Carregador de baterias para veículos elétricos com modo de operação Vehicle-to-Vehicle (V2V)

Abstract

Atualmente, os Veículos Elétricos (VEs) são considerados um dos principais meios para reduzir o excesso de emissões de gases com efeito estufa oriundos do setor dos transportes, mais precisamente dos Veículos com Motores de Combustão Interna (VMCI). No entanto, ainda existem alguns entraves que continuam a atrasar a imposição dos VEs como principal meio de transporte, tais como o número reduzido de postos de carregamento, baixa autonomia, elevado tempo de carga, e custo elevado de aquisição de um VE. Considerando estes problemas, são vários os esforços que a sociedade tem vindo a fazer, com o intuito de melhorar a tecnologia presente nos VEs e assim colmatar os problemas que estes apresentam. O aumento da instalação de fontes de Energias Renováveis irá ajudar a diminuir a emissão de gases com efeito de estufa, oriundos da energia produzia em centrais termoelétricas convencionais, que entre muitas aplicações se destinam também a alimentar os VEs. Contudo, o reduzido número de postos de carregamento e as suas localizações continuam a ser o maior entrave para a sua aceitação, o que originou o tema da presente dissertação de mestrado: um carregador de baterias para VEs que permite o modo de operação Vehicle-to-Vehicle (V2V), com uma potência de 3,6 kW. O modo de operação proposto apresenta-se como uma alternativa aos modos convencionais de carregamento já existentes, tendo a seu favor a mais-valia de ser dotado de mobilidade, o que é particularmente importante em situações de emergência, permitindo o carregamento da bateria do VE em qualquer lugar, sem recorrer a um posto de carregamento. Ao longo da presente dissertação, foi realizada uma pesquisa sobre a história dos VEs, o conceito de mobilidade elétrica, sistemas de armazenamento de energia em VEs e conversores CC-CC bidirecionais utilizados em sistemas de carregamento de baterias de VEs, sendo depois realizadas simulações com o intuito de validar a topologia e o sistema de controlo adotados. Por fim, de modo a validar o funcionamento do sistema no modo V2V, são apresentados os resultados obtidos no decorrer dos testes experimentais efetuados, bem como uma análise comparativa com os resultados das simulações computacionais.

Currently, Electric Vehicles (EVs) are considered one of the main means to reduce the excessive greenhouse gas emissions coming from the transport sector, more precisely from Internal Combustion Engine Vehicles (ICEV). However, there are still some barriers that delay the imposition of EVs as the main means of transport, such as the reduced number of charging stations, low driving range, high charging time, and high acquisition costs of an EV. With these problems in mind, there are several efforts that society has been making in order to provide EVs with increasingly superior technologies, and thus overcome the problems they present. To this end, the increased installation of Renewable Energy Sources will help reducing the emission of greenhouse gases from the energy produced in conventional thermal power plants to power the EVs. However, the small number of charging stations and their locations are still the biggest obstacles for their acceptance, which originated the subject of this master thesis: a battery charger for EVs which allows Vehicle-to-Vehicle (V2V) operation mode with a power of 3.6 kW. The proposed operation mode presents itself as an alternative to the existing conventional charging modes, with the added value of being mobile, which is particularly important in emergency cases, allowing the EV battery to be charged anywhere, without having to travel to a charging station. Throughout this master thesis, research was conducted on the history of EVs, the concept of electric mobility, energy storage systems in EVs, and bidirectional DC-DC converters used in EV battery charging systems, and simulations in order to validate the adopted topology and control system. Finally, in order to validate the operation of the system in V2V mode, the results were obtained in experimental tests, and a comparative analysis with the computer simulation results are presented.