KERS - F1 2009

Brake energy regeneration in F1 by 2009

Posted Tue Jun 5 2007 1:42 PM by James Martinez

http://www.motorauthority.com/brake-energy-regeneration-in-f1-by-2009.html

Formula One is set for a dramatic change with the announcement today that a deal has been struck between two British engineering firms for the development of an energy recovering gearbox slated for introduction into F1 by 2009. The goal is to reduce the level of greenhouse gas emissions by recovering energy wasted during braking, and is part of FIA president Max Moseley’s dream to make F1 more cost-efficient, road relevant and environmentally friendly.

The design work is being handled by transmission specialists Torotrak and Xtrac, who will be forming a partnership to develop the Kinetic Energy Recovery System (KERS) first proposed by Moseley last month. The KERS is basically an efficient CVT gearbox joined to a flywheel that rotates when the cars undergo braking. The stored energy can then be used to boost acceleration for overtaking and cornering, and will work like the power-boost button seen in the A1GP.




This is just the first of a raft of new changes that are to be introduced into F1 by 2009. Some of the other proposed changes put forward by Moseley include downsizing the engines to 2.4L V8s or possibly 2.2L V6 powerplants, with rev limits set at just 10,000rpm. Sadly, it seems that the guys in charge of F1 are forgetting what it is that makes the races so interesting.



In 2009, F1 is introducing new rules that will lower the environmental impact of the sport. Part of this is to recover deceleration energy that can be stored for acceleration. Xtrac will exploit Torotrak’s full-toroidal traction drive technology, for use in kinetic energy recovery systems within the motorsport industry, to assist its customers in meeting these new obligations.

Commenting on the co-operation between the two companies, Peter Digby, managing director of Xtrac, said: “The transfer of world-class transmission technology from Torotrak, combined with the added value of Xtrac’s expertise in the design and manufacture of transmissions for motorsport – and with clear potential to feed the resulting technical solution back into mainstream automotive use – is a good example of what I believe FIA president Max Mosley had in mind when he announced that Formula One should embrace an energy efficient future and open up the world of motorsport to new manufacturers.”

Dick Elsy, chief executive at Torotrak, added: “We are delighted to be working with Xtrac on this exciting new application of our transmission technology, to provide a highly efficient KERS solution for initial application in motorsport, but with a clear opportunity to apply the system in mainstream road cars to provide performance, economy and greenhouse gas emission benefits.”

Background

Some of the new KERS systems under development will be mechanically based and will utilise a flywheel to recuperate, store and subsequently discharge a moving vehicle’s kinetic energy, which is otherwise wasted when the vehicle is decelerated. The kinetic energy is stored during a braking manoeuvre and is then released back into the driveline as the vehicle accelerates.

The toroidal traction drive variator, being developed with Torotrak and using Torotrak’s patented technology, is a central element in these mechanical flywheel-variator KERS systems as it provides a continuously variable ratio connection between the flywheel and the vehicle driveline, via the vehicle’s gearbox. Torotrak has granted a licence to Xtrac to design, manufacture, assemble and distribute components or complete variator systems incorporating Torotrak’s technology to its F1 customers.

The innovative combination of a Torotrak variator – providing mechanical efficiency that should be in excess of 90 per cent – with a flywheel of advanced construction, results in a highly efficient and compact energy storage system. Whilst Xtrac will supply variator units to its customers, the flywheels for these energy recovery systems are being developed separately by the Formula 1 teams themselves and their specialist suppliers. Torotrak will provide the control system expertise.

Torotrak and Xtrac believe that the variator-flywheel solution provides a significantly more compact, efficient, lighter and environmentally-friendly solution than the traditional alternative of electrical-battery systems.

“The variator weighs less than 5kg in these applications and provides a high level of mechanical efficiency, enabling the overall mass of the mechanical KERS systems to be minimised,” says Chris Greenwood, technology director at Torotrak. “This mechanical efficiency, combined with the variator’s ability to change ratio very rapidly, helps to optimise flywheel performance.”

The two companies consider that the system is applicable to other motor sports and everyday vehicles and see the potential for wider applications – particularly on high-performance road cars – as an aid to performance and also as a means of developing future vehicles with reduced CO 2 emission levels.

The system supports the current trend in powertrain design for engine downsizing by providing a means of boosting acceleration, overall performance and economy independently of the vehicle’s engine and without the need for complex electrical-battery hybrid architectures.

A CVT-controlled flywheel is particularly suited to stop-start driving situations when real-world fuel economy is often at its worst. In these conditions, the variator-flywheel system can assist the launch of a vehicle which has slowed down or come to a standstill, by utilising the kinetic energy stored in the flywheel. In heavily congested traffic, where a car is frequently stopped and restarted, the system can help alleviate the heavy fuel consumption and emissions of greenhouse gasses normally associated with these conditions.

For the F1 applications, the stored kinetic energy can be applied by the driver on demand whenever required – at a rate and for a time period set by the regulations – to boost performance for rapid acceleration. The device is particularly beneficial when exiting corners or for tricky overtaking manoeuvres.

“The mechanical efficiency, compactness and mass of the variator system is critical since it directly influences the size and the ability to package such a system into an F1 car, or into a road vehicle,” says Adrian Moore, technical director at Xtrac. “The size, torque capacity and response of the unit is critical to take the full advantage of having a flywheel KERS system.”

Technical notes on Torotrak’s toroidal variable drive technology

The components within each variator include an input disc and an opposing output disc. Each disc is formed so that the gap created between the discs is ‘doughnut’ shaped; that is, the toroidal surfaces on each disc form the toroidal cavity.

Two or three rollers are located inside each toroidal cavity and are positioned so that the outer edge of each roller is in contact with the toroidal surfaces of the input disc and output disc.

As the input disc rotates, power is transferred via the rollers to the output disc, which rotates in the opposite direction to the input disc.

The angle of the roller determines the ratio of the Variator and therefore a change in the angle of the roller results in a change in the ratio. So, with the roller at a small radius (near the centre) on the input disc and at a large radius (near the edge) on the output disc the Variator produces a “low” ratio. Moving the roller across the discs to a large radius at the input disc and corresponding low radius at the output produces the “high” ratio and provides the full ratio sweep in a smooth, continuous manner.

The transfer of power through the contacting surfaces of the discs and rollers takes place via a microscopic film of specially developed long-molecule traction fluid. This fluid separates the rolling surfaces of the discs and rollers at their contact points.

The input and output discs are clamped together within each variator unit. The traction fluid in the contact points between the discs and rollers become highly viscous under this clamping pressure, increasing its ‘stickiness’ and creating an efficient mechanism for transferring power between the rotating discs and rollers.

A 'Black' History of Our Oil Addiction

A 'Black' History of Our Oil Addiction

By Bill Moore, Editor, EVWORLD

MP3 audio interview with Edwin Black, author of Internal Combustion, on the electric car conspiracy.

Thomas Edison had spent $3.5 million between 1903 and 1910 (equivalent to $71 million today) perfecting his nickel iron battery. He claimed it was half the weight of lead acid and had twice the energy density. Electric cars equipped with it were demonstrably superior to the competition, which were powered by what we today know as Exide batteries, then controlled by a group of cartels, which sought to monopolize all forms of automotive transportation from bicycles to automobiles, gasoline and electric.

Just as Edison and Henry Ford were about to go into business together to offer a low cost electric car comparable to the Model T, a suspicious fire destroyed nearly all of Edison's West Orange, New Jersey research facility, curiously bypassing areas where the most flammable chemicals had been stored. Within months World War I would engulf Europe and eventually America and the dream of the electric car would fade into obscurity, a curious, forgotten footnote of history.

It would be Edwin Black, a best selling author whose works include IBM and the Holocaust, Banking on Baghdad and War Against the Weak, who would exhume the forgotten footnote and the overlooked collaboration between Edison and Ford in his 2006 investigative history into the conspiracy to kill the electric car nearly a century ago.

Black, who is as outspoken and unapologetic as his books, makes no bones about what attracted him to this story of turn of the 19^th century avarice and corruption.

"Petro-terrorism."

He defines petro-terrorism as a movement whose intention is to "break down our society based on our addiction to oil." And while this particular form of coercion may seem like a relatively new phenomenon of the age of oil, Black asserts in Internal Combustion that it's as old as history, beginning with kingly control of the forests to monopolistic control of coal mines to today's modern oil cartels. The control of energy has been, in his words, the pursuit of monarchs, monopolists and manipulators from time immemorial.

