Transportsektorn domineras idag av fossila drivmedel som påverkar miljön negativt. Alternativen till fossila drivmedel är el och gas i form av bio- och vätgas. För att kunna ha en fordonsfriflotta helt oberoende av fossila drivmedel 2030 som är ett av Sveriges miljömål kommer elnätet bära ett mycket stort ansvar. Syftet med detta arbete var att ge Eskilstuna Energi och Miljö (EEM) information om hur det befintliga elnätet skulle klara högre ställda krav vid effektuttag i form av laddkontakter hos privatpersoner. Arbetet grundar sig i en ordentlig analys av data i det befintliga elnätet och med hjälp av programmet Trimble NIS simulerades flera tänkbara scenarier med högre effektuttag, simuleringarna gjordes med trefaseffekter, 4,1 kW, 7 kW, 11 kW och en sammanlagringseffekt på 80 % vid 7 kW. Totalt tre olika nätstationer simulerades och studerades. Efter simuleringarna erhölls data för strömstyrka i fördelningskablarna och hushållsströmmarna. En känslighetsanalys gjordes för att få ett så nära genomsnittligt värde hur körsträckorna för medelpersonen förändras, analysen gjordes för 30 % ökning och 30 % minskning av den genomsnittliga körsträckan. I resultaten sammanställdes de tre nätstationerna tillsammans i grafer, för att få ett genomsnittligt och tydligt resultat. Resultaten visade att vid ett ökat effektuttag på 4,1 kW skulle 17 av 111 personer överstigit sin dåvarande huvudsäkring i strömstyrka, vid de högre simulerade effektuttagen ökade antalet hushåll som överskred huvudsäkringen. I fördelningsnätet med ett effektuttag på 4,1 kW påverkades 2 av 34 förlagda kablar negativt, dvs. de översteg maxgränsen av vad de hade klarat av. Vid effektuttag på 7 kW och sammanlagring på 80 % vid samma effekt påverkades 6 stycken och vid 11 kW påverkades 14 stycken av de totalt 34 stycken negativt. Samtliga transformatorer skulle klarat av strömstyrkan som skulle uppkommit vid effektuttag på 4,1 kW. Två av transformatorerna hade även klarat av effektuttag på 7 kW samt sammanlagringen på 80 % vid samma effekt, enbart en av de tre transformatorerna skulle klarat av samtliga effektuttag utan någon negativ påverkning. För att det befintliga nätet inte ska överbelastas vid installation av kontakter för elbilar får den uttagna trefaseffekten i varje hushåll inte överskrida 4,1 kW. Eftersom effektuttaget i hushållen inte är konstanta över ett dygn skulle en typ av effektreglering kunna möjliggöra högre effekter till laddningen. På nätter är oftast förbrukningen mindre och därför finns det mer utrymme till att ladda en bil på högre effekt än 4,1 kW. Tiden för att ladda sin bil för dagliga körsträckor varierar mellan drygt en timme till sex timmar. Sker laddningen under natten med en effekt som nätet klarar av är en omställning från fossil- till eldrivna fordon ett möjligt framtidsscenario.

