiculo em estudo.
Caso não exista informação sobre a potência regenerativa do veículo, a potência específica
mínima poderá ser aproximada pela Equação 24:
Eq 24
Resolvido o sistema de equações, tendo em conta as características do veículo medido e os
registos experimentais de distribuição temporal, obter-se-á uma curva de consumo eléctrico em
função do modo VSP, que tem por base duas viagens. No entanto, a precisão deste resultado
depende também do tipo de viagens usadas e das diferenças entre elas.
Assim a verificação desta metodologia deverá ser validada pelas restantes viagens
monitorizadas, a partir da equação de consumo definida no início deste capítulo utilizando as
seguintes entradas:


Distribuição temporal por modo VSP das viagens destinadas à validação
Coeficientes da curva de consumo, por aplicação da metodologia
O resultado, será um consumo de bateria estimado, relativo às restantes viagens
monitorizadas,
.
Comparando o registo medido de consumo integral da Bateria,
, das viagens
destinadas à validação, com o valor estimado, obtém-se o erro associado à metodologia em função
da selecção de viagens, sendo calculado da seguinte forma(Eq 25):
Eq 25
Esta análise de sensibilidade à metodologia aplicada é um passo importante na sua resolução
e precisão final, e portanto é abordada em pormenor no capítulo seguinte (4.2.3).
58
4.2.3. Análise de sensibilidade
Tal como foi referido no capítulo 4.2.2, onde foi formulada esta metodologia, para que se
obtenham resultados com uma precisão aceitável, é necessário fazer uma análise de sensibilidade,
para garantir um resultado final com o menor erro possível. Isto é feito com recurso a medições de
viagens extra, para além das duas exigidas pela metodologia em si.
De acordo com os resultados observados durante o desenvolvimento desta metodologia,
tipicamente um total de 5 viagens ou melhor 4 a 5 horas de registos é suficiente, para aplicar a
metodologia em questão, bem como para efectuar a sua validação. É também necessário que dentro
dos registos efectuados, existam pelo menos duas viagens que apresentem diferenças significativas,
a nível de circuito ou condução, de forma a garantir uma distribuição dos registos por modo VSP
diferentes para cada uma das viagens.
A selecção das viagens é um ponto de grande importância na aplicação desta metodologia,
pois tem uma influência directa no cálculo dos coeficientes da curva de consumo. Assim a selecção
deve ser cuidada e validada, após a aplicação da metodologia. O processo de selecção será explicado
a partir dos registos obtidos para os quadriciclos eléctricos.
Durante o desenvolvimento, foram obtidos os melhores resultados quando a selecção de
viagens considera:

Um conjunto de viagens com um perfil regenerativo o mais distinto possível, no entanto
esta informação só pode ser medida directamente, com acesso aos terminais da bateria,
uma forma de contornar esta limitação é a partir de um indicador que relaciona o
número de registos medidos em situação de potência específica negativa com o número
de registos total:

Selecção de viagens com um número de pontos considerável, quando comparadas com
as restantes, de forma a garantir uma selecção de circuitos com uma boa representação
do consumo do veículo.
Apesar dos pontos anteriores indicarem com alguma precisão a selecção que garante
melhores resultados, é necessário iterar esta metodologia para cada um dos conjuntos de viagens
possíveis. O processo de selecção de viagens está abaixo exemplificado para os quadriciclos medidos
anteriormente.
Na Tabela 35 está um resumo das características dos vários circuitos efectuados com o
quadriciclo Toyota COMS.
59
Circuito
1
2
3
4
5
Total
Nº de
Pontos
3303
2780
3259
2988
1675
14005
Velocidade
média (km/h)
10,8
12,7
10,6
11,5
16,9
12,1
Consumo de
bateria (Wh)
677,7
641,9
635,2
645,6
494,3
3093
% Tempo em
VSP < 0
25,6
25,4
22,5
24,5
21,9
Tabela 35 – Características dos circuitos medidos pelo quadriciclo Toyota COMS
Tendo em conta os pontos referidos anteriormente, relativos à selecção de viagens para
aplicação da metodologia, o conjunto indicado para obter um resultado preciso será a viagem 1 e 3,
isto porque representam o máximo e mínimos relativos aos registos obtidos em situação de
regeneração. A viagem 5 representada na Tabela 35, apesar de ser também candidata a esta
selecção, é descartada por ter menos representatividade que as restantes (menor número de
registos).
Esta selecção, tal como os critérios que a definem, podem ser validados pelas diferenças
entre consumo medido experimentalmente e o consumo estimado (Tabela 36):
Diferença de
consumo
Viagem 1
Viagem 2
Viagem 3
Viagem 4
Viagem 5
Média
Média absoluta
Desvio padrão
1/2
0
0
-4,90
-6,30
0,277
-3,64
3,83
2,83
Selecção de Viagens (%)
1/3
1/5
0
1,08
0
-1,81
1,29
0,19
1,39
1,42
0
-0,30
-6,25
-7,53
0
-4,69
4,69
3,15
3
2/3
4/5
-1,42
0
0
-1,9
0,403
-0,97
1,24
0,99
-2,79
-0,56
2,17
0
0
-0,395
1,84
2,03
Tabela 36 – Diferença entre consumo medido e consumo estimado para as viagens percorridas pelo
Toyota COMS
Os dados da tabela anterior são resultantes de uma análise de erro, efectuada com o intuito
de garantir uma selecção mais cuidada das viagens, bem como validar a metodologia aqui
desenvolvida. Esta analise é feita a partir de sucessivas iterações da metodologia e posterior cálculo
da diferença entre o consumo global estimado,
e o mesmo valor registado a partir
de um medidor de energia,
.
O cálculo do consumo energético associada à variável,
capitulo 4.2.2.
, está definido no
As viagens seleccionadas devem garantir erros (diferenças entre consumo estimado e
experimental das restantes viagens) com uma dispersão reduzida em torno de zero. Outro ponto a
considerar é a média dos erros obtidos, esta deverá estar o mais próximo de zero possível.
3
Na Tabela 36, está representada apenas uma amostra dos vários conjuntos de viagens possíveis.
60
Este mesmo procedimento será repetido para os restantes quadriciclos, de forma a validar
todo o processo.
Estrima Biró
Viagem
1
2
3
4
5
Total
Nº de
Pontos
Consumo de
bateria (Wh)
% Tempo em
VSP < 0
2938
1318
3499
1472
1384
10611
1224
611,7
1302
623,4
601,4
4363
25,8
25,5
23,7
28,9
20,7
Tabela 37 – Características dos circuitos medidos pelo
quadriciclo Estrima Biró
Analisando as características por viagem da Tabela 37, a selecção de viagens mais indicada
para definir o consumo eléctrico, será o conjunto 4 / 5, uma vez que representam o máximo (28,9%)
e o mínimo (20,7%) de tempo em potências específicas negativas desta amostra.
Diferença de
consumo
viagem 1
viagem 2
viagem 3
viagem 4
viagem 5
Média
Média absoluta
Desvio padrão
Selecção de Viagens (%)
1/5
2/ 3
1/2
0
0
17,4
-1,50
15,9
10,6
11,6
8,58
0
-7,65
4,08
-2,08
0
-1,88
4,60
4,79
35,7
0
0
33,9
-16,6
17,7
28,7
24,2
4
3/4
2,23
-9,38
0
0
-5,69
-4,26
5,77
4,84
4/5
2,03
-6,77
4,64
0
0
-0,0338
4,48
4,88
Tabela 38 – Diferença entre consumo medido e consumo estimado para as viagens percorridas pelo
Estrima Biró
Da Tabela 38 verifica-se que o conjunto de viagens que oferece melhores resultados
corresponde à selecção 4/5. Isto porque a dispersão do erro é reduzida, tal como acontece para a
selecção 1/5 no entanto a média dos erros de 4/5 está mais próxima de zero.
Mahindra Reva i
Viagem
1
2
3
4
Total
Nº de
Pontos
2304
2079
1224
2932
11471
Consumo de
bateria (Wh)
% Tempo em
VSP < 0
805,5
1308
1111
1474
6172
29,5
24,9
18,6
28,2
Tabela 39 – Características dos circuitos medidos pelo
quadriciclo Mahindra Reva i
4
Na Tabela 38, está representada apenas uma amostra dos vários conjuntos de viagens possíveis.
61
Analisando as características por viagem da Tabela 39, a selecção de viagens mais indicada
para definir o consumo eléctrico, será o conjunto 1 / 3, uma vez que representam o máximo (29,5%)
e o mínimo (18,6%) de tempo em potências específicas negativas desta amostra.
Diferença de
consumo
Viagem 1
Viagem 2
Viagem 3
Viagem 4
Média
Média absoluta
Desvio padrão
1/2
0
0
-4,43
-2,68
-3,55
3,55
0,878
Selecção de Viagens (%)
1/3
2/ 3
0
3,40
0
-1,02
1,19
2,21
2,21
-9,51
0
0
-7,35
-8,43
8,43
3,01
5
2/ 4
5,45
0
-6,97
0
-0,76
6,21
6,21
3/4
1,53
3,94
0
0
2,74
2,74
1,21
Tabela 40 – Diferença entre consumo medido e consumo estimado para as viagens percorridas pelo
Mahindra Reva i
Da Tabela 40 verifica-se que o conjunto de viagens que oferece melhores resultados
corresponde à selecção 1/3, isto porque apresenta uma dispersão do erro reduzida em torno de
zero, tal como acontece para a selecção 1/2 e 3/4. No entanto a média de erros da selecção 1/3 é a
que está mais próxima de zero.
A título de desenvolvimento e posterior validação desta metodologia, foram usados os
resultados experimentais de consumo eléctrico dos quadriciclos, por aplicação da metodologia
descrita no Capítulo 3.5, efectuando-se a comparação destes registos com a curva de consumo em
função da potência específica obtida pela metodologia em discussão.