Black takes pains to point out that his focus as an author is on exposing the grimy underbelly of society from IBM, Ford and General Motor's involvement in the rise of the Nazi Third Reich to the eugenics movement of early 20^th century.

"I have a history of investigating genocide, oppression, corporate misconduct and governmental corruption," he emphasized.

For him, the never-solved, long-ignored fire in West Orange only serves to underscore his view that some conspiracies are quite real and in the case of the destruction of Edison's laboratory, the linchpin of a concerted effort to destroy the inventor's reputation in order to keep his battery off the market, while crushing Henry Ford at the same time.

Black weaves a compelling detective story that explains why the electric car failed despite its superiority as an urban transportation vehicle in an age when country roads were mud, suburbia didn't exist and gasoline was hard to find. Compared to the quiet, pollution free, dependable electric cars of the era, gasoline models were dirty, noisy and difficult to start, but that also gave them a certain machismo in the minds of the male motorist.

But beyond that, electric cars also were stigmatized in the minds of public of that day as the tool of corporate swindle artists from the "Lead Trust" to Carl Pope's bicycle monopoly to the automobile cartel, the latter buoyed by its lock on the infamous Selden patent, which Henry Ford fought against for a decade. It wouldn't be until 1911 that Ford would finally bust the Selden patent, though his company came perilously close to insolvency in its long legal battles in the courts.

In the context of the late 1890s and early 1900s, Black explained, electric car manufacturers were the 'bad guys', a complete reversal of where we are today which sees them as a means by which to save the planet.

"These were the Wall Street financiers, the bank manipulators, corporate raiders; and they decided to quash these internal combustion machine developers; names you'd now like Dodge and Cadillac."

Their legal instrument in this fight was George Selden's patent, which he'd acquired in the decades immediately after the American Civil War, and allegedly gave him the right to royalties on any and all automobiles built in America, if not the rest of the world. The patent was, in fact, nothing more than a simple line sketch, the kind of thing you'd draw on the back of an envelope or napkin. But with it, the cartel planned to intimidate and coerce its competitors with threats of expensive, protracted lawsuits.

Oddly at the time, the gasoline vehicle developers were the populists, Black said, but they would eventually join forces with the battery, electric car and bicycle cartels to form a super cartel, and in the process the electric car was abandoned in favor of the internal combustion machine.

"The one guy who would not [join] the cartel was Henry Ford. He did not want the internal combustion machine to be available for the rich man, the bank president and for the lawyer and for the doctor. He wanted the internal combustion machine to be available for all people as a kind of liberating American way of life. He was the populist.

"Now this is the same Henry Ford who ultimately became Adolf Hitler's hero, who I have investigated for his profound Nazi and anti-semetic activities, but the period in which I am writing Internal Combustion is years before that, a decade before that, perhaps two; and as a result, he is actually the hero of this book."

Before Ford won his legal battles against the Selden patent in 1911, anyone buying his car risked being sued by the cartel. So, along with a warranty, Ford also promised legal representation for its buyers.

With the downfall of the Selden patent, internal combustion cars began to proliferate, but it was also at that point, said Black, that Henry Ford realized that he had won the battle, but lost the war as the dirty, polluting cars spread at the expense of the far cleaner electric models.

So, he turned to Edison and together they quietly set about to develop an affordable electric car for the common man, one that could be charged off a cellar generator and residential-scale wind turbine, whose power would also be stored in Edison's NiFe battery.

Between 1912 and 1914, when the fire destroyed Edison's research complex, the two men tried vainly to perfect their car, but strangely, although the batteries worked fine in Edison's lab, by the time they reached Dearborn, they would fail, be damaged or simply not perform as specified.

Both Edison and Edwin Black suspected foul play.

Reading Internal Combustion you very quickly get a strong sense of déjà vu, that we've been here before, that in fact very little has changed, apart from some advances technologically.

As Black bluntly asserts, "We don't need to reinvent the wheel here. We need to exhume from where it was buried... a century ago. Whenever you get companies like General Motors who say we don't have a battery that works, or we're trying to make it work, there's new technology, it's all a lie. It's all a distraction because we know back in 1911 and 1912, the General Electric company had the Electrant, which was like a parking meter and when you parked in front of it, you plugged your electric car in and got a recharge. They had overnight charging facilities. Remember, there were no gas stations in 1911 and 1912. So, basically the idea was to recharge the battery."

On the topic of EV range, Black pointed out that some 75 percent of cars are driven about 25 miles a day, well within the capabilities of even Edison's century-old battery.

"There is no reason whatsoever that electric cars can't predominate today, except for the fact that the big automakers and the government that works with them are unwilling to undo decades of destructive automotive engineering, decades of oil addiction. It's not about... doing right for this world, right for this planet, right for our society; it's about keeping a lucrative status quo even as our climate changes, even as petro-terrorists and petro-politics put a gun to our head and a sword to our neck; and even as our American way of life and treasury is being transferred to the Middle East."

For Edwin Black, mobility is a human right, an entitlement from which everyone should be able to benefit.

"We must no longer be held hostage by those who want to control our ability to move from point 'A' to point 'B' and do so in a healthy, sensible fashion that will not make us subjugated to those in the Middle East."

PHOTO CAPTION: Ford engineer Fred Allison test drives second experimental electric car powered by Edison nickel iron battery at Henry's Highland Park farm in the summer of 1914. Photo courtesy of Edwin Black.

One of the surprises for him personally while doing the research was the discovery of General Motors complicity in not only helping Hitler make blitzkrieg possible through its Germany subsidiary, Adam Opel, which it wholly acquired in 1931, but also its role in helping dismantle some 40 public trolley systems in cities across America.

"At the same time [they were wreaking havoc on the U.S. transit system] they were mobilizing the Third Reich to take over Europe and to destroy civilization. Remember it was General Motors that made the [Opel] Blitz truck for blitz kreig."

Black is equally outspoken about how little is being done to arrest the course we're on despite the rhetoric and the toying with EV technology.

"Bill, nothing is being done right!" he fairly shouted at me. "Nothing!"

"It doesn't matter if you and me and a million of our friends, every month throw out our gas guzzlers and convert to electric vehicles because if you and me and a million friends do that for a full year, there will still be 220 million gas guzzlers out on the road. You don't get it. The answer isn't one that you and I can solve," he asserted. "The only way that we can solve this is not through a government or any government, which has shown consistently for five thousand years that it will not follow a wise energy policy, it is my idea of the Green Fleet Initiative."

That initiative would see the huge numbers of fleet vehicles in both the public and private sector, some 28,000 strong, immediately begin converting over to electric drive and other alternative fuels. He cited commercial delivery fleets in the tens of thousands and the 100,000 taxis in the country, one third of which are replaced every year.

"If some or all of these fleets adopted a "Green Fleet Initiative" as I have outlined and say we will no longer buy any vehicle that isn't either an electric car or a hydrogen car or a biofuel car, excluding, of course, the big fake out which is corn ethanol. If some of these leading fleets said we'll drive our gas guzzlers into the ground and only replace them with these true alternative fuel vehicles, then the carmakers would beat each other to the starting line to be the first to sell en masse."

"People need to understand that we're not just going to have a picnic with the electric car if we're going fix the problem. We need to change the fleets; the millions of cars that are repaired, purchased and retired each year. The Post Office, the military, the university, the delivery company... And only when we start to do that will we truly address the problem.

"Answer me this, Why is it that Iran, facing sanctions, is now converting its entire automobile fleet within five years off of gasoline to compressed natural gas? What do they know that we don't know?

"We could move these cars off to compressed natural gas right now as a bridge technology to hydrogen cars; and remember hydrogen cars are electric vehicles," he stressed, pointing out that the fuel cell was first invested in the late 1830s.

"When is our government going to wake up?" he asked. "When are people going to demand that it makes no sense to send me a brochure about reducing carbon emissions if the company that delivered that brochure... helped kill our climate in the process, and kill our lungs in the process and kill our pocketbooks in the process and kill our way of life in the process?"

For all his fervency, Black admitted that he's not making much progress with his green fleet idea, though he believes that with a staff of six, he could make substantial headway by calling personally on fleet managers around the country.

"Everybody wants to talk about it; nobody wants to do it."

He would encourage people and companies to "ship green" and give a sort of Good Housekeeping seal of approval to companies who do. He also ridicules the the idea of carbon credits, comparing them to the selling of indulgences by the Catholic church during the Middle Ages.

