Embed Size (px)
Citation preview
Avaliação do desempenho de autocarro eléctrico em
condições reais de utilização
Hugo José da Silva Fernandes
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Mecânica
Orientadores: Dra. Patrícia de Carvalho Baptista
Dr. Gonçalo Nuno de Oliveira Duarte
Júri
Presidente: Prof. Edgar Caetano Fernandes
Orientador: Dr. Gonçalo Nuno de Oliveira Duarte
Vogal: Prof. Luís Alberto Gonçalves de Sousa
Junho 2018
I
Abstract
The transport sector is responsible for roughly 33% of the energy consumption at the EU-28 level,
as well as for 23% of the total greenhouse gas emissions (GHG). Electric vehicles, namely those used
in public transports, can contribute to reduce such impacts, due to their improved energy and
environmental performances when comparing to conventional internal combustion vehicles.
In this study, a performance evaluation of an electric bus in real world conditions was performed
through on-board experimental tests. The energy consumption profile, as well as the GHG emission
profile of the bus were obtained through the VSP methodology. These results were used to simulate the
behaviour of the electric vehicle when circulating in other routes, as well as to enable a performance
comparison with a conventional bus.
The comparison between the electric and the conventional buses presented the advantages of the
first at the energy consumption and GHG emissions level, with reductions up to 70% and 85%,
respectively, on a WTW basis, for the studied routes. The obtained results show that the circulation
conditions and the terrain topography have little influence in the efficiency of the electric propulsion unit,
both at the energy delivery level as well as at the energy recovery level, making this vehicle ideal for
circulation in an urban environment. Regarding this analysis, the major effect noticed is an increase of
13% in the power required by the motor, for the same VSP modes, when the road grade changes from
0 to 2,5º to 2,5º to 5º.
Keywords: Electric bus; VSP; energetic efficiency; greenhouse gases (GHG); technology
comparison.
II
III
Resumo
O sector dos transportes é responsável por cerca de 33% do consumo de energia ao nível da EU-
28, bem como por 23% das emissões de gases de efeito estufa (GEE). Veículos elétricos,
nomeadamente os usados em transportes públicos, podem contribuir para reduzir esses impactes,
devido ao seu desempenho energético e ambiental melhorado quando comparados com os veículos
convencionais a combustão interna.
Neste estudo, fez-se uma avaliação do desempenho de um autocarro elétrico em condições reais
de utilização, através de ensaios experimentais realizados a bordo. Através da metodologia VSP
obtiveram-se os perfis de consumo de energia e emissões de GEE. Estes resultados foram utilizados
para simular o comportamento do veículo quando em circulação noutros percursos e para fazer uma
comparação do seu desempenho com um autocarro convencional.
As comparações feitas entre o autocarro elétrico e o convencional evidenciam as vantagens do
primeiro ao nível dos consumos de energia e das emissões de GEE, conseguindo obter, para os
percursos estudados, reduções na ordem dos 70% e 85%, respetivamente, numa base WTW. Os
resultados obtidos mostram que as condições de circulação e topografia do terreno influenciam pouco
a eficiência do conjunto propulsor elétrico, tanto ao nível do fornecimento como da regeneração de
energia, indicando que este veículo é ideal para circulação urbana. Em relação a esta análise, a maior
influência notada foi um aumento de cerca de 13% na potência requerida pelo motor, para os mesmos
modos VSP, quando a inclinação da estrada passa de 0 a 2,5º para 2,5 a 5º.
Palavras-chave: Autocarro elétrico; VSP, eficiência energética; gases de efeito estufa (GEE);
comparação de tecnologias.
