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O paradoxo híbrido

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Alexandre Moleiro Posted: 25 Apr 2011 16:58

A transformação de uma forma de energia noutra diferente é normalmente um processo que não é perfeito, acarretando perdas. Nos veículos híbridos acontece o mesmo. A transformação de energia cinética, proveniente do MCI ou do movimento do veículo, em carga da bateria e vice-versa tem perdas.

Surge então o paradoxo híbrido: "Reduzir o acesso à bateria/EV ao mínimo possível"

 

Se a bateria deve ser usada o mínimo possível então em teoria um veículo não-híbrido com start/stop conseguiria a mesma eficiência. Daí o paradoxo!

 

Existe algum consenso que uma condução eficiente implica usar apenas o MCI na sua zona de máxima eficiência ou não o usar de todo.

Na altura de não usar de todo o MCI é que surgem várias escolas de pensamento:

1. Quando o MCI não é necessário usar o modo N

2. Quando o MCI não é necessário usar o acelerador de forma a que não haja fluxo de energia de/para a bateria (ausências de setas no display)

3. Quando o MCI não é necessário usar o modo eléctrico (aceleração suave no caso do Prius) mesmo que isso implique carregar/descarregar a bateria

 

Embora parecidos estes 3 métodos têm implicações diferentes na condução. Em qualquer dos casos uma condução eficiente vai implicar um aumento de velocidade quando o MCI é usado na zona eficiente e depois um decair da velocidade quando desligamos o MCI. (no caso de zona plana)

 

O método 1 só funciona bem no Prius até 70km/h, acima dessa velocidade o MCI tem de rodar e se passarmos a N acima dos 70km/h o MCI vai gastar combustível.

O método 2 implica algum treino e olhar para o display mas funciona a qualquer velocidade.

O método 3 é supostamente menos eficiente embora permita mais facilmente manter a velocidade quando o MCI desliga.

 

Os defensores do paradoxo híbrido usam só o método 1 e 2.

Alexandre Moleiro

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Bom post!

A questão do paradoxo aprofunda o belo começo dado pela Toyota: racionalizar o uso do MCI.

A racionalização levada ao extremo leva a estas divagações muito práticas. E a consumos verdadeiramente eloquentes!

(já muito se falou da abordagem do Pulse & Glide, mas não custa repassar o tema...

ex.http://prius-pt.com/cafe/forums/t/298.aspx)

Branca de Neve 30% são minha autoria...

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Boas!

Sei que posso estar a criar um monstro com este tema mas não resisto. Devil

Na discussão dos resultados do Test-drive alargado PHEV Prius-PT foi observado que o Plug-In, ao possuir uma bateria de tracção com maior capacidade e potência faz um uso diferente do MCI, quando comparado com o 3G.

O Telmo Salgado sugeriu que ao possuir maior capacidade/potência o PHEV deixa de usar o MCI em rotações baixas pouco eficientes, só entrando mesmo ao serviço num regime mais eficiente.

Isto faz todo o sentido do ponto de vista de racionalização do uso do MCI mas vendo o sistema como um todo será que faz sentido?




Vamos então imaginar 2 veículos híbridos:

Veículo A com bateria com capacidade de 1kWh e potência máxima 20kW.

Veículo B com bateria com capacidade de 2kWh e potência máxima 40kW.

Assumimos também que a eficiência de carga/descarga das baterias varia linearmente com a potência e é de 80% na potência máxima e de 100% a zero.


Os dois veículos têm um MCI igual, este MCI tem um rendimento de 230 g/kWh excepto quando debita entre 10 e 30kW onde tem um rendimento de 220 g/kWh.


O veículo A circula em modo eléctrico enquanto o condutor solicitar menos de 10kW de potência.

O veículo B circula em modo eléctrico enquanto o condutor solicitar menos de 20kW de potência.



O cenário de condução será o seguinte:

O condutor solicita 5kW durante 1 minuto, depois 10kW durante outro minuto, depois 15kW durante outro minuto.