"We need to stop right now, get on the phone and call the local sheriff, university, hospital, corporation and talk to the fleet manager... and ask them why their next 800,000 vehicles they buy, the next million vehicles they buy, the next ten vehicles they buy are not alternative fuel cars.

Black thinks that 18-year-long plans to improve vehicle mileage (fuel efficiency) is completely silly.

"Get off the better mileage dog and pony show. Who needs better mileage from a gas guzzler? Stop using those cars. When you get people trying to confuse the public with stories about petroleum reserves and stories about corn ethanol... Why is there a 54 cents [per gallon] penalty tax against Brazilian sugar cane ethanol, which is oil-free, and a 51 cents per gallon government subsidy for corn ethanol that goes right not to a farmer but to the oil companies?"

"We have to talk to our legislators. We have to get a grasp of what we're doing, and we're not going to have any ignition to this piston unless we know how we got addicted to oil and how to get off."

You can listen to the complete interview with Edwin Black by using the MP3 players at the top of the page or by downloading the file to your computer hard drive for transfer to your favorite MP3 player. His book, Internal Combustion, is available through Amazon.com and other fine book sellers.

Bibliografia - History of the Electic Automobile

Leiam o Livro History of the Electic Automobile

Flywheel electric Vehicle
http://books.google.com.br/books?id=E-T7ExPBvMwC&printsec=frontcover

http://books.google.com.br/books?id=E-T7ExPBvMwC&pg=PA158&dq=air+engi...

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Frenagem regenerativa: Artigo By Tony Santoni, Roboteq Inc. 02/10/2009

Introduction
Electrical motors are reversible machines; they can function as motors or as generators. A motor receives electrical power from a battery and transforms it in torque developing a Counter Electromotive Force CEMF, which opposes the battery. A generator receives mechanical power from a mechanical actuator and transforms it in electrical power developing a Counter Torque, which opposes the actuator.

A motor behaves as motor and as generator at the same time. In fact while a motor is 'motoring', that is doing mechanical work, it generates CEMF acting as generator, although the CEMF is lower than the battery voltage so the motor acts as a load and absorbs current.

In certain situations the CEMF may overcome the battery, in which case the generator component becomes dominant; the motor acts as a generator inverting the direction of its current and forcing it into the battery.

The typical situation is the one of a heavy vehicle rolling on a sharp downhill slope and forcing the motor to turn fast enough that the CEMF becomes larger than the battery voltage. As soon as the motor overcomes the battery it inverts the current direction and starts feeding current into the battery, while developing a counter torque that acts as a brake. This phase is called regeneration (recharging of the battery).

The Voltage/Current plane
Two wire DC electrical devices have one of the two poles marked as positive. By convention this is the pole where the positive voltage applied or generated is located.

These devices are divided into two categories:

• Generators: Batteries, dynamos, fuel cells etc.
• Users: Resistors, ovens, motors etc.

The current is defined as positive if it enters the positive pole of a user, or exits the positive pole of a generator. See figure 1.

FIGURE 1.

Obviously it is possible to force a negative current on the positive pole.

As an example, a common car battery (generator) sources a positive current (exiting the positive pole) when starting the car and sinks a negative current (entering the positive pole) while being recharged.

Similarly current can be made to exit from the positive pole of a resistor (user) inverting the voltage across it. By representing positive and negative voltage/current in a plane as a VI axis, we distinguish four quadrants.

As an example let's look at a car battery (figure 2); Q1 and Q 3 are the quadrants where the battery acts as a generator, since the current exits the positive pole. In Q1 the generator maintains a positive power rail while in Q3 the battery maintains a negative power rail.

FIGURE 2.

Q2 and Q4 are the user quadrants, where the battery acts as a load to a battery charger that pushes current into the battery recharging it. In Q2 the battery charger output maintains a positive power rail, where in Q4 the charger maintains a negative power rail.

We will see shortly that a permanent magnet DC motor is also a four-quadrant device, acting as a user in Q1 and Q3, and as a generator in Q2 and Q4.

The motor as a four-quadrant device
Most electrical motion operated by a battery use permanent magnet PM motors, since in this case no battery current needs to be spent to generate the magnetic field. Reversing the armature current reverses the direction of rotation.

The only exception is for very large vehicles, where high power motors are needed, beyond the capability of permanent magnets, In this case a 'separately excited' motor is used, mostly the shunt version which, as long as the field winding is feed at constant voltage, behaves like a PM motor (constant flux).

In practice, since the shunt motor may malfunction should the field current accidentally become zero, what is used is a variation of the shunt motor called 'compound'. A small series field winding is added, to guarantee a minimum amount of field as long as there is armature current. An advantage of the shunt motor is that direction is reversed by reversing the field current, rather than the much larger armature current.

The interesting characteristics of the permanent magnet motor are:

• Predictable behavior.
• Ability to develop maximum torque at startup, when speed is zero.
• Absence of run away condition, this being the situation where the motor indefinitely increases its speed, until it destroys itself (something that can happen with separately excited motors).
• Ideal in battery operation, since they do need to consume current to create the field flux.

FIGURE 3.

From now on we refer exclusively to PM motors; they are widely used in many applications up to several HP.

As previously shown, a motor is a reversible machine; it acts in four quadrants of the Voltage/Current plane.

The motor can be assigned a positive pole, which corresponds to one of the two senses of rotation, for example the one moving a vehicle forward. Let's assume this is the clock-wise CW direction (Q1). Inverting the armature current inverts the direction, which becomes counter-clock-wise CW (Q3).

Q1 and Q3 are the quadrants where the motor is motoring, that is absorbing electrical energy and making mechanical work. Q2 and Q4 are the quadrants where the motor is generating, that are it is mechanically pulled, like for example by an electrical golf cart going downhill, and it acts as a DC generator.

FIGURE 4.

It is useful to understand the equivalent circuit of a permanent motor. It is composed of a voltage generator equivalent to the Counter Electromotive Force CEMF, a series resistor equivalent to the resistance of the copper of the armature winding, and a series inductance.

FIGURE 5.

The figure above shows the electrical equivalent circuit. The flux of the motor is constant so it is incorporated in the constant.

Note that torque is proportional to armature current and CEMF is proportional to the speed; the faster the motor turns, the higher is the CEMF. If the motor is turned by an external agent (gravity on a steep downhill) the CEMF can exceed the voltage of the battery and recharge it.

Energy balance in a vehicle
A moving vehicle has three energy components associated with its motion:

• Kinetic energy E_K
• Potential energy E_P
• Rotation energy E_R

E_K = ½MV² where M is the mass and V is the speed (EQ 1)

E_P = MgH where g = 9.8 m/sec² is the gravity acceleration and H is the height (EQ 2)

E_R = ½IW² where I is the moment of inertia and W the angular velocity (EQ 3)

E_R is normally very small and can be ignored (unless the vehicle is build on purpose with a heavy spinning wheel, such as boats using gyroscopic rotating masses for stabilization).

The total energy of the vehicle is:

E_tot = E_K + E_P = M (½V² + 10H) (EQ 4)

We have approximated gravity to 10 meter/second².

A vehicle beginning an uphill slope will slow down losing kinetic energy (speed diminishes) while gaining potential energy (height increases). A vehicle beginning a downhill slope will lose potential energy (height decreases) and gain kinetic energy (speed increases).

A vehicle going over a summit with its motor disengaged will start moving downhill at constant acceleration until it will reach constant speed. This will happen when attrition and air resistance become sufficiently high to balance gravity. This is similar to a man parachuting who will initially fall at constant acceleration, until wind resistance will balance his speed and keep it constant.

A vehicle going over a summit with its motor engaged will behave in the same way, except that the motor will turn into a generator, effectively adding a braking effect to attrition and wind resistance so the vehicle will reach constant speed sooner and the speed will be lower.

Once the speed becomes constant, the kinetic energy remains constant; only the height decreases by a constant quantity over time. The delta Energy DE_P is equal to:

DE_P = 10M (H2 - H1) (EQ 5)

H2 is the initial and H1 is the final height. Let's assume in the last case for simplicity that attrition and wind resistance are negligible, then all the lost potential energy goes into the motor.

If we make the loss of altitude H2 - H12 equal to the loss in one second, then assuming the motor is connected to the battery, then the motor will transform in electrical power the lost Potential Energy per second.

Electrical Power = DE_P = 10M (H2 - H1) (EQ 6)

Let's make an example.

