CONVERSÃO DE UM VEICULO CONVENCIONAL PARA VE

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Jardel Eugenio da Silva 1*
https://orcid.org/0000-0002-0037-3208
Jair Urbanetz Junior 1*
https://orcid.org/0000-0001-9355-1730
[1] Federal Technological University of Paraná, PPGSE, Curitiba, Paraná, Brazil;
Received: 2018.11.05; Accepted: 2019.07.26. 
*Correspondence: jardel.eugenio@hotmail.com; (J.E.S.); urbanetz@utfpr.edu.br; (J.U.J)

Resumo: 

O veículo elétrico (VE) não é uma tecnologia recente, na passagem do século XIX para o XX a maioria dos veículos automóveis eram elétricos, isso se deu devido sua confiabilidade e limpeza se comparar-se com os movidos por motor de combustão interna (MCI), porem com a evolução e redução do preço dos motores de combustão interna, os carros elétricos ficaram esquecidos, e quase um século depois eles retornaram devido ao aumento significativo no preço dos combustíveis fósseis, bem como a preocupação com o meio ambiente. Os VEs apresentam uma série de vantagens sobre os veículos MCI, pois são mais simples e exigem menor uso e substituição de peças, reduzindo os custos de manutenção, além de não emitirem poluentes ao meio ambiente, porém o seu custo de produção ainda é bastante superior [2]. Com objetivo de comprovar se é possível converter um veículo convencional para elétrico a um custo razoável, e que tenha bom desempenho com boa relação de kWh por km rodado, foi convertido para 100% elétrico o veículo convencional da montadora Mercedes Benz, modelo Classe A 190, e após vários ensaios os resultados demonstraram ser viável sua conversão, pois o mesmo atingiu uma média de 16 centavos por quilometro rodado a um custo de 63 centavos o kWh, podendo chegar a zero esse custo, com aproveitamento da radiação solar para gerar energia elétrica, através de painéis fotovoltaicos, além de configurar como uma solução ambientalmente sustentável.

Palavras-chave: Veículos elétricos, Painéis fotovoltaicos.

Abstract: 

The electric vehicle (VE) is not a recent technology, in the passage from the nineteenth century to the twentieth century, most motor vehicles were electric, because of their reliability and cleanliness, compared to those driven by the internal combustion engine), but with the evolution and the reduction of the price of internal combustion engines, electric cars were forgotten, and almost a century later they returned due to the significant increase in the price of fossil fuels as well as concern for the environment. The VEs present a number of advantages over MCI vehicles, as they are simpler and require less use and replacement of parts presenting lower maintenance costs, besides not emitting pollutants to the environment, but its cost of production is still much higher [2]. In order to verify that it is possible to convert a conventional vehicle into an electric vehicle at a reasonable cost, and that the performance is good with a good kWh per km ratio, the conventional Mercedes Benz A 190 was converted to 100% electric after several tests, the results were feasible, since they reached an average of 4,19 cents per kilometer at a cost of 16 cents per kWh, being able to reach zero with the use of solar radiation to generate electricity, through photovoltaic panels and as an environmentally sustainable solution.

Key words: Electric vehicles, Photovoltaic panels.

1 INTRODUÇÃO 

O veículo elétrico não é uma tecnologia recente, na passagem do século XIX para o XX a maioria dos veículos automóveis eram elétricos, isso se deu devido sua fiabilidade e limpeza se comparar-se com os movidos por motor de combustão interna (MCI), porem com a evolução e redução do preço dos MCI, os carros elétricos ficaram esquecidos por quase um século. Quando houve aumento significativo no preço dos combustíveis fosseis, e também com a preocupação com o meio ambiente, fazendo-o ressurgir. Em um automóvel convencional verifica-se que o principal componente de locomoção seria o MCI, esquecendo o tanque de combustível. Porém, no veículo elétrico (VE), são as baterias (ou acumuladores de energia), o controlador e o motor elétrico [1].

