Estudo de viabilidade da frenagem regenerativa em veículos híbridos

PONTIFICIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Curso: Engenharia Elétrica Disciplina: Trabalho de Conclusão de Curso I

Glauber Vinícius Marques Afonso

ESTUDO DE VIABILIDADE DA FRENAGEM REGENERATIVA EM VEÍCULOS HÍBRIDOS

Belo Horizonte 2016

Glauber Vinícius Marques Afonso

ESTUDO DE VIABILIDADE DA FRENAGEM REGENERATIVA EM VEÍCULOS HÍBRIDOS

Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação, do curso de Engenharia Elétrica do Instituto Politécnico da PUC Minas (IPUC) da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais (PUCMG), como requisito para obtenção do título de Engenheiro Eletricista. Orientador: Prof. Dr. Júlio César Braz de Queiroz

Belo Horizonte 2016

AGRADECIMENTOS Primeiramente, agradeço à Deus que proporcionou todas as oportunidades que a vida tem me dado, permitindo-me levantar todos os dias para batalhar por novas conquistas e poder manter as que já tenho. Difícil citar nomes em específico, pessoas que Deus colocou em meu caminho que foram e são suporte, mas não posso deixar de citar minha mãe Eliana, que mesmo não estando presente fisicamente ilumina meus caminhos todos os dias. Meu pai João que supera as difíceis batalhas de cada dia para continuar ao lado de seus filhos, de forma serena sendo companheiro, pai e amigo. E falando nesses filhos, um abraço em especial ao Icaro e a Rayane, que não são irmãos, mas amigos para toda a vida. Uma menção carinhosa à minha Tia Mariah, que é tia, amiga, pessoa especial que se faz presente em todos os momentos, o meu muito obrigado. Aos queridos tio Robert, avô Antônio Emídio, avó Dulce e tia Simone, que se fizeram presentes desde os meus primeiros passos (difíceis) e me acompanharam a ser o que sou hoje. A todos os familiares, pois cada um deles foi de grande ajuda nos momentos alegres e nos momentos difíceis, uma sincera amizade. Um abraço especial a minha fiel companheira Maria Clara, que do seu jeito especial suporta em seus pequenos ombros todo o peso do mundo, e que tem a capacidade de me fazer uma pessoa completa e plena. Não posso deixar de citar os profissionais da FCA, que deram suporte e oportunidade de conhecimento, abriram portas para novas batalhas e conquistas, serei eternamente grato, podendo citar Luiz Rodrigues, Geraldo Barra, Joni Fischer, Rafael Gomes, Paulo Junior, Frederico Olanda, entre outros, sem esquecer da especial citação à equipe de eletrificados chefiada pelo Daniel Goretti, que me deram total apoio na construção deste trabalho. Aos amigos que foram ombro amigo, agradeço e também peço desculpas, já que nem sempre pude acompanha-los em diversas jornadas, mas era em prol de um bem maior, fica aqui o meu muito obrigado. Encerro este agradecimento com uma singela citação de um antigo provérbio japonês: “Treine enquanto eles dormem, estude enquanto eles se divertem, persista enquanto eles descansam, e então, viva o que eles sonham. ”

RESUMO A necessidade por veículos ambientalmente viáveis tem aumentado a busca por tecnologias que permitam diminuir a quantidade do consumo energético, tanto como o uso de combustíveis fósseis e emissões de gases poluentes. Nos veículos híbridos são utilizados tanto motores de combustão interna quanto motores elétricos, alimentados por bateria. Um dos principais sistemas para o carregamento desta bateria é a frenagem regenerativa, que é um princípio que converte a energia cinética que seria dissipada através da frenagem do veículo em energia elétrica para recarregar esta bateria. Este trabalho tem como objetivo apresentar o princípio de funcionamento de um veículo híbrido e traçar um comparativo com um veículo convencional, de modo a verificar a viabilidade desta nova tecnologia, onde o ganho energético gerado é revertido na economia de combustível.

ABSTRACT The need for environmentally viable vehicles has increased the search for technologies to reduce the amount of energy consumption as much as the use of fossil fuels and greenhouse gas emissions. In hybrid vehicles are used for both internal combustion engines as electric motors, battery powered. One of the major systems for charging this battery is the regenerative braking, it is a principle that converts the kinetic energy that would be dissipated through vehicle braking into electrical energy for recharging this battery. This paper aims to present the operating principle of a hybrid vehicle and draw a comparison with a conventional vehicle, in order to verify the viability of this new technology, where the energy generated is reversed gain in fuel economy.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 – Toyota Prius................................................................................................ 8 Figura 2 - Ilustração conceitual do fluxo de energia de um VEH, onde o “Energy Source 1” é o MCI e o “Energy Source 2” é o ME. .................................................... 10 Figura 3 - Diagrama ilustrativo que demonstra a Potência Média (MCI) e a Potência Dinâmica (ME) de um VEH ....................................................................................... 11 Figura 4 – Baterias fornecendo energia para a tração do veículo ............................. 13 Figura 5 – Baterias recebendo energia do gerador - FR ........................................... 13 Figura 6 – Diagrama conceitual da FR ...................................................................... 14 Figura 7 – Quadrantes de operação de uma máquina elétrica ................................. 15 Figura 8 – Inversor Regenerativo Industrial .............................................................. 18 Figura 9 – Inversor básico de 6 pulsos ...................................................................... 19 Figura 10 – Tensões em cada chave e tensão de saída ........................................... 20 Figura 11 – Sistemas de coordenadas veiculares SAE ............................................. 23 Figura 12 – Determinação do CG na posição longitudinal veicular ........................... 24 Figura 13 – Determinação do CG na posição transversal veicular............................ 25 Figura 14 – Determinação do CG na posição vertical veicular .................................. 26 Figura 15 – Determinação do CG do veículo carregado ........................................... 27 Figura 16 – Curva do ciclo FTP75 ............................................................................. 28 Figura 17 – Curva do ciclo HWFET ........................................................................... 29 Figura 18 – Período de Amortização ......................................................................... 34 Figura 19 – Arquitetura Híbrido em série ................................................................... 40 Figura 20 – Arquitetura Híbrido em paralelo .............................................................. 40 Figura 21 – Arquitetura Híbrido em série paralelo ..................................................... 41 Figura 22 – Arquitetura Híbrido em complexo ........................................................... 41