A 300-kg electrical cart rolls downhill at a constant speed of 15 km/hour (about 10 mile/hour) on a 15% incline. Each second the cart covers four meters.

The loss of height per second is:

H2 - H1 = 4 x 0.15 = 0.6 meters. (EQ 7)

The loss of potential energy per second is:

DE_P = 10 x 300 x 0.6 = 1,800 Joule per second (EQ 8)

In electrical terms this equates to 1.8 kW of electrical power.

The motor will generate an equivalent current (minus the generator efficiency), which will recharge the battery.

Coasting, Dynamic, Regenerative Braking
Let's assume we have an electric cart reaching a summit and then rolling downhill. As the cart passes the summit, the current in the motor drops to zero as no more torque is requested of the motor. The cart starts rolling downhill at constant acceleration, speeding up and forcing the motor to turn faster and faster so the CEMF increases until the motor turns fast enough that the CEMF exceeds the battery. At that moment the motor becomes a generator and the current will invert its direction and flow into the battery recharging it.

The motor, as generator, will develop a Counter Torque, (equivalent to the motor developing a CEMF) which will act as a brake. Eventually the Counter Torque and gravity will balance each other, at which point the cart will stop accelerating and will roll downhill at constant speed.

There are three ways a cart can be designed to handle a downhill:

Coasting - The motor is disconnected and left floating. There is no braking effect from the motor and the cart will accelerate so to accumulate the maximum kinetic energy to help with the next uphill climb. Dynamic braking - The motor is detached from the battery and connected to a resistor. The potential energy lost downhill is dissipated as heat. The motor acts as a brake but the energy is lost as heat. Regenerative braking -The motor stays connected to the battery and the CEMF (once exceeding the battery) will recharge the battery. The motor acts as a brake and the lost potential energy is stored in the battery. Using a Power Supply In some stationary applications a power supply may be used instead of a battery; in this case regenerative braking may become dangerous. A battery is a two-quadrant generator, capable of issuing (discharge) or receiving (recharge) current at constant voltage. A power supply in general is designed as a one-quadrant generator, designed for issuing current at constant voltage, but not for receiving it. If a power supply has to be used, then the best choice is a conventional power supply with large filtering output electrolytic capacitors; a regenerating motor will charge the capacitors and as long as the voltage does not exceed their maximum rating, the power supply will operate in two quadrants. A switching power supply is in general not suitable.

Energy balance in a vehicle
A moving vehicle has three energy components associated with its motion:

• Kinetic energy E_K
• Potential energy E_P
• Rotation energy E_R

E_K = ½MV² where M is the mass and V is the speed (EQ 1)

E_P = MgH where g = 9.8 m/sec² is the gravity acceleration and H is the height (EQ 2)

E_R = ½IW² where I is the moment of inertia and W the angular velocity (EQ 3)

E_R is normally very small and can be ignored (unless the vehicle is build on purpose with a heavy spinning wheel, such as boats using gyroscopic rotating masses for stabilization).

The total energy of the vehicle is:

E_tot = E_K + E_P = M (½V² + 10H) (EQ 4)

We have approximated gravity to 10 meter/second².

A vehicle beginning an uphill slope will slow down losing kinetic energy (speed diminishes) while gaining potential energy (height increases). A vehicle beginning a downhill slope will lose potential energy (height decreases) and gain kinetic energy (speed increases).

A vehicle going over a summit with its motor disengaged will start moving downhill at constant acceleration until it will reach constant speed. This will happen when attrition and air resistance become sufficiently high to balance gravity. This is similar to a man parachuting who will initially fall at constant acceleration, until wind resistance will balance his speed and keep it constant.

A vehicle going over a summit with its motor engaged will behave in the same way, except that the motor will turn into a generator, effectively adding a braking effect to attrition and wind resistance so the vehicle will reach constant speed sooner and the speed will be lower.

Once the speed becomes constant, the kinetic energy remains constant; only the height decreases by a constant quantity over time. The delta Energy DE_P is equal to:

DE_P = 10M (H2 - H1) (EQ 5)

H2 is the initial and H1 is the final height. Let's assume in the last case for simplicity that attrition and wind resistance are negligible, then all the lost potential energy goes into the motor.

If we make the loss of altitude H2 - H12 equal to the loss in one second, then assuming the motor is connected to the battery, then the motor will transform in electrical power the lost Potential Energy per second.

Electrical Power = DE_P = 10M (H2 - H1) (EQ 6)

Let's make an example.

A 300-kg electrical cart rolls downhill at a constant speed of 15 km/hour (about 10 mile/hour) on a 15% incline. Each second the cart covers four meters.

The loss of height per second is:

H2 - H1 = 4 x 0.15 = 0.6 meters. (EQ 7)

The loss of potential energy per second is:

DE_P = 10 x 300 x 0.6 = 1,800 Joule per second (EQ 8)

In electrical terms this equates to 1.8 kW of electrical power.

The motor will generate an equivalent current (minus the generator efficiency), which will recharge the battery.

Coasting, Dynamic, Regenerative Braking
Let's assume we have an electric cart reaching a summit and then rolling downhill. As the cart passes the summit, the current in the motor drops to zero as no more torque is requested of the motor. The cart starts rolling downhill at constant acceleration, speeding up and forcing the motor to turn faster and faster so the CEMF increases until the motor turns fast enough that the CEMF exceeds the battery. At that moment the motor becomes a generator and the current will invert its direction and flow into the battery recharging it.

The motor, as generator, will develop a Counter Torque, (equivalent to the motor developing a CEMF) which will act as a brake. Eventually the Counter Torque and gravity will balance each other, at which point the cart will stop accelerating and will roll downhill at constant speed.

There are three ways a cart can be designed to handle a downhill:

Coasting - The motor is disconnected and left floating. There is no braking effect from the motor and the cart will accelerate so to accumulate the maximum kinetic energy to help with the next uphill climb. Dynamic braking - The motor is detached from the battery and connected to a resistor. The potential energy lost downhill is dissipated as heat. The motor acts as a brake but the energy is lost as heat. Regenerative braking -The motor stays connected to the battery and the CEMF (once exceeding the battery) will recharge the battery. The motor acts as a brake and the lost potential energy is stored in the battery. Using a Power Supply In some stationary applications a power supply may be used instead of a battery; in this case regenerative braking may become dangerous. A battery is a two-quadrant generator, capable of issuing (discharge) or receiving (recharge) current at constant voltage. A power supply in general is designed as a one-quadrant generator, designed for issuing current at constant voltage, but not for receiving it. If a power supply has to be used, then the best choice is a conventional power supply with large filtering output electrolytic capacitors; a regenerating motor will charge the capacitors and as long as the voltage does not exceed their maximum rating, the power supply will operate in two quadrants. A switching power supply is in general not suitable.

The variable speed electronic motor controller
A Roboteq Variable Speed Electronic Motor Controller is a device capable of regulating direction and speed of a motor. This is achieved by using a Power MOS bridge. The controller controls the direction of a motor by conducting on one side or the other side, which effectively inverts the current in the motor.

Speed is controlled by pulsating the Top MOS on one side of the bridge, while the Bottom MOS on the other side is always ON (PWM regulation); the speed will be proportional to the Duty Cycle of the PWM.

The Bottom MOS on the same side of the bridge of the Pulsating MOS is pulsated too in opposition to the Top MOS (the two must never be ON at the same time, or they will short the power supply with consequent damage to the controller).

The reason for pulsating the Bottom MOS is to provide a low resistance path to the inductive current of the motor, which is made safely re-circulate avoiding the typical high voltage spikes generated by an inductive load.

The Figure below illustrates the concept. At the top the Power Bridge is shown when the battery feeds the motor, and at the bottom when the motor re-circulates.

FIGURE 6.

In the figure above both the controller and the motor have been conventionally assigned a positive pole, which for the controller corresponds to a positive current being generated and for the motor corresponds to the forward sense of rotation. Clearly this is a convention, as neither the controller nor the motors are in reality sold with a positive pole clearly marked.

Reversing the power bridge would reverse the sense of rotation of the motor, which would rotate backwards.

Less intuitive is the operation in the second and fourth quadrant, where the motor would generate current. To better understand this let's refer to the practical situation of a vehicle in motion.

A consequence of the motor current re-circulation is that the motor current is almost constant (effectively filtered by the inductance of the motor). Typically the inductance of a motor is a few millihenries while the internal resistance is at least 100 mΩ, so the time constant T = L/R is in at least 10 ms, much lager than the PWM frequency, hence the smoothing of the current into an almost DC current.