Existentes várias topologias e arquiteturas diferentes, cobrindo diferentes aplicações de veículos elétricos puros, devido ao grande número de topologias encontradas após uma pesquisa inicial da literatura, foi utilizado um conjunto de componentes de  diferentes topologias, isso permitiu a análise utilizando dados generalizados de eficiência, peso e potência aplicada de cada topologia, auxiliando na escolha da melhor topologia para conversão do Mercedes Benz Classe A 190, que passa a ser denominado de Eco Auto. 

2. CONVERSÃO DE UM VEÍCULO CONVENCIONAL PARA VE

Após aquisição do veículo Mercedes Benz Classe A 190 (Eco Auto), foram levantados os principais componentes necessários para a conversão e relacionados na tabela 1. Na figura 01 é mostrada como ficou o Mercedes Benz Classe A 190 após a remoção do motor de combustão interna (MCI) e seus periféricos.

Figura 01. Remoção do Motor de combustão interna (MCI).

2.1. TOPOLOGIA ADOTADA NA CONVERSÃO 

A topologia adotada na conversão do VE é mostrada na Figura 2, a qual consiste em um banco de baterias ligado a um controlador que comanda um motor do tipo BLDC, quando o condutor do veículo aumenta a aceleração, aumenta a retirada de energia da fonte (bateria) e entrega ao motor, aumentando sua rotação [2].

Figura 2. Topologia tradicional de um BEV.

Fonte: Elaborado pelos autores com base na referência [3]

É importante ressaltar, que o motor elétrico produz torque máximo na partida, e sua curva de eficiência permanece quase constante até atingir alta rotação, ao contrário do motor de combustão convencional que é relativamente ineficiente entre 5% a 10% em baixa rotação, e 28% em alta rotação, sendo a eficiência média em torno de 15%. Se considerar que no meio urbano, automóveis raramente trabalham em alta rotação, e que mesmo sem estar em movimento o motor a combustão permanece em funcionamento desperdiçando energia [4].

2.2. MOTOR ADOTADO NA CONVERSÃO 

O motor de corrente continua  é o mais eficiente para controle de velocidade sem perder o torque, mas com algumas desvantagens, como manutenção das escovas, tamanho e peso, por isso optou-se por motor DC Brushless (BLDC), apesar do custo ser ligeiramente maior e também ser necessário um sistema de controle eletrônico FOC (Field-Oriented Control), estes motores têm algumas vantagens importantes em comparação aos motores convencionais com escovas, maior eficiência, mínimo desgaste, expectativa de vida útil mais longa, design compacto, maior densidade de energia, menos ruído e maior confiabilidade. 

  Na conversão do Classe A foi utilizado um motor Brushless modelo igual da figura 03, com recursos personalizáveis, de 72V 10 kW, com peso de 17 kg, Comprimento (altura) 170 milímetros, Diâmetro 206 milímetros, velocidade 2000-6000 rpm (customizável), com eficiência de 93,5%.

Figura 03. Motor BLDC 72V/10000W

Fonte: acervo dos autores, 2018.

2.3. CONTROLADOR FOC ADOTADO NA CONVERSÃO 

O controlador FOC (Field-Oriented Control), adotado na conversão do Classe A, demonstrado na figura 04, foi especialmente projetado para motores brushless DC (BLDC) de alta potência entre 1KW até 20KW com tensões entre 48V e 96V,  o qual utiliza  algoritmo para controlar o campo magnético (FOC) no espaço vectorial (SV), modulação por largura de pulso (PWM) e microprocessador de 32 bits que incorpora o mais recente núcleo Advanced RISC Machine (ARM). O sistema FOC, também controla o torque e velocidade ao mesmo tempo e em tempo real, outra demanda de operação é o desempenho com controle de torque máximo, controle de potência constante, controle de circuito fechado de velocidade, parâmetros de ajuste no local, (Através de software e PC), sistema função de auto-controle (power-on), frenagem regenerativa, modo de velocidade de cruzeiro, e led e som para indicar funcionamento e estado de irregularidade.