IV
V
Índice
Abstract ............................................................................................................................................... I
Resumo ............................................................................................................................................. III
Índice .................................................................................................................................................. V
Lista de Figuras ............................................................................................................................. IX
Lista de Tabelas .......................................................................................................................... XIII
Lista de abreviações ......................................................................................................................XVII
Lista de símbolos ............................................................................................................................XIX
1. Introdução ................................................................................................................................ 1
1.1. Enquadramento ................................................................................................................... 1
Veículos elétricos no passado ..................................................................................... 3
Situação presente ........................................................................................................ 3
1.2. Objetivo ................................................................................................................................ 5
1.3. Estrutura da Tese ................................................................................................................ 5
2. Estado da arte ......................................................................................................................... 7
2.1. Classificação dos autocarros disponíveis no mercado pelo tipo de powertrain .................. 7
2.2. Autocarros elétricos a bateria .............................................................................................. 9
Tecnologias de motores .............................................................................................. 9
Tecnologias de baterias ............................................................................................ 11
Principais limitações .................................................................................................. 13
2.3. Análise das vantagens e desvantagens dos vários tipos de powertrain ........................... 13
Consumo de energia ................................................................................................. 13
Emissões de GEE e outros impactos ambientais ..................................................... 15
Autonomia .................................................................................................................. 17
Comparação de custos .............................................................................................. 18
3. Metodologia ........................................................................................................................... 21
3.1. Recolha 1 - Monitorização de autocarro elétrico em condições reais de utilização ......... 21
Veículo estudado ....................................................................................................... 21
Procedimento para recolha de dados e equipamentos utilizados ............................. 22
Rotas utilizadas para a recolha de dados ................................................................. 23
VI
3.2. Recolha 2 - Dados representativos da dinâmica de autocarros convencionais em rotas
urbanas em condições reais de utilização ......................................................................................... 24
Procedimento para recolha de dados ....................................................................... 24
Veículo estudado ....................................................................................................... 24
Rotas utilizadas para a recolha de dados ................................................................. 25
3.3. Autocarro convencional utilizado para comparação de consumos e emissões de GEE e
percurso adicional de características extra-urbanas ......................................................................... 26
3.4. Metodologia VSP ............................................................................................................... 27
3.5. Metodologia de análise de dados provenientes da Recolha 1 .......................................... 29
Sincronização dos dados recolhidos e remoção dos períodos de ralenti ................. 29
Obtenção do declive e correção das oscilações introduzidas no mesmo pelo GPS 30
Distribuição modal de VSP e potência do motor por modo VSP .............................. 31
Sensibilidade à variação de parâmetros operacionais .............................................. 32
3.5.4.1. Variação do SOC................................................................................................... 32
3.5.4.2. Percursos urbano e extra-urbanos ........................................................................ 32
3.5.4.3. Variação com o declive da estrada ....................................................................... 33
Estimativa da eficiência de propulsão e de regeneração .......................................... 34
Estimativa do consumo médio dos auxiliares e das perdas de energia ................... 35
3.6. Metodologia de análise dos dados provenientes da Recolha 2 ........................................ 35
Remoção dos períodos de ralenti e correções na velocidade fornecida pelo GPS .. 35
Distribuição modal de VSP, obtenção do declive e correção das oscilações
introduzidas no mesmo pelo GPS .................................................................................................. 36
3.7. Metodologia do cálculo das emissões de GEE para o autocarro elétrico estudado e para o
autocarro a gasóleo utilizado para comparação ................................................................................ 36
3.8. Metodologia de simulação de autocarro elétrico ............................................................... 37