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Ordem de chaveamento no inversor básico de 6 pulsos ......................... 20 Tabela 2 – Características de veículos até 1500 Kg .................................................. 30 Tabela 3 – Dados técnicos Honda CR-V x Toyota Prius ............................................ 31 Tabela 4 – Consumo e custo Toyota Prius x Honda CR-V ........................................ 32 Tabela 5 – Período de Capitalização ......................................................................... 33 Tabela 6 – Comparação entre veículos com FR x veículos convencionais ............... 35

LISTA DE ABREVIATURAS MCI – Motores de combustão Interna VE – Veículo Elétrico VEH – Veículo Elétrico Híbrido VEHP - Veículos Elétricos Híbridos Plug-in ME – Motor Elétrico CA – Corrente Alternada DC – Corrente Direta FR – Frenagem Regenerativa IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistor – Transistor Bipolar de Porta Isolada) PWM - Pulse Widht Modulation – Modulação da Largura do Pulso) PMAC - Permanent Magnet Alternating Current - Motor CA de Ímãs Permanentes) CG – Centro de Gravidade SAE - Society of Automotive Engineers – Sociedade de Engenheiros Automotivos FTP 75 – Federal Test Procedure 75 – Procedimento de Teste Federal HWFET - Highway Fuel Economy Test - Teste de Economia de Combustível em auto-estrada NPER – Período de capitalização IGPM – Índice Geral de Preços do Mercado

SUMÁRIO 1.

INTRODUÇÃO ............................................................................................... 6

1.1.

Justificativa .................................................................................................. 6

1.2.

Objetivos ....................................................................................................... 7

1.2.1

Objetivo Geral ............................................................................................... 7

1.2.2

Objetivos Específicos .................................................................................. 7

2.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.......................................................................... 7

2.1.

Introdução histórica ..................................................................................... 7

2.2.

Modo de operação dos veículos elétricos e veículos híbridos ................ 8

2.3.

Características dos Veículos Híbridos ....................................................... 9

2.4.

Frenagem Regenerativa............................................................................. 12

2.4.1.

Princípios da Frenagem Regenerativa ..................................................... 12

2.4.2.

Funcionamento da Frenagem Regenerativa ............................................ 14

2.4.3.

Inversores regenerativos ........................................................................... 17

2.5.

Parâmetros utilizados para estudo de viabilidade .................................. 21

2.6.

Dinâmica Longitudinal Veicular ................................................................ 22

2.5.1. Sistemas de coordenadas veiculares .......................................................... 22 2.5.2.

Centro de gravidade veicular .................................................................... 24

2.6.

Ciclo FTP 75 e ciclo HWFET ...................................................................... 28

3.

PROPOSTA DE DESENVOLVIMENTO ...................................................... 30

4.

CRONOGRAMA .......................................................................................... 36

5.

CONCLUSÕES ............................................................................................ 37

6.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 39

7.

ANEXOS ...................................................................................................... 40

7.1

Arquiteturas dos veículos Híbridos .......................................................... 40

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1. INTRODUÇÃO A utilização de novas tecnologias para a otimização de processos e produtos na atual sociedade vêm evoluindo ao passar dos anos, e como também ocorrem em diversas aplicações, estas evoluções tecnológicas também acontecem com os automóveis.

Certas

tecnologias

têm

ganhado

apoio

governamental,

como

tecnologias sustentáveis, a fim de implementar questões ambientais como energia renovável, seja em diferentes âmbitos, como por exemplo a reutilização de diferentes formas de energia. De acordo com a Lei da conservação da energia, a energia não se cria, se transforma. O funcionamento de um automóvel se dá pela propulsão do mesmo realizada através de um motor, que transforma a energia gerada pelo motor em movimento. No momento que se diminui a velocidade deste veículo, acontece uma transformação de energia, visto que a energia utilizada para a propulsão agora será utilizada para parar o veículo. A maior parte dessa energia é dissipada em forma de calor, ou seja, desperdiçada. Para reaproveitar esta energia, foi desenvolvido um tipo de sistema de freios que é capaz de recuperar grande parte desta energia cinética do veículo, convertendo-a em energia elétrica, de forma a ser usada para recarregar o conjunto de baterias do veículo. Este sistema é chamado de frenagem regenerativa, utilizada hoje nos veículos elétricos e veículos elétricos híbridos. Os méritos da frenagem regenerativa estão na conservação de energia, redução de desgaste, menor consumo de combustível e uma frenagem mais eficiente. Neste trabalho, o princípio de funcionamento da frenagem regenerativa será analisado a fim de se realizar um estudo da viabilidade do uso da frenagem regenerativa, relacionando-se a eficiência do veículo (consumo de combustível) e economia de energia elétrica no veículo.

1.1. Justificativa Admitindo-se que a atual corrida pela diminuição de tecnologias nocivas ao meio ambiente, e diminuição na utilização de recursos naturais não renováveis, o mecanismo de frenagem regenerativa é um dos principais fatores que possibilitam a economia de energia e o menor consumo de combustíveis fósseis, o uso desta nova

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tecnologia implica também na diminuição da emissão de gases poluentes como o monóxido de carbono, hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio, entre outros. Aumenta também a economia de energia elétrica no veículo, visto que a energia cinética que seria dissipada em forma de calor, passa a ser convertida em energia elétrica para recarregar o pacote de baterias do veículo híbrido. 1.2. Objetivos

1.2.1 Objetivo Geral O objetivo geral do trabalho é realizar um estudo de viabilidade do uso da frenagem regenerativa em veículos híbridos. 1.2.2 Objetivos Específicos São objetivos específicos deste trabalho: • Realizar comparações do consumo de combustível entre os veículos de combustão interna e veículos híbridos. • Realizar estudo da economia de energia elétrica em veículos híbridos ao utilizar o sistema de frenagem regenerativa.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1.

Introdução histórica

Segundo Baran (2010), embora existam muitos avanços nos veículos atuais como as baterias de íon de lítio e toda tecnologia digital dos carros modernos, não houve mudanças radicais nos ME (Motores Elétricos) atuais mantendo assim a sua essência. Os VE (Veículos Elétricos) de fato já foram concorrentes dos veículos MCI (Motor de Combustão Interna), porém por diversas razões, desde 1910, tiveram a participação marginal na história do automóvel. A partir do lançamento do veículo Toyota Prius em 1997, observa-se o crescente número de lançamentos de veículos híbridos e puramente elétricos, além do aumento no número destes modelos no mercado

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automotivo global. Na figura 1 o Toyota Prius, primeiro VEH lançado em 1997 no Japão. Figura 1 – Toyota Prius

Fonte: M. Chris, M. Abul e W. G. David, 2001

A partir de então, o mercado automotivo inicia uma nova fase, no qual VE e VEH (Veículos Elétricos Híbridos) são desenvolvidos e aperfeiçoados com o objetivo de diminuir a dependência de combustíveis não renováveis, e consequentemente a emissão de gases poluentes à atmosfera. Também é importante citar tecnologias agregas ao uso de novas tecnologias mais eficientes no que tange a eficiência energética, como a frenagem regenerativa, foco deste trabalho, advinda da reutilização da energia cinética que seria dissipada no momento da frenagem do veículo.

