Ajuda no cálculo de bateria para motor de um ZEV

[gimmigummy]

Pessoal,

Estou a projectar um ZEV:

A potência limite que o motor necessita para se deslocar à velocidade limite de 60km/h é: 4,517 kW (isto foi calculado em situações extremas, o meu ZEV só tem 210 kg)

As características do motor que vou usar é:
Potência: 5kW
n: 1500 rpm
Tensão: 48 V

As características do módulo da bateria são:
Tensão Nominal (V) 25,6
Capacidade Nominal (Ah) 40

Coloquei dois módulos paralelos de duas células em série. No total, a bateria tem capacidade de 4096 kW, ou seja:
Tensão Nominal (V) 51,2 V
Capacidade Nominal (Ah) 80 Ah

A minha dúvida está em como calcular a capacidade da bateria para o carro a andar a 60km/h e ter uma autonomia de pelo menos 100 km em condições óptimas.

Alguém me pode ajudar, por favor? Tenho ideia que são contas simples, mas eu não as sei fazer...

[Njay]

Esses 2 módulos de 25.6V 40Ah em série dão-te uma bateria de 51.2V e 40Ah e não de 80Ah, portanto 2048Wh.

Ora deixa ver... para a autonomia apenas podes fazer uma estimativa, porque depende de vários factores como terreno, densidade do ar e peso dos passageiros, e a tensão da bateria vai descendo à medida que se gasta. No caso de ir a gastar sempre os tais 4.517 KW e a 60 Km/h, a bateria daria para 2.048 KWh / 4.517 KWh ~ 45% de 1h (aproximadamente 60min x 45% ~ 27min); a 60 Km/h são cerca de 60Km x 45% ~ 27Km. Isto é uma estimativa optimista.

Uma bateria que armazene 1Wh consegue fornecer 1W durante 1h. A mesma bateria conseguiria fornecer 2W mas já só durante metade do tempo, meia hora. Ou 0.5W durante 2h.
Se vamos 1 hora a 10Km/h, percorremos 10Km. Se vamos meia hora a 20Km/h também percorremos 10Km. Se vamos 2h a 10Km/h percorremos 20Km.

Agora já consegues calcular a capacidade mínima necessária para os tais 100Km de autonomia?

[gimmigummy]

Não fazia ideia que era assim tão simples. Muito obrigado. Nem imaginas os caminhos complicados em que me estava a meter.

Mas eu não me devo ter explicado bem: eu coloquei dois módulos de baterias em serie. E peguei em mais dois módulos em serie e pus em paralelo com os outros dois módulos em série. Logo dá 51,2 V e 80Ah. Eu pus em série para que fosse suficiente para acompanhar a tensão do motor de 48 V.

Segundo a tua explicação a bateria que eu tenho daria para 54,4 km em situação extrema. E possivelmente em situações óptimas perto de 70 a 90 km. Visto eu ter mesmo puxado ao limite.

Muito obrigado pela ajuda!

[Njay]

Ups, não, tu explicaste bem, eu é que li mal, li só 2 módulos em série. Nesse caso, sim, são 4.096 KWh (ou seja 4 módulos de 25.6V 40Ah).

Terias na melhor das hipóteses esses 54.4 Km a 60Km/h, que, em situação real, nunca irias atingir. Maior autonomia do que o valor estimado só com menores velocidades, velocidade constante, terreno simpático, etc.

Não sei como calculaste o consumo, mas se foi em terreno direito, sem resistência do ar, sem resistência de rolamento, sem entrar com a eficiência do motor, transmissão, controlador e bateria, peso dos passageiros/carga, então a estimativa dada por este método simples é muito optimista.

[Fidel]

Amigo gimmi, esta a fazer as contas do peso do veiculo corretas? esses 210kg parecem mais so do motor e das baterias.
Esses 54.4Km parecem-me mesmo muito muito optimistas. podes mostrar umas fotos/imagens desse carro?
Outra coisa que me esta a fazer impressão 48v para um carro é mesmo muito pouco, nem as motos tem essa tensão, na minha bike estou a usar essa tensão e eu queria poder usar mais altas um bocado.

[gimmigummy]

Ora bem, talvez seja melhor explicar tudo.

Fui eu que desenhei o veículo. É de dois lugares, um na frente e outro atrás.

Elementos do Veículo & Peso (kg)
Baterias & 66 \\
Bancos & 16 \\
Rodas & 16 \\
Capota & 8 \\
Motor & 23 \\
Transmissão & 15 \\
Unidade de controlo do Motor & 5 \\
Amortecedores & 4 \\
Estrutura & 20 \\
{Chassi} & 15 \\
Componentes & 5 \\
Portas e Janelas & 14 \\
{Total} & {207 Kg} \\

O motor e o chassi são valores reais, os outros valores foram aproximações feitas com o solidworks.

Para calcular a força que o veículo tem que vencer, utilizei:

-Rarrasto: Coeficiente de arrasto elevado devido a poder ser descapotável.
-Rrolamento: Considerei pavimento bem asfaltado.
-Rdeclive: Utilizei a inclinação máxima desejável nas estradas de Portugal, 8% no maximo de 3000 m.

Não entrei com o peso do condutor. Mas acho que estas considerações já são suficientes.
O objectivo seria ter autonomia com condições normal, de 40 a 50 km. Porque nós em média viajamos menos que isso por dia. Por isso acho que estes cálculos devem dar para o que eu quero, o que acham?

Quanto ao motor, Fidel, normalmente os carros de golfe têm motores destes com esta tensão, daí ter escolhido este motor tendo em conta que satisfazia as minhas condições. Ou será que deveria escolher outro?

[Jorge Rocha]

Muitos parabéns pelo projecto!
Posso dizer que mesmo sem fazer contas algumas, apenas pela minha experiência, isso poderá fazer os km que estás a prever e estender-se até aos 100km conforme mencionaste inicialmente, com boas condições.
Muitos parabéns pelas contas que fizeste tão acertadas, mesmo sem grande experiência nesta mobilidade (penso eu que não tens, ou estou enganado?).
Hoje mesmo devo ter batido o meu record de kms com uma carga apenas e sempre a 55Km/h. E a capacidade que tenho na scooter é de 80Ah, mas com 17 células em série (4352Wh), e deu para percorrer 139km em estradas nacionais degradadas e muita montanha (desde Felgueiras até Ílhavo, com serras de Arouca pelo meio). A scooter pesa aproximadamente 130Kg, mas levava bagagem com 20Kg, mais o meu peso que não chega aos 70kg.

Posso garantir que já andei com veículos mais eficientes, também com outros menos, mas tudo me leva a crer que as tuas contas batam certo!

Boa continuação!

[MRider]

Hum .
Da minha parte posso acrecentar que esses 8% de inclinação são pouco.

Visto por aqui onde vivo tenho inclinações de 15 %18 % e 20 %

[Njay]

Qual é o torque (binário) por A e a corrente máxima desse motor?
E a relação de transmissão motor->roda, diâmetro da roda (com pneu)?

[gimmigummy]

Boa tarde! Lamento a demora em responder ao forum, mas a minha tese teve que ficar pendente devido aos meus últimos exames.

Jorge Rocha:
Não sou muito experiente na área, peguei neste projecto sem saber grande coisa, mas como isto é uma tese de mestrado para engenharia mecânica no ramo de energia, convém fazer as coisas bem e o mais aproximado da realidade possível.
As contas para o peso acho que estão generosas, a meu ver, tendo em conta que um Twizy pesa o dobro do meu e a bateria tem capacidade de 7kW.h e autonomia de 100km. Obrigado pela partilha dos teus consumos! Deu para ter uma noção da realidade.

visitante2:
Eu reconheço a existência dessas inclinações, mas são inclinações que duram por quantos metros? 100? 200? Pouco mais? Não sei, mas eu baseei-me no limite máximo legal estabelecido por lei. E caso eu considerasse inclinações de 25 % eu teria que por uma bateria com quase 10 vezes mais que a que tenho e alterar o motor também... Acho que não vou mexer muito por aí, tendo em conta que a tese engloba muito mais que isso. Mas obrigado pela chamada de atenção.

Njay: O diâmetro da roda é de 30 cm, e as únicas características do motor são estas:
1. Peso: 23 kg
2. Velocidade angular: 1500 rpm
3. Tensão: 48 V
4. Potência: 5 kW
5. Binário: 25,5 N.m
Achas que deveria mudar o motor? Não encontrei grande coisa. O que escolhi foi de um motor para carros de golfe. Eu já entrei com estes dados para calcular a velocidade nominal, etc... e determinar a capacidade da bateria através dos dados do motor, mas o meu orientador disse-me que ao fazer isso estou a calcular sem considerar as perdas.

Muito obrigado pelas respostas e ajuda!