Software utilizado ...................................................................................................... 37
Modelação computacional ......................................................................................... 38
3.8.2.1. Noções básicas ..................................................................................................... 38
3.8.2.2. Descrição dos módulos utilizados e dos parâmetros inseridos nestes ................. 39
3.8.2.3. Introdução e simulação no AVL CRUISE dos percursos recolhidos com o GPS . 39
3.9. Metodologia da seleção de eventos específicos para comparação do desempenho entre o
autocarro elétrico e o autocarro convencional ................................................................................... 41
VII
3.10. Metodologia da análise operacional do autocarro elétrico quando em circulação nos
percursos estudados .......................................................................................................................... 43
4. Resultados ............................................................................................................................. 45
4.1. Caracterização experimental e numérica do autocarro elétrico ........................................ 45
Resumo dos dados recolhidos .................................................................................. 45
Potência fornecida ao motor em função do modo VSP e eficiência média de propulsão
e de regeneração ........................................................................................................................... 45
Validação do modelo computacional ......................................................................... 47
Estimativa do consumo médio dos auxiliares, consumo total do autocarro por modo
VSP e obtenção de uma função continua para a potência total em função do VSP ..................... 49
Consumo total do autocarro em função da velocidade e do declive ......................... 50
Sensibilidade à variação de parâmetros operacionais .............................................. 52
4.1.6.1. Variação do SOC................................................................................................... 52
4.1.6.2. Percursos urbanos e extra-urbanos ...................................................................... 53
4.1.6.3. Variação com o declive da estrada ....................................................................... 56
4.2. Resultados obtidos a partir da Recolha 2 ......................................................................... 57
4.3. Comparação com autocarro convencional a gasóleo ....................................................... 58
Comparação do consumo de energia e das emissões de GEE para os troços
estudados 58
Comparação de eventos específicos ........................................................................ 62
4.3.2.1. Paragem seguida de arranque com inclinação positiva ou negativa .................... 62
4.3.2.2. Arranque e circulação com inclinação positiva, nula ou negativa ......................... 65
4.4. Análise operacional do autocarro quando em circulação nos percursos estudados ........ 68
5. Conclusões e trabalho futuro ................................................................................................. 69
6. Referências............................................................................................................................ 73
7. Anexos ..................................................................................................................................XXI
VIII
IX
Lista de Figuras
Figura 1.1 – A: Consumo de energia final, por sector, EU-28, em 2015. Percentagens das toneladas
equivalentes de petróleo. B: Emissões de gases de efeito de estufa, por sector, EU-28, em 2015.
Percentagens das toneladas de CO2 equivalentes (%tonCO2eq) [2,3]. ................................................. 1
Figura 1.2 - A: Emissões de óxidos de azoto, NOx, por sector, EU-28, em 2015, em milhões de
toneladas. B: Emissões de partículas finas, PMx, por sector, EU-28, em 2015, em milhões de toneladas
[4]. ............................................................................................................................................................ 2
Figura 1.3 – Distribuição da quota esperada para o mercado de autocarros em 2020 [10]. Em 2016
existiam cerca de 345 000 autocarros elétricos em circulação, o dobro do ano anterior [12]. Legenda:
Gasóleo e outros; GNG/LNG; Híbrido e elétrico. ...................................................................... 4
Figura 2.1 – Classificação, por tipo de powertrain, dos vários tipos de autocarros disponíveis no
mercado [10,11]. ...................................................................................................................................... 7
Figura 2.2 – A: Esquema do powertrain de um autocarro híbrido em paralelo. B: Esquema do
powertrain de um autocarro híbrido em série [10]. ................................................................................. 8
Figura 2.3 – A: Esquema do powertrain de um autocarro elétrico a bateria. B: Esquema do
powertrain de um autocarro elétrico célula de combustível [10]. ............................................................ 8
Figura 2.4 – Mapas de eficiência típicos para motores de imanes permanentes montados na
superfície do rotor (a), imanes permanentes montados no interior do rotor (b), indução ou assíncronos
(c), relutância (d), corrente direta (e) e síncronos (f) [14]. .................................................................... 10
Figura 2.5 – Comparação inicial do desempenho das várias tecnologias de bateria em função da
sua densidade energética e da densidade de potência [7]. .................................................................. 11
Figura 2.6 – Evolução temporal dos vários tipos de tecnologia de bateria [10]. ............................. 12
Figura 2.7 – Eficiências genéricas na produção de eletricidade e hidrogénio [10]. ........................ 13
Figura 2.8 – Autonomia dos autocarros elétricos por tipo de powertrain [10]. ................................ 17
Figura 2.9 – Custo total de posse, TCO, para vários tipos de powertrain, em 2012 e previsão para
2030 [22]. ............................................................................................................................................... 19