CAPES / As crescentes preocupações com as questões ambientais têm levado à consideração de alternativas na mobilidade e transporte urbanos. Dentre as opções disponíveis, os ônibus elétricos movidos a bateria têm sido bastante considerados em termos de flexibilidade, sustentabilidade e emissão de poluentes. Estes ônibus possuem um sistema plug-in de recarga (PEV) que permite sua circulação sem a necessidade de alimentação constante por vias exclusivas. Entretanto, devido à necessidade de recarga das baterias, o número e posicionamento das estações de recarga tem papel fundamental na viabilização da operação deste sistema de transporte. Este trabalho apresenta um modelo de simulação de eventos discretos que captura o padrão de movimentação dos ônibus e respectivo consumo de energia. Uma estratégia de otimização que utiliza um algoritmo genético biobjetivo é então associada à simulação (otimização com simulação) para minimizar tanto o número de estações de recarga quanto o tempo extra necessário para recarga dos ônibus. Foram utilizados dados reais de demanda de passageiros, velocidade dos ônibus, distâncias, relevos, entre outros, do sistema de transporte da cidade de Curitiba. Os parâmetros de mobilidade dos ônibus estão baseados em dados reais adquiridos, filtrados e analisados através de um sistema informatizado da empresa que controla o sistema público e urbanização da cidade para um total de seis linhas expressas. O modelo utilizado para o consumo de energia dos ônibus é baseado no cálculo da energia necessária para movimentar um ônibus, levando em conta diferentes carregamentos e forças de resistência ao movimento. Nas paradas que possuem estações de recarga, considera-se recarga rápida da bateria ajustada para os parâmetros típicos de um ônibus elétrico. Os resultados mostram diferentes arranjos para o número de estações de recarga e atrasos nos itinerários programados, assim como os níveis de operação das baterias. / Growing concerns with environmental issues have resulted in considering alternatives for urban mobility and public transportation. Among the available options, battery- powered electric buses have been fairly considered in terms of flexibility, sustainability and emission of pollutants. These buses have a plug-in recharge system (PEV) that allows their driving in exclusive lanes without providing external power. However, recharge of batteries is necessary, and the number and placement of charging stations have a fundamental role in the operation of this transport system. This work presents a discrete event simulation model that captures the pattern of bus dynamics and its corresponding energy consumption. An optimization strategy that utilizes a biobjective genetic algorithm is then associated with the simulation (simulation with optimization) to minimize both the number of charging stations and average extra time needed to recharge batteries. Information for passenger demand, bus speed, distances, road elevations, among others, have been obtained from the Curitiba public transportation system. The parameters of buses’ mobility are based on real data acquired, filtered and analyzed for six express lines from raw data provided by a computational system of a company that controls the public transportation system and urban area of the city. The mathematical model used to compute the power consumption of a bus is based on the energy required to run it, taking into account different loadings and friction forces. Fast battery recharge with typical parameters of an electric bus is considered at bus stops with charging stations. The results show different arrangements for the number of recharge stations and delays in the bus schedule, as well as the corresponding energy levels of batteries.

CAPES / Veículos elétricos (VEs) são vistos como uma das potenciais soluções para os problemas ambientais associados com os veículos de combustão interna (VCIs). VEs, no entanto, também causam impactos ambientais ao longo do ciclo de vida e aumento no consumo de eletricidade, sendo também necessário incluí-los no planejamento energético. Estudos de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) realizados para avaliar os impactos ambientais de VEs em outros países mostram que a fonte de eletricidade é significativa para determinar se estes apresentam melhores resultados que VCIs. O caso brasileiro, contudo, pode apresentar resultados diferentes, em função da matriz elétrica diferente e da possibilidade de utilização de etanol pelos VCIs. O objetivo geral deste estudo é identificar como atender a demanda por transporte de pessoas por automóveis com menor impacto ambiental, para diferentes categorias de impacto, no Brasil. Para realizar o estudo, foram realizadas quatro etapas: (i) definir dados gerais, como o ano de projeção; (ii) identificar a frota de automóveis e a respectiva demanda energética e opções de atendimento; (iii) realizar ACV por veículo; e (iv) avaliar o impacto ambiental da frota, comparando e selecionando opções de menor impacto. Foram considerados dois horizontes de tempo: 2022 e 2030. Foi utilizada a base de dados de inventário do ciclo de