Concepção e dimensionamento dos sistemas de propulsão e de baterias de um veículo elétrico urbano

Abstract

Os mercados automotivos apresentam tendências globais de eletrificação. Paralelamente, com o crescimento das cidades, há busca por carros compactos que melhor se adaptam ao trânsito e contêm maior taxa de ocupação. Este trabalho propõe, assim, dimensionar os sistemas de propulsão e de baterias de um carro elétrico compacto, os quais são importantes para o desenvolvimento do veículo. Para tanto, foi utilizado um modelo CAD de carro compacto dos quais foram extraídas as dimensões e as projeções de massa total, que também resultaram das especificações preliminares de motor e de baterias. A partir dos parâmetros iniciais, diversos cálculos analíticos foram realizados para demonstrar as forças envolvidas no deslocamento do automóvel e, assim, deu-se origem às demandas de potência e de torque. As potências necessárias foram organizadas por velocidade e por aclive da pista de rolamento e algumas foram selecionadas para compor a faixa de funcionamento do veículo. Subsequentemente, foram observados diversos catálogos de fabricantes para comparar as opções de motorização e de baterias e os modelos que melhor atendiam, conforme as necessidades descritas, às demandas, foram especificados para o projeto. Além disso, alguns parâmetros de desempenho e consumo foram calculados para avaliar o rendimento do veículo. Logo, obteve-se as especificações e notou-se que as baterias de lítio oferecem maior autonomia pela massa reduzida. Ademais, para o caso urbano, motores com potência na ordem de 22 kW atendem às demandas convencionais de potência.

Automotive markets are experiencing global trends in electrification. At the same time, with urban growth, there is a raising demand for compact cars, that are better suited to heavy traffic. This study, therefore, aims to size both propulsion and battery systems of a compact electric car. A CAD model of a compact car was used to obtain dimensions and total mass projections, which were also derived from preliminary specifications of the motor and batteries. Based on the initial parameters, various analytical calculations were performed to demonstrate the forces involved in the vehicle's movement, thus establishing power and torque demands. The required power was organized according to speed and slope of the driving surface, and some were selected to define the vehicle's operating range. Subsequently, various manufacturer catalogs were reviewed to compare motor and battery options, and the models that best met the specified requirements were selected for the project. Additionally, some performance and consumption parameters were calculated to assess the vehicle's efficiency. As a result, the specifications indicated that lithium batteries offer greater range due to their reduced mass. Furthermore, for urban applications, motors with a power rating of around 22 kW meet conventional power demands.