The figure below shows how the Power Bridge chops the battery current, while allowing the motor current to be DC. In essence the controller maintains the battery voltage constant and chops the battery current, while in turn chopping the motor voltage and maintaining constant the motor current.

Obviously the power generated by the battery must be equal to the power given to the motor (the controller has very high efficiency). Indicating the duty cycle as DC:

Power generated by the battery:

V_bb x I_average = V_bb x I_peak x DC (EQ 9)

Power received by the motor: I_mot x V_mot = I_mot x V_bb x DC (EQ 10)

Therefore:

V_bb x I_peak x DC = I_mot x V_bb x DC (EQ 11)
I_peak = I_mot / DC (EQ 12)

As an example, measuring 5 A continuous current in the motor when the duty cycle is 10% means that the peak of current in the battery is 50 A, something to take into account in designing the mechanical and electrical power connections.

FIGURE 7.

In reality, what is described above is not what is observed, since the current at the battery I_bb is close to a DC current, due to the smoothing effect of the of large electrolytic capacitors mounted in the controller.

Consequently the battery delivers a constant amount of power (constant voltage/constant current):

P_bb = V_bb x I_bb (EQ 13)

The motor conversely has its voltage V_bb chopped by the duty cycle DC and a constant current I_mot; the two powers need to be the same, therefore:

V_bb x I_bb = (V_bb x DC) x I_mot I_mot = I_bb / DC (EQ 14)

In conclusion the current flowing in the motor is larger than the current measured at the battery except than when the duty cycle becomes 100%. The example above refers to the controller and the motor in the first quadrant.

Coming up in Part 2: The motor as a generator, the four quadrants, battery disconnect during regeneration and sizing the motor.

About the author:
Tony Santoni has a master's degree in electronics from the University of Rome, Italy. He is a partner in Roboteq and was formerly with STMicroelectronics in various management responsibilities, from Design to Sales. He presently lives and operates in Phoenix, AZ.

Inversor - CFW09 da WEG, modelo: CFW0086T2223POP1Z, peso:41kg.

Este inversor conta com link CC para entrada direta de corrente contínua. Tem como características:
Entrada trifásica de 200-230V / 380-480V / 500-690V com variações de +10, -15%
Freqüência de saída: 0...204Hz (em rede de 60Hz) ou 0...170Hz (em rede de 50Hz). Acima de 204Hz (sob consulta).
A caixa em que ele é montado é bem ventilada mesmo para montagens em paineis.
A interface homem x máquina pode ser destacada do painel e via cabo ser operada à distância do inversor.
Também pode ser operado e parametrizado via software Superdrive da WEG.
Na foto abaixo vemos os pontos de ligação do inversor, onde 1, 2 e 3 são as fases de entrada (R,S e T), e 4, 5 e 6 as saídas para o motor trifásico (UVW).
Para inversão da rotação do motor sem fazer uso do inversor, basta trocar duas fases quaisquer do motor, de posição entre si (exemplo: U,V,W para W,V,U).


Este inversor aceita frenagem regenerativa, para tanto a carga deve ser ligada em 8 (BR) e 10 (veja foto acima). E conexão indutor (opcional) em 9 e 10 (no lugar do fio amarelo na foto acima). Para ligações do link CC basta conectar as baterias nos terminais 7 (-UD) e 9 acima. A correlação destes números da foto acima com o diagrama de bloco da foto abaixo é a seguinte: 10, 9, 8 e 7 acima são equivalentes respectivamente a 1, 2, 3 e 4 do diagrama abaixo:

Algumas características e parâmetros que considerei relevantes para uso em VEs dos inversroes da linha CFW-09:

O optimal Braking pode regenerar a carga para as baterias, supercapacitores, ou flywheel (mecânico), ao invés de dissipar a energia em um resistor.

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A curva de torque típica para um motor de indução trifásico:

Se usarmos um inversor para ir além da rotação nominal, o torque começa a cair depois dos 100% da rotação (frequência) nominal.
Como a curva de potência de um motor e dada pelo Torque x Rotação, a medida que a rotação aumenta, a potência aumenta também.
Até que atinge a rotação nominal do motor e ai a potência começa a ser quase constante, mesmo com a maior rotação do motor.
Uma curva de resposta bem interessante para um motor.

Com o uso de inversor, devido ao controle de U/F (ou V/F), ao se controlar a tensão e a freqüência, a curva do motor, pode ser deslocada com um torque menor na partida e limitação de sobre tensão.

Existe porém algum inconveniente do ponto de vista da elétrica em se deixar a tensão nominal na máxima e controlar apenas a freqüência?

Assim o gráfico da potência deveria ficar semelhante a linha verde do gráfico acima onde depois da rotação nominal a potência permaneceria quase constante com o aumento da rotação.

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Depois da rotação nominal, é possível aumentar a frequência sem
risco de sobre-corrente desde que sempre seja controlado o escorregamento.
Olha a curva Toque/Potência do Tesla Roadster em anexo.

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torquegraph_v2.gif.jpg 178K Download

Resumo bem didático:
www.dca.fee.unicamp.br/~rangel/controle/home-page/*inversor*2.doc

Apresentação Projeto de Veículo Elétrico à Câmara Temática do CONTRAN

MINISTÉRIO DAS CIDADES
CONSELHO NACIONAL DE TRÂNSITO

Brasília, 25 de março de 2009

CONVITE

A Sua Senhoria o Senhor
Elifas Chaves Gurgel do Amaral

O Coordenador da Câmara Temática de Assuntos
Veiculares convida Vossa Senhoria para apresentar o Projeto de Veículo
Elétrico – conversão de veículo de motor à combustão para motor
elétrico, encaminhado ao Denatran pelo Processo nº
80001.034785/2008-17, na 20ª Reunião Ordinária da CTAV, agendada para
o dia 02 de abril de 2007, em Brasília.

Local: Hotel St. Petter
Endereço: Quadra 02, Bloco "D", SHS - Setor Hoteleiro Sul, Brasília /
DF, fone: (61) 3217-2700.
Data: 02/04/2009
Horário: 10h às 12h

http://www.denatran.gov.br/eventos/encontros/apresentacoes_encontro_2008/Apresenta%C3%A7%C3%A3o%20Juciara%20Rodrigues%20(Denatran).ppt

Lançamento do Programa Brasileiro de Etiquetagem Veicular

Consumidor terá mais informação para decidir sobre a compra de um carro para atender suas necessidades
09/11/08

Os carros novos vendidos no Brasil a partir de abril de 2009 terão uma etiqueta com informação sobre os níveis de consumo de combustível de cada veículo. A etiqueta faz parte do Programa Brasileiro de Etiquetagem Veicular, criado para apoiar o consumidor na hora de comprar um carro novo. O consumidor poderá decidir com mais informação entre a compra de um "beberrão" de combustível ou de um "mais eficiente", econômico e "respeitador do meio ambiente" para atender suas necessidades.

O programa é regulamentado pelo Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (Inmetro), com a participação do Programa Nacional de Racionalização do Uso dos Derivados do Petróleo e do Gás Natural (Conpet), Petrobras, Ministério de Minas e Energia (MME), Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), do Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (Ibama), da Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental de São Paulo (Cetesb) e conta com apoio da Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores (Anfavea) e da Associação Brasileira de Empresas Importadoras de Veículos Automotivos (Abeiva).

A etiqueta

Os consumidores brasileiros poderão incluir em suas avaliaçôes na escolha dos veículos que irão adquirir a economia de combustível. A avaliação comparativa poderá ser feita mesmo entre combustíveis com características diferentes. Inicialmente, o programa vai abranger apenas os veículos leves movidos a gasolina, álcool e gás natural. Os veículos movidos a diesel, os pesados e as motocicletas, por enquanto, ficaram de fora da classificação, mas uma futura implantação da etiquetagem para esta frota não está descartada.

A Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (Ence), que será afixada voluntariamente pelos fabricantes e importadores nos automóveis, apresentará os desempenhos com gasolina, etanol e GNV, tanto na estrada como em âmbito urbano. Conterá informações sobre a categoria de veículo, versão, motor e transmissão. Flechas coloridas apontarão a categoria de consumo do veículo, de A até E. A letra A representa os veículos de maior economia e a letra E os que consomem mais combustível.

Os veículos de passageiros serão classificados em categorias conforme a área projetada do veículo no solo: subcompacto (até 6,5m²); compacto (de 6,5m² até 7m²); médio (de 7m² até 8m²); grande (acima de 8m²).

