7.1. Conclusões
Nesta Dissertação de Mestrado foi apresentado o Desenvolvimento de um Sistema de Carregamento Externo de Baterias de Veículos Elétricos com Interface a Fonte de Energia Renovável. Este sistema contribui para o esforço mundial de redução de emissões poluentes para atmosfera, fornecendo uma solução para que se possa efetuar, sempre que possível, o carregamento das baterias dos veículos elétricos através de fontes de energia renovável.
Inicialmente procedeu-se à pesquisa, apresentada no Capítulo 2, de informação relativa às tecnologias de baterias que são utilizadas nos veículos elétricos, bem como os sistemas já existentes que possibilitam o seu carregamento. Conclui-se que para este projeto, o conversor CA-CC bidirecional de ponte completa e o conversor buck + boost eram as melhores topologias.
Foi também efetuada uma pesquisa sobre os sistemas fotovoltaicos para produção de energia elétrica, que é apresentada no Capítulo 3. Durante este capítulo foram apresentados diversos algoritmos de MPPT, sendo que para este trabalho foi escolhido o algoritmo de Condutância Incremental. Também foram analisadas topologias para o conversor que faz o interface aos módulos fotovoltaicos, e concluiu-se que a mais indicada era a topologia boost.
Tendo em conta a análise das vantagens e desvantagens das diferentes topologias apresentadas nos Capítulos 2 e 3, procedeu-se às simulações do sistema de carregamento com as topologias escolhidas, cujos resultados são apresentados no Capítulo 4. Estas simulações permitiram concluir que o sistema projetado era viável e que cumpria todos os requisitos
propostos. O sistema simulado conseguia operar em modo Grid-to-Vehicle (G2V),
Vehicle-to-Home (V2H) e Vehicle-to-Grid (V2G), também é possível o carregamento das baterias através de uma fonte de energia renovável.
No Capítulo 5 foram descritos todos os passos efetuados para o dimensionamento do sistema de carregamento. São apresentadas as justificações para as opções tomadas nas escolhas desses mesmos componentes.
Por fim, no Capítulo 6 são apresentados os resultados dos ensaios efetuados, estes ensaios envolveram o carregamento de um banco de baterias de 24 V/33 Ah. Na sua maioria, os resultados obtidos vão de encontro ao que era esperado, com exceção do ensaio do modo
vehicle-to-home (V2H). Apesar deste contratempo, os resultados são promissores e permitem validar as opções tomadas ao longo deste projeto. O MPPT pode ainda ser melhorado, através da modificação dos parâmetros utilizados, permitindo assim que a potência extraída seja ainda mais próxima da potência máxima. Quanto
É importante referir que os ensaios foram efetuados com tensões reduzidas, mas que todo o projeto foi dimensionado para uma potência de 3,7 kW, com uma tensão de rede de 230 V, um banco de baterias de 280 V/9 kWh, e módulos fotovoltaicos em que a sua potência máxima fosse de 3,7 kW.
7.2. Propostas de Trabalho Futuro
Os resultados obtidos ao longo deste trabalho mostram a viabilidade das diferentes topologias adotadas, bem como os diferentes algoritmos de controlo escolhidos para este sistema de carregamento. Contudo o seu desenvolvimento não está concluído, em primeiro lugar é necessário encontrar os parâmetros para os controladores PI dos dois conversores em modo V2H, de modo a evitar a instabilidade detetada.
É também importante proceder-se a ensaios que validem um ciclo completo de carga das baterias, quer através da rede quer através dos módulos fotovoltaicos, de forma a verificar se os três estágios de carga das baterias de ácido-chumbo são cumpridos.
Seria também interessante repetir os ensaios ao conversor CC-CC unidirecional, mas desta vez utilizando módulos fotovoltaicos, no lugar da fonte CC e do reóstato, em diferentes condições de irradiância e temperatura, como forma de determinar o comportamento do algoritmo de MPPT em condições reais de utilização. Também os parâmetros do algoritmo de MPPT poderão ser melhorados, com vista à melhoria da sua eficiência.
Os ensaios efetuados devem ser novamente realizados, aumentando progressivamente as tensões até se chegar aos valores nominais para os quais o sistema de carregamento foi dimensionado, verificando o seu comportamento.
Estes são os aspetos a melhorar no âmbito do que estava proposto para esta Dissertação de Mestrado, contudo existe ainda espaço para melhorar o trabalho realizado. De seguida apresenta-se uma lista com possíveis desenvolvimentos que podem ser incluídos neste sistema de carregamento:
Utilizar uma topologia de conversor CC-CC bidirecional que permita o isolamento galvânico, de forma a contribuir para a segurança dos utilizadores. Uma topologia possível seria a Dual Active Bridge apresentada na Figura 2.24.
Modificar o algoritmo de controlo utilizado de forma a permitir que o inversor
funcione em modo V2G. Desta forma, quando no futuro as smart grids forem uma
realidade nas nossas cidades, poder-se-á vender energia à rede elétrica durante os períodos de pico de consumo.
O hardware implementado pode permitir que a energia produzida pelos módulos fotovoltaicos seja injetada na rede elétrica, quando não estiver a decorrer um carregamento. O algoritmo de controlo para tal já foi apresentado no Capítulo 4, pelo que as alterações ao projeto existente seriam mínimas.
Criar uma interface com o utilizador que lhe indique o estado de carga das baterias e que, por exemplo, lhe permita decidir se quer dar prioridade ao carregamento através de energias renováveis ou através da rede elétrica. Também seria importante ter a opção de escolher se o conversor funciona em modo V2G ou em modo V2H.
Como as baterias de ácido-chumbo são muito pouco utilizadas em veículos elétricos, seria interessante adaptar o controlador do conversor CC-CC para que este se adeque aos requisitos de carregamento de outros tipos de baterias, nomeadamente as baterias de iões de lítio, polímero de lítio e as de hidreto metálico de níquel.
A potência nominal deste sistema de carregamento poderá limitar o tempo necessário para efetuar o carregamento das baterias. Posto isto, e como a saída do sistema de carregamento é em CC, poder-se-ia alterar o conversor de modo a cumprir com os requisitos do modo 4 de carregamento, ou da norma CHAdeMO, e elevar a potência do conversor até aos 50 kW. O conversor CA-CC pode passar a ser trifásico em vez de monofásico.
Caso se pretendesse utilizar este sistema de carregamento numa estação de carregamento de baterias, como as da Tesla apresentadas no Capítulo 2, poder-se-ia utilizar um banco de baterias de ácido-chumbo com elevada capacidade de armazenamento. Deste modo seria possível armazenar a energia produzida em excesso pelas fontes de energia renovável.
Por fim este trabalho poderia ser melhorado e otimizado, para que pudesse estar em condições de ser comercializado. Teriam de ser efetuados testes às emissões e
suscetibilidades eletromagnéticas do sistema de carregamento, bem como verificar se cumpria os requisitos relativos à segurança. Isto implicaria que alguns dos componentes utilizados, tivessem de ser substituídos por outros com valores nominais o mais próximo possível dos valores nominais do sistema de carregamento, permitindo assim uma solução economicamente viável.
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