Desenvolvimento dos sistemas de tração e controlo para uma bicicleta elétrica

Abstract

A bicicleta elétrica surge no âmbito da mobilidade elétrica, e é um dos tipos de veículos elétricos cuja procura tem vindo a aumentar significativamente. Estas encontram-se em constante desenvolvimento e o seu mercado em constante crescimento. Isto acontece devido a todas as vantagens que as bicicletas elétricas apresentam em diversas áreas, tendo a sua adoção impactos positivos não só a nível ambiental, mas também na atividade física do utilizador. Estas apresentam ainda pequenas dimensões, contribuindo assim para o descongestionamento do trânsito e para facilitar o aparcamento. Um pouco por todas as partes do globo têm sido adotadas medidas no sentido de promover o uso deste tipo de veículo elétrico. O estudo e desenvolvimento de soluções na área da mobilidade elétrica é uma das áreas em que o Grupo de Eletrónica de Potência e Energia (GEPE) da Universidade do Minho tem apostado. Nesse sentido, foi proposto o desenvolvimento dos sistemas de tração e controlo, com tecnologia própria, para serem aplicados numa bicicleta elétrica, e que consiste no tema desta Dissertação de Mestrado. Para o desenvolvimento desta Dissertação foram estudados os vários componentes eletrónicos necessários para o funcionamento de uma bicicleta elétrica. Foram comparados os diferentes tipos de cada componente passíveis de serem aplicados numa bicicleta elétrica e analisadas as vantagens e desvantagens de cada tipo. Foi ainda realizado um estudo de mercado tendo em vista a aquisição de um motor e de uma bateria, sendo apresentados os componentes adquiridos e a bicicleta utilizada neste projeto. A nível de simulações computacionais, foram feitos modelos de simulação do circuito de potência e do sistema de controlo que se pretendia implementar, permitindo nesta fase estudar o comportamento do sistema e validar o seu funcionamento. Relativamente à implementação da bicicleta elétrica, é apresentado o circuito de potência utilizado. É apresentada também a plataforma digital de controlo utilizada, e os restantes componentes essenciais para o funcionamento controlado da bicicleta. É ainda apresentado o protótipo do controlador desenvolvido, que incorpora o circuito de potência e o circuito de controlo, e onde são ligados todos os restantes componentes. Por fim, são apresentados resultados experimentais do sistema desenvolvido, e ainda as conclusões retiradas com o desenvolvimento deste trabalho e as sugestões de trabalho futuro.

The electric bicycle appears within the scope of electric mobility and is one of the types of electric vehicles whose demand has been significantly increasing. These are in constant development and their market is constantly growing. This is due to all the advantages that electric bicycles have in several areas, with their adoption having positive impacts not only on the environment, but also on the user's physical activity. They are also small in size, thus helping to relieve traffic congestion and make parking easier. Measures have been taken all over the world to promote the use of this type of electric vehicle. The study and development of solutions in the area of electric mobility is one of the areas in which the Group of Energy and Power Electronics (GEPE) of the Universidade do Minho has invested. In this sense, it was proposed the development of traction and control systems, with own technology, to be applied in an electric bicycle, and which is the theme of this Master’s Thesis. For the development of this Thesis, the various electronic components necessary for the operation of an electric bicycle were studied. The different types of each component that can be applied in an electric bicycle were compared and the advantages and disadvantages of each type were analyzed. A market study was also carried out with a view to the acquisition of a motor and a battery, with the components acquired and the bicycle used in this project being presented. In terms of computer simulations, simulation models of the power circuit and the control system that were intended to be implemented were made, allowing this phase to study the behavior of the system and validate its operation. Regarding the implementation of the electric bicycle, the power circuit used is presented. The digital control platform used is also presented, as well as the other essential components for the controlled operation of the bicycle. The prototype of the developed controller is also presented, which incorporates the power circuit and the control circuit, and where all other components are connected. Finally, experimental results of the developed system are presented, as well as the conclusions drawn with the development of this work and suggestions for future work.