Os veículos especiais serão classificados em quatro categorias que atendem critérios específicos, predefinidos em normas: comercial leve, carga leve, fora de estrada e esportivo. Os veículos de cada categoria serão classificados em cinco faixas, de acordo com o consumo: de “A” (menor consumo energético) a “E” (maior consumo energético). O consumo será medido em MJ/km (Mega Joule por quilômetro), sendo que MJ é a unidade de energia obtida a partir do volume de combustível consumido (em litros), de gasolina, álcool ou GNV (metros cúbicos – m³), de acordo com seu poder calorífico e sua densidade. Esta medida foi adotada para permitir a comparação de veículos com combustíveis diferentes ou multicombustíveis. A comparação é feita pela média aritmética dos consumos de cada combustível e média ponderada dos valores de consumo em ciclos de condução padrão urbano e rodoviário. As etiquetas vão trazer os valores de referência de quilometragem por litro (km/l), com gasolina, álcool ou GNV (km/m³), na cidade e na estrada.

Os testes serão realizados em laboratório, conforme norma ABNT NBR 7024, com ciclos de condução e combustíveis padrão. Os carros serão submetidos a situações muito próximas às condições reais de uso do veículo na estrada e na cidade. As medições serão realizadas em laboratórios acreditados pelo Inmetro, podendo ser do próprio fabricante ou independentes.

O Guia

As informações constarão da etiqueta, que será afixada nos veículos, nos manuais do proprietário, em lojas revendedoras e nos sites do Inmetro e do Conpet. Cada empresa participante terá de etiquetar pelo menos 50% de sua frota - mas todos os veículos passarão pelos testes, afirmam representantes do Inmetro. Aqueles que não tiverem o selo, mas fizerem parte do programa por suas montadoras, terão seus dados de consumo divulgados pelo instituto.

O Inmetro publicará todo ano um Guia com todos os consumos nas oito categorias (quatro de automóveis de passageiros separados por tamanho: subcompacto, compacto, médio e grande; e quatro de veículos para uso específico: esportivo, fora-de-estrada, comercial leve e comercial derivado de veículo de passageiros).

A Agência de Proteção Ambiental (EPA) e o Departamento de Energia (DOE) americanos publicam anualmente o Guia de Economia de Combustível. Os híbridos Prius da Toyota e o Civic da Honda lideram o ranking de economia em combustível no Guia 2009, cuja lista dos modelos 2009 é encabeçada por seis elétricos híbridos.

Uso de veículos elétricos é destaque no último relatório do IPCC - 11/05/07 - Bruna Dias (ABVE)

Reduzir as emissões no setor de transporte são co-benefício para a diminuição do congestionamento no trânsito, para o aumento qualidade do ar e para a segurança da energia
11/05/07 - Bruna Dias

Divulgado em maio, na Tailândia, o último estudo do 4º Relatório Mundial do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) defendeu a utilização de veículos elétricos híbridos e a bateria para auxiliar na mitigação das mudanças climáticas e destacou, ainda, que a eficiência energética desempenha um papel importante neste cenário.

Segundo o relatório, já existem disponíveis comercialmente tecnologias e práticas fundamentais para a mitigação no setor de transporte. Dentre elas estão o uso de veículos com combustíveis eficientes, veículos híbridos, veículos a diesel mais limpos, biocombustíveis, deslocamentos do transporte de estrada para o trilho e sistemas de transporte público. Além disso, um destaque foi o incentivo para o transporte não-motorizado, como ciclismo e caminhada.

A previsão é que até 2030 novas tecnologias e práticas para mitigação já estejam comercializadas como a segunda geração de biocombustíveis, aeronaves mais eficientes, veículos elétricos híbridos e a bateria mais avançados com mais potência e baterias confiáveis.

No entanto, o estudo alerta para o fato de que estas variadas opções de mitigação ainda enfrentam muitas barreiras por questões de preferência de consumo e de escassez de estrutura polítca. Roberto Schaeffer, professor de planejamento energético do Coppe/UFRJ, afirmou em reportagem para o caderno especial do Valor Econômico sobre Impacto Ambiental que existem uma série de medidas viáveis que ainda não saíram do papel no Brasil. “A geração de energia elétrica por meio do bagaço da cana ainda engatinha no Brasil. Nem mesmo políticas mais rigorosas no uso do automóvel nas grandes cidades brasileiras foram desenvolvidas até agora. As principais capitais do mundo estão mais avançadas que nós”, criticou Schaeffer, um dos pesquisadores brasileiros que compõem o IPCC.

Quais as suas vantagens?

A alta eficiência energética e o baixo ou quase nulo nível de emissões de poluentes e de ruídos, que resultam num impacto ambiental quase nulo, são as principais vantagens dos veículo elétricos para os convencionais. Além disso, estudos indicam que a eficiência global da eletricidade é pelo menos o dobro, por exemplo, da gasolina. O VEB, por exemplo, permite economia de energia e emissões nulas no local onde circulam. No caso brasileiro, cerca de 80% da geração de eletricidade é de origem hídrica, o que permite reduções de emissões totais (desde a geração de energia elétrica até a roda do veículo) muito expressivas, quando se compara o veículo elétrico a bateria com seu equivalente convencional. O VEH permite economias de energia da ordem de 20 a 40%, quando comparado com o seu equivalente convencional com motor de combustão interna. As emissões de dióxido de carbono (CO2) são reduzidas em até 50% e as emissões de monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos (HC) e óxidos de nitrogênio (NOx) são reduzidas em até 90%. Essa economia energética pode ser ainda maior caso as baterias possam ser recarregadas a partir da rede elétrica (VEHP), permitindo reduções de emissões bem maiores, podendo ser nulas durante boa parte do trajeto diário realizada no modo exclusivo elétrico.

Taxação por emissões de carbono estão entre políticas públicas apresentadas

De acordo com o relatório, uma imensa variedade de políticas nacionais e instrumentos estão disponíveis para que os governos desenvolvam incentivos para a mitigação. Dentre elas estão a cobrança de impostos e taxas por emissões de carbono, incentivos financeiros e acordos voluntários entre indústria e governo.

No setor de transportes, algumas das políticas que se mostraram ambientalmente eficazes foram a mistura de combustíveis, impostos na compra do veículo, registo, uso e combustíveis do motor, estrada e preço do estacionamento, investimento no transporte público e formas de transporte não-motorizadas.

Além disso, a gerência de demanda de transporte é um dos temas de grande imporância para a mitigação dos gases estufa já que necessita de planejamento urbano e fornecimento de informação e técnicas educacionais. O relatório lembra, ainda, que reduzir as emissões no setor de transporte são co-benefício para a diminuição do congestionamento no trânsito, para o aumento qualidade do ar e para a segurança da energia.

Desde sua criação, em 1988, o IPCC publicou outros três relatórios mundiais de avaliação sobre mudanças climáticas: em 1990, 1995 e 2001. O último é considerado o mais completo dos já produzidos, tendo envolvido 2.500 cientistas de mais de 130 países, divididos em três grupos de trabalho (GTs), num esforço que já dura seis anos. Os três grupos de trabalho são sobre: Bases científicas (GT1); Impactos, adaptação e vulnerabilidade (GT2) e Mitigação das Mudanças Climáticas (GT3).

ABVE defende isenção do IPVA para veículos elétricos

ABVE defende isenção do IPVA para veículos elétricos
Propõe também redução do ICMS e outras medidas para aumentar o uso dos veículos elétricos nos Estados
19/07/2007

Um levantamento detalhado da legislação do IPVA - Imposto sobre a Propriedade de Veículos Automotores revelou que há isenção desse imposto para os proprietários de vários tipos de veículos e para vários usos, tais como, máquinas agrícolas de terraplanagem e similares, ambulâncias, táxis, ônibus utilizados em transportes coletivos, veículos utilizados no combate a incêndio, veículos utilizados em transporte coletivo escolar e para deficientes físicos.