Figura 3.1 - Autocarro elétrico a bateria e.City Gold da Caetano Bus. ........................................... 21
Figura 3.2 - Dados fornecidos diretamente pelo painel do carregador de bateria. ......................... 22
Figura 3.3 – GPSMap 76 CSx, da Garmin. ..................................................................................... 23
Figura 3.4 – Rota 904 da STCP. A: Sentido Bolhão-Coimbrões. B: Coimbrões-Bolhão [24]. ........ 23
Figura 3.5 - Autocarro convencional a gasóleo City Gold 2KD da MAN. ........................................ 24
Figura 3.6 – Rota 758 da Carris. A: Sentido Cais do Sodré-Portas de Benfica. B: Portas de Benfica-
Cais do Sodré (mapas gerados através dos dados recolhidos). .......................................................... 25
Figura 3.7 – Rota 718 da Carris. A: Sentido Al. Afonso Henriques-ISEL. B: ISEL-Al. Afonso
Henriques (mapas gerados através dos dados recolhidos). ................................................................. 25
Figura 3.8 – Exemplo da sincronização da velocidade fornecida pelo GPS, a laranja, com a
velocidade fornecida pelo autocarro, a azul. ......................................................................................... 29
Figura 3.9 - Comparação entre a altitude fornecida pelo GPS e a altitude suavizada a pelo script de
MATLAB (excerto do troço P4). ............................................................................................................ 30
Figura 3.10 – Exemplo da distribuição temporal dos modos VSP (troço P4). ................................ 31
X
Figura 3.11 – Exemplo de um excerto utilizado para a caracterização do autocarro em ciclo urbano
(troço P4). .............................................................................................................................................. 33
Figura 3.12 - Exemplo de um excerto utilizado para a caracterização do autocarro em ciclo extra-
urbano (troço P1). .................................................................................................................................. 33
Figura 3.13 - Interface do utilizador do AVL CRUISE. .................................................................... 37
Figura 3.14 – Módulos do AVL CRUISE necessários para representar o autocarro elétrico em estudo
e interligações entre os mesmos. .......................................................................................................... 38
Figura 3.15 – Input do perfil de velocidades de um percurso no AVL CRUISE. ............................. 40
Figura 3.16 - Input do perfil de altitude de um percurso no AVL CRUISE. ..................................... 40
Figura 3.17 – Características dos eventos selecionados para a comparação do desempenho dos
dois autocarros em paragens seguidas de arranque com inclinação positiva, (A) e (B), ou negativa, (C)
e (D). ...................................................................................................................................................... 41
Figura 3.18 - Características dos eventos selecionados para a comparação do desempenho dos
dois autocarros em arranque seguido de circulação com inclinação positiva, (E) e (F), nula, (G), ou
negativa, (H). ......................................................................................................................................... 42
Figura 4.1 - Caracterização do autocarro em termos de potência fornecida ao motor em função do
modo VSP. ............................................................................................................................................ 46
Figura 4.2 - Caracterização de um autocarro convencional em termos do consumo de combustível
do motor em função do modo VSP [25]. ............................................................................................... 46
Figura 4.3 – Potência fornecida ao motor (kW) em função do modo VSP. Resultados das simulações
do autocarro elétrico no AVL CRUISE e comparação com os valores reais recolhidos no ensaio
experimental. ......................................................................................................................................... 48
Figura 4.4 – Percentagem de tempo em função do modo VSP. Resultados das simulações do
autocarro elétrico no AVL CRUISE e comparação com os valores reais recolhidos no ensaio
experimental. ......................................................................................................................................... 49
Figura 4.5 – Potência fornecida ao motor em função do tempo para o troço P5. Resultados das
simulações do autocarro elétrico no AVL CRUISE e comparação com os valores reais recolhidos no
ensaio experimental. ............................................................................................................................. 49
Figura 4.6 - Caracterização do autocarro em termos da potência total em função do modo VSP. 50
Figura 4.7 – Potência total em função da velocidade e do declive da estrada. A: Declives negativos
(-5º a -1º); B: Declives nulos e positivos (0º a 5º). ................................................................................ 51
Figura 4.8 - Consumo de energia em função da velocidade e do declive da estrada. A: Declives
negativos (-5º a -1º); B: Declives nulos e positivos (0º a 5º). ................................................................ 52
Figura 4.9 - Potência fornecida ao motor em função do modo VSP para várias classes de SOC. 53
Figura 4.10 - Potência fornecida ao motor em função do modo VSP para os ciclos urbano e extra-
urbano.................................................................................................................................................... 54
Figura 4.11 – Consumo específico do motor em função do modo VSP para os ciclos urbano e extra-
urbano.................................................................................................................................................... 55
Figura 4.12 - Potência fornecida ao motor em função do modo VSP para as várias classes de
declive.................................................................................................................................................... 56
XI
Figura 4.13 – Comparação do consumo de energia (kWh/km) entre o autocarro elétrico em estudo
e o autocarro convencional para os vários percursos analisados. (A): Porto, (B): Lisboa e (C): Mafra.
