Modos operacionais

As Estratégias de Gerenciamento de Potência (EGP) utilizadas para controle dos modos operacionais tem como função gerenciar a distribuição de potência proveniente das fontes de energia existentes nos sistemas de tração elétrico e mecânico a MCI. O uso combinado destas fontes energéticas é uma tarefa complicada e requer a análise de um grande número de variáveis. Existem métodos capazes de definir a escolha ótima que produzirá o menor consumo de combustível. No entanto são algoritmos que requerem a predição futura ou conhecimento total do problema. Métodos menos complexos podem ser alcançados por algoritmos determinísticos. Detalhar e avaliar esses diferentes métodos não está no escopo deste trabalho. Maiores detalhes podem ser obtidos em (SHEN, SHAN e GAO, 2011), (EHSANI e EMADI, 2010), entre outras.

Os autores (FALLAHI e NIASAR, 2014) avaliam duas estratégias de controle para hibridização paralela de eixos separados utilizando o software ADVISOR. A primeira estratégia é conhecida como On/Off e a segunda estratégia utilizada é baseada em lógica Fuzzy. Apesar de mais complexa, a estratégia baseada em lógica Fuzzy apresentou melhores resultados de consumo e emissão de poluentes. Neste trabalho de dissertação é utilizada a estratégia On/Off do ADVISOR modificada para a arquitetura Paralela-ES, optou-se por utilizar um método menos complexo.

A estrutura de controle é composta por uma Unidade de Controle Híbrida (UCH), que recebe sinais de controle de vários subsistemas do conjunto para serem processados e gerar referências de saídas. A propulsão do veículo está então vinculada a UCH, que acionará o sistema propulsor com as demandas de torque necessárias a cada um.

4.6.1 Modos de Operação do VEH Paralelo – ES

Os modos de operação do VEH que estão sendo propostos por este trabalho estão descrito pelos tópicos abaixo.

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 Propulsão puramente a Motor de Combustão: Neste modo de operação o MCI é o único a prover a propulsão ao veículo, no caso, no eixo dianteiro do veículo. O sistema de tração elétrica neste caso não fornece torque para motorizar as rodas do eixo traseiro;

 Propulsão híbrida: Neste modo tanto o sistema de tração a MCI do eixo dianteiro quanto à tração elétrica no eixo traseiro atuam para suprir as demandas de torque motor do ciclo de condução. Este modo de operação proporciona tração nas quatro rodas do veículo, isso porque a arquitetura utilizada é a paralela de eixos separados;

 Frenagem regenerativa: O sistema de propulsão elétrica atua para aproveitar a energia cinética do veículo durante a desaceleração, assim, a máquina elétrica opera em modo gerador sempre que há desaceleração;

 Recarga das baterias por tração do sistema a MCI: Este modo de operação pode prover recarga ao sistema de armazenamento de energia quando o MCI está tracionando o veículo. Neste caso é permitido um aumento de 10% da demanda de torque do MCI para suprir essa recarga, caso necessário. Este modo possibilita recarregar as baterias enquanto o veículo é movido pelo MCI e o SOC está baixo. Porém, com o veículo parado isso não é possível.

O modo de operação em que ocorre tração puramente elétrica não é factível neste caso. Esta limitação se deve as características do veículo convencional proposto a ser hibridizado. Neste veículo, todas as cargas mecânicas do veículo, como por exemplo, compressor do ar condicionado, direção hidráulica, freios, alternador do sistema elétrico e as demais cargas elétricas como faróis e rádios dependem do MCI em operação. Outro fator limitante é o sistema de transmissão manual do veículo com acoplamento de embreagem demandada pelo motorista.

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Conclusões

Como visto, este capítulo apresenta a concepção do sistema proposto para hibridização de um veículo convencional a MCI com características de um compacto nacional. A proposta é tornar o veículo em um VEH sem que grandes modificações sejam necessárias ao sistema e a estrutura do convencional, por isso foi estabelecida a utilização da arquitetura paralela de eixos separados. A relativa facilidade de hibridização do veículo utilizando esta arquitetura somada à disponibilidade de tração nas quatro rodas motivou o estudo, mesmo diante da limitada capacidade de recuperação de energia por frenagem do sistema de tração elétrica no eixo traseiro. As informações técnicas do veículo o os componentes que o compõe foram coletadas por meio de ensaios realizados em laboratório e em pista de testes pelo CTM/UFMG, fato que possibilitou gerar as informações necessárias para modelar os componentes e os veículos no ambiente de simulação do ADVISOR. Essa representação é realizada principalmente por meio das características de torque, potência e eficiência dos componentes, além do peso.

A máquina de indução de nove fases foi escolhida devido a sua confiabilidade em caso de falhas por perda de fases, pela capacidade de produzir torques extras com injeção de correntes de terceiro harmônico, pela possibilidade de mudança do número de pólos eletronicamente. Outros benefícios podem ser obtidos com a utilização desta máquina, como por exemplo, a possibilidade de reduzir o nível de tensão nas fases e o número de células de bateria em série e a possível eliminação do conversor CC/CC entre o inversor e a bateria. Todos estes atrativos contribuem para compactar o sistema de tração a ser embarcado no eixo traseiro. Necessidade que também justifica a escolha do modelo de bateria de íon-lítio.

A partir da velocidade máxima alcançável pelo veículo convencional e a velocidade base da máquina elétrica no modo 4 pólos – 9 fases foi definida a redução do sistema de transmissão do propulsor elétrico, composto por uma caixa de redução e pelo diferencial mecânico.

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Por fim, o modo de operação do sistema de propulsão híbrida fica amarrado a arquitetura e as características do veículo convencional a ser hibridizado.

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