Em 7 Estados (Ceará, Maranhão, Pernambuco, Piauí, Rio Grande do Norte, Rio Grande do Sul e Sergipe) são isentos do IPVA os proprietários de veículos movidos a motor elétrico (ou de força motriz elétrica), em 3 Estados há alíquotas reduzidas para os proprietários de veículos movidos a eletricidade (Mato Grosso do Sul - redução de até 70% do IPVA em relação aos veículos de mesma categoria e uso -, Rio de Janeiro - 1%, que corresponde a 75% de redução em relação aos automóveis a gasolina - e São Paulo - 3%, que corresponde a 25% de redução em relação aos automóveis a gasolina). Nos demais 15 Estados (Acre, Alagoas, Amapá, Amazonas, Bahia, Goiás, Maranhão, Mato Grosso, Minas Gerais, Pará, Paraíba, Paraná, Rondônia, Santa Catarina e Tocantins) e no Distrito Federal não há nenhuma isenção ou redução específica para veículos elétricos. Leia sobre incentivos a veículos elétricos.

Com os objetivos de:

• reduzir a poluição atmosférica e o ruído provocados pelos veículos automotores;
• reduzir os problemas de saúde das populações das grandes e médias cidades, diminuindo os gastos públicos e privados com saúde em hospitais, ausências ao trabalho;
• contribuir para reduzir as emissões de gases de efeito estufa e as comprovadas conseqüências climáticas desastrosas;
• aumentar o conforto no transporte, principalmente, urbano;
• aumentar a eficiência do uso da energia no Brasil;
• aumentar a competitividade da economia brasileira;
• atrair investidores e promover o desenvolvimento e/ou a vinda de vinda de nova tecnologia para o país; e
• gerar empregos para cargos técnicos, gerenciais e executivos

a ABVE - Associação Brasileira do Veículo Elétrico encaminhou em junho p.p. cartas às Secretarias Estaduais de Meio Ambiente, de Transporte e das Cidades propondo:

1. Aos 15 Estados e ao Distrito Federal citados, a isenção do IPVA - Imposto de Propriedade de Veículos Automotores para os veículos automotores acionados por motor elétrico.
2. Redução da alíquota do ICMS - Imposto sobre Circulação de Mercadorias e Serviços para 2 ou 3% para veículos automotores acionados por motor elétrico.
3. Uso de veículos elétricos a bateria em áreas restritas para transporte de pessoas e cargas (logística) em armazéns, almoxarifados, depósitos, parques, jardins, hortos florestais, zoológicos e outras áreas ou dependências do Estado e de suas empresas e autarquias. Não poluem nos locais onde circulam e emitem baixíssimo ruído.
4. Preferência para veículos elétricos nas compras de veículos para as frotas estaduais e de suas empresas estatais, autarquias, etc. e para as empresas que prestam serviços de transporte para órgãos estaduais e empresas estatais.
5. Preferência para veículos elétricos híbridos ou a bateria para transporte urbano e intermunicipal entre municípios próximos, como áreas metropolitanas, por exemplo.
6. Criação de incentivos para introdução de veículos elétricos nas frotas de empresas e outras entidades do Estado.
7. Apoio à divulgação de informação sobre o tema e aos programas de demonstração de soluções e benefícios dos veículos elétricos.

Juntamente com cada carta foi encaminhado o estudo IPVA - Imposto sobre Propriedade de Veículos Automotores para veículos elétricos, preparado pela ABVE e disponível aos associados.

Várias Secretarias de Estado já mostraram interesse pelas propostas encaminhadas e estão solicitando informações visando tomada de decisão.

Um modelo de abastecimento para carros elétricos

Suponhamos agora que os atuais postos de combustível passem a ser também postos de recarga e que as baterias sejam trocadas como um único conjunto, ou seja, os automóveis teriam trocadas as baterias descarregadas por outras com carga total, que ficam armazenadas em carregadores de grande porte nos próprios postos. Teríamos as seguintes vantagens:

1. Eliminar-se-ia o tempo de recarga, pois, por mais rápido que a tecnologia permita repor a energia, sempre será num tempo maior que o de encher o tanque de combustível;
2. Recarregadores pulsantes com controle lógico de grande porte são muito mais eficientes que os embarcados, reduzindo o tempo de recarga e maximizando o número de ciclos, além de impedir a auto-descarga pelo armazenamento, bem como detectar automaticamente o fim da vida útil dos acumuladores;
3. As baterias seriam de propriedade do distribuidor de combustíveis, reduzindo significativamente o preço dos veículos, pois o custo delas, somado ao dos carregadores embarcados, atualmente, chega a 60% do seu valor total;
4. Já que os acumuladores passariam a pertencer às atuais distribuidoras de combustíveis, seriam elas as maiores interessadas no avanço tecnológico dos capacitores e dos carregadores, seja em peso, em número de ciclos e em tempo de recarga, retirando este ônus da indústria automobilística;
5. O sistema atual de distribuição varegista de combustíveis não veria a eletricidade como ameaça, porém, como oportunidade de negócio, principalmente porque a a rede de postos de combustível já está instalada;
6. Minimizaria o investimento em distribuição, pois a estrutura de consumo doméstico permaneceria inalterada, enquanto os postos de recarga poderiam usar a rede de tensão industrial (380V ou 13kV);
7. Os postos poderiam contar com sistemas alternativos de geração de energia, dependendo dos recursos disponíveis na região como, gás natural, gás metano produzido por lixões, placas fotovoltáicas, ou, na falta de qualquer alternativa mais limpa, por geradores, pois combustíveis é que não faltarão ali;
8. A indústria automobilística já não precisaria preocupar com o avanço tecnológico dos sistemas de armazenamento e geração de energia elétrica, mantendo seu foco no desenvolvimento dos carros em si, preocupando-se, como hoje, em torná-los mais econômicos e eficientes, ou seja, reduzindo ao mínimo a relação a/km (amperes por quilômetro);
9. As distribuidoras poderiam comprar energia de qualquer fonte, conforme as regras da ANEEL (PCH, usinas de cana-de-açúcar, eólicas, térmicas etc), contribuindo com o Plano Nacional de Produção e Distribuição de Energia, coisa fora do alcance do consumidor individual;
10. A sempre presente oferta de baterias carregadas, além de deixar virtualmente ilimitado o raio de ação dos automóveis, reduziria o peso a carregar, deixando os veículos mais eficientes.

Descrevendo melhor o modelo, os carros elétricos teriam seu sistema de conectores padronizado, bem como o compartimento destinado às baterias, como um porta-pilhas de qualquer eletrodoméstico portátil. Para que fique ainda mais claro, as dimensões das pilhas é padronizada e não houve trauma industrial ou mercadológico algum por causa disso, pelo contrário, permitiu a livre concorrência. Prova disso é que as próprias baterias automotivas atuais têm medidas predeterminadas, caso contrário, não se conseguiria fixá-las em seus compartimentos. Baterias de 65Ah, por exemplo, são dimensionalmente idênticas, independentemente do fabricante.

Quanto à tensão ser padronizada, não há de haver problemas maiores, posto que os motores atuais já são limitados pelas características técnicas dos combustíveis que usam, assim como as baterias, sejam de que material for, terão sempre sua tensão determinada pela reação química que gera eletricidade. Mesmo assim, a padronização não seria absoluta, posto que, se, por exemplo, padronizarem-se os conjuntos em 96V e 100A no regime de 10h, um veículo que necessite de maior potência poderá fazer ligações em série, usando mais de um conjunto em seu compartimento porta-baterias.

No posto, subindo-se numa pequena rampa, retiram-se as baterias descarregadas com um carrinho hidráulico e colocam-se outras com carga total, pagando-se pela diferença de carga entre as primeiras e as segundas. O tempo de permanência no estabelecimento seria equivalente ao de encher um tanque de combustível. O pagamento seria feito em kWh, de sorte que o consumidor seria capaz de, como hoje, saber quantos kWh/km seu carro consome, bem como qual o custo/km, fatores essenciais na escolha do próximo veículo. Naturalmente, o preço do kWh será sempre definido pelo mercado e deverá amortizar o investimento feito pelo distribuidor em baterias, limitado, porém, pela livre concorrência.

Não nos podemos esquecer de que, além de abastecer, os postos prestam inúmeros outros serviços como borracharia, lavagem, reposição de pequenas peças, além de conveniências como alimentação e pequeno comércio paralelo, daí a ênfase em privilegiar o aproveitamento da estrutura atual de distribuição, mesmo porque, a adoção do automóvel elétrico será sempre paulatina.