............................................................................................................................................................... 59
Figura 4.14 – Comparação das emissões de GEE (gCO2eq/km) entre o autocarro elétrico em estudo
e o autocarro convencional para os vários percursos analisados. (A): Porto, (B): Lisboa e (C): Mafra.
............................................................................................................................................................... 61
Figura 4.15 – Comparação da energia consumida (TTW) pelo autocarro elétrico e pelo autocarro a
gasóleo no evento (A) do Porto. ............................................................................................................ 63
Figura 4.16 - Comparação da energia consumida (TTW) pelo autocarro elétrico e pelo autocarro a
gasóleo no evento (B) do Porto. ............................................................................................................ 63
Figura 4.17 - Comparação da energia consumida (TTW) pelo autocarro elétrico e pelo autocarro a
gasóleo no evento (C) do Porto. ........................................................................................................... 64
Figura 4.18 - Comparação da energia consumida (TTW) pelo autocarro elétrico e pelo autocarro a
gasóleo no evento (D) do Porto. ........................................................................................................... 64
Figura 4.19 - Comparação da energia consumida (TTW) pelo autocarro elétrico e pelo autocarro a
gasóleo no evento (E) de Lisboa. .......................................................................................................... 65
Figura 4.20 – Comparação da energia consumida (TTW) pelo autocarro elétrico e pelo autocarro a
gasóleo no evento (F) de Lisboa. .......................................................................................................... 66
Figura 4.21 - Comparação da energia consumida (TTW) pelo autocarro elétrico e pelo autocarro a
gasóleo no evento (G) de Lisboa. ......................................................................................................... 66
Figura 4.22 - Comparação da energia consumida (TTW) pelo autocarro elétrico e pelo autocarro a
gasóleo no evento (H) de Lisboa. ......................................................................................................... 67
XII
XIII
Lista de Tabelas
Tabela 2.1 – Classificação, de 1 a 5, da eficiência dos principais tipos de motores elétricos e os seus
respetivos controladores eletrónicos [14]. ............................................................................................. 10
Tabela 2.2 – Comparação das propriedades dos diferentes tipos de baterias disponíveis para
veículos elétricos [6]. ............................................................................................................................. 12
Tabela 2.3 – Consumo de energia por tipo de powertrain [10] (1 litro de Gasóleo=9,97 kWh=35,9
MJ). ........................................................................................................................................................ 14
Tabela 2.4 – Emissões WTW de gases de efeito de estufa para um autocarro de 12m (gCO2eq/km)
[10]. ........................................................................................................................................................ 15
Tabela 2.5 – Emissões WTT de gases de efeito estufa para autocarros a gasóleo, hidrogénio e
eletricidade (gCO2eq/MJ) [10]. .............................................................................................................. 16
Tabela 2.6 – Emissões TTW de gases de efeito estufa para um autocarro de 12 m (gCO2eq/km)
[10]. ........................................................................................................................................................ 16
Tabela 2.7 – Características de autonomia da frota atualmente no mercado da empresa Proterra
[21]. ........................................................................................................................................................ 18
Tabela 2.8 - Comparação dos custos associados à posse e utilização de autocarros standard de 12
metros com várias configurações de powertrain. Dados de 2012 [22]. ................................................ 18
Tabela 3.1 – Características gerais da versão do autocarro elétrico a bateria e.City Gold ensaiada.
Versão de 12 m, 3 portas e bateria de 85 kWh [23]. ............................................................................. 22
Tabela 3.2 – Características gerais do autocarro convencional a gasóleo City Gold 2KD. ............ 25
Tabela 3.3 - Características gerais do autocarro convencional utilizado para a comparação de
consumos de energia e emissões de GEE com o autocarro elétrico em estudo [25]. ......................... 26
Tabela 3.4 - Descrição dos termos presentes na equação que calcula o VSP. ............................. 27
Tabela 3.5 - Definição dos modos VSP utilizados. .......................................................................... 28
Tabela 3.6 - Dados recolhidos para a caracterização do veículo. ................................................... 29
Tabela 3.7 - Divisão do SOC em classes. ....................................................................................... 32
Tabela 3.8 - Divisão do percurso experimental em ciclo urbano e extra-urbano. ........................... 33
Tabela 3.9 - Divisão do declive da estrada em classes. ................................................................. 34
Tabela 3.10 - Valores médios das classes VSP -5 a 5. .................................................................. 34
Tabela 3.11 – Valores das emissões de GEE por unidade de energia fornecida ao veículo para
autocarros movidos a eletricidade e a gasóleo (gCO2eq/MJ) [10,31–33]. ............................................. 36
Tabela 3.12 – Módulos utilizados na simulação do veículo e principais parâmetros a definir em cada
um. ......................................................................................................................................................... 39
Tabela 3.13 - Características dos eventos selecionados para a comparação do desempenho dos
dois autocarros em paragens seguidas de arranque com inclinação positiva, (A) e (B), ou negativa, (C)
e (D). ...................................................................................................................................................... 41
Tabela 3.14 - Características dos eventos selecionados para a comparação do desempenho dos
dois autocarros em arranque seguido de circulação com inclinação positiva, (E) e (F), nula, (G), ou
negativa, (H). ......................................................................................................................................... 42
XIV
Tabela 4.1 - Resumo dos percursos feitos para a recolha dos dados utilizados para caracterizar o
autocarro................................................................................................................................................ 45
Tabela 4.2 – Resultados das simulações do autocarro elétrico no AVL CRUISE e comparação com
os valores reais recolhidos no ensaio experimental. ............................................................................ 48
Tabela 4.3 - Divisão do SOC em classes e número de pontos de dados experimentais disponíveis
para cada uma. ...................................................................................................................................... 52
Tabela 4.4 - Divisão do percurso experimental em ciclo urbano e extra-urbano e número de pontos
experimentais usados para a caracterização de cada um. ................................................................... 53
Tabela 4.5 – Comparação das características gerais do ciclo urbano e extra-urbano analisado e do
consumo específico do autocarro em cada um deles. .......................................................................... 55
Tabela 4.6 - Divisão do declive da estrada em classes e número de pontos de dados experimentais
disponíveis para cada uma.................................................................................................................... 56
Tabela 4.7 - Resumo dos percursos feitos para a recolha dos dados utilizados para caracterizar a
dinâmica do autocarro a gasóleo em ambiente urbano. ....................................................................... 57
Tabela 4.8 – Percentagem da redução de consumo de energia e de GEE, numa base WTW, que o
autocarro elétrico proporciona em relação ao autocarro a gasóleo para os troços com características
urbanas. ................................................................................................................................................. 60
Tabela 4.9 – Percentagem da redução de consumo de energia e de GEE, numa base WTW, que o
autocarro elétrico proporciona em relação ao autocarro a gasóleo para os troços com características
extra-urbanas. ....................................................................................................................................... 60
Tabela 4.10 - Percentagem da redução de consumo de energia e de GEE, numa base WTW, que o
autocarro elétrico proporciona em relação ao autocarro a gasóleo, para os eventos selecionados a partir
das rotas do Porto. ................................................................................................................................ 65
Tabela 4.11 - Percentagem da redução de consumo de energia e de GEE, numa base WTW, que o
autocarro elétrico proporciona em relação ao autocarro a gasóleo, para os eventos selecionados a partir
das rotas de Lisboa. .............................................................................................................................. 67
Tabela 4.12 - Análise operacional do autocarro elétrico em estudo quando em circulação nos
percursos estudados. ............................................................................................................................ 68
Tabela 7.1 – Consumo de energia e emissões de GEE, em base TTW, para o autocarro elétrico em
estudo e para um autocarro diesel, para os troços com características de percurso urbano. ............XXI
Tabela 7.2 – Consumo de energia e emissões de GEE, em base TTW, para o autocarro elétrico em
estudo e para um autocarro diesel, para os troços com características de percurso extra-urbano. ..XXII
Tabela 7.3 – Consumo de energia e emissões de GEE, em base WTW, para o autocarro elétrico
em estudo e para um autocarro diesel, para os troços com características de percurso urbano. ... XXIII
Tabela 7.4 – Consumo de energia e emissões de GEE, em base WTW, para o autocarro elétrico
em estudo e para um autocarro diesel, para os troços com características de percurso extra-urbano.