vida (ICV) do ecoinvent v.3.01, com adaptações para o contexto brasileiro utilizando dados de literatura. Especificamente na definição da fonte de eletricidade, utilizou-se a abordagem decisional de ICV para 2022, enquanto que, para 2030, foram definidas possíveis tecnologias marginais/incrementais. Utilizou-se o método de avaliação do impacto do ciclo de vida CML 2000 v.2.05, sendo que para 2030 foram selecionadas três categorias (depleção de recursos abióticos; aquecimento global; depleção da camada de ozônio), em conjunto com resultados de ICV para ocupação da terra. Para 2030, utilizou-se, também, em análise de sensibilidade, o método EDIP 2003 v.1.04. Esses métodos estão disponíveis no software SimaPro v.8.0.2, utilizado para os cálculos. Os resultados para 2022 mostraram que, com recarga em horários de menor demanda, o VE é melhor para algumas categorias e o VCI melhor para outras. Já para 2030, contudo, uma inclusão de aproximadamente 35% de VEs na frota pode reduzir bastante os impactos para as três categorias do método CML e para o indicador único do método EDIP, embora cause aumento significativo na área ocupada. Deste modo, esses resultados poderiam ser comparados com outros tipos de ocupação da terra que visem reduzir impactos ambientais. Conclui-se que os VEs têm potencial de grande redução de impactos ambientais, de forma que poderiam ser alvos de políticas públicas que visem reduzir tais impactos. Entre as incertezas do estudo incluem-se: a simplificação na identificação das fontes de energia; a utilização de parâmetros médios para os veículos, em parte relativos apenas a veículos novos; a definição da tecnologia marginal/incremental apenas para a eletricidade; a não consideração de outras tecnologias, como VCIs a etanol de segunda e terceira geração; e a utilização de dados de inventário do presente ou passado para estimar condições futuras. Estas poderiam ser tratadas em trabalhos futuros. / Electric Vehicles (EVs) are seen as a potential solution for the environmental problems associated with Internal Combustion Engine Vehicles (ICEVs). EVs, on the other hand, also cause environmental impacts throughout their life cycles and increases in the demand for electricity, so that they need to be included in the energy planning. Life Cycle Assessment (LCA) studies carried out to assess the environmental impacts of EVs in other countries, indicated that the electricity source is significant to determine whether these present better results than ICEVs or not. For Brazil, however, results might be different, due to the different electricity mix and to the possibility of ICEVs to use sugarcane ethanol. The main purpose of this study is to analyze how to meet the demand for passenger transport by automobiles in Brazil with a smaller environmental impact, for different impact categories. In order to attain this objective, four steps were executed: (i) to define general data, such as the year of projection; (ii) to identify the automobile fleet and the respective energy demand and fulfillment options; (iii) to perform LCA, per vehicle; and (iv) to assess the environmental impact of the fleet, comparing and selecting options with smaller impact. Two time horizons were considered: 2022 and 2030. The ecoinvent database v.3.01 was used as the Life Cycle Inventory (LCI) data source, with some adaptations for the Brazilian context using literature data. Specifically for the identification of the electricity source, the decisional LCI approach was used, for 2022, while, for 2030, possible marginal/incremental technologies were identified. The Life Cycle Impact Assessment (LCIA) method CML 2000 v.2.05 was used, from which three categories were chosen for 2030 (abiotic resource depletion; climate change; and ozone layer depletion), together with LCI results for land occupation. The single score of the LCIA method EDIP 2003 v.1.04 was used in a sensitivity analysis. These methods are available in SimaPro 8.0.2, used for calculations. The results for 2022 showed that, with battery charge during off-peak hours, the EV is better in some impact categories, while the ICEV is better in others. For 2030, however, an EV market penetration of approximately 35% can significantly reduce the impacts for the three CML categories and for the EDIP single score, albeit causing a significant increase in land occupation. These results, therefore, can be compared with other types of land occupations which aim to reduce environmental impacts. It was concluded that EVs have good environmental impacts reduction potentials, in a way that they could be targeted by public policies that address such impacts. Among the uncertainties of this study are included: the simplified identification of energy sources; the use of average parameters for the transportation sector, in part associated only with new vehicles; the definition of the marginal/incremental technology only for electricity; the fact that other vehicle technologies, such as ICEVs powered by second and third generation ethanol; and the use of present or past LCI data to assess future conditions. These could be dealt with in future studies.

