Sistema de gerenciamento de energia para controle de carga/descarga entre baterias de lítio e ultracapacitores, envolvendo sistema de tração elétrica com frenagem regenerativa

Abstract

With the batteries’ technology evolution, the automobile industries noted the vehicle’s promising potential and comes strongly investing in passenger cars, offering the hybrid electric vehicles (liquid and electricity fuels), attracting the more conservative public, besides working on the evolution of automotive electrical systems. With prospects of a not too distant future in Brazil, this work is the development of energy management system between a battery and a supercapacitor packs, including regenerative breaking process. The electrical energy conditioning topology adopted is the cascaded configuration of two bidirectional DC- DC converters, which provide the energy power flow between energy storage components aforementioned and the vehicle traction machine. The regenerated energy, drawn from the traction machine in generator mode, is stored in the power conditioners, where the power flux depends on the charge condition of each one of the conditioners. For the control logic development, the storage system characteristics and the conditioners power transfer capacity are considered, once a hybrid energy storage system (batteries/supercapacitors) is used, taking into account the advantages of each technology. For simulation analysis and control logic management system, the Matlab/Simulink ® software was chosen because its integration to the DSpace ® platform and implementation easiness. The practical results involve a small-scale prototype, covering a programmable energy management logic, with the advantage of allowing the flexibility of new management roles implementation through programming functions

Com a evolução da tecnologia das baterias, a indústria automobilística percebeu o potencial promissor dos veículos elétricos e vem investindo fortemente em carros de passeio, oferecendo o veículo híbrido (combustível líquido e eletricidade) como atrativo ao público mais conservador, além de trabalhar na evolução do sistema elétrico dos automotores. Com perspectivas de um futuro não muito distante no Brasil, este trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema de gerenciamento de energia entre um banco de baterias de íons de lítio e supercapacitores, englobando o processo de frenagem regenerativa. A topologia de condicionamento de energia empregada consiste na conexão em cascata de dois conversores CC-CC bidirecionais de energia elétrica, cuja função é o controle da transferência de potência entre os armazenadores de energia supracitados e a máquina de tração do veículo. A energia recuperada, através da operação da máquina de tração como gerador, é armazenada nos acumuladores de energia, sendo o fluxo de energia dependente do nível de carga de cada acumulador. Para o desenvolvimento da lógica de controle do sistema, as características de carga e capacidade de transferência de potência dos elementos acumuladores de energia elétrica é levada em consideração, uma vez que é empregado um sistema híbrido de armazenadores de energia (baterias/supercapacitores), aproveitando as vantagens de cada uma das tecnologias. Para a etapa de simulação e análise da lógica de controle e para o gerenciamento do sistema, a plataforma Matlab/Simulink ® foi escolhida em função da facilidade de prototipagem através da plataforma de implementação DSpace ® . Como resultado prático desse trabalho, um protótipo de baixa escala contemplando lógica programável de gerenciamento de energia foi desenvolvido, tendo como vantagem a flexibilidade de implementação de novas ...