Na Figura 52, Figura 53 e Figura 54 encontram-se representadas as equações de consumo
resultantes da aplicação desta metodologia a cada um dos quadriciclos medidos. Em paralelo com a
curva de consumo obtida numericamente estão os registos experimentais de consumo, estes registos
estão representados no gráfico por circunferências.
Figura 52 – Gráfico de consumo em função da potência
específica do quadriciclo COMS
5
Na Tabela 38, está representada apenas uma amostra dos vários conjuntos de viagens possíveis.
62
Figura 53 – Gráfico de consumo em função da potência específica do
quadriciclo Biró
Figura 54 – Gráfico de consumo em função da potência específica do quadriciclo Reva i
As curvas de consumo representadas na Figura 52, Figura 53 e Figura 54, foram obtidas a
partir das selecções de viagens que garantem melhores resultados.
Nestes gráficos, é possível identificar que a estimativa desenvolvida segue os principais
padrões de consumo eléctrico em função da potência específica, mesmo para o quadriciclos Biró
(Figura 53), que tem um comportamento atípico no domínio negativo da potência específica.
63
De seguida nos gráficos da Figura 55, Figura 56 e Figura 57, são comparados directamente os
registos de consumo obtidos pelo método experimental (eixo das ordenadas) e obtidos por análise
numérica (eixo das abcissas). Estando os registos de consumo experimentais descritos discretamente
por classe VSP, é necessário calcular o consumo obtido numericamente também discretamente por
modo VSP, isto é conseguido pelo cálculo da equação de consumo em função do valor intermédio de
potência específica associado à classe VSP em questão. Os gráficos da Figura 57, Figura 56 e Figura
55, permitem então avaliar o erro global da estimativa, comparando a recta de interpolação dos
pontos de consumo (representada a preto) com uma recta dada por x=y (desenhada a vermelho),
que representa uma estimativa perfeita relativamente aos dados experimentais. No mesmo gráfico
pode ser analisado o erro pontual para cada uma das classes VSP, esta análise é feita por
comparação dos registos discretos de consumo (pontos azuis dos gráficos), com a recta dada por x=y.
Toyota COMS
Consumo eléctrico Medido (Wh/s)
Linear (Inter)
Linear (X=Y)
1,5
y = 0,9601x + 0,0071
R² = 0,9989
1
0,5
0
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
-0,5
-1
Consumo eléctrico Estimado (Wh/s)
Figura 55 – Dispersão dos registos de consumo eléctrico em função do consumo estimado para o quadriciclo COMS,
interpolação destes mesmos registos, representada por uma recta de cor preta
Do gráfico da Figura 55, podemos concluir que no domínio positivo os registos obtidos estão
ligeiramente sobrestimados (erro inferior a 2%), e para o domínio negativo ligeiramente
subestimados (erro inferior a 4%).
64
Estrima Biró
Consumo eléctrico Medido (Wh/s)
Linear (Inter)
1,5
Linear (X=Y)
y = 1,0014x - 0,0002
R² = 0,9952
1
0,5
0
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
-0,5
-1
Consumo eléctrico Estimado (Wh/s)
Figura 56 – Dispersão dos registos de consumo eléctrico em função do consumo estimado para o quadriciclo Biró,
interpolação destes mesmos registos, representada por uma recta de cor preta
No gráfico da Figura 56, apesar da interpolação dos registos coincidir com a recta x = y, que
tem como significado uma estimativa muito adequada dos dados de consumo relativamente aos
registos experimentais, isto não é verdade se analisarmos pontualmente este gráfico. No domínio
negativo intermédio o consumo é sobrestimado apesar de no limite do domínio negativo este já ser
subestimado. Isto acontece porque a estimativa está desenvolvida com base em padrões típicos de
consumo. Por outro lado o quadriciclo Biró tem um comportamento atípico no domínio da
regeneração. Apesar disto o erro neste domínio negativo é sempre inferior a 20%. Já no domínio
positivo este desvio é inferior a 4%.
Consumo eléctrico Medido (Wh/s)
Mahindra Reva i
Linear (Inter)
2,5
Linear (X=Y)
y = 1,0278x - 0,0179
R² = 0,9986
2
1,5
1
0,5
0
-1,5
-1
-0,5
-0,5 0
0,5
1
1,5
2
2,5
-1
-1,5
-2
Consumo eléctrico Estimado (Wh/s)
Figura 57 – Dispersão dos registos de consumo eléctrico em função do consumo estimado para o quadriciclo Mahindra
Reva i, interpolação destes mesmos registos, representada por uma recta de cor preta
Do gráfico da Figura 57 é possível concluir que no domínio positivo os registos obtidos estão
ligeiramente subestimados (erro inferior a 6%), e para o domínio negativo ligeiramente
sobrestimados (erro inferior a 8%).
65
5. Aplicação
5.1. Quadriciclos
Uma vez obtidos os valores de consumo eléctrico por classe VSP dos quadriciclos medidos, é
possível estimar o seu consumo noutra qualquer viagem ou troço. Esta estimativa é feita a partir do
somatório de vários produtos em função do modo VSP. Estes produtos são: número de pontos em
função do modo VSP e consumo médio (
) do veículo também em função do modo de VSP,
como descrito na equação 26:
Eq 26
A partir da distribuição temporal por modo VSP de 3 viagens medidas durante os ensaios de
monitorização, serão aplicados os dados de consumo referentes a cada um dos quadriciclos
caracterizados. As viagens seleccionadas para esta aplicação são:
Medido
por
Nº de
registos
Tempo
(min)
Distância
(km)
Velocidade média
(km/h)
Percurso
1
Biró
1841
31
11
21,6
Parque das Nações
2
COMS
3303
55
9,9
10,8
IST / Av. Liberdade
Viagem
Tabela 41 – Resumo de algumas características das viagens seleccionadas para aplicação dos registos de consumo
Na Figura 58 encontra-se a distribuição VSP dos registos medidos na viagem 1. Esta viagem
foi medida durante um ensaio de monitorização do quadriciclo Estrima Biró no parque das nações,
tem como característica principal, a quase não existência de trafego, o que resulta numa distribuição
por modo VSP menos acentuada no domínio negativo (desaceleração/travagem).
Viagem 1
300
262
208
250
191
151
80
26
16
-7
-6
34
200
140
150
95
83
100
69
48
31
15
8
9
10
Nº de Registos
196 188
50
0
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
Classe VSP
4
5
6
7
8
Figura 58 – Distribuição VSP do circuito 4 efectuado com o quadriciclo Biró
Os dados de consumo globais obtidos por aplicação da distribuição VSP da viagem 1 aos
restantes veículos (COMS e Reva) encontram se na Tabela 42.
66
Viagem 1
Biró6
COMS
Reva i
Consumo
(Wh)
751,9
694,6
1006
Regeneração
(Wh)
85,8
67,4
136
Consumo
Liquido (Wh)
666,1
626,7
869,8
Taxa
Regeneração (%)
11,4
9,7
13,5
Consumo à
rede (Wh)
1211
1139
1581
Tabela 42 – Estimativa da energia eléctrica usada para efectuar a viagem 1
Como era de esperar o quadriciclo Reva i, é o que consume mais dos três, devido a um
consumo eléctrico superior em todas as gamas de potência específica, é também o veículo com mais
regeneração. Quanto ao Toyota COMS e Biró, a diferença é muito menor, uma vez que pertencem à
mesma classe de quadriciclos e possuem tecnologias de baterias e sistema de propulsão idênticas.
Na Figura 59 encontra-se a distribuição VSP dos registos medidos na viagem 2. Esta viagem
foi medida durante um ensaio de monitorização do quadriciclo Toyota COMS no circuito IST/Av.
Liberdade (descrito no anexo D) este circuito tem como característica principal a existência de
trafego mais intenso, o que resulta numa distribuição por modo VSP mais acentuada no domínio
negativo (desaceleração/travagem) e um elevado número de registos para potências específicas
nulas.
Viagem 2
1200
800
600
400
Nº de Registos
1000
200
0
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
Classe VSP
4
5
6
7
8
9
10
Figura 59 – Distribuição VSP do circuito 1 efectuado com o quadriciclo Toyota COMS
Os dados de consumo globais obtidos por aplicação da distribuição VSP da viagem 2 aos
restantes veículos (Biró e Reva) encontram se na Tabela 43
Viagem 2
Biró
COMS7
Reva i
Consumo
(Wh)
823,1
842,1
1168
Regeneração
(Wh)
131,8
164,4
264,3
Consumo
Liquido (Wh)
691,3
677,7
903,9
Taxa
Regeneração (%)
16,0
19,5
22,6
Consumo à
rede (Wh)
1257
1232
1643
Tabela 43 – Estimativa da energia eléctrica usada para efectuar a viagem 2
Mais uma vez o quadriciclo Reva i é o que consome mais dos três. Verificou-se neste circuito
muitas situações de potência negativa, quase um quarto da energia consumida pelo motor do Reva i
é gerada a partir da dinâmica do veículo. Quanto ao Toyota COMS e Biró, a diferença é novamente
reduzida, no entanto a taxa de regeneração do Toyota COMS é agora superior isto deve-se ao facto
6
7
Veiculo usado para percorrer a Viagem 1
Veiculo usado para percorrer a Viagem 2
67
deste veículo ter uma capacidade regenerativa superior para potências especificas mais negativas
(VSP < -3Wh/kg).
Apesar de ser possível estimar o consumo dos quadriciclos para uma terceira viagem medida
experimentalmente pelo Mahindra Reva, este resultado não seria válido, uma vez que alguns dos
registos que caracterizam as viagens realizadas pelo quadriciclo Reva, não são alcançáveis pelos
quadriciclos leves, isto por uma limitação tanto de potência, como de velocidade.
5.2. Ligeiros
Neste capítulo, serão apresentados os resultados da aplicação da metodologia desenvolvida
em 4.2. Dois veículos, Nissan Leaf e Smart ED, foram sujeitos a medições, exclusivamente de potência
específica à roda, calculada pela equação VSP descrita no capítulo 3.1, e consumo à rede eléctrica em
cada circuito realizado.
Nissan Leaf
Dados de Carregamento
Na Tabela 44 encontra-se um resumo dos circuitos realizados com o Nissan Leaf. Estes
apresentam características mais variadas relativamente ao tipo de circuito efectuado em
comparação com os quadriciclos monitorizados, incluindo troços urbanos e extra urbanos, num total
de 222 km durante 6 horas. O circuito 1 e 3 contêm um misto de condução urbana e extra-urbana, os
restantes são exclusivamente urbanos.
Circuito
1
2
3
4
5
Total
Tempo
(min)
67
87
74
48
78
353
Distância
(km)
59
29
67
37
30
222
Velocidade média
(km/h)
52,5
20,6
54,1
45,4
23,2
37,6
Consumo à
rede (kWh)
13,54
5,78
12,97
6,61
5,56
44,42
Consumo à rede
por km (kWh/km)
0,230
0,199
0,194
0,179
0,185
0,200
Tabela 44 – Descrição dos circuitos efectuados com o Nissan Leaf, e consumo a eles associado
Os valores de consumo líquido de bateria por circuito são estimados a partir de uma
referência de eficiência de carga/descarga definida no capítulo 3.3 (Tabela 31). Estando o Nissan Leaf
equipado com baterias de Lítio, a sua eficiência de Carga/descarga é aproximada por 0,85:
Circuito
1
2
3
4
5
Total
Consumo líquido
de bateria (Wh)
11,51
4,91
10,99
5,62
4,73
37,76
Consumo de bateria
por km (kWh/km)
0,196
0,169
0,165
0,152
0,157
0,170
Custo por km
(€/100 km)
2,54
2,17
2,15
1,98
2,04
2,20
Tabela 45 – Estimativa de consumo líquido de bateria do Nissan Leaf por circuito
68
Potência específica
...
Para além dos dados de consumo líquido global e algumas características do veículo, a
metodologia depende principalmente da distribuição temporal por modo VSP. Esta distribuição
(Figura 60) foi medida para cada um dos circuitos efectuados pelo veículo. A tabela que contém a
distribuição temporal por modo VSP e circuito usada para obter os resultados finais, encontra-se no
anexo B.
3975s
1600
1400
1000
800
600
400
200
Tempo (segundos)
1200
0
-30 -26 -22 -18 -14 -10 -6
-2
2
6 10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50
Classe VSP
Figura 60 – Distribuição temporal por modo VSP dos ensaios realizados com o Nissan Leaf
Selecção de viagens
Na Tabela 46, estão descriminados os erros obtidos (diferença entre consumo medido e
consumo estimado) em função da selecção de viagens usadas na aplicação da metodologia:
Diferença de
consumo (%)
Viagem 1
Viagem 2
Viagem 3
Viagem 4
Viagem 5
Média
Média absoluta
Desvio padrão
% Tempo
VSP < 0
28,3
28,4
29,9
26,7
27,7
Selecção de Viagens
1/2
1/3
1/ 4
1/5
2/3
2/4
2/ 5
3/4
3/ 5
4/ 5
0
0
0
0
-6,91
10,1
6,45
-6,36
-6,76
12,1
0
-233
-11,4
-2,52
0
0
0
18,6
-5,15
2,19
8,06
0
7,67
7,98
0
19,9
15,6
0
0
22,9
14,7
-284
0
11,4
24,6
0
5,32
0
17,8
0
2,88
-264
-10,2
0
5,97
-1,64
0
-15,6
0
0
8,53
-260
-4,65
5,63
7,9
9,46
9,12
-13,5
1,97
12,2
8,53
260
9,76
7,31
12,5
10,6
9,12
13,5
9,91
12,2
4,82
21,2
8,72
5,93
13,0
8,8
4,6
5,2
11,2
8,18
Tabela 46 – Diferença entre consumo medido e consumo estimado para as viagens percorridas pelo Nissan Leaf
em função do conjunto de viagens usadas na aplicação da metodologia
Da Tabela 46, podemos em primeira abordagem, seleccionar os conjuntos viagens que
estimam com maior precisão as restantes viagens, avaliando pelo desvio padrão, estas são a 1/5, 2/5
e 3/4. Dentro destes conjuntos, a selecção que oferece menores erros de consumo é a selecção 1/5,
pois as diferenças de consumo por ele estimadas tem a média absoluta mais baixa.
Posto isto, e considerando as equações presentes na Tabela 47, a curva de consumo
eléctrico obtida para o Nissan Leaf é definida pelos seguintes coeficientes:
69
Equações de consumo (Wh/s)
Domínio (W/kg)
1ª Equação (Linear)
2ª Equação (Quadrática)
3ª Equação (Quadrática)
4ª Equação (Linear)
Tabela 47 – Definição das equações de consumo para veículos eléctricos
Figura 61 – Gráfico de consumo eléctrico das baterias em função da potência
específica, para o veículo eléctrico Nissan Leaf
Na Figura 61 encontra-se uma representação gráfica da curva de consumo obtida para o
Nissan Leaf, a 1ª equação (a azul escuro na figura) representa a evolução linear do consumo em
domínio positivo, a 2ª equação (a verde na figura) e 3ª equação (a vermelho na figura) representa a
evolução quadrática do consumo num domínio próximo de zero, positivo e negativo,
respectivamente. Por fim a 4ª equação (a azul claro na figura) representa a evolução linear da
regeneração no domínio negativo da potência específica.
De forma a validar os dados obtidos, através da aplicação desta metodologia, recorre-se mais
uma vez às restantes viagens, ou seja às viagens que não são usadas directamente na resolução do
sistema de equações. Os desvios obtidos pela aplicação da curva de consumo obtida no gráfico da
Figura 61, de acordo com a distribuição temporal de VSP para cada uma das viagens, encontram-se
sumarizados na Tabela 48.
70
Viagens
Consumo registado
experimentalmente
(kWh)
Consumo
estimado
(kWh)
Diferença
de consumo
(Wh)
Erro
relativo
(%)
Dif.
Média
(Wh)
Média
Abs
(Wh)
Desvio
padrão
(Wh)
4,91
10,99
5,62
4,79
11,9
6,26
-124
877
643
-2,52
7,98
11,4
465,3
548
427,5
2
3
4
Tabela 48 – Diferença de consumo eléctrico entre o registo experimental de viagens não utilizadas para obter a curva de
consumo e o valor estimado pela metodologia - dados do Nissan Leaf
Os erros obtidos para este veículo em específico estão dentro de uma gama de valores
idêntica aos erros encontrados por aplicação da metodologia VSP com medição directa, tal como
está descrito no Capitulo 4.1.
A título de comparação entre tecnologias, a Figura 62 mostra uma representação do consumo sobre
a forma de 14 modos de potências específica.
Consumo Eléctrico (Wh/s)
25
20
15
10
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
-5
modo VSP (14 modos)
Figura 62 – Consumo eléctrico das baterias em função do modo VSP, do Nissan Leaf (distribuição por
14 modos)
Apesar de apresentado aqui o consumo sobre a forma de 14 modos, este método não é o
mais adequado a veículos eléctricos por falta de resolução no domínio negativo (apenas 2 modos).
No entanto, pode se mostrar útil comparar directamente consumos energéticos, quer sejam veículos
eléctricos ou convencionais. Os valores de consumo eléctrico estão representados na Tabela 49.
Classe VSP
1
2
3
4
5
6
7
Consumo eléctrico (Wh/s)
Classe VSP
Consumo eléctrico (Wh/s)
-2,6378
-0,2338
0,1699
1,6110
2,9944
4,3118
5,1965
8
9
10
11
12
13
14
6,996
8,372
9,850
11,796
14,166
16,735
20,421
Tabela 49 – Consumo eléctrico em função do modo VSP, do Nissan Leaf (distribuição por 14 modos)
71
Smart ED
Dados de Carregamento
Na Tabela 50 encontra-se um resumo dos circuitos realizados com o Smart ED, durante as
medições necessárias à caracterização do Smart ED, foram percorridos 159 km durante 5 horas, ao
contrário do Nissan Leaf todos os circuitos medidos com Smart ED são referentes a uma condução
exclusivamente urbana.
Circuito
1
2
3
4
5
Total
Tempo
(min)
59
72
70
55
44
300
Distância
(km)
37
43
37
25
17
159
Velocidade média
(km/h)
37,9
35,9
31,6
27,5
22,9
31,8
Consumo à rede
(kWh)
7,085
7,407
5,851
4,309
3,334
27,99
Consumo por km
(kWh/km)
0,192
0,172
0,158
0,172
0,196
0,176
Tabela 50 – Descrição dos circuitos efectuados com o Smart ED, e consumo a eles associado
Os valores de consumo líquido de bateria por circuito (Tabela 51) são estimados a partir da
referência de eficiência de carga/descarga de 0,85 (Tabela 31), uma vez que também o Smart ED se
encontra equipado com baterias de Lítio.
Circuito
1
2
3
4
5
Total
Consumo líquido
de bateria (Wh)
6,02
6,29
4,97
3,66
2,83
23,79
Consumo de bateria
por km (kWh/km)
0,162
0,146
0,134
0,133
0,166
0,149
Custo por km
(€/100 km)
2,11
1,90
1,74
1,76
2,16
1,94
Tabela 51 – Estimativa de consumo líquido de bateria do Smart ED por circuito
Potência específica
Na Figura 63, encontra-se a distribuição temporal de todos os registos por modo VSP. As
tabelas, que descrevem as distribuições por circuito, usadas na resolução do sistema de equações,
encontram-se no anexo B.
2500
2000
1500
1000
500
Tempo (segundos)
3000
0
-14 -12 -10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
Classe VSP
6
8
10
12
14
16
18
Figura 63 – Distribuição temporal dos registos obtidos por modo VSP, dados relativos ao veículo ligeiro Smart ED
72
Selecção de viagens
Na Tabela 52, estão descriminados os erros obtidos (diferença entre consumo medido e
consumo estimado) em função da selecção de viagens usadas na aplicação da metodologia:
Diferença de
consumo (%)
Viagem 1
Viagem 2
Viagem 3
Viagem 4
Viagem 5
Média
Média absoluta
Desvio padrão
% Tempo
VSP < 0
29,4
31,4
31,0
33,6
30,0
Selecção de Viagens
1/2
1/3
1/ 4
1/5
2/3
2/4
2/ 5
3/4
3/ 5
4/ 5
0
0
0
0
-14,0
14,1
-15,5
-14,8
-13,8
-25,9
0
57,1
-1,75
7,44
0
0
0
-3,6
0,85
-4,97
33,3
0
34,3
28,9
0
66,9
-3,74
0
0
-25,6
0
2,52
84,7
0
13,2
5,01
0
5,30
0
6,20
-13,0
86,7
-16,1
0
-1,31
-24,8
0
-6,86
0
0
7,6
76,2
5,49
16,5
-3,42
18,7
-4,66
8,43
-2,23
-18,8
16,3
76,2
17,4
16,5
6,77
35,3
8,19
8,43
6,94
18,8
19,2
13,5
21,2
9,08
7,86
37,6
8,53
4,73
8,44
9,79
Tabela 52 – Diferença entre consumo medido e consumo estimado para as viagens percorridas pelo Smart ED em
função do conjunto de viagens usadas na aplicação da metodologia
Dos resultados da Tabela 52, é possível concluir que existe um problema com os dados
experimentais da viagem 1, este problema está claramente relacionado com a (indevida) utilização
do Boost durante a viagem 1, o Boost teve um efeito adverso no consumo de bateria deste ensaio,
uma vez que as curvas de consumo obtidas a partir desta viagem estimam com pouca precisão as
restantes viagens, com erros de até 80%. O mesmo se passa quando esta é usada para validar outra
selecção. Na Tabela 53 será feita a mesma análise da Tabela 52 excluindo a viagem 1
Selecção de Viagens
2/ 5
3/4
-0,78
-5,23
Diferença de consumo
(%)
Média
2/3
1,85
2/4
21,1
Média absoluta
3,16
45,9
4,52
Desvio padrão
3,16
45,9
4,52
3/ 5
-3,53
4/ 5
-15,3
5,23
3,53
15,3
1,63
2,68
10,3
Tabela 53 – Diferença entre consumo medido e consumo estimado para as viagens percorridas pelo
Smart ED em função do conjunto de viagens usadas na aplicação da metodologia, sem a viagem 1
Na Tabela 53, estão marcadas a vermelho as colunas que apresentam curvas de consumo
fisicamente incoerentes, isto porque a semelhança dos circuitos efectuados, gerou uma
subestimativa do consumo e por consequência uma grande sobre estimativa da regeneração,
levando estas viagens a estimar em todo o domínio negativo da potência específica um consumo
eléctrico positivo em vez de negativo (Regeneração), no entanto é dado como certo que este veículo
tem capacidades regenerativas (até 10kW, dados da marca) colocando de parte estes conjuntos de
viagens. Avaliando a precisão das restantes viagens (selecção 3/4 e 4/5) a selecção 3/4 é claramente
mais precisa com um menor desvio padrão e um valor médio do erro mais próximo de zero.
Posto isto, o cálculo dos coeficientes das equações da Tabela 54, terão como entradas os
dados dos registos do circuito 3 e 4.
Equações de consumo (Wh/s)
Domínio (W/kg)
1ª Equação (Linear)
2ª Equação (Quadrática)
3ª Equação (Quadrática)
4ª Equação (Linear)
Tabela 54 – Definição das equações de consumo para veículos eléctricos
73
A curva de consumo eléctrico obtida para o Smart ED é então definida pelos seguintes
coeficientes:
Utilizando os coeficientes acima, é possível obter uma representação gráfica do consumo
eléctrico das baterias do Smart ED em função da potência específica, de acordo com a Figura 64:
Figura 64 – Gráfico de consumo eléctrico das baterias em função da potência
específica, para o veículo ligeiro Smart ED
Apesar de este veículo pertencer à mesma classe do Nissan Leaf, o comportamento do
consumo eléctrico é equiparável ao consumo dos quadriciclos eléctricos medidos, principalmente, se
analisado o domínio regenerativo.
A validação da metodologia aplicada ao Smart ED é efectuada a partir da diferença de
consumo registado experimentalmente e o consumo estimado pelas equações de consumo, de
acordo com a Tabela 55.
Viagens
1
2
5
Consumo registado
experimentalmente
(kWh)
Consumo
estimado
(kWh)
Diferença de
consumo
(Wh)
Erro
relativo
(%)
Dif.
Média
(Wh)
Média
Abs
(Wh)
Desvio
padrão
(Wh)
6,022
6,296
2,834
5,128
6,069
2,640
-894
-225
-194
-14,8
-3,57
-6,85
-438
438
323
Tabela 55 – Diferença de consumo eléctrico entre o registo experimental o valor estimado pela metodologia,
dados relativos ao Smart ED
74
As diferenças obtidas a partir dos resultados deste veículo estão também dentro de uma
gama aceitável, no entanto, ao contrário dos resultados do Nissan Leaf, o consumo eléctrico, foi
claramente subestimado.
Esta tendência pode ser resolvida, efectuando novas viagens, com características diferentes
das já medidas ou por ajuste de alguns parâmetros, na definição da metodologia, como o consumo
para potências específicas nulas ou a restrição de eficiência constante para potências negativas. No
entanto este tipo de alterações vai contra o carácter geral da metodologia. Os parâmetros ou
condições impostas ao sistema de equações que a definem são um compromisso que visa
caracterizar desde os mais pequenos quadriciclos ao Nissan Leaf com uma precisão idêntica.
Dada a limitada gama de potências do Smart ED, a distribuição do consumo pelos 14 modos
de potência específica, não é totalmente preenchida, não tendo assim grande relevância a sua
apresentação nesta tese. Contudo esta informação está descrita no anexo F desta tese.
75
6. Conclusões
Considerando as questões levantadas na introdução ao nível dos impactos energéticos e
ambientais do sector dos transportes, os veículos eléctricos surgem como uma alternativa aos
veículos convencionais. Uma vez considerados uma alternativa às tecnologias actuais, é necessário
avaliar este tipo de veículos de um ponto de vista energético em função de condições de utilização
reais, face à falta de informação relativa à caracterização do consumo energético, definiram-se como
objectivos, medir experimentalmente o consumo de quadriciclos eléctricos em função das condições
dinâmicas do veículo, desenvolver uma metodologia capaz de estimar o consumo eléctrico com base
em dados de carregamento, aplicar a metodologia desenvolvida a veículos ligeiros eléctricos.
Assim foram caracterizados experimentalmente com um laboratório portátil 3 quadriciclos
em condições reais de operação durante 175 km, onde foi medido o consumo de energia a partir da
corrente eléctrica e do sinal de tensão nos terminais das baterias, para definir as condições de
utilização, dinâmica do veículo. Foi utilizada uma unidade GPS registando a velocidade e altitude do
veículo. Os registos obtidos em condições reais de utilização durante 381 km que permitiram aplicar
a metodologia desenvolvida a 2 veículos ligeiros eléctricos, foram definidos utilizando também uma
unidade GPS, esta unidade registou todos os parâmetros necessários ao cálculo da dinâmica,
velocidade e altitude, os registos relativos ao carregamento das baterias do veículo, foram obtidos
por um medidor de energia, colocando entre o transformador do veículo e uma tomada da rede
eléctrica.
Dos registos experimentais obtidos com o laboratório portátil foram criadas duas
metodologias capazes de caracterizar experimentalmente o consumo energético de veículos
eléctricos em função da sua dinâmica.
Utilizando os dados das medições dos quadriciclos, numa primeira análise ao problema foi
criada uma metodologia que permite definir o consumo eléctrico em função da potência específica,
recorrendo à medição do consumo eléctrico directamente dos terminais da bateria, em paralelo com
a medição ou cálculo de alguns parâmetros relativos à dinâmica do veículo (velocidade, aceleração,
resistência ao rolamento, resistência aerodinâmica e variação da altitude). Esta análise foi usada para
caracterizar o desempenho energético de três quadriciclos distintos, Toyota COMS, Estrima Biró e
Mahindra Reva, permitindo ainda estimar o consumo total de uma qualquer viagem ou troço, desde
que conhecida a sua distribuição de tempo em função das condições de utilização. Uma aplicação
típica desta estimativa passa por calcular o consumo global dos veículos para um mesmo circuito,
permitindo assim fazer uma comparação directa entre os veículos monitorizados de um ponto de
vista energético.
Fazendo uma estimativa de consumo global para alguns dos circuitos medidos durante este
trabalho, é possível afirmar que o Mahindra Reva apresenta consumos cerca de 25% superiores
relativamente aos restantes, tendo um consumo médio de 86 wh/km, no entanto é também o
veículo que consegue recuperar mais energia em situações de travagem ou desaceleração (cerca de
16 wh/km), recuperando mais 3% do total de energia que o Toyota COMS recupera ou mais 5% do
total de energia que recupera o Estrima Biró. Entre os dois quadriciclos leves (Toyota COMS e Estrima
Biró) as diferenças de consumo são mais ligeiras, tendo o Estrima Biró um consumo médio de 68
wh/km e o Toyota COMS um consumo de 66 wh/km, quando à recuperação de energia destes dois
76
veículos, o seu comportamento é distinto, em situações de regeneração intensa (potências
especificas mais negativas) o Toyota COMS é claramente o veículo mais regenerador, registando-se
diferenças de até mais 5% do total regenerado, pelo contrário em situações de regeneração menos
intensa (potências especificas negativas, mais próximas de zero) o Estrima Biró consegue taxas de
regeneração superiores (até mais 2% do total regenerado). Considerando todas as viagens
monitorizadas para cada um dos três quadriciclos, o erro relativo da estimativa de consumo está
entre -8,1% e 10,3%. Este erro é calculado pelas diferenças relativas entre consumos medidos
experimentalmente por viagem e consumos estimados para a mesma viagem.
Os registos de consumo referentes à análise experimental anterior levaram à formulação de
uma hipótese e posterior desenvolvimento de uma metodologia que permite estimar o consumo de
energia de um veículo eléctrico a partir dos dados de carregamento e dinâmica das viagens
monitorizadas. Esta hipótese tem por base os semelhantes padrões de consumo energético entre os
quadriciclos eléctricos medidos, extrapolando estes mesmos padrões a veículos ligeiros, o que
permite o desenvolvimento de uma metodologia aplicável a qualquer veículo eléctrico (de
quadriciclos a ligeiros). Uma vez desenvolvida esta análise, a sua validação foi conseguida a partir da
aplicação e consequente análise de erro de dois veículos ligeiros eléctricos, o Nissan Leaf e o Smart
ED. Este método consegue estimar o consumo dos veículos medidos, com um erro médio absoluto
de 6,3%, sendo que o erro nunca é superior a 11,4%, Estes números mostram uma precisão não
muito inferior ao método de medição directo dos terminais da bateria. Numa análise mais detalhada
aos erros obtidos, a estimativa de consumo das viagens monitorizadas com o Nissan Leaf tem um
erro de -2,5% a 11,4%. A diferença entre consumo estimado e medido para o Smart ED varia entre
-3,6% e -6,3%. Considerando os registos experimentais obtidos durante a aplicação desta
metodologia é ainda possível comparar o consumo eléctrico dos dois ligeiros monitorizados, sendo
que foi registado um consumo de 14,9 kWh/100km para o Smart ED com um custo energético de
1,94€/100km e um consumo de 17,0kWh/100km para o Nissan Leaf com um custo de 2,20€/100km,
de notar que estes valores de consumo são globais e relativos aos vários ensaios efectuados com
estes veículos.
De acordo com os resultados obtidos da aplicação da estimativa com base em dados de
carregamento, é possível confirmar que os erros resultantes estão dentro de uma gama de valores
equivalente à encontrada por medição directa do consumo nas baterias dos quadriciclos, validando
assim a hipótese que serviu de base a esta metodologia.
77
Referências
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78
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79
Anexos
A. Expressões de cálculo dos coeficientes da curva de consumo em função da potência
específica
Referente à metodologia descrita no capítulo 4.2
Descrição das entradas necessárias ao cálculo dos coeficientes:
Dados relativos à viagem 1
Dados relativos à viagem 2
SP21 =
SP22 =
SP11 =
SP12 =
SPI31 =
SPI32 =
SPI21 =
SPI22 =
SPI11 =
SNI31 =
SNI21 =
SNI11 =
SN21 =
SPI12 =
SNI32 =
SNI22 =
SNI12 =
SN22 =
SN12 =
SN11 =
VSPmax – Potência máxima do veiculo em W/kg, expressão de cálculo descrita no capitulo 4.2
VSPmin – Potência mínima do veiculo em W/kg, expressão de cálculo descrita no capitulo 4.2
c_zero – Consumo base do veiculo em Wh/s, expressão de cálculo descrito na capitulo 4.2
Pmax – Consumo máximo do veiculo em Wh/s, expressão de cálculo descrito na capitulo 4.2
Expressões de cálculo dos coeficientes da curva de consumo:
b = -( 25*(E1*SN22 - E2*SN21 + E1*SNI22 - E2*SNI21) + Pmax* (25*SN21*SP12 - 25*SN22*SP11 +
25*SNI21*SP12 - 25*SNI22*SP11 + 20*SN21*SPI22 - 20*SN22*SPI21 - 4*SN21*SPI32 +
4*SN22*SPI31 + 20*SNI21*SPI22 - 20*SNI22*SPI21 - 4*SNI21*SPI32 + 4*SNI22*SPI31) + c_zero*
i
(25*SN21*SNI12 - 25*SN22*SNI11 + (100*SN21*SNI22)/7 - (100*SN22*SNI21)/7 +
(100*SN21*SNI32)/49 - (100*SN22*SNI31)/49 - 25*SNI11*SNI22 + 25*SNI12*SNI21 +
(100*SNI21*SNI32)/49 - (100*SNI22*SNI31)/49 + 25*SN21*SPI12 - 25*SN22*SPI11 - 20*SN21*SPI22
+ 20*SN22*SPI21 + 4*SN21*SPI32 - 4*SN22*SPI31 + 25*SNI21*SPI12 - 25*SNI22*SPI11 20*SNI21*SPI22 + 20*SNI22*SPI21 + 4*SNI21*SPI32 - 4*SNI22*SPI31) )
/ ( 25* (SN21*SP22 SN22*SP21 + SN21*SPI22 - SN22*SPI21 + SNI21*SP22 - SNI22*SP21 + SNI21*SPI22 - SNI22*SPI21) +
VSPmax*(- 25*SN21*SP12 + 25*SN22*SP11 - 25*SNI21*SP12 + 25*SNI22*SP11 - 20*SN21*SPI22 +
20*SN22*SPI21 + 4*SN21*SPI32 - 4*SN22*SPI31 - 20*SNI21*SPI22 + 20*SNI22*SPI21 +
4*SNI21*SPI32 - 4*SNI22*SPI31))
c = (25*(VSPmax*( E1*SN22 - E2*SN21 + E1*SNI22 - E2*SNI21) + Pmax*(SN21*SP22 - SN22*SP21 +
SN21*SPI22 - SN22*SPI21 + SNI21*SP22 - SNI22*SP21 + SNI21*SPI22 - SNI22*SPI21) +
VSPmax*c_zero* ( SN21*SNI12 - SN22*SNI11)) + VSPmax*c_zero* ( (100*SN21*SNI22)/7 (100*SN22*SNI21)/7 + (100*SN21*SNI32)/49 - (100*SN22*SNI31)/49 - 25*SNI11*SNI22 +
25*SNI12*SNI21 + (100*SNI21*SNI32)/49 - (100*SNI22*SNI31)/49 + 25*SN21*SPI12 25*SN22*SPI11 - 20*SN21*SPI22 + 20*SN22*SPI21 + 4*SN21*SPI32 - 4*SN22*SPI31 +
25*SNI21*SPI12 - 25*SNI22*SPI11 - 20*SNI21*SPI22 + 20*SNI22*SPI21 + 4*SNI21*SPI32 4*SNI22*SPI31))/ (25*(SN21*SP22 - SN22*SP21 + SN21*SPI22 - SN22*SPI21 + SNI21*SP22 SNI22*SP21 + SNI21*SPI22 - SNI22*SPI21 - VSPmax*(SN21*SP12 + SN22*SP11 - SNI21*SP12 +
SNI22*SP11)) - VSPmax* (20*SN21*SPI22 + 20*SN22*SPI21 + 4*SN21*SPI32 - 4*SN22*SPI31 20*SNI21*SPI22 + 20*SNI22*SPI21 + 4*SNI21*SPI32 - 4*SNI22*SPI31))
d = -(4*(E1*SN22*VSPmax - E2*SN21*VSPmax + E1*SNI22*VSPmax - E2*SNI21*VSPmax +
Pmax*SN21*SP22 - Pmax*SN22*SP21 + Pmax*SN21*SPI22 - Pmax*SN22*SPI21 + Pmax*SNI21*SP22
- Pmax*SNI22*SP21 + Pmax*SNI21*SPI22 - Pmax*SNI22*SPI21 - SN21*SP22*c_zero +
SN22*SP21*c_zero - SN21*SPI22*c_zero + SN22*SPI21*c_zero - SNI21*SP22*c_zero +
SNI22*SP21*c_zero - SNI21*SPI22*c_zero + SNI22*SPI21*c_zero + SN21*SNI12*VSPmax*c_zero SN22*SNI11*VSPmax*c_zero) + (16*SN21*SNI22*VSPmax*c_zero)/7 (16*SN22*SNI21*VSPmax*c_zero)/7 + (16*SN21*SNI32*VSPmax*c_zero)/49 (16*SN22*SNI31*VSPmax*c_zero)/49 - 4*SNI11*SNI22*VSPmax*c_zero +
4*SNI12*SNI21*VSPmax*c_zero + (16*SNI21*SNI32*VSPmax*c_zero)/49 (16*SNI22*SNI31*VSPmax*c_zero)/49 + 4*SN21*SP12*VSPmax*c_zero 4*SN22*SP11*VSPmax*c_zero + 4*SN21*SPI12*VSPmax*c_zero - 4*SN22*SPI11*VSPmax*c_zero +
4*SNI21*SP12*VSPmax*c_zero - 4*SNI22*SP11*VSPmax*c_zero + 4*SNI21*SPI12*VSPmax*c_zero 4*SNI22*SPI11*VSPmax*c_zero)/(25*SN21*SP22 - 25*SN22*SP21 + 25*SN21*SPI22 25*SN22*SPI21 + 25*SNI21*SP22 - 25*SNI22*SP21 + 25*SNI21*SPI22 - 25*SNI22*SPI21 25*SN21*SP12*VSPmax + 25*SN22*SP11*VSPmax - 25*SNI21*SP12*VSPmax +
25*SNI22*SP11*VSPmax - 20*SN21*SPI22*VSPmax + 20*SN22*SPI21*VSPmax +
4*SN21*SPI32*VSPmax - 4*SN22*SPI31*VSPmax - 20*SNI21*SPI22*VSPmax +
20*SNI22*SPI21*VSPmax + 4*SNI21*SPI32*VSPmax - 4*SNI22*SPI31*VSPmax)
ii
e = -(25*E1*SN22 - 25*E2*SN21 + 25*E1*SNI22 - 25*E2*SNI21 - 20*E1*SN22*VSPmax +
20*E2*SN21*VSPmax - 20*E1*SNI22*VSPmax + 20*E2*SNI21*VSPmax + 25*Pmax*SN21*SP12 25*Pmax*SN22*SP11 - 20*Pmax*SN21*SP22 + 20*Pmax*SN22*SP21 + 25*Pmax*SNI21*SP12 25*Pmax*SNI22*SP11 - 20*Pmax*SNI21*SP22 + 20*Pmax*SNI22*SP21 - 4*Pmax*SN21*SPI32 +
4*Pmax*SN22*SPI31 - 4*Pmax*SNI21*SPI32 + 4*Pmax*SNI22*SPI31 + 25*SN21*SNI12*c_zero 25*SN22*SNI11*c_zero + (100*SN21*SNI22*c_zero)/7 - (100*SN22*SNI21*c_zero)/7 +
(100*SN21*SNI32*c_zero)/49 - (100*SN22*SNI31*c_zero)/49 - c_zero *(25*SNI11*SNI22 +
25*SNI12*SNI21 + (100*SNI21*SNI32))/49 - (100*SNI22*SNI31*c_zero)/49 + c_zero*(20*SN21*SP22
- 20*SN22*SP21 + 25*SN21*SPI12 - 25*SN22*SPI11 + 20*SNI21*SP22 - 20*SNI22*SP21*c_zero +
4*SN21*SPI32 - 4*SN22*SPI31 + 25*SNI21*SPI12 - 25*SNI22*SPI11 + 4*SNI21*SPI32 4*SNI22*SPI31) - 20*SN21*SNI12*VSPmax*c_zero + 20*SN22*SNI11*VSPmax*c_zero (80*SN21*SNI22*VSPmax*c_zero)/7 + (80*SN22*SNI21*VSPmax*c_zero)/7 (80*SN21*SNI32*VSPmax*c_zero)/49 + (80*SN22*SNI31*VSPmax*c_zero)/49 +
20*SNI11*SNI22*VSPmax*c_zero - 20*SNI12*SNI21*VSPmax*c_zero (80*SNI21*SNI32*VSPmax*c_zero)/49 + (80*SNI22*SNI31*VSPmax*c_zero)/49 20*SN21*SP12*VSPmax*c_zero + 20*SN22*SP11*VSPmax*c_zero - 20*SN21*SPI12*VSPmax*c_zero
+ 20*SN22*SPI11*VSPmax*c_zero - 20*SNI21*SP12*VSPmax*c_zero +
20*SNI22*SP11*VSPmax*c_zero - 20*SNI21*SPI12*VSPmax*c_zero +
20*SNI22*SPI11*VSPmax*c_zero)/(25*SN21*SP22 - 25*SN22*SP21 + 25*SN21*SPI22 25*SN22*SPI21 + 25*SNI21*SP22 - 25*SNI22*SP21 + 25*SNI21*SPI22 - 25*SNI22*SPI21 + VSPmax*(25*SN21*SP12 + 25*SN22*SP11 - 25*SNI21*SP12 + 25*SNI22*SP11 - 20*SN21*SPI22 +
20*SN22*SPI21 + 4*SN21*SPI32 - 4*SN22*SPI31 - 20*SNI21*SPI22 + 20*SNI22*SPI21 +
4*SNI21*SPI32 - 4*SNI22*SPI31))
f = c_zero
m = (4*c_zero)/49
n = (25*E1*SP22 - 25*E2*SP21 + 25*E1*SPI22 - 25*E2*SPI21 - 25*E1*SP12*VSPmax +
25*E2*SP11*VSPmax - 20*E1*SPI22*VSPmax + 20*E2*SPI21*VSPmax + 4*E1*SPI32*VSPmax 4*E2*SPI31*VSPmax - 25*Pmax*SP11*SP22 + 25*Pmax*SP12*SP21 - 25*Pmax*SP11*SPI22 +
25*Pmax*SP12*SPI21 + 20*Pmax*SP21*SPI22 - 20*Pmax*SP22*SPI21 - 4*Pmax*SP21*SPI32 +
4*Pmax*SP22*SPI31 - 4*Pmax*SPI21*SPI32 + 4*Pmax*SPI22*SPI31 + (100*SN21*SP22*c_zero)/7 (100*SN22*SP21*c_zero)/7 - 25*SNI11*SP22*c_zero + 25*SNI12*SP21*c_zero +
(100*SN21*SPI22*c_zero)/7 - (100*SN22*SPI21*c_zero)/7 - (100*SNI31*SP22*c_zero)/49 +
(100*SNI32*SP21*c_zero)/49 - 25*SNI11*SPI22*c_zero + 25*SNI12*SPI21*c_zero (100*SNI31*SPI22*c_zero)/49 + (100*SNI32*SPI21*c_zero)/49 + 25*SP21*SPI12*c_zero 25*SP22*SPI11*c_zero - 20*SP21*SPI22*c_zero + 20*SP22*SPI21*c_zero + 4*SP21*SPI32*c_zero 4*SP22*SPI31*c_zero - 25*SPI11*SPI22*c_zero + 25*SPI12*SPI21*c_zero + 4*SPI21*SPI32*c_zero 4*SPI22*SPI31*c_zero - (100*SN21*SP12*VSPmax*c_zero)/7 + (100*SN22*SP11*VSPmax*c_zero)/7
+ 25*SNI11*SP12*VSPmax*c_zero - 25*SNI12*SP11*VSPmax*c_zero (80*SN21*SPI22*VSPmax*c_zero)/7 + (80*SN22*SPI21*VSPmax*c_zero)/7 +
(100*SNI31*SP12*VSPmax*c_zero)/49 - (100*SNI32*SP11*VSPmax*c_zero)/49 +
(16*SN21*SPI32*VSPmax*c_zero)/7 - (16*SN22*SPI31*VSPmax*c_zero)/7 +
20*SNI11*SPI22*VSPmax*c_zero - 20*SNI12*SPI21*VSPmax*c_zero 4*SNI11*SPI32*VSPmax*c_zero + 4*SNI12*SPI31*VSPmax*c_zero +
iii
(80*SNI31*SPI22*VSPmax*c_zero)/49 - (80*SNI32*SPI21*VSPmax*c_zero)/49 (16*SNI31*SPI32*VSPmax*c_zero)/49 + (16*SNI32*SPI31*VSPmax*c_zero)/49 25*SP11*SPI12*VSPmax*c_zero + 25*SP12*SPI11*VSPmax*c_zero +
20*SP11*SPI22*VSPmax*c_zero - 20*SP12*SPI21*VSPmax*c_zero - 4*SP11*SPI32*VSPmax*c_zero
+ 4*SP12*SPI31*VSPmax*c_zero + 20*SPI11*SPI22*VSPmax*c_zero 20*SPI12*SPI21*VSPmax*c_zero - 4*SPI11*SPI32*VSPmax*c_zero +
4*SPI12*SPI31*VSPmax*c_zero)/(25*SN21*SP22 - 25*SN22*SP21 + 25*SN21*SPI22 25*SN22*SPI21 + 25*SNI21*SP22 - 25*SNI22*SP21 + 25*SNI21*SPI22 - 25*SNI22*SPI21 25*SN21*SP12*VSPmax + 25*SN22*SP11*VSPmax - 25*SNI21*SP12*VSPmax +
25*SNI22*SP11*VSPmax - 20*SN21*SPI22*VSPmax + 20*SN22*SPI21*VSPmax +
4*SN21*SPI32*VSPmax - 4*SN22*SPI31*VSPmax - 20*SNI21*SPI22*VSPmax +
20*SNI22*SPI21*VSPmax + 4*SNI21*SPI32*VSPmax - 4*SNI22*SPI31*VSPmax)
o = c_zero
h = (25*E1*SP22 - 25*E2*SP21 + 25*E1*SPI22 - 25*E2*SPI21 - 25*E1*SP12*VSPmax +
25*E2*SP11*VSPmax - 20*E1*SPI22*VSPmax + 20*E2*SPI21*VSPmax + 4*E1*SPI32*VSPmax 4*E2*SPI31*VSPmax - 25*Pmax*SP11*SP22 + 25*Pmax*SP12*SP21 - 25*Pmax*SP11*SPI22 +
25*Pmax*SP12*SPI21 + 20*Pmax*SP21*SPI22 - 20*Pmax*SP22*SPI21 - 4*Pmax*SP21*SPI32 +
4*Pmax*SP22*SPI31 - 4*Pmax*SPI21*SPI32 + 4*Pmax*SPI22*SPI31 - 25*SNI11*SP22*c_zero +
25*SNI12*SP21*c_zero - (100*SNI21*SP22*c_zero)/7 + (100*SNI22*SP21*c_zero)/7 (100*SNI31*SP22*c_zero)/49 + (100*SNI32*SP21*c_zero)/49 - 25*SNI11*SPI22*c_zero +
25*SNI12*SPI21*c_zero - (100*SNI21*SPI22*c_zero)/7 + (100*SNI22*SPI21*c_zero)/7 (100*SNI31*SPI22*c_zero)/49 + (100*SNI32*SPI21*c_zero)/49 + 25*SP21*SPI12*c_zero 25*SP22*SPI11*c_zero - 20*SP21*SPI22*c_zero + 20*SP22*SPI21*c_zero + 4*SP21*SPI32*c_zero 4*SP22*SPI31*c_zero - 25*SPI11*SPI22*c_zero + 25*SPI12*SPI21*c_zero + 4*SPI21*SPI32*c_zero 4*SPI22*SPI31*c_zero + 25*SNI11*SP12*VSPmax*c_zero - 25*SNI12*SP11*VSPmax*c_zero +
c_zero*VSPmax ((100*SNI21*SP12)/7 - (100*SNI22*SP11)/7 + (100*SNI31*SP12*VSPmax)/49 (100*SNI32*SP11)/49 + 20*SNI11*SPI22 - 20*SNI12*SPI21 - 4*SNI11*SPI32 + 4*SNI12*SPI31 +
(80*SNI21*SPI22)/7 - (80*SNI22*SPI21)/7 - (16*SNI21*SPI32)/7 + (16*SNI22*SPI31)/7 +
(80*SNI31*SPI22)/49 - (80*SNI32*SPI21)/49 - (16*SNI31*SPI32)/49 + (16*SNI32*SPI31)/49 25*SP11*SPI12 + 25*SP12*SPI11 + 20*SP11*SPI22 - 20*SP12*SPI21 - 4*SP11*SPI32 + 4*SP12*SPI31
+ 20*SPI11*SPI22 - 20*SPI12*SPI21 - 4*SPI11*SPI32 + 4*SPI12*SPI31))/(25*SN21*SP22 25*SN22*SP21 + 25*SN21*SPI22 - 25*SN22*SPI21 + 25*SNI21*SP22 - 25*SNI22*SP21 +
25*SNI21*SPI22 - 25*SNI22*SPI21 - 25*SN21*SP12*VSPmax + 25*SN22*SP11*VSPmax 25*SNI21*SP12*VSPmax + 25*SNI22*SP11*VSPmax - 20*SN21*SPI22*VSPmax +
20*SN22*SPI21*VSPmax + 4*SN21*SPI32*VSPmax - 4*SN22*SPI31*VSPmax 20*SNI21*SPI22*VSPmax + 20*SNI22*SPI21*VSPmax + 4*SNI21*SPI32*VSPmax 4*SNI22*SPI31*VSPmax)
k=0
iv
B. Distribuição temporal detalhada por modo VSP, dos vários circuitos efectuados
Nissan Leaf
Tempo(modo) [s]
P.Esp
(W/kg)
Modo
VSP
1
2
3
4
5
>49
50
26
3
12
1
3
45
48.5
49
7
0
0
0
0
7
47.5
48
2
0
2
0
1
5
46.5
47
5
0
2
0
0
7
45.5
46
4
1
3
0
0
8
44.5
45
8
0
3
1
1
13
43.5
44
4
0
0
0
0
4
42.5
43
7
0
8
0
0
15
41.5
42
7
1
9
0
0
17
40.5
41
12
0
8
0
1
21
39.5
40
16
0
9
0
1
26
38.5
39
12
1
7
0
0
20
37.5
38
10
1
8
0
0
19
36.5
37
8
0
9
0
0
17
35.5
36
12
2
11
2
0
27
34.5
35
12
0
13
0
0
25
33.5
34
15
3
19
0
0
37
32.5
33
15
1
16
0
1
33
31.5
32
15
2
11
1
1
30
30.5
31
19
1
17
0
0
37
29.5
30
20
0
7
2
0
29
28.5
29
19
1
15
2
0
37
27.5
28
23
4
19
1
1
48
26.5
27
23
3
21
2
2
51
25.5
26
31
5
33
3
0
72
24.5
25
30
5
22
4
0
61
23.5
24
41
4
47
4
4
100
22.5
23
34
4
31
5
1
75
21.5
22
37
9
53
8
1
108
20.5
21
45
3
51
9
6
114
19.5
20
41
10
58
13
7
129
18.5
19
51
14
62
20
6
153
17.5
18
52
12
65
30
10
169
16.5
17
37
16
62
28
11
154
15.5
16
52
15
73
39
20
199
14.5
15
46
32
61
46
29
214
13.5
14
67
30
60
56
38
251
12.5
13
66
39
85
93
48
331
11.5
12
67
42
79
72
61
321
Total
v
10.5
11
59
62
85
80
73
359
9.5
10
75
77
105
92
89
438
9
82
118
140
99
93
532
7.5
8
118
98
127
106
117
566
6.5
7
102
141
153
125
132
653
5.5
6
125
160
165
140
174
764
5
108
157
150
123
179
717
3.5
4
131
194
141
137
176
779
2.5
3
151
244
147
117
190
849
1.5
2
160
260
152
139
221
932
1
196
566
229
190
403
1584
1386
435
296
1286
3975
8.5
4.5
0.5
0
0
572
-0.5
-1
187
397
219
177
334
1314
-1.5
-2
99
223
126
84
184
716
-3
112
174
112
79
136
613
-3.5
-4
89
115
102
69
122
497
-4.5
-5
75
101
83
65
77
401
-5.5
-6
70
79
89
50
76
364
-7
52
71
70
41
70
304
-7.5
-8
47
56
62
36
54
255
-8.5
-9
42
46
51
26
52
217
-9.5
-10
42
28
53
25
33
181
-11
43
24
37
13
27
144
-11.5
-12
34
29
28
17
20
128
-12.5
-13
33
23
39
15
20
130
-13.5
-14
33
18
20
14
19
104
-15
23
13
22
12
8
78
-15.5
-16
14
14
18
5
8
59
-16.5
-17
19
10
27
8
8
72
-17.5
-18
15
9
19
3
7
53
-19
11
5
15
4
7
42
-19.5
-20
9
6
14
6
8
43
-20.5
-21
6
4
18
6
13
47
-21.5
-22
5
9
7
2
3
26
-23
8
2
16
5
1
32
-23.5
-24
2
8
11
0
4
25
-24.5
-25
7
4
8
4
1
24
-25.5
-26
4
1
10
0
1
16
-27
6
1
5
1
0
13
-27.5
-28
5
3
4
4
0
16
-28.5
-29
3
1
5
0
0
9
<-29
-30
Total (min)
Consumo à
rede(Wh)
Consumo de
Bateria(Wh)
38
7
31
0
3
79
67
87
74
48
78
353
13540
5780
12930
6614
5556
44420
11509
4913
10990.5
5621.9
4722.6
37757
-2.5
-6.5
-10.5
-14.5
-18.5
-22.5
-26.5
vi
Smart ED
Tempo(modo) [s]
P. Esp
(W/kg)
Modo
VSP
1
2
3
4
5
>17
16.5
15.5
14.5
13.5
12.5
11.5
10.5
9.5
8.5
7.5
6.5
5.5
4.5
3.5
2.5
1.5
0.5
0
-0.5
-1.5
-2.5
-3.5
-4.5
-5.5
-6.5
-7.5
-8.5
-9.5
-10.5
-11.5
-12.5
-13.5
<-14
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
-11
-12
-13
-14
-15
95
48
39
66
60
74
85
98
77
122
112
98
124
121
160
160
175
298
472
219
138
117
81
82
82
66
54
51
30
32
19
14
9
38
130
46
56
57
56
67
95
119
117
108
151
175
182
181
205
189
185
302
534
299
167
124
120
90
78
81
56
56
48
49
42
29
19
97
37
12
18
24
34
52
53
84
113
149
178
226
190
233
218
246
226
318
497
290
164
159
120
92
82
75
67
50
37
34
23
23
21
68
61
16
24
23
27
44
63
72
70
92
101
113
127
143
137
156
169
290
445
262
141
106
104
78
56
55
52
43
43
31
19
25
17
69
57
21
27
32
26
27
42
41
38
43
59
77
71
101
96
98
89
193
730
220
114
72
67
57
44
39
39
16
21
13
13
11
12
62
380
143
164
202
203
264
338
414
415
514
601
689
694
779
816
849
844
1401
2678
1290
724
578
492
399
342
316
268
216
179
159
116
102
78
334
Total (min)
59
72
70
55
44
300
Consumo à
rede (Wh)
7085
7407
5851
4309
3334
27986
Consumo de
Bateria (Wh)
6022
6295
4973
3662
2833
23788.1
Total
vii
C. Especificações técnicas dos veículos medidos
Mahindra Reva i AC (Quadriciclo pesado):
Dimensões
Comprimento (m)
Largura (m)
Altura (m)
Área frontal (m2)
2,63
1,32
1,51
1,52
Motor
Potência (c/Boost) (kW)
Potência (s/Boost) (kW)
Binário@ 8000rpm (N.m)
Tipo
13
8
52
Trifásico
Rotação máxima (rpm)
8000
“Rated Speed” (rpm)
3400
Relação de transmissão
9,4:1
Figura 65 – Reva i
Pneus
Dimensões
Crr
Baterias
Tensão (V)
Capacidade chumbo (kWh)
Capacidade Litio (kWh)
Autonomia Chumbo anunciada (km)
Autonomia Litio anunciada (km)
145/70 R13
0,0147
48
9,36
7,68
80
100
Performance
Velocidade máx. (km.h-1)
Aceleração 0 - 45km.h-1 (s)
Aceleração 0 - 70km.h-1 (s)
Declive superável @ 30km.h-1 (%)
85
7,2
16,7
11,4
Peso
Total Sem Baterias (kg)
Baterias de Chumbo (kg)
Baterias de Lítio (kg)
400
270
165
Total ensaiado (kg)
565
Capacidade de carga (kg)
275
viii
Toyota COMS (quadriciclo leve):
Dimensões
Comprimento (m)
Largura (m)
Altura (m)
Área frontal (m2)
2,40
1,03
1,50
1,14
Motor
Potência máxima (kW)
Binário máximo (N.m)
2+2
250
Tipo
DC
Figura 66 – Toyota COMS
Pneus
Dimensões
145/70 R12
Crr
0,0170
Performance
Velocidade máx. (km.h-1)
Aceleração 0 - 45km.h-1 (s)
Declive superável @ 30km.h-1 (%)
Baterias
Tensão (V)
Capacidade (kWh)
Autonomia anunciada (km)
45
18,5
8,6
72
3,74
40
Peso
Total Sem Baterias (kg)
Baterias de Chumbo (kg)
240
160
Total ensaiado (kg)
400
ix
Estrima Biró (quadriciclo leve):
Dimensões
Comprimento (m)
Largura (m)
Altura (m)
Área frontal (m2)
1,74
1,03
1,57
1,35
Motor
Potência máxima (kW)
Binário máximo (N.m)
Tipo
2+2
250
DC In-wheel
Figura 67 – Estrima Biró
Pneus
Dimensões
Tipo
130/60 R13
scooter
Crr
0,0180
Performance
Velocidade máx. (km.h-1)
Aceleração 0 - 45km.h-1 (s)
Declive superável @ 30km.h-1 (%)
45
17,5
8,5
Baterias
Tensão (V)
Capacidade (kWh)
Autonomia anunciada (km)
48
2,92
40
Peso
Total Sem Baterias (kg)
Baterias de Chumbo (kg)
245
125
Total ensaiado (kg)
370
x
Nissan Leaf (Ligeiro):
Dimensões
Comprimento (m)
Largura (m)
Altura (m)
Área frontal (m2)
4,45
1,77
1,55
---
Motor
Potência máxima (kW)
Binário máximo (N.m)
Tipo
80
280
AC Síncrono
Figura 68 – Nissan Leaf
Pneus
Dimensões
205/55 R16
Crr
---
Performance
Velocidade máx. (km.h-1)
150
-1
9,9
Aceleração 0 - 100km.h (s)
Baterias
Tensão (V)
360
Capacidade (kWh)
24
Autonomia anunciada (km)
117
Peso
Total Sem Baterias (kg)
Baterias de Lítio (kg)
1221
300
Total ensaiado (kg)
1521
xi
Smart Electric Drive (Ligeiro):
Dimensões
Comprimento (m)
Largura (m)
Altura (m)
Área frontal (m2)
Motor
Potência máx s/Boost
(kW)
Potência máx c/boost
(kW)
Binário máximo (N.m)
Tipo
4,45
1,77
1,55
---
20
30
120
AC Indução
Figura 69 – Smart electric drive
Pneus
Dimensões frente
155/60 R15
Dimensões trás
175/55 R15
Crr
---
Performance
Velocidade máx. (km.h-1)
Aceleração 0 - 60km.h-1 (s)
100
6,5
Baterias
Tensão (V)
Capacidade (kWh)
360
16.5
Autonomia anunciada (NEDC)(km)
135
Peso
Total Sem Baterias (kg)
795
Baterias de Lítio (kg)
180
Total ensaiado (kg)
975
xii
D. Detalhes dos circuitos percorridos
Circuito IST/Av. Liberdade
Início/fim do
circuito
Distância =
0/10km
140
Altitude (m)
120
100
80
60
40
20
00
0
2000
4000
6000
Distância (m)
8000
10000
xiii
Circuito Expo/Aeroporto
Início/fim do
circuito
Distância =
0/26km
Rotunda do
Relógio
Distância=20km
140
Altitude (m)
120
100
80
60
40
20
0
10000
xiv
12000
14000
16000
18000 20000
Distância (m)
22000
24000
26000
Circuito Parque das nações
Início/fim do
circuito
Distância =
0/13km
60
Altitude (m)
50
40
30
20
10
0
20000
22000
24000
Distância (m)
26000
28000
xv
E. Dados de consumo normalizados para os quadriciclos
Modo
VSP
Potência
específica
normalizada
Consumo
eléctrico
(Wh/s)
Consumo
eléctrico
normal.
Modo
VSP
Potência
específica
normalizada
Consumo
eléctrico
(Wh/s)
Consumo
eléctrico
norma.
11
1.000
2.178
1.000
-1
-0.048
-0.045
-0.020
10
0.905
2.098
0.964
-2
-0.143
-0.202
-0.093
9
0.810
2.002
0.919
-3
-0.238
-0.348
-0.160
8
0.714
1.746
0.802
-4
-0.333
-0.461
-0.212
7
0.619
1.612
0.740
-5
-0.429
-0.592
-0.272
6
0.524
1.389
0.638
-6
-0.524
-0.715
-0.328
5
0.429
1.185
0.544
-7
-0.619
-0.840
-0.386
4
0.333
0.970
0.445
-8
-0.714
-0.970
-0.445
3
0.238
0.800
0.367
-9
-0.810
-1.023
-0.470
2
0.143
0.602
0.276
-10
-0.905
-1.168
-0.536
1
0.048
0.229
0.105
-11
-1.000
-1.310
-0.602
0
0.000
0.057
0.026
Tabela 56 – Dados do quadriciclo Reva, relativos ao gráfico da figura 44
Modo
VSP
Potência
específica
normalizada
Consumo
eléctrico
(Wh/s)
Consumo
eléctrico
normal.
Modo
VSP
Potência
específica
normalizada
Consumo
eléctrico
(Wh/s)
Consumo
eléctrico
norma.
11
---
---
---
-1
-0.059
-0.015
-0.012
10
---
---
---
-2
-0.176
-0.114
-0.088
9
1.000
1.300
1.000
-3
-0.294
-0.235
-0.181
8
0.882
1.227
0.944
-4
-0.412
-0.348
-0.268
7
0.765
1.141
0.878
-5
-0.529
-0.391
-0.301
6
0.647
0.965
0.743
-6
-0.647
-0.400
-0.308
5
0.529
0.801
0.617
-7
-0.765
-0.410
-0.315
4
0.412
0.673
0.518
-8
---
---
---
3
0.294
0.557
0.429
-9
---
---
---
2
0.176
0.433
0.333
-10
---
---
---
1
0.059
0.202
0.155
-11
---
---
---
0
0.000
0.005
0.004
Tabela 57 – Dados do quadriciclo Biró, relativos ao gráfico da figura 44
xvi
Modo
VSP
Potência
específica
normalizada
Consumo
eléctrico
(Wh/s)
Consumo
eléctrico
normal.
Modo
VSP
Potência
específica
normalizada
Consumo
eléctrico
(Wh/s)
Consumo
eléctrico
norma.
11
---
---
---
-1
-0.059
-0.011
-0.009
10
---
---
---
-2
-0.176
-0.119
-0.098
9
1.000
1.212
1.000
-3
-0.294
-0.184
-0.152
8
0.882
1.142
0.942
-4
-0.412
-0.250
-0.207
7
0.765
1.022
0.843
-5
-0.529
-0.316
-0.261
6
0.647
0.901
0.744
-6
-0.647
-0.386
-0.319
5
0.529
0.793
0.654
-7
-0.765
-0.430
-0.355
4
0.412
0.659
0.543
-8
-0.882
-0.539
-0.445
3
0.294
0.536
0.442
-9
-1.000
-0.574
-0.474
2
0.176
0.405
0.334
-10
-1.118
-0.633
-0.523
1
0.059
0.197
0.162
-11
---
---
---
0
0.000
0.021
0.017
Tabela 58 – Dados do quadriciclo Toyota COMS, relativos ao gráfico da figura 44
Modo
VSP
Eficiência
Reva (%)
Eficiência
Biró (%)
Eficiência
COMS (%)
Modo
VSP
Eficiência
Reva (%)
Eficiência
Biró (%)
Eficiência
COMS (%)
11
83.0%
---
---
-1
51.7%
21.3%
16.4%
10
78.0%
---
---
-2
78.2%
53.6%
59.4%
9
73.1%
92.7%
93.5%
-3
80.7%
66.4%
55.2%
8
74.0%
86.6%
87.6%
-4
76.5%
70.2%
53.6%
7
69.4%
80.7%
84.8%
-5
76.3%
61.4%
52.7%
6
68.2%
80.7%
81.3%
-6
75.5%
51.4%
52.7%
5
65.4%
79.5%
75.7%
-7
75.0%
44.5%
49.6%
4
62.2%
73.7%
70.9%
-8
75.1%
---
53.9%
3
53.8%
63.6%
62.2%
-9
69.9%
---
50.7%
2
42.9%
49.1%
49.4%
-10
71.4%
---
50.0%
1
37.6%
35.1%
33.9%
-11
72.5%
---
---
0
0.0%
0.0%
0.0%
Tabela 59 – Eficiência em função do Modo VSP dos quadriciclos monitorizados, dados da figura 45
xvii
F. Distribuição do consumo eléctrico em 14 modos de potência específica (Smart ED)
A apresentação do Consumo sobre a forma de 14 modos VSP encontra-se na Figura 70.
Contudo, como foi descrito anteriormente, a representação dos dados de consumo sobre a forma de
14 modos, não é o mais adequado a veículos eléctricos, sendo que no caso deste veículo e dos
quadriciclos eléctricos, existem classes sem registo de consumo devido a potências específicas
máximas baixas, como se pode verificar na Tabela 60.
7
Consumo eléctrico (Wh/s)
6
5
4
3
2
1
0
-1
1
-2
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Modo VPS (14 modos)
Figura 70 – Consumo eléctrico por modo VSP, do Smart ED (distribuição em 14 modos)
Na Tabela 5 está descriminado o consumo eléctrico por modo VSP (distribuição em 14modos):
Classe VSP
1
2
3
4
5
6
7
Consumo eléctrico (Wh/s)
-0.742
-0.060
0.148
1.20
2.33
3.43
4.55
Classe VSP
8
9
10
11
12
13
14
Consumo eléctrico (Wh/s)
5.71
6.76
-----------
Tabela 60 – Consumo eléctrico por modo VSP, do Smart ED (distribuição em 14 modos)
xviii