A dissertação tem como tema central o Design Emocional nas redes de soluçãodemanda da Economia da Funcionalidade. Seu objetivo principal é caracterizar a contribuição do Design Emocional nas redes de solução-demanda da Economia da Funcionalidade. Este estudo se justifica no campo teórico, por constituir um avanço na pesquisa do tema em questão, pela identificação de uma lacuna a ser estudada e pela originalidade na combinação e na abordagem conjunta destes três conceitos. Justifica-se também no campo prático, pelo potencial de contribuir não apenas para os profissionais do design, mas poder envolver também outros stakeholders, ao abrir novas oportunidades de parcerias e permitir uma ampliação da rede de atores envolvidos em novos modelos de Economia da Funcionalidade. A pesquisa é exploratória e descritiva quanto ao seu objetivo. Para o levantamento e a definição do referencial teórico, foi utilizada a pesquisa bibliométrica e a análise sistêmica. Para a coleta e a análise de dados secundários foi utilizado o método de análise de conteúdo, desenvolvendo uma análise categorial e temática, caracterizando-a assim como uma pesquisa qualitativa. Como objeto de estudo de aplicação da análise das contribuições do Design Emocional, trabalhou-se com o caso prático do Autolib, sistema de car-sharing de veículos elétricos com origem na França. Os resultados encontrados mostram que as contribuições do Design Emocional nas redes de solução-demanda da Economia da Funcionalidade são de quatro naturezas distintas: (i) Estratégias no Design de Produtos (níveis visceral, comportamental e reflexivo); (ii) Aspectos emocionais, psicológicos e cognitivos; (iii) Experiências e (iv) Design centrado no usuário. / This dissertation has as its central theme the Emotional Design in the solutiondemand networks of the Functional Economy. Its main goal is to characterize the contribution of the Emotional Design in the solution-demand networks of the Functional Economy. This study is justified in the theoretical field, as a breakthrough in the research of the subject matter, by identifying a gap to be studied and by the originality of the combination and the joint approach of these three concepts. It is also justified in the practical field, for the potential to contribute not only to designers but also to involve other stakeholders, when opening new opportunities for partnerships and enabling an expansion of the network of actors involved in new models of Functional Economy.The study is exploratory and descriptive as to its purpose. Bibliometric research and systemic analysis were used for the survey and definition of the theoretical reference. For the collection and analysis of secondary data, the content analysis method was used, developing a categorical and thematic analysis, characterizing it as well as a qualitative research. The practical case of Autolib, a carsharing system of electric vehicles originating in France, was used as a study object for applying the analysis of the contributions of Emotional Design. The results show that the contributions of Emotional Design in the solution-demand networks of the Functional Economy are of four distinct natures: (i) Product Design Strategies (visceral, behavioral and reflexive levels); (ii) Emotional, psychological and cognitive aspects; (iii) Experiences and (iv) User-centered design.

CAPES / As crescentes preocupações com as questões ambientais têm levado à consideração de alternativas na mobilidade e transporte urbanos. Dentre as opções disponíveis, os ônibus elétricos movidos a bateria têm sido bastante considerados em termos de flexibilidade, sustentabilidade e emissão de poluentes. Estes ônibus possuem um sistema plug-in de recarga (PEV) que permite sua circulação sem a necessidade de alimentação constante por vias exclusivas. Entretanto, devido à necessidade de recarga das baterias, o número e posicionamento das estações de recarga tem papel fundamental na viabilização da operação deste sistema de transporte. Este trabalho apresenta um modelo de simulação de eventos discretos que captura o padrão de movimentação dos ônibus e respectivo consumo de energia. Uma estratégia de otimização que utiliza um algoritmo genético biobjetivo é então associada à simulação (otimização com simulação) para minimizar tanto o número de estações de recarga quanto o tempo extra necessário para recarga dos ônibus. Foram utilizados dados reais de demanda de passageiros, velocidade dos ônibus, distâncias, relevos, entre outros, do sistema de transporte da cidade de Curitiba. Os parâmetros de mobilidade dos ônibus estão baseados em dados reais adquiridos, filtrados e analisados através de um sistema informatizado da empresa que controla o sistema público e urbanização da cidade para um total de seis linhas expressas. O modelo utilizado para o consumo de energia dos ônibus é baseado no cálculo da energia necessária para movimentar um ônibus, levando em conta diferentes carregamentos e forças de resistência ao movimento. Nas paradas que possuem estações de recarga, considera-se recarga rápida da bateria ajustada para os parâmetros típicos de um ônibus elétrico. Os resultados mostram diferentes arranjos para o número de estações de recarga e atrasos nos itinerários programados, assim como os níveis de operação das baterias. / Growing concerns with environmental issues have resulted in considering alternatives for urban mobility and public transportation. Among the available options, battery- powered electric buses have been fairly considered in terms of flexibility, sustainability and emission of pollutants. These buses have a plug-in recharge system (PEV) that allows their driving in exclusive lanes without providing external power. However, recharge of batteries is necessary, and the number and placement of charging stations have a fundamental role in the operation of this transport system. This work presents a discrete event simulation model that captures the pattern of bus dynamics and its corresponding energy consumption. An optimization strategy that utilizes a biobjective genetic algorithm is then associated with the simulation (simulation with optimization) to minimize both the number of charging stations and average extra time needed to recharge batteries. Information for passenger demand, bus speed, distances, road elevations, among others, have been obtained from the Curitiba public transportation system. The parameters of buses’ mobility are based on real data acquired, filtered and analyzed for six express lines from raw data provided by a computational system of a company that controls the public transportation system and urban area of the city. The mathematical model used to compute the power consumption of a bus is based on the energy required to run it, taking into account different loadings and friction forces. Fast battery recharge with typical parameters of an electric bus is considered at bus stops with charging stations. The results show different arrangements for the number of recharge stations and delays in the bus schedule, as well as the corresponding energy levels of batteries.