Partindo os dois veículos de uma situação de bateria de tracção cheia eis o que acontece:

Veículo A:

O primeiro minuto é feito em modo eléctrico gastando 5kW / 0,95 * 1h/60 = 87,7Wh
O segundo minuto é feito com o MCI ligado na zona dos 230g/kWh gastando por isso 10kW *1h/60 *230g/kWh = 38,3g
O terceiro minuto é feito com o MCI ligado na zona dos 220g/kWh gastando por isso 15kW *1h/60 *220g/kWh = 55g


Veículo B:

O primeiro minuto é feito em modo eléctrico gastando 5kW / 0,975 * 1h/60 = 85,4Wh
O segundo minuto é feito em modo eléctrico gastando 10kW / 0,95 * 1h/60 = 175,4Wh
O terceiro minuto é feito com o MCI ligado na zona dos 220g/kWh gastando por isso 15kW *1h/60 *220g/kWh = 55g


Assumindo que ambos os veículos repoêm a carga da bateria na zona de maior eficiência do MCI e com uma eficiência de 97,5%:

Veículo A terá de gastar 87,7Wh/0.975 *220g/kWh = 19,8g

Veículo B terá de gastar 85,4Wh/0.975 *220g/kWh = 19,2g
                       + 175,4Wh/0,975 * 220g/kWh = 39,6g

 

Totais:

Veículo A: 19,8 + 38,3 + 55 = 113,1g
Veículo B: 19,2 + 39,6 + 55 = 113,8g


Explicação:

No 1º minuto o veículo B gastou menos pois tem uma bateria mais potente e com menos perdas para os 5kW solicitados.
No 3º minuto são iguais

No 2º minuto é que "a porca torce o rabo": Porque gasta o veículo B mais se foi em eléctrico e o veículo A até estava numa zona menos eficiente do MCI?
Precisamente devido às perdas de carga/descarga da bateria, 95% na descarga e 97,5% na carga.


Isto, de certa forma, confirma o paradoxo híbrido.




Como consegue então o PHEV melhores consumos usando mais a bateria?

A meu ver a explicação tem a ver com vários factores:

1. Melhor eficiência de carga/descarga de bateria

Imaginando que a bateria do veículo B tem 90% (e não 80%) de eficiência à potência máxima tem-se:

O primeiro minuto é feito em modo eléctrico gastando 5kW / 0,9875 * 1h/60 = 84,3Wh
O segundo minuto é feito em modo eléctrico gastando 10kW / 0,975 * 1h/60 = 170,9Wh

Veículo B terá de gastar 84,3Wh/0.9875 *220g/kWh = 18,7g
                       + 170,9Wh/0,9875 * 220g/kWh = 38,1g

Total: 111,8g

Confirma-se que uma maior eficiência de carga/desgarga das baterias pode fazer toda a diferença!

A eficiência de carga/descarga depende de vários factores: tecnologia das baterias, esforço solicitado, nível de tensão, etc...


2.A regeneração tem menos perdas no veículo B

O efeito demonstrado no ponto anterior é amplificado no caso da regeneração, pois a carga será mais eficiente.


3.As contas de consumo do MCI não são assim tão simples

Durante o uso do MCI também há reconversão de energia pois o MG1 funciona como gerador para alimentar o MG2 e esse processo também tem perdas. O nível de tensão utilizado também tem influência.


Mais ideias para complicar a questão?

Espero ter acertado nas contas...

Alexandre Moleiro

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Só vou piorar o esquema de abordagem ao lançar o pior dos fogos: a eficiência dos MG1 e MG2 é também dependente da velocidade e da carga...

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A escala da direita é em percentagem? Se é o caso, é notável como em quase 90% das situações possíveis a eficiência é também ela superior a 90%!

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Talvez o Volt, em particular, porque o colocaram na "bitola" anti-Prius e nós temos direito de resposta, não consiga ter estes valores de excelência técnica, e daí o inferior desempenho/eficiência em EV (CD) e em "híbrido" (CS).

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Eh pá, que pena esta discussão ser areia a mais para a minha camioneta (híbrida).Crying

Continuem, por favor, mas peço-vos que vão colocando uns desenhos de quando em vez, como fez oTelmo, que um gajo [de letras] assim sempre se distrai!Devil

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Ah, e já agora: PONHAM UM PHEV NOS PÉS DO ALEXANDRE MOLEIRO!

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Acho que peca por defeito esta observação!

Luis Neves:
é notável como em quase 90% das situações possíveis a eficiência é também ela superior a 90%!

MESMO!

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E que tal juntar-mos o Alexandre, o Telmo e o José Pulido?

Quem sabe inventam um Prius, Português.

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