2.2.

Modo de operação dos veículos elétricos e veículos híbridos

Segundo Ehsani M., Yimim G. e Miller J.M. (2007, 719-728) um VE utiliza a propulsão de um ME. A energia vem da bateria (ou talvez uma célula de combustível). O banco de baterias em um VE puro pode ser muito grande se o veículo é para ir a algumas centenas de quilômetros em uma carga completa. A razão para isto é que tecnologia de bateria, tal como está hoje, não tem uma densidade de energia muito alta para uma dado peso e tamanho, em comparação com um combustível líquido, como gasolina.

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Embora as novas baterias como a de íon-lítio têm uma densidade de energia muito maior do que o chumbo-ácido existente ou baterias de hidreto de metal de níquel, ainda é muito menor em comparação com combustível líquido. Já um VEH é um sistema complexo, uma vez que tem duas fontes de propulsão. Comparativamente, um VE puro é mais simples, uma vez que tem apenas uma fonte de energia, ou seja, uma bateria ou talvez uma célula de combustível. A propulsão por um ME elimina a necessidade de injetores de combustível, controladores do motor e outros periféricos. Assim, com uma diminuição do número de peças, o sistema está mais simples e mais confiável. Claro, há uma melhoria da eficiência na VEH em comparação com o MCI, mas ainda será inferior à do VE. A eficiência global dependerá do tamanho relativo MCI e da potência do motor de propulsão elétrica. Uma variante do VEH é encontrada em locomotivas por exemplo. O MCI é utilizado para conduzir um gerador que cria energia CA (Corrente Alternada). Este poder é traduzido para DC (Corrente Direta) e depois para outro de alimentação CA para a condução de um ME. O problema com este sistema é que o motor tem de ser executado continuamente para produzir a eletricidade. A vantagem é que não necessita de uma bateria. Além disso, o MCI pode ser executado em uma velocidade ideal para atingir a melhor eficiência possível. Tanto os VE e os VEH fazem a recuperação de energia durante o FR (Frenagem Regenerativa). A bateria ajuda na recuperação de energia, permitindo o armazenamento e também coordenando de forma mais otimizada em termos de quando MCI ou o ME deve ser executado, o que será mostrado mais adiante desta dissertação que tem como objetivo analisar a viabilidade do uso do FR em VE e VEH.

2.3.

Características dos Veículos Híbridos

De acordo com Ehsani M., Yimim G. e Miller J.M. (2007, 719-728) um VEH utiliza duas fontes de energia para potência do veículo. É utilizada uma fonte de alimentação MCI (gasolina, álcool ou diesel) e a outras são as baterias químicas,

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além de uma unidade de ME. Nos VEH, a alta potência de pico e a resposta rápida de alimentação responsável pelo sistema de tração elétrica resulta em um desempenho de alta performance tal como a aceleração rápida do veículo. Um pequeno MCI e pontos ideais de operação e FR resultam em uma muito melhor economia de combustível e emissões mais baixas do que comparado a um veículo MCI somente. A alta densidade de energia combustível do petróleo e sistemas de abastecimento convenientes resultam em uma faixa de operação maior e de fácil reabastecimento. Todas estas vantagens fazem VEH tornarem-se as alternativas mais promissoras para os veículos da próxima geração. Existem diferentes tipos de fluxo de energia em um veículo híbrido, como é visto na figura 2, e também descrito sequencialmente: 1.

MCI fornece sozinho energia a carga;

2.

ME fornece sozinho energia a carga;

3.

MCI e ME fornecem energia a carga;

4.

ME recebe energia da carga;

5.

ME recebe energia do MCI;

6.

ME recebe energia do MCI e a carga;

7.

MCI fornece energia ao ME, e ME fornece energia a carga;

8.

MCI fornece energia a carga, e a carga fornece energia ao ME;

9.

MCI fornece energia a carga e ao ME ao mesmo tempo;

Figura 2 - Ilustração conceitual do fluxo de energia de um VEH, onde o “Energy Source 1” é o MCI e o “Energy Source 2” é o ME.

Fonte: Ehsani M., Yimim G. e Miller J.M. , 2007

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De acordo com Ehsani M., Yimim G. e Miller J.M. (2007, 2) a potência da carga pode ser decomposta em dois componentes: um é a potência constante (média), que tem um valor constante, e outro é a potência dinâmica, que tem uma média zero. Na estratégia dos VEH têm-se um motopropulsor, que favorece a operação em estado estacionário, MCI de célula de combustível pode ser usado para fornecer a potência média. Por outro lado, outros propulsores, tais como um ME, podem ser usados para fornecer a potência dinâmica. A potência total na saída do Motopropulsor dinâmico será zero em um todo o ciclo de condução. Isto implica que a fonte de energia do Motopropulsor dinâmico não possa perder a capacidade de energia no fim do ciclo de condução, funcionando apenas como um poder amortecedor. Geralmente, a carga de alimentação no estado estacionário é fornecida por um MCI ou uma célula de combustível. Devido ao funcionamento em estado estacionário característico, o seu ponto de funcionamento pode ser concebido e controlado em sua melhor região para obter maior eficiência operacional. A potência da carga dinâmica é fornecida pelo sistema de tração eléctrica (ME e baterias químicas) para atender a demanda de potência de pico e a recuperação de energia na FR. O conceito ilustrativo de potência dinâmica e potência média é demonstrado na figura 3. Figura 3 - Diagrama ilustrativo que demonstra a Potência Média (MCI) e a Potência Dinâmica (ME) de um VEH

Fonte: Ehsani M., Yimim G. e Miller J.M. , 2007

VEH possuem diversos tipos de arquiteturas, como pode ser visto no Anexo 7.1.

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2.4.