CAPES / Veículos elétricos (VEs) são vistos como uma das potenciais soluções para os problemas ambientais associados com os veículos de combustão interna (VCIs). VEs, no entanto, também causam impactos ambientais ao longo do ciclo de vida e aumento no consumo de eletricidade, sendo também necessário incluí-los no planejamento energético. Estudos de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) realizados para avaliar os impactos ambientais de VEs em outros países mostram que a fonte de eletricidade é significativa para determinar se estes apresentam melhores resultados que VCIs. O caso brasileiro, contudo, pode apresentar resultados diferentes, em função da matriz elétrica diferente e da possibilidade de utilização de etanol pelos VCIs. O objetivo geral deste estudo é identificar como atender a demanda por transporte de pessoas por automóveis com menor impacto ambiental, para diferentes categorias de impacto, no Brasil. Para realizar o estudo, foram realizadas quatro etapas: (i) definir dados gerais, como o ano de projeção; (ii) identificar a frota de automóveis e a respectiva demanda energética e opções de atendimento; (iii) realizar ACV por veículo; e (iv) avaliar o impacto ambiental da frota, comparando e selecionando opções de menor impacto. Foram considerados dois horizontes de tempo: 2022 e 2030. Foi utilizada a base de dados de inventário do ciclo de vida (ICV) do ecoinvent v.3.01, com adaptações para o contexto brasileiro utilizando dados de literatura. Especificamente na definição da fonte de eletricidade, utilizou-se a abordagem decisional de ICV para 2022, enquanto que, para 2030, foram definidas possíveis tecnologias marginais/incrementais. Utilizou-se o método de avaliação do impacto do ciclo de vida CML 2000 v.2.05, sendo que para 2030 foram selecionadas três categorias (depleção de recursos abióticos; aquecimento global; depleção da camada de ozônio), em conjunto com resultados de ICV para ocupação da terra. Para 2030, utilizou-se, também, em análise de sensibilidade, o método EDIP 2003 v.1.04. Esses métodos estão disponíveis no software SimaPro v.8.0.2, utilizado para os cálculos. Os resultados para 2022 mostraram que, com recarga em horários de menor demanda, o VE é melhor para algumas categorias e o VCI melhor para outras. Já para 2030, contudo, uma inclusão de aproximadamente 35% de VEs na frota pode reduzir bastante os impactos para as três categorias do método CML e para o indicador único do método EDIP, embora cause aumento significativo na área ocupada. Deste modo, esses resultados poderiam ser comparados com outros tipos de ocupação da terra que visem reduzir impactos ambientais. Conclui-se que os VEs têm potencial de grande redução de impactos ambientais, de forma que poderiam ser alvos de políticas públicas que visem reduzir tais impactos. Entre as incertezas do estudo incluem-se: a simplificação na identificação das fontes de energia; a utilização de parâmetros médios para os veículos, em parte relativos apenas a veículos novos; a definição da tecnologia marginal/incremental apenas para a eletricidade; a não consideração de outras tecnologias, como VCIs a etanol de segunda e terceira geração; e a utilização de dados de inventário do presente ou passado para estimar condições futuras. Estas poderiam ser tratadas em trabalhos futuros. / Electric Vehicles (EVs) are seen as a potential solution for the environmental problems associated with Internal Combustion Engine Vehicles (ICEVs). EVs, on the other hand, also cause environmental impacts throughout their life cycles and increases in the demand for electricity, so that they need to be included in the energy planning. Life Cycle Assessment (LCA) studies carried out to assess the environmental impacts of EVs in other countries, indicated that the electricity source is significant to determine whether these present better results than ICEVs or not. For Brazil, however, results might be different, due to the different electricity mix and to the possibility of ICEVs to use sugarcane ethanol. The main purpose of this study is to analyze how to meet the demand for passenger transport by automobiles in Brazil with a smaller environmental impact, for different impact categories. In order to attain this objective, four steps were executed: (i) to define general data, such as the year of projection; (ii) to identify the automobile fleet and the respective energy demand and fulfillment options; (iii) to perform LCA, per vehicle; and (iv) to assess the environmental impact of the fleet, comparing and selecting options with smaller impact. Two time horizons were considered: 2022 and 2030. The ecoinvent database v.3.01 was used as the Life Cycle Inventory (LCI) data source, with some adaptations for the Brazilian context using literature data. Specifically for the identification