A FRENAGEM REGENERATIVA PARA BICICLETAS ELÉTRICAS

FRENAGEM REGENERATIVA PARA BICICLETAS ELÉTRICAS

Alanderson Dias da Silva* e Jeffet Matheus Cardoso da Silva** Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte [e-mail]* e [e-mail]**

RESUMO

Este trabalho acadêmico apresenta a elaboração de um sistema de frenagem regenerativa para bicicletas elétricas utilizando Motor Síncrono como gerador elétrico, visando a inserção no contexto de eficiência energética através da transformação de energia cinética em energia elétrica, captada no momento da frenagem. A energia reaproveitada é direcionada para a bateria, tencionando a elevação na autonomia da mesma. O projeto é desenvolvido a partir de montagem de protótipo em bancada, afim de realizarem-se testes e análises. A bancada conterá itens relevantes a coleta de dados, como peças de bicicleta, freio regenerativo adaptado de freio mecânico convencional e circuito de conversão de energia para alimentação da bateria.  

PALAVRAS-CHAVE: Bicicletas Elétricas, Eficiência Energética, Frenagem Regenerativa, Motor Síncrono.

REGENERATIVE BRAKING FOR ELECTRIC BICYCLES

This academic study presents the elaboration of a regenerative braking system for electric bicycles using Synchronous Motor as electric generator, aiming the insertion in the context of energy efficiency through the transformation of kinetic energy into electric energy, captured at the moment of braking. The energy reused is directed to the battery, intending the elevation in the autonomy of the same. The project is developed from assembly of prototype bench, in order to carry out tests and analyzes. The bench will contain items relevant to data collection, such as bicycle parts, regenerative brake adapted from conventional mechanical brake and power conversion circuit for battery power.

 

KEYWORDS: Electric Bikes, Energy Efficiency, Regenerative Braking, Synchronous Motor.

1. INTRODUÇÃO

Frenagem regenerativa é o termo usado para o processo que permite a recuperação da energia cinética - que seria somente dissipada ao ambiente -, transformando-a em energia elétrica, enquanto, conjuntamente, reduz a velocidade de um veículo, seja ele elétrico ou não. A energia elétrica proveniente da conversão, geralmente é usada para realimentar a bateria do próprio veículo, contudo, pode ser utilizada em fins diversos.

Os primeiros relatos do uso das frenagens regenerativas datam do início do século XX, tendo sido utilizadas em veículos como bondes e locomotivas movidas a diesel/eletricidade, na cidade de Newcastle, Inglaterra (FLAMIA, 2017). Desde então, os estudos sobre esse tipo de frenagem vêm evoluindo juntamente com os avanços tecnológicos, sendo empregados nos dias de hoje em veículos híbridos e elétricos, os quais possuem um motor de combustão interna e outro elétrico, e somente o motor elétrico, respectivamente (OLIVEIRA, 2013). Ultimamente, outro tipo de veículo ao qual estão sendo introduzidos os sistemas de regeneração energética é a bicicleta elétrica. Esses veículos, sejam eles híbridos ou elétricos – como no caso das bicicletas -, estão em crescente utilização e inserção no mercado, e aparecem como boas opções para reduzir a emissão de gases poluentes, considerando que, surgindo como alternativa, podem substituir automóveis convencionais, que realizam propulsão unicamente por combustão interna, através da queima de derivados do petróleo. Porém, devido a alguns fatores como baixa autonomia apresentada e longo tempo para recarga das baterias, os veículos híbridos e elétricos, sejam eles carros, motocicletas ou bicicletas, possuem baixíssima parcela de mercado, sendo assim, a frenagem com regeneração de emergia mostra-se eficiente contribuinte para a obtenção de maior autonomia para os veículos, tendo em vista que, em veículos híbridos, por exemplo, as frenagens regenerativas elevam a autonomia em cerca de 15% em relação a veículos híbridos que possuem apenas os freios convencionais (CODY, 2009).

Assim sendo, as frenagens com regeneração de energia são inseridas no contexto de eficiência energética, tendo em vista a geração de energia elétrica em um procedimento que, anteriormente, segundo (ROCHA, et al., 2014) somente transformava energia cinética em energia térmica com os freios convencionais, podendo ser utilizada em diversos tipos de veículos, inclusive bicicletas.

Em virtude das motivações apresentadas, o presente trabalho acadêmico tem como propósito a elaboração de um sistema de frenagem regenerativa para aplicação em bicicletas elétricas, contribuindo, deste modo, com as linhas de pesquisas científicas destinadas a utilização de sistemas de regeneração energética em veículos deste tipo.

1.1 OBJETIVO GERAL

Este trabalho possui como objetivo principal a implementação de um sistema de frenagem regenerativa de baixo custo, utilizando dois motores síncronos acoplados ao freio mecânico de uma bicicleta para alimentação de bateria e, deste modo, simulando a utilização da frenagem regenerativa em bicicletas elétricas.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

A partir do desenvolvimento do objetivo geral, pretende-se, também, obter os seguintes objetivos específicos:

1.  Desenvolver conjugado entre freio mecânico convencional e freio regenerativo, por meio de adaptação
2.  Direcionar a energia elétrica captada no momento da frenagem para uma bateria de lítio de 12 volts, mediante circuito de conversão CA/CC
3.  Avaliar o aumento na autonomia da bateria
4.  Analisar a capacidade de frenagem do motor CA

2 REFERENCIAL TEÓRICO

Este tópico contém o estudo teórico referente aos assuntos abordados no trabalho, sendo a base teórica do projeto.

2.1 FRENAGEM REGENERATIVA

O objetivo principal da utilização da frenagem regenerativa é o reaproveitamento de energia, que, em veículos híbridos (HEV) e elétricos (EV) pode ser usado para a realimentação da bateria, convertendo a energia cinética da rotação do seu pneu em energia elétrica, elevando dessa forma a autonomia da bateria, e reduzindo o problema de baixa autonomia em veículos que utilizam motor elétrico para propulsão (CHEN J. et al., 2007).

Além da contribuição com a solução do problema de baixa autonomia da bateria de HEVs e EVs, a frenagem regenerativa pode ser importante fator positivo em diversos aspectos, como redução do consumo de combustíveis, redução do desgaste dos sistemas de freio mecânico e dos impactos ambientais causados por poluentes (FILHO, 2011).