Frenagem Regenerativa

Segundo Ehsani M. (2005), uma das principais características dos VE e VEH é a capacidade da recuperação de energia durante a frenagem. Os ME dos VE e VEH podem ser controlados de forma a operarem como geradores para converter a energia cinética gerada pela fricção dos freios em energia elétrica, que será armazenada na bateria do veículo para ser posteriormente reutilizada. Esse mecanismo de recuperação de energia chama-se Frenagem Regenerativa (FR). De acordo com Ehsani M. (2005), o torque de frenagem solicitado é muito maior que o torque que um ME proporciona. Logo, nos VE e VEH, sistemas de freios por fricção devem coexistir com os FR, e consequentemente, a principal preocupação no modelamento do FR será o correto dimensionamento e controle desses sistemas em conjunto.

2.4.1. Princípios da Frenagem Regenerativa

De acordo com Yoong M.K, Gan Y.H, Gan G.D, Leong C.K., Phuan Z.Y, Cheah B.K., Chew D.W (2010, p 40-45) a FR utiliza a energia mecânica do gerador, fazendo com que a energia cinética seja convertida em elétrica, que é enviada para alimentação do conjunto de baterias, fazendo com que funcione, basicamente, como um alternador. No momento em que o motorista aciona o pedal dos freios, o ME atua em modo reverso, diminuindo a velocidade do veículo, que também tem como consequência a a recarga das baterias, visto que nessa situação o ME funcionará como gerador. As figuras 4 e 5 demonstram, respectivamente, a atuação do motor em situação de direção normal e durante a FR.

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Figura 4 – Baterias fornecendo energia para a tração do veículo

Fonte: Yoong M.K, Gan Y.H, Gan G.D, Leong C.K., Phuan Z.Y, Cheah B.K., Chew D.W, 2010

Figura 5 – Baterias recebendo energia do gerador - FR

Fonte: Yoong M.K, Gan Y.H, Gan G.D, Leong C.K., Phuan Z.Y, Cheah B.K., Chew D.W, 2010

Ao utilizar a FR irá reduzir o consumo de combustível, aumentando a economia de combustível e redução emissões. Estes tipos de freios trabalham eficazmente em ambiente de condução, tais como situações de condução especialmente na cidade urbana. O sistema de FR fornece a maior parte da força total de frenagem durante a baixa velocidade e start-stop de tráfego, onde a maioria da desaceleração geralmente é requerida.

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2.4.2. Funcionamento da Frenagem Regenerativa De acordo com Ehsani M. (2005), o princípio da FR é converter a energia cinética em elétrica, visto no tópico 2.4.1. Porém, essa recuperação de energia durante a frenagem também ocorre em outras situações e não somente quando o condutor aciona o pedal de freio, podendo ser iniciada também quando o condutor retira o pé do acelerador com o veículo em movimento, podendo ser visto na figura 6 o diagrama exemplificado do funcionamento da FR. Figura 6 – Diagrama conceitual da FR

Fonte: Lenz, 2013

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Segundo Lenz (2013), o veículo que está em movimento pode estar ganhando velocidade sem que esteja sendo tracionado, o que tipicamente ocorre em pista declive, onde mesmo utilizando o conjugado do ME, pode-se ganhar velocidade sem gastar energia, onde nesse caso, é chamada de energia potencial, que é convertida em cinética e paralelamente sendo convertida também em energia elétrica para a bateria. Quando opera-se em pista plana ou aclive só existe desaceleração, independente de pisar no freio ou não, iniciando-se assim o processo em modo de frenagem, onde o veículo transforma a energia para recuperá-la e armazenar na bateria. Como visto no item 2.4.1, o processo de recuperar a energia durante a frenagem ocorre no ME, nesse caso funcionando como um gerador, podendo operar de 4 formas distintas, denominadas quadrantes de acionamento. A figura 7 apresenta os diferentes quadrantes de uma máquina elétrica. Figura 7 – Quadrantes de operação de uma máquina elétrica

Fonte: Lenz, 2013

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Os quadrantes de operação de uma máquina elétrica podem ser definidos da seguinte forma:
1º quadrante – Veículo com aceleração ou manutenção da velocidade, com tração no sentido avante, o que faz com que as variáveis de velocidade-torque sejam positivas. O ME absorve energia da bateria para converter em energia cinética, fazendo a tração das rodas e movendo a carga.
2º quadrante – Frenagem do veículo que está em movimento sentido avante. A partir do momento que o usuário alivia o pé no pedal do acelerador o modo de frenagem passa a operar. O oposto ao 1º quadrante começa a ocorrer, pois o ME passa a ser gerador e começa a receber a energia cinética do veículo e transforma em energia elétrica para a bateria. Porém o veículo continua se movendo no sentido avante, a velocidade ainda tem sinal positivo, porém o torque do ME age contra a energia cinética do veículo e passa a ter valor negativo.
3º quadrante – Aceleração ou manutenção da velocidade estável do veículo, com tração no sentido inverso. O veículo é utilizado em marcha ré. Este é similar ao 1º quadrante, ME tracionando e consumindo energia da bateria, porém a velocidade e torque assumem valores negativos.
4º quadrante – Modo de frenagem do veículo no sentido reverso. Desaceleração utilizando a marcha ré. Têm-se velocidade negativa e o torque do ME tem sinal positivo, pois opõem-se a cinética do veículo. É visto que nos quadrantes 1 e 3, o ME atua de fato como um motor para tracionar o veículo. Nos quadrantes 2 e 4, o ME atua no modo de frenagem deixando de receber energia e passando a fornecer energia. No momento que o ME para de receber energia, o veículo continua se movimentando e consequentemente suas rodas também, fazendo com que o ME gire, onde o mesmo passa a funcionar como um gerador, surgindo tensão elétrica entre seus terminais. Para ocorrer o torque contrário a inércia do veículo, criado pela máquina elétrica, é necessário que a energia gerada pelo gerador seja consumida em alguma aplicação. Nos VEH e VE o uso da energia elétrica gerada será utilizada para a recarga da

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bateria, porém antes que ela precisa ser convertida para ser enviada a bateria como CC para armazenamento, processo que será descrito no item 2.4.3.