of the electricity source, the decisional LCI approach was used, for 2022, while, for 2030, possible marginal/incremental technologies were identified. The Life Cycle Impact Assessment (LCIA) method CML 2000 v.2.05 was used, from which three categories were chosen for 2030 (abiotic resource depletion; climate change; and ozone layer depletion), together with LCI results for land occupation. The single score of the LCIA method EDIP 2003 v.1.04 was used in a sensitivity analysis. These methods are available in SimaPro 8.0.2, used for calculations. The results for 2022 showed that, with battery charge during off-peak hours, the EV is better in some impact categories, while the ICEV is better in others. For 2030, however, an EV market penetration of approximately 35% can significantly reduce the impacts for the three CML categories and for the EDIP single score, albeit causing a significant increase in land occupation. These results, therefore, can be compared with other types of land occupations which aim to reduce environmental impacts. It was concluded that EVs have good environmental impacts reduction potentials, in a way that they could be targeted by public policies that address such impacts. Among the uncertainties of this study are included: the simplified identification of energy sources; the use of average parameters for the transportation sector, in part associated only with new vehicles; the definition of the marginal/incremental technology only for electricity; the fact that other vehicle technologies, such as ICEVs powered by second and third generation ethanol; and the use of present or past LCI data to assess future conditions. These could be dealt with in future studies.

Orientador: Jose Antenor Pomilio / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T17:49:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_AndreAugusto_D.pdf: 4648060 bytes, checksum: fec10ea5d77379b209259bd3174d9224 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho propõe uma estratégia de gestão de energia, para aplicações em veículos elétricos, baseado em um sistema supervisório nebuloso que combina três diferentes fontes de suprimento, em termos de densidade de energia e de densidade de potência, a saber: célula a combustível, bateria e supercapacitor. O sistema supervisório coordena o fluxo de potência entre os dispositivos de suprimento de energia e provê elevada qualidade de energia necessária para um bom desempenho do sistema de propulsão do veículo elétrico. A estratégia proposta de gestão de energia do conversor eletrônico com múltiplas entradas possibilita o controle individual da transferência de potência das fontes de suprimento, em suas melhores regiões da atuação. Um conveniente arranjo entre as fontes e alocação dos recursos disponíveis permite reduzir o dimensionamento da célula a combustível. Adicionalmente, a vida útil destas fontes e a imunidade do sistema de suprimento a variações bruscas de demanda de potência são melhoradas. Um protótipo de 3 kW é simulado e avaliado experimentalmente, incluindo um banco de baterias de chumbo-ácido e supercapacitor, para comprovar a eficácia da estratégia de controle proposta / Abstract: This work introduces an Energy Management strategy, for electrical vehicle applications, based on a fuzzy logic supervisory system that is able to combine three different power supply sources, i. e., fuel cell, battery and supercapacitor. The supervisory system coordinates the power flow between the power sources so that the system is able to provide high power quality, which is needed to achieve the desirable dynamic performance of the propulsion system. The proposed energy management strategy of a multiple input power electronic converter takes advantage of the individual characteristics of each power sou rce and makes than operate atthe best operation region. Through adequate power sources arrangements and use of the available resources, the fuel cell size is reduced. In addition, the power sources¿ life time and the system ride-through at sudden load disturbances are increased. Simulation and experimental results of a 3 kW prototype, with real supercapacitor and lead-acid batteries bank, prove that the fuzzy logic is a suitable energy management control strategy / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-03-27T13:46:07Z No. of bitstreams: 1 jonathanhunderdutragherardpinto.pdf: 6016290 bytes, checksum: 50eab93d008d20c4a60c851574b2c6f3 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-03-27T13:57:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 jonathanhunderdutragherardpinto.pdf: 6016290 bytes, checksum: 50eab93d008d20c4a60c851574b2c6f3 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-27T13:57:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 jonathanhunderdutragherardpinto.pdf: 