Desenvolvimento de um sistema de interface para baterias de uma bicicleta elétrica

Abstract

A poluição atmosférica provocada pelos veículos com motores de combustão interna contínua a ser um dos grandes problemas da esfera global. Os veículos elétricos são considerados uma das principais soluções no que toca à redução da emissão de gases com efeito estufa no setor dos transportes, no entanto, estes ainda apresentam algumas desvantagens que impedem a sua adoção numa escala global, como o seu elevado custo de aquisição, baixa autonomia, elevado tempo de carga e insuficientes postos de carregamento. Nos últimos tempos as bicicletas elétricas têm ganho bastante popularidade a nível global. Estas possuem diversos benefícios como o seu tamanho compacto, baixo custo de aquisição, baixo custo de manutenção e versatilidade. Como estas permitem um uso mais eficiente do espaço podem ajudar na diminuição dos congestionamentos do trânsito e, dependendo do país em questão, não é necessária uma licença para a sua condução. Adicionalmente, as bicicletas elétricas são uma mais-valia no que toca à saúde do utilizador, pois ao pedalar estão a promover o exercício cardiovascular e a desgastar calorias. O auxílio proveniente do motor elétrico pode ainda ajudar o utilizador a percorrer maiores distâncias e em terrenos com maiores inclinações. Nesta dissertação está apresentado o desenvolvimento e implementação de um sistema de carregamento de baterias de uma bicicleta elétrica a partir da rede elétrica e que, devido ao formato compacto, permite que todo o sistema seja de fácil transporte. Ao longo da presente dissertação, é efetuada uma pesquisa sobre a importância das bicicletas elétricas globalmente, a sua história, o mercado em que estão inseridas e os diversos componentes que as constituem. Também é realizada uma análise bibliográfica aos conversores CA-CC e conversores CC-CC utilizados em sistemas de carregamento de baterias de bicicletas elétricas e efetuadas simulações computacionais de modo a validar as topologias escolhidas. Por fim, de modo a validar o funcionamento do sistema proposto, são apresentados os resultados experimentais obtidos durante a realização dos ensaios práticos.

Air pollution caused by vehicles with internal combustion engines continues to be a major problem in the global sphere. Electric vehicles are considered one of the main solutions when it comes to reducing greenhouse gas emissions in the transport sector, however, these still have some disadvantages that prevent their adoption on a global scale, such as their high acquisition cost, low autonomy, high charging time and insufficient charging stations. In recent times electric bicycles have gained substantial global popularity. They have several benefits such as their compact size, low acquisition cost, low maintenance cost, and versatility. Since they allow for a more efficient use of space, they can help ease traffic congestions and, depending on the country in question, they do not require a license to ride. Electric bicycles are very beneficial when it comes to the user's health, they promote cardiovascular exercise and help burn some extra calories. The aid provided by the electric motor can also help the user to cover longer distances and travel through steeper terrains. This dissertation will present the development and implementation of a battery interface system for an electric bicycle that allows charging the batteries of an electric bicycle and has a compact format, so that the whole system is easy to transport. Throughout this dissertation, a research is carried out on the importance of electric bicycles globally, their history, the market in which they are inserted and the various components that constitute them. A literature review of the AC-DC converters and DC-DC converters used in electric bicycle battery charging systems is also carried out, and computer simulations are performed in order to validate the chosen topologies. Finally, in order to validate the operation of the proposed system, the experimental results obtained during the practical tests are presented.