2.4.3. Inversores regenerativos De acordo com Lenz (2013), com as fontes de corrente contínua, como é o caso das baterias do VE, exige que a tensão seja cuidadosamente controlada. Só com o desenvolvimento da eletrônica de potência isso tem sido possível com o fornecimento de corrente alternada, onde a frequência de alimentação também deve ser correspondida (isso se aplica principalmente a locomotivas, onde uma fonte CA é retificada para motores CC). Já, os Motores CA, tanto de indução quanto de imãs permanentes pode fornecer regeneração de modo muito eficiente. Motores CA geralmente podem regenerar quase com a mesma eficiência de quando operam em tração. Em um VE, no modo tração, o inversor funcionará como conversor CC/CA, e no modo Frenagem, o sentido do fluxo de energia é revertido e ele funciona como um conversor CA/CC. Para proceder com a regeneração de energia, transformando a energia elétrica CA trifásica em CC adequada para entrar na bateria, VE são dotados de inversores regenerativos. O circuito inversor industrial básico é um arranjo dotado de doze componentes: 6 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor – Transistor Bipolar de Porta Isolada) e 6 Diodos retificadores. Os IGBT são responsáveis por chavear a energia que vai para o ME enquanto que os diodos conduzem a energia que retorna do ME, para fazer a frenagem. Este circuito é denominado Inversor PWM (Pulse Widht Modulation – Modulação da Largura do Pulso) de 6 pulsos. Um pulso é produzido por um circuito controlador para comandar o chaveamento de cada IGBT em uma determinada sequência, ligando, de cada vez, um IGBT da parte superior e dois IGBT na parte inferior, ou dois na superior e um na inferior, dependendo do momento da sequência.

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Figura 8 – Inversor Regenerativo Industrial

Fonte: Lenz, 2013

Na aplicação de um VE teremos diferenças no inversor regenerativo, onde a fonte de alimentação é a bateria CC principal do VE (não uma rede CA trifásica). Com isso, parte do problema se elimina, visto que não será preciso usar o retificador como seção de entrada. Além do mais, a bateria principal é intermediada para o Inversor através de um estágio Conversor CC/CC, de modo que os diodos que já existem no estágio de saída do Inversor são suficientes para prover a regeneração, cujo chaveamento de controle pode ser provido no próprio Conversor CC/CC. Se não for assim, outra opção é substituir os 6 diodos do estágio de saída por 6 outros IGBT, associados aos que já existem, em antiparalelo, para poder realizar o chaveamento de controle durante a regeneração. Uma segunda diferença a ser considerada é que um Inversor de apenas 6 pulsos faria a Máquina Elétrica vibrar consideravelmente, principalmente se ela for do tipo PMAC (Permanent Magnet Alternating Current - Motor CA de Ímãs Permanentes). Os motores PMAC exigem uma unidade de acionamento projetada especificamente para motores de imã permanente, devido ao fato de que esses precisam de uma forma de onda de saída bem mais próxima da senoidal (mas não necessariamente senoidal pura) do que aquela que se poderia ter com o emprego de motores de indução. Isso acaba por resultar na produção de uma variação de torque mais suave e a técnica de comutação de corrente utilizada para controlar o torque do motor requer que cada comutação de fase deva se sobrepor, fazendo ligar, seletivamente, mais de um par

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de dispositivos chaveadores de potência de cada vez, o que caracteriza um Inversor Multinível. Apenas para se ter uma ideia, para se obter um razoável inversor de 4 níveis, a quantidade de componentes necessária, tanto da seção intermediária quanto da seção de saída triplicaria (3 bancos de capacitores, 18 IGBT e 18 diodos, fora os diodos extra para grampeamento). O inversor básico de 6 pulsos, os pulsos de tensão de porta para comando de cada um dos IGBT são controladas a partir de uma Máquina de Estados Finitos, onde cada estado corresponde ao chaveamento será sempre três (e apenas três) IGBT são ligados simultaneamente de cada vez, nunca são ligados simultaneamente dois IGBT da mesma associação em série e nunca são acionados simultaneamente todos os três da parte de cima, nem todos os três da parte de baixo, pois isso não produz caminho algum para a corrente. Um inversor básico de 6 pulsos é exemplificado na figura 9, e a ordem de chaveamento é mostrada na tabela 1. Figura 9 – Inversor básico de 6 pulsos

Fonte: Lenz, 2013

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Tabela 1 – Ordem de chaveamento no inversor básico de 6 pulsos Gq1

Gq2

Gq3

Gq4

Gq5

Gq6

1

0

1

0

1

0

1

0

0

0

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1

1

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0

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0

1

1

1

0

Fonte: Lenz, 2013

Os gráficos apresentados na figura 10 mostra as tensões que são conectadas para a carga por cada uma das chaves com o intervalo de tempo da comutação e a tensão total que pode ser vista entre a fase C e o Neutro central, para o caso de uma associação de cargas trifásicas em Y na saída. Figura 10 – Tensões em cada chave e tensão de saída

Fonte: Lenz, 2013

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A forma de onda da tensão na fase C com respeito ao neutro é formada por seis segmentos idealmente retos, como mostrado na figura10. Por isso, este bloco funcional é denominado de um inversor de 6 segmentos (ou 6 pulsos). As formas de onda nas demais fases apresentam a mesma forma de onda que a da fase C, com apenas uma diferença de fase de 120° de uma em relação à outra. Esta forma de onda na saída se semelha a uma forma de onda de CA senoidal, embora ainda possua muita distorção harmônica (possui componentes harmônicos de frequências mais altas).

2.5.

Parâmetros utilizados para estudo de viabilidade

• Velocidade máxima [Km/h] • Velocidade média [Km/h] • Energia total de tração [KWh] • Peso total do veículo [Kg] • Energia total consumida pelas resistências [KWh] • Energia Total consumida pelas frenagens [KWh] • Porcentagem da frenagem em relação ao total da energia consumida [%] • Consumo cidade [Km/l] • Consumo estrada [Km/l] • Período de capitalização • Ponto de equilíbrio

Para a análise do ganho de energia [KWh] em

que a FR proporciona, será

utilizado a velocidade máxima e velocidade média [Km/h], de modo a quantizar este ganho em veículos híbridos de até 1500 Kg, sendo explicitado como o peso veicular é calculado no item 2.6.

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Subsequentemente, sabendo-se da influência que a FR impacta no consumo de um VEH, os parâmetros de consumo em estrada/cidade [Km/l] mostram a diferença em R$ (reais) que esta nova tecnologia impacta, onde o período de capitalização e o ponto de equilíbrio evidenciam a viabilidade da utilização desta nova tecnologia para diferentes tipos de consumidor.

2.6.

Dinâmica Longitudinal Veicular

A dinâmica longitudinal é uma área de estudo dos movimentos dos veículos. Segundo Gillespie (1992), os movimentos interessados são a aceleração, a frenagem, a trajetória e o comportamento em curva. O comportamento da dinâmica do veículo é dado pela imposição de forças no veículo como gravidade, aerodinâmica e principalmente n os pneus devido ao contato direto com o pavimento. Tais forças são observadas pelo motorista como vibrações, ruídos e através dos instrumentos veiculares como o velocímetro, rotação do motor, temperaturas dos componentes e etc. Outro fator a ser considerado é o meio ambiente, pois o mesmo afeta o veículo e o motorista através das condições da estrada e condições do ar.

2.5.1. Sistemas de coordenadas veiculares De acordo com Gillespie (1992), convencionalmente os movimentos do veículo são referenciados a um sistema de coordenadas ortogonais fixados no CG (Centro de Gravidade), em acordo com a convenção de coordenadas do SAE (Society of Automotive Engineers – Sociedade de Engenheiros Automotivos) mostrado na figura 11.

23

Figura 11 – Sistemas de coordenadas veiculares SAE

Fonte: Gillespie, 1992

X – Eixo longitudinal e parte dianteira do veículo. Y – Eixo lateral e lado direito do veículo. Z – Eixo vertical e descendente ao veículo P – Rolamento (Roll) referente ao eixo X. r – Guinada (Yaw) referente ao eixo Z. q – Arfagem (Pitch) referente ao eixo Y. Pode-se dizer que o estudo da dinâmica veicular é dividido em três partes: • Dinâmica Longitudinal: Estuda-se o movimento do veículo no eixo longitudinal relacionado a performance, segurança, aceleração, retomada de velocidade, capacidade para desaceleração e estabilidade de frenagem. • Dinâmica Lateral: Estuda-se o comportamento do veículo em curva, estabilidade direcional, sistema de direção e distribuição de massa do veículo. • Dinâmica Vertical: Estuda-se as acelerações e desacelerações no eixo vertical relacionado com o nível de conforto do veículo e suspensão.

24

2.5.2. Centro de gravidade veicular O

desempenho

e

estabilidade

do

veículo

estão

diretamente ligados

ao

posicionamento do CG. Segundo Canale (1989), é possível determinar a posição do CG pesando o eixo dianteiro e traseiro do veículo. Na figura 12 é apresentado o modelo para um veículo com os equipamentos e fluidos necessários para seu funcionamento. Figura 12 – Determinação do CG na posição longitudinal veicular

Fonte: Canale, 1989

Com o valor conhecido de L e o resultado da medição de W f e W r é possível obter W. (1.1) O valor de Lf e Lr é dado pela somatória dos pontos A e B da figura 12. (1.2)

(1.3)

25

Também é possível determinar o CG na posição transversal, conforme a figura 13.

Figura 13 – Determinação do CG na posição transversal veicular

Fonte: Canale, 1989

Sabendo-se o valor de W e S é possível obter os valores de S1 e S2 através da somatória dos pontos C e D: (1.4)

(1.5)

Já para se obter a posição do CG na vertical é mais complicado, pois deve-se elevar a parte traseira do veículo até uma quantidade “n” qualquer, como é visto na figura 14.

26

Figura 14 – Determinação do CG na posição vertical veicular

Fonte: Canale, 1989

Com a elevação a uma altura “n” é possível medirmos o valor de W f’, e deve-se travar as molas da suspensão e a posição CQ deve ser conhecida, como é visto na figura 14 como o valor Lr’. Somando-se em torno de A obtém-se:

(1.6)

Sabendo-se que

e substituindo em 1.6 é obtido:

(1.7)

Onde

.

Também deve-se determinar o ponto de CG para o veículo carregado, da mesma forma que foi obtido nas expressões anteriores. A figura 15 mostra a determinação do CG do veículo carregado.

27

Figura 15 – Determinação do CG do veículo carregado

Fonte: Canale, 1989

Através da somatória em torno de “A”, para vários carregamentos a posição do CG para o eixo longitudinal será:

(1.8)

Através do somatório em torno de “B”, para vários carregamentos a posição do CG para o eixo transversal:

(1.9)

Similarmente também se define a posição do CG para o eixo vertical:

(1.10)

Executando-se as equações delimitadas conclui-se que a posição do CG do veículo varia de acordo com o carregamento do mesmo, o que afeta diretamente o comportamento do veículo na frenagem.

28

2.6.

Ciclo FTP 75 e ciclo HWFET

Existem dois principais requisitos de emissões e procedimentos de medição de consumo de combustível utilizados mundialmente como referência para as regulamentações. O primeiro requisito é o Economic Comission for Europe – Comissão de Economia Europeia (UNECE – ECE utilizado por diversos países como a Austrália, África do Sul, Rússia e diversos outros países. O segundo requisito é o Federal Test Procedure 75 – Procedimento Federal de Teste 75 (FTP 75) utilizado pelos Estados Unidos, considerado transiente e tido como mais representativo da realidade. No Brasil o ciclo de condução adotado para a determinação de várias emissões em veículos leves e comerciais leves, tão como o consumo de combustível, é o FTP-75. Os

procedimentos

são

descritos

na

Norma

Brasileira

NBR

6601.

Figura 16 – Curva do ciclo FTP75

Fonte: Acessado em 02 de Maio de 2016

29

O Highway Fuel Economy Test - Teste de Economia de Combustível em autoestrada (HFWET) é usado para avaliar a economia de combustível durante o ciclo de condução em auto-estrada. Os procedimentos são descritos na Norma Brasileira NBR 7024.

Figura 17 – Curva do ciclo HWFET

Fonte: Acessado em 02 de Maio de 2016

30

3. PROPOSTA DE DESENVOLVIMENTO

Segundo Ehsani (2005), uma quantidade significativa de energia é consumida durante a frenagem. Para este estudo, serão utilizados veículos populares de até 1500Kg, conforme a tabela 2 abaixo:

Tabela 2 – Características de veículos até 1500 Kg Estrada Urbana (FTP 75)

Rodovia (FTP 75)

Cidade de Nova York

Velocidade máxima (Km/h)

86.4

97.7

44.6

Velocidade média (Km/h)

27.9

79.3

12.2

Energia total de tração (KWh)

10.47

10.45

15.51

Energia total consumida pelas

5.95

9.47

4.69

4.52

0.98

10.82

43.17

9.38

69.76

Energia total consumida pelas Porcentagem da frenagem em relação ao total de energia consumida (%).

Fonte: Ehsani, 2005

Frear um veículo de 1500 Kg de uma velocidade de 100 Km/h até zero consome cerca de 0,16 KWh em poucas dezenas de metros. A forma start-stop de se dirigir em grandes cidades, uma grande quantidade de energia é consumida pelas frequentes frenagens, resultando em um alto consumo de combustível. Visto na tabela 2, a energia de frenagem em típicas áreas urbanas atinge mais de 25% da energia total de tração, e em grandes cidades como Nova York e São Paulo podem atingir cerca de 70% da energia total de tração consumida pelos freios, o que mostra

31

que a frenagem regenerativa pode resultar em uma significativa economia de combustível nos VEH. Os exemplares utilizados para este estudo são o Honda CR-V 2.0 e o Toyota Prius 1.8, já que possuem aspectos similares e estão na faixa de estudo (até 1500 Kg). Dados técnicos divulgados pelas montadoras são vistos na tabela 3: Tabela 3 – Dados técnicos Honda CR-V x Toyota Prius Honda CR-V

Toyota Prius

Motorização

2.0

1.8

Bateria (KWh)

-

4,45

Alimentação

Injeção multi ponto

Combustível

Gasolina

Gasolina

Potência (cv)

150

134

Cilindrada (cm³)

1997

1798

Torque (Kgf.m)

19,3

14,5

192

180

Tempo 0-100 (Km/h)

11,9

12,1

Consumo cidade (Km/L)

6,7

22,2

Consumo estrada (Km/L)

9,4

16,7

Altura (mm)

1655

1510

Largura (mm)

1820

1745

Comprimento (mm)

4580

4480

Entre-eixos (mm)

2620

2700

Peso (kg)

1502

1415

Tanque (L)

71.0

45.0

Porta-malas (L)

589

445

Ocupantes

5

5

Preço (R$)

102.307,00

117.610,00

Velocidade Máxima (Km/h)

Fonte: Acessado em 15 de Maio de 2016

Injeção Eletrônica

32

Os dados do veículo Toyota Prius apresentam que durante uma frenagem regenerativa onde o VEH está a 60 Km/h e desacelera até parar, consegue-se recuperar cerca de 1% até 3% de sua bateria, esta variação ocorre dependendo da forma que o pedal de freio é pressionado. Em uma desaceleração de 40 Km/h deforma suave até parar o veículo, a recuperação está entre 2% e 3%

de sua

bateria. Segundo dados técnicos divulgados pela montadora, a bateria de lítio utilizada no VEH tem potência de 4.45 KWh, portanto considerando a máxima recuperação 3% da bateria durante a frenagem, é recuperado 0.113 KWh aproximadamente durante uma frenagem. Considerando a autonomia do Toyota Prius de 25 Km no modo puramente elétrico a cada frenagem regenerativa nas condições apresentadas, representaria aproximadamente 750 metros a mais de autonomia para

o

veículo.

Esta autonomia está ligada a diferença de consumo de combustível entre os veículos

citados.

Para determinar a distância percorrida por um motorista para o motorista do Toyota Prius, utilizaremos o NPER (Período de capitalização), que é uma fórmula utilizada no Microsoft Excel onde será possível projetar o tempo necessário para fazer o investimento ideal. Para utilizar-se tal fórmula, antes foi calculado o quanto cada veículo consome de combustível por quilômetro, e consequentemente qual seu custo, como é visto na tabela 4: Tabela 4 – Consumo e custo Toyota Prius x Honda CR-V

Consumo Urbano (R$) Consumo Estrada (R$)

Toyota Prius

Honda CR-V

R$ 0,16

R$0,52

R$ 0,21

R$0,37

Fonte: Autor

33

Sabendo-se destes valores, obtêm-se o período de capitalização do Toyota Prius, onde a variável será a distância percorrida pelo motorista: Tabela 5 – Período de Capitalização VI

PMT

Urbana

15.303,00

mensal Estrada

496,00 36

Taxa

0,88%

km

400 km

mensal Anos

3

Rodagem

43200

anual

km

Economia

R$

R$

Urbano

0,36

432,00

3 anos

Economia

R$

R$

(garantia)

Estrada

0,16

64,00

Inflação Anual (IGPM

1200

Rogadem

R$

Meses

Amortização

Rodagem

-R$

11%

2015)

Total

R$

mensal

496,00

Fonte: Autor

Onde: VI: Valor Investido PMT: Pagamento Mensal Total Taxa: Juros mensais IGPM: Índice Geral de Preços do Mercado Neste exemplo, considerando um motorista que dirige aproximadamente 1,6Km mensais, entre trajeto urbano e mensal, o período de capitalização seria de 3 anos, o que é o ideal, visto que a garantia da maioria dos veículos em venda no Brasil é de 3 anos, quando ocorre o período de troca. Claramente se nota que os diferentes perfis de motoristas irão influenciar no período de capitalização, visto que pessoas distintas percorrerão diferentes distâncias na rodagem urbana/estrada. O gráfico do ponto de equilíbrio relaciona estes parâmetros, onde se mostra o ponto de equilíbrio, onde pode-se determinar a quantidade de quilômetros a ser percorrida para que a amortização de seja realizada dentro do período de garantia do veículo. Para este estudo, será considerada a rodagem urbana, visto que é onde a frenagem regenerativa acontece e impacta diretamente na economia do consumo de combustível.

34

A figura 18 mostra o perfil que o motorista deve ter para que o custo adicional que implica a compra do Toyota Prius seja amortizado no período de garantia do veículo, que é o ideal no mercado automobilístico. Figura 18 – Período de Amortização

Fonte: Autor

Verifica-se que o motorista deve rodar mensalmente aproximadamente 1390 quilômetros por mês, ou 47 quilômetros diários no perímetro urbano para que seu investimento seja ressarcido durante o período de garantia do veículo, o que molda o perfil do motorista que queira adquirir este tipo de tecnologia no cenário atual brasileiro.

Após o estudo dos aspectos construtivos e no que estes diversos fatores trazem de benefícios, a tabela 6 mostra uma comparação geral entre veículos com FR e veículos convencionais.

35

Tabela 6 – Comparação entre veículos com FR x veículos convencionais

Tipo de veículo Construção

Economia

Durabilidade

Uso independente Espaço Preço

FR

Convencional

Processo complexo, devido aos diferentes mecanismos instalados FR recupera parte da energia cinética do veículo durante a frenagem, Toyota Prius pode recuperar aproximadamente 0.113 KWh A frenagem ocorre através da combinação da frenagem regenerativa com a frenagem convencional, acarretando em aumento da durabilidade dos componentes Não é possível manter somente a FR, necessitando freios mecânicos Componentes da FR ocupam um espaço maior do veículo Preço maior devido a necessidade de mais componentes

-

Processo convencional

+

+

Não FR, energia cinética será transformada em energia térmica e dissipada para o meio ambiente

-

+

Não existe ganho de durabilidade

-

-

Sistema de freio convencional acontece sem a necessidade da FR Componentes ocupam pouco espaço Preço menor

+ + +

Fonte: Autor

Observa-se uma vantagem do veículo com freios convencionais de em quatro itens, construção devido ao processo ser o tradicional sistema de freio, uso independente do sistema sem necessidade de algo agregado para sua função primária, menor espaço por não necessitar de mais componentes e o menor custo por não haver necessidade de empregar mais tecnologia.

O veículo com sistema de frenagem regenerativa apresenta vantagem em dois itens dos seis apresentados, o primeiro é a economia por recuperar a energia cinética o que resultará em econômica de combustível, maior durabilidade dos componentes do freio mecânico pelo fato de ser menos exigido durante as frenagens.

36

4. CRONOGRAMA

Como proposta para análise de curvas para o ganho real da quantidade de energia pela FR, segue-se o seguinte cronograma: • Junho à Julho de 2016: Aferição e confecção de curvas para posterior análise através dos softwares Matlab e Simulink. • Agosto à Setembro 2016: Processo de análise de curvas, de modo a calcular através dos estudos realizados o ganho real que a FR proporciona. Cronograma sujeito a posteriores alterações.

37

5. CONCLUSÕES

VE e VEH voltam a ser concorrentes dos veículos MCI após aproximadamente 100 anos, visto que o lançamento do Toyota Prius em 1997 e os lançamentos do início do século XX o mercado automotivo iniciou uma nova fase com objetivo de diminuir a dependência de combustíveis não renováveis e consequentemente emissões de poluentes no meio ambiente. Foi visto que os VE e VEH possuem uma importante característica de recuperar a energia cinética durante a frenagem, chamada frenagem regenerativa. Durante uma frenagem convencional a energia cinética do veículo é transformada em energia térmica e é dissipada para o meio ambiente, na frenagem regenerativa o motor elétrico, que é comumente chamado de máquina elétrica, é utilizado na função de gerador para converter a energia cinética do veículo em energia elétrica para armazenamento da bateria. A frenagem regenerativa ocorre a partir do momento que o pé é retirado do acelerador até o veículo parar completamente, seja pelo acionamento dos freios ou pelo torque contrário que a frenagem regenerativa proporciona ao veículo, simulando o freio motor de um veículo convencional.

A FR utilizada em conjunto com a frenagem convencional nos VEH e VE, devido a FR não possuir torque suficiente para atender a demanda solicitada durante uma frenagem convencional ou emergencial. Portanto a frenagem regenerativa atua em conjunto com os freios convencionais por atrito, o que acarreta em dizer que a FR auxilia a diminuir o uso da frenagem convencional e consequentemente diminui o seu desgaste aumentando a sua durabilidade. O veículo Toyota Prius em determinadas condições de FR apresenta até 3% de energia elétrica recuperada, representando um aumento de aproximadamente 750 metros de autonomia, acarretando na diferença de consumo de Km/l no perímetro urbano de uma cidade (condições start-stop).

38

Considerando-se a análise da diferença de preços para o consumo em VEH e MCI, vimos que para se amortizar o valor investido deve-se rodar uma quantidade de aproximadamente 1390 quilômetros mensais no perímetro urbano (foco de estudo deste trabalho), o que nem todo tipo de motorista percorre, mostrando que atualmente o principal fator para os VEH ainda não serem popularizados no mercado brasileiro se dá pelo seu alto custo de investimento.

39

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BARAN, Renato,; LEGEY, Luiz F.L., Veículos elétricos: história e perspectivas Brasil. Artigo XIII Congresso Brasileiro de Energia, 2010 p.207-224 CANALE, A. C. Automobilística: dinâmica e desempenho. São Paulo: Érica, 1989 p 62 D. Nanin , Electric Vehicles. 1996, p 11-24. GILLESPIE, T. D., Fundamentals of Vehicles Dynamics, Warrendale – USA: Society of Automotive Engineers, 1992, p 470 LENZ., André Luis. Freio Regenerativo: Sistema de recuperação de Energia Cinética. Disponível em: . Acesso em: 20 de Março de 2016 MI Chris, M. A. Masrur e W. G. Devid. Hybrid Electric Vehicles. 2011, p 8-35 M. Ehsani, G. Yimim e K. L. Butler. Application of electrically peaking hybrid (ELPH) propulsion system to a full size passenger car with simulated design verification,’’ IEEE Trans. Vehicular Technol., vol. 40, no. 6, Nov. 1999. M.Ehsani, G. Yimim , J.M. Miller, Hybrid ElectricVehicles: Architecture and Motor Drives. 2007, p 719-728. M. Ehsani, Modern electric, hybrid electric, and fuel cell vehicles. United States Of America: Crc Press, 2005, p 419 YOONG M.K, GAN Y.H, GAN G.D, LEONG C.K., Phuan Z.Y, Cheah B.K., Chew D.W. Studies of Regenerative Braking in Electric Vehicles. 2010, p 40-45.

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7. ANEXOS 7.1 Arquiteturas dos veículos Híbridos A arquitetura dos VEH pode ser basicamente definida como a conexão os componentes que define o fluxo de energia e as portas de controle. Os VEHsão classificados em 4 grupos:

híbrido em série, híbrido em paralelo, híbrido série

paralelo e híbrido complexo. As figuras 19, 20, 21 e 22 na sequência mostraram as distintas arquiteturas. Figura 19 – Arquitetura Híbrido em série

Fonte: Ehsani, 2005

Figura 20 – Arquitetura Híbrido em paralelo

Fonte: Ehsani, 2005

41

Figura 21 – Arquitetura Híbrido em série paralelo

Fonte: Ehsani, 2005

Figura 22 – Arquitetura Híbrido em complexo

Fonte: Ehsani, 2005

Nos exemplos acima o MCI e o ME foram tratados como fonte de energia primária e fonte de energia secundária, respectivamente. Porém o motor de combustão interna pode ser trocado por outra fonte de energia ou a bateria trocada por ultracapacitor.