6016290 bytes, checksum: 50eab93d008d20c4a60c851574b2c6f3 (MD5) Previous issue date: 2018-02-19 / Este trabalho tem como contribuição o desenvolvimento de uma estratégia de equa-lização das tensões em um conversor multinível modular, como parte integrante de um sistema híbrido de armazenamento de energia. O conversor modular multinível realiza a conexão em série de módulos supercapacitores, o que possibilita aumentar a ten-são sem prejudicar a transferência rápida de energia. Em relação à outras topologias, este trabalho permite reduzir a quantidade, volume e massa do elemento magnético da estrutura do conversor. Um banco de baterias de íons de lítio também integra o sistema por intermédio de um conversor estático. Como é a fonte de maior densidade de energia, fornece a potência média requerida pelo carga. A associação com uma fonte de transferência rápida de energia permite aumentar o desempenho dinâmico, a eficiência energética e a vida útil da bateria. Com efeito, tem-se um sistema híbrido de armazenamento de energia que requer estratégias de gestão para múltiplas fontes de suprimento. Os resultados simulados considerando a estimativa da demanda de po-tência de um protótipo de veículo elétrico, são adequados e propiciam os fundamentos necessários para a construção de um protótipo. / This work is a contribution to develop a strategy equalization of tensions in a mo-dular multilevel converter as part of a hybrid system energy storage. The multilevel modular converter realizes the series connection of supercapacitor modules, which al-lows to increase the voltage without cause damages to the quick energy transfer. In relation to other topologies, it allows reduction of the quantity, volume and mass of the magnetic element of the converter structure. A lithium-ion battery bank also integrates the system via a voltage boost converter. This battery is the source of high energy density, which provides the average power required by the load. The association with a fast transfer power source allows for increased dynamic performance, energy efficiency and service life. In fact, there is a hybrid energy storage system that requires mana-gement strategies for multiple sources of supply. The simulated results were obtained considering the power demand estimation of an electric vehicle prototype.

Cette thèse a pour objectif de proposer une modélisation performante des supercondensateurs à électrodes à base de carbone activé, composants de puissance présents dans un nombre croissant d’applications de stockage d’énergie. La première étape des travaux a consisté à mettre en évidence les phénomènes physico-chimiques, qu’ils soient électrostatiques ou électrochimiques grâce à des essais de caractérisation spécifiques et de vieillissement. L’analyse des résultats associée à la connaissance des matériaux constitutifs a conduit à attribuer le comportement non linéaire du supercondensateur aux phénomènes d’adsorption-désorption (électrosorption) et de diffusion anomale des espèces adsorbées dans le réseau microporeux de l’électrode. La prise en compte de ces phénomènes et de la capacité de double couche a permis de définir un modèle non linéaire fractionnaire dont les paramètres dépendent des grandeurs physico-chimiques de la cellule. La procédure proposée pour l’identification des paramètres du modèle repose sur la réponse en tension du supercondensateur à des profils de charges-décharges. Malgré la simplicité de l’identification, le modèle traduit fidèlement le comportement du supercondensateur soumis à des profils en courant typiques d’applications véhicules électriques et hybrides. / This work aim is an efficient modelling proposal for supercapacitors made of activated carbon electrodes which are power components used in many energy storage applications. In the first part of this study, the purpose is to evidence physico-chemical phenomena, electrostatic or electrochemical as well, thanks to characterization and aging tests. The results analysis combined with materials knowledge leads to suppose that the supercapacitor non linear behavior is due to adsorption-desorption processes and also to anomalous diffusion of adsorbed species into the electrode microporous network. These mechanisms in addition with the double layer capacitor principle allow us to define a non linear fractional model with parameters that depend on physic0-chemical characteristics of the cell. The proposed identification procedure is based on the voltage response to charges-discharge current profiles. In spite of the simplicity of this identification method, the model matches very well the behavior of the supercapacitor under current profiles that are typical of hybrid and electric vehicle applications.

Abstract<p><p>1.\ / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished