Desenvolvimento de uma bateria com BMS para uso em veículo eléctrico

• Main Author: Carvalho, Ana Cláudia Rodrigues de
• Publication Date: 2015
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
• Download full: http://hdl.handle.net/10400.19/3089
• topic: Veículo eléctrico; Armazenamento de energia; Células electroquímicas; Bateria iões de Lítio; BMS (Battery Management System); Conversores de potência e motores eléctricos; Modelização cinemática e dinâmica

A presente dissertação tem por objectivo relatar o projeto de uma bateria com BMS para uso num veículo eléctrico e contribuir para a melhor integração dos veículos eléctricos, sensibilizando para a necessidade de uma mobilidade mais sustentável com suporte na eletricidade face ao panorama atual energético. O trabalho inicia-se com a exposição de um estado de arte sobre a evolução do veículo eléctrico com enfâse nos factores que levaram à sua hibernação, assim como as motivações que estiveram na origem do seu regresso e as diferentes arquiteturas atualmente em uso. De seguida, expõem-se o estudo da cinemática do veículo automóvel com formulação das forças que se opõem ao movimento, bem como a potência, velocidade e o binário para as vencer. Analisam-se depois as diferentes tecnologias de armazenamento de energia. Destas são exploradas as que atualmente cumprem melhor os requisitos para uso na mobilidade eléctrica com maior incidência na tecnologia electroquímica à base de Lítio e nos seus desenvolvimentos em curso. Apresentam-se também as funcionalidades que devem ser implementadas por um BMS para supervisão dos parâmetros críticos e a proteção da bateria. Foi depois escolhido um veículo e com base nas suas especificações procedeu-se ao projeto de eletrificação do sistema propulsor com a escolha de componentes reais. Por aplicação da teoria da cinemática foram formuladas as equações diferenciais que modelizam o comportamento dinâmico do veículo. A partir desses estudos e das especificações encontradas foi projetada uma bateria que permitisse alcançar a autonomia desejada e desenhada uma possível representação do seu aspecto interior e encapsulamento. Com base na modelização formulada foi desenvolvida uma aplicação em MATLAB para a simulação do comportamento do veículo em diferentes cenários. Este modelo permite inferir a ação da variação da massa e da inclinação do pavimento sobre aceleração e a velocidade instantânea e máxima alcançável, assim como a distância percorrida pelo veículo. Com efeito, permite conhecer a evolução de outros parâmetros como a potência e o binário motor e a forças atuantes com o movimento. Adicionalmente foi realizada uma simulação do ciclo de condução NEDC que permite estimar o consumo energético, a partir do qual é calculado o impacto ambiental e a autonomia proporcionada pela bateria. A aposta na conversão de um automóvel convencional em eléctrico é uma solução viável e que promove a redução das emissões de CO2 deste sector, porém constitui ainda uma atividade não compensadora do ponto de vista económico.