Luiz Alberto Melchert de Carvalho e Silva - Fone: (11)5841-2869

Carga tributária prejudica vendas de veículos elétricos - 18/04/08 - Bruna Dias (ABVE)

Na contramão dos recentes avanços tecnológicos, das recomendações internacionais para redução das emissões de gases poluentes, dos incentivos ao aumento da eficiência do uso da energia, a atual tabela de alíquotas do IPI (Imposto sobre Produtos Industrializados) penaliza indevidamente os veículos elétricos e a tabela de alíquotas do II (Imposto de Importação) em nada beneficia a adoção de soluções de transportes mais limpos e eficientes. No IPI, enquanto são cobrados 7% do veículo convencional de até mil cilindradas, para o automóvel elétrico o valor é 25%, ou seja, quase quatro vezes mais. Para as motocicletas convencionais de até 125 cilindradas é cobrado imposto de 25%, enquanto para as motocicletas movidas à eletricidade o valor é de 35%. Já no II, não há qualquer incentivo para a importação de veículos elétricos. Nas duas legislações não consta, inclusive, classificação para automóveis e motos elétricos, sendo classificados como "outros". Os veículos elétricos que apresentam uma série de vantagens – como baixa ou quase nula emissão de poluentes, ausência de ruído no motor, conforto e baixo custo com combustível – são gravemente prejudicados pelo sistema tributário brasileiro, que encarece o valor dos veículos e com isso desincentiva o uso de um produto que traz vários benefícios para o meio ambiente e para a saúde da população.

Dentre as legislações referentes ao IPVA (Imposto sobre a Propriedade de Veículos Automotores), somente sete dos 26 Estados brasileiros estão acompanhando as tendências globais (Ceará, Maranhão, Pernambuco, Piauí, Rio Grande do Norte, Rio Grande do Sul e Sergipe) e isentam da alíquota os proprietários de veículos elétricos. E apenas três estabelecem alíquotas reduzidas (Mato Grosso do Sul – redução de até 70% do IPVA em relação aos veículos de mesma categoria e uso –, Rio de Janeiro – 1%, que corresponde a 75% de redução em relação aos automóveis a gasolina – e São Paulo – 3%, que corresponde a 25% de redução em relação aos automóveis a gasolina).

De acordo com Antonio Nunes Jr, diretor-presidente da ABVE (Associação Brasileira do Veículo Elétrico), a alta carga tributária imposta aos automóveis elétricos é uma das grandes dificuldades para que este tipo de veículo penetre no mercado de forma mais intensa. "A falta de políticas públicas voltadas para a promoção do uso de veículos elétricos é um dos grandes problemas que enfrentamos. Com incentivos fiscais conseguimos que o valor do veículo elétrico seja reduzido e com isso ganhe espaço no mercado. Já existem várias empresas aqui mesmo no Brasil que produzem e comercializam veículos elétricos, mas é complicado competir onde os veículos convencionais, poluidores e pouco eficientes, pagam menos impostos que veículos elétricos, que não poluem ou poluem muito pouco onde circulam e usam a energia elétrica ou do combustível líquido ou gasoso de modo muito mais eficiente".

Novo Conselho

A proposta de incentivo fiscal para veículos elétricos (a bateria, híbridos, de célula a combustível e trólebus, dentre outros) – que já acontece nos Estados Unidos, Europa e países da Ásia – é uma das bandeiras da ABVE e foi um dos temas abordados na sua Assembléia Geral Ordinária, realizada na quinta-feira, dia 10 de abril, no Rio de Janeiro. Nela foram eleitos os membros do Conselho Diretor com mandato de 2008-2010: Jayme Buarque de Hollanda, presidente do Conselho; CPFL Comercialização Ltda – Representante Lúcio Esteves Júnior, gerente de Departamento de Infra-estrutura; Eletra Industrial Ltda – Representante Ieda Maria Alves de Oliveira, gerente geral; GLOBO Comunicações e Participações S/A – Representante Mauro Franco Wanderley, diretor de Infra-estrutura do Projac; Saturnia Sistemas de Energia Ltda. – Representante Luiz Antonio de Souza Baptista, Presidente; WEG Automação Ltda. – Representante Valter Luiz Knihs, Gerente de Departamento de Projetos, Engenharia e Automação; Eduardo Pires Cassús e Luiz Artur Pecorelli Peres, e Carlos Frederico de Oliveira Barros e Vinicius Rodrigues de Moraes como suplentes.

Na assembléia, decidiu-se também que algumas diretrizes e linhas de ação deverão ser priorizadas como a atuação junto às autoridades públicas para promover o desenvolvimento e uso dos veículos elétricos, a promoção do uso dos VE’s nas frotas do sistema público de transporte e o apoio às melhorias técnicas para otimizar os componentes e produtos do veículo como por exemplo a bateria, atualmente o item que mais encarece seu custo. Na pauta também estavam iniciativas educativas em empresas e nos três níveis de educação, visando ao conhecimento do veículo elétrico e seus benefícios.

A entidade também mantém seu website diariamente atualizado com divulgação de notícias, artigos e estudos sobre o uso de veículos elétricos, além de informações sobre venda, fabricação e aluguel de veículos elétricos de vários tipos e aplicações. Em 17 de janeiro deste ano, a ABVE também assinou um memorando de entendimentos para constituir um grupo de trabalho para estudar o uso de ônibus elétricos no Rio de Janeiro. Dentre as entidades participantes estão LIGHT, FETRANSPORT, Associação Comercial do Rio de Janeiro e Instituto Municipal Pereira Passos (IPP). Há uma consulta a quatro fábricas no Brasil para fornecimento de um ônibus elétrico para circular no Centro da Cidade do Rio de Janeiro.

Com mais de um ano e meio de existência, a ABVE luta para superar as diversas barreiras que impedem a ampla adoção pela sociedade e pelo mercado de veículos elétricos para o transporte limpo e eficiente de pessoas e cargas. A entidade foi criada em 2 de agosto de 2006, no Rio de Janeiro, e foi idealizada a partir de iniciativas e estudos realizados em conjunto pelo INEE (Instituto Nacional de Eficiência Energética) e a UERJ (Universidade do Estado do Rio de Janeiro).

Histórico do VE no Brasil - 18/04/08 - Bruna Dias (ABVE)

Histórico do VE no Brasil

As iniciativas brasileiras para o uso do veículo elétrico datam do início do século passado. Por volta de 1918, a cidade do Rio de Janeiro já contava com uma linha de ônibus elétrico somente a bateria, entre a Praça Mauá e o Palácio Monroe (já demolido), conforme atestam fotos da época. As dificuldades tecnológicas da época e o preço baixo do petróleo permitiram a intensificação do uso crescente da combustão interna em todo mundo. As crises do petróleo dos anos 70 interromperam este ciclo, permitindo a retomada do veículo elétrico como opção de transporte. Esta nova situação influenciou a pesquisa e o desenvolvimento destes veículos também no Brasil que, nas décadas de 70 e 80 chegou a fabricar modelos de passeio e furgões.

Os diversos fenômenos causados pelo aumento da poluição e emissões para a atmosfera que em muitos casos causaram prejuízos consideráveis às atividades econômicas e ao meio ambiente provocaram novas posturas. A ênfase centrada na eficiência energética, na harmonia ecológica e na justiça social sintetiza o conceito de Desenvolvimento Sustentado, emergente do Relatório Brundtland, Nosso Futuro Comum, em 1987. Este documento subsidiou a Conferência das Nações Unidas para o Meio Ambiente e Desenvolvimento, ocorrida no Rio de Janeiro, em 1992, na qual participaram mais de uma centena de chefes de estado. Entre as convenções assinadas na ocasião constam: a Convenção da Biodiversidade, da Floresta, da Mudança Climática e ainda a Agenda XXI, carta de compromisso para ações futuras.

Esse evento desencadeou diversas pesquisas, desenvolvimentos técnicos, legislações, conferências no Brasil e no exterior, assim como novos tratados dos quais se destaca o de Kyoto. É importante assinalar que atualmente no Brasil já são fabricados ônibus elétricos híbridos, bicicletas e motonetas elétricas, carros elétricos de pequeno porte e uma grande quantidade de componentes que reúnem as condições de infra-estrutura para a utilização mais intensa dos veículos elétricos e a sua penetração no mercado brasileiro.

Os benefícios decorrentes referem-se à maior eficiência energética e o bem-estar da sociedade com amplas possibilidades de utilização de fontes renováveis de energia tais como o etanol, o biodiesel, a eólica e a solar. A percepção da necessidade da convergência de esforços dos novos atores e agentes deste processo tornou necessária a existência de um organismo autônomo e independente, como a ABVE, que possa reunir os interesses e ideais em prol do desenvolvimento da tecnologia veicular elétrica no Brasil.