Conversão de Para Carro Elétrico

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muito altas, e resistências normalmente desprezadas em aplicações de baixa corrente podem ser desastrosas no projeto deumVE.Porexemplo,umVEcomresistênciatotaldasinterconexõesde0,1 Ω conduzindo 100 A em uma tensão de banco de baterias de 100 V (valores típicos de um motor de 13 HP), apresentaria nos cabos uma perda de 1000 W ou seja, cerca de 1,3 HP. 3 Projeto Supermini elétrico. O projeto de conversão do Supermini em elétrico veio, não apenas do desejo de contribuir para o desenvolvimento da tecnologia de veículos elétricos, mas também da curiosidade a respeitodecomosecomportariaumprotótipofuncional,nautilizaçãonodiaadia,rodando normalmente em cidade e estrada. Como no Brasil não existe nenhuma plataforma de veículos elétricos comerciais, a opção recaiu em uma adaptação de um veículo com motor a combustão, o que abre a porta para uma segunda investigação, que é justamente a possibilidade de conversão de veículos a gasolina/álcool em elétricos, da mesma forma que hoje se faz a conversão para GNV.

A escolha do Gurgel Supermini foi feita principalmente devido ao peso e ao custo relativamente baixo do modelo, já que se trataria de um veículo experimental. Não modicar a estrutura original foi também um objetivo deste trabalho. Na gura 1 apresentamos uma foto da estrutura do Gurgel Supermini. O Gurgel Supermini, um veículo 100% nacional, foi fabricado pela Gurgel Motores S.A. entre 1992 e 1994. Possui um chassis tubular e estrutura em bra de vidro. Com motor original bi-cilíndrico de 30 HP, o Supermini atinge uma velocidade máxima de 120 km/h com 630 kg de peso.

Figura 1: Estrutura do Gurgel Supermini

4 Seleção do motor elétrico a ser utilizado A escolha do motor foi feita considerando a potência máxima do motor original a gasolina de30HP.Ummotorelétricopossuiumapotênciadepico3vezesmaiorqueovalornominal. O motor escolhido foi o modelo A00-4009, do fabricante Advanced DC Motors, com 10 HP contínuos e 30 HP de pico. Foi feita a opção pelo motor importado, pois o custo deste, incluindo todos os impostos, inexplicavelmente é 50% menor que o equivalente nacional. O motor original foi removido, e uma ange de alumínio foi feita nas mesmas dimensões do câmbio original. Ao eixo do motor elétrico foi adaptado a ponta de um virabrequim idêntico ao do motor original a gasolina. Desta forma, para o câmbio, cou transparente a introdução do novo motor, mantendo o sistema de embreagem/platô/câmbio inalterados. A montagem realizado é mostrada na gura 2.

(a) (b)

Figura 2: (a) Motor e ponta do virabrequim (b) ange de alumínio Nas Figuras 3 (a) e 3(b) são apresentadas fotos do carro com o motor original, e após a colocação do motor elétrico, utilizando o mesmo suporte do câmbio. 5 Escolha do banco de baterias Para manter o espaço interno livre, foi feita a opção por um banco de baterias que coubesse no bagageiro traseiro. Através de medidas feitas em outros veículos elétricos construídos

(a) (b)

Figura 3: Supermini com: (a) motor original (b) motor elétrico

(veículos de duas rodas) e analisando outros VEs operacionais, chegou-se a um valor aproximado de que 1/3 do peso total da estrutura do carro pode ser empregado em baterias, para termos um bom desempenho. Assim, para o SuperMini, que tem massa total de 630 kg, temos: a) massa do motor original + massa do tanque de combustível = 130 kg. b) massa do motor elétrico = 23 kg. Logo temos: Massa da estrutura (kg) = 630−130 = 500 kg Massa da estrutura com motor elétrico (kg) = 500 + 23 = 523 kg Dessa forma, o total da massa das baterias deverá ser cerca de MBAT = 523/3’174 kg. Foram utilizadas 14 baterias chumbo-ácido, cada uma com capacidade de 60 Ah e massa de 14 kg. Através de ligações série/paralelo, obteve-se um banco de baterias com capacidade de 120 Ah e 84V (aproximadamente 10 kW.hora) e massa total de 196 kg. A opção por baterias convencionais de chumbo ácido foi feita tendo como critério apenas o custo nal, sendo que, no entanto, a autonomia obtida para algumas aplicações urbanas foi adequada. Após termos vericado a funcionalidade do protótipo, será realizada a subsituição das baterias convencionais por baterias tracionárias. Após avaliarmos o desempenho com as baterias tracionárias, o próximopasso no desenvolvimento será novamenteuma mudançano banco de baterias, trocando as baterias tracionárias por baterias de alta tecnologia e de alta capacidade energética, do tipo Lítio-Íon ou Lítio-Polímero [5, 6]. O banco de baterias foi instalado no bagageiro do protótipo, pois optou-se por manter a parte traseira do veículo utilizável, como é apresentado na gura 4.

Figura 4: Instalação das baterias no bagageiro

6 Controle de potência Ocontroladordeumveículoelétricodevesercapazdechavearatensãodobancodebaterias, variando a largura de pulso e, conseqüentemente, a potência entregue ao sistema. Existem

controladoresprontos,especícosparaestem, porémcomobjetivodeadquirirknow-how e de baratear o projeto, optou-se por projetar e desenvolver um controlador próprio, que utilizasse componentes de facilmente encontrados no mercado nacional. Na construção do controladorforamutilizadostransistoresMOSdepotênciaemparaleloediodosSchottkyde alta corrente. Um motor elétrico produzindo 30 hp consome uma potência aproximada de 23 kW. Com um banco de baterias de 84 V, isto equivale a um consumo de corrente de 268 A. Para maiorsegurança, ocontroladordeveser projetado parasuportarcom folgaestademanda de potênciae, paraisso, foramutilizadosdeztransistoresMOSde80Ae100V,naconguração paralela [7]. OusodostransistoresMOSemparalelopermiteumaequalizaçãodacorrentedistribuída entre eles, pois a resistência no estado de condução Rdson aumenta quando o transistor esquenta. Assim, cada transistor se ajusta automaticamente em relação às distribuições de corrente [7, 8]. Os diodos Schottky permitem que a energia armazenada no enrolamento do motor, no instante em que o transistor MOS está desativado, circule pelo próprio motor, aumentando a eciência do conversor e protegendo os transistores dos picos de corrente, produzidos no chaveamento. Em um pré-protótipo foi também testado um chopper com SCRs, porém, devido à baixa eciência obtida, cerca de (70%), o uso deste foi descartado. Nos testes realizados com o controlador a transistores MOS, a eciência de conversão foi superior a 90%, justicando plenamente sua utilização. Uma foto do circuito nal implementado, já montado no SuperMini, é apresentada na gura 5.

Figura 5: Fotograa do controlador com transistores MOS implementado

7 Resultados experimentais