........................................................................................................................................................... XXIV
Tabela 7.5 - Consumo de energia, TTW e WTW, e emissões de GEE, em base WTW, para o
autocarro elétrico em estudo e para um autocarro diesel, para os eventos de paragens seguidas de
arranque com inclinação positiva, (A) e (B), ou negativa, (C) e (D). ................................................. XXV
XV
Tabela 7.6 - Consumo de energia, TTW e WTW, e emissões de GEE, em base WTW, para o
autocarro elétrico em estudo e para um autocarro diesel, para os eventos de arranque seguido de
circulação com inclinação positiva, (E) e (F), nula, (G), ou negativa, (H). ......................................... XXV
XVI
XVII
Lista de abreviações
ACV – Avaliação do ciclo de vida;
BEB – do inglês Battery Electric Bus, autocarro elétrico a bateria;
CNG – do inglês Compressed Natural Gas, gás natural comprimido;
DB – do inglês Diesel Bus, autocarro a gasóleo;
DC – do inglês Direct Curent, motor de corrente direta;
DC – do inglês Direct Current, corrente direta;
DHEB – do inglês Diesel Hybrid Electric Bus, autocarro gasóleo-elétrico hibrido;
EU-28 – União Europeia a 28 países;
FCEB – do inglês Fuel Cell Electric Bus, autocarro elétrico a célula de combustível;
GEE – Gases de Efeito de Estufa;
IM – do inglês Induction Motor, motor de indução;
LGN – do inglês Liquified Natural Gas, gás natural liquefeito;
Li-air – Bateria de lítio ar;
LiFePO4 – Bateria de lítio ferro fosfato;
Li-ion – Bateria de iões de lítio;
LiPo – Bateria de polímero de lítio;
Li-S – Bateria de lítio enxofre;
NGSR – do inglês Natural Gas Steam Reforming, conversão por vapor do gás natural;
Ni-Cd – Bateria de níquel cádmio;
Ni-MH – Bateria de níquel metal hidreto;
NOx – Óxidos de azoto;
Pb-ácido – Bateria de chumbo ácido;
PMx – Particúlas poluentes de pequena dimensão;
RM – do inglês Reluctance Motor, motor de relutância;
SBM – do inglês Synchronous Brushed Motor, motor síncrono de escovas;
SOC – do inglês State of Charge, estado de carga;
SPM – do inglês Synchronous Permanent Magnet, motor síncrono de íman permanente;
STP – do inglês Scaled Tractive Power
XVIII
TCO – do inglês Total Cost of Ownership, custo total da posse;
TTW – do inglês Tank to Wheel, do reservatório do veículo até às rodas;
UE – União Europeia;
VSP – do inglês Vehicle Specific Power
WE – do inglês Water Electrolysis, eletrólise da água;
WTT – do inglês Well To Tank, da fonte de energia para o reservatório do veículo;
WTW – do inglês Well to Wheel, da fonte de energia até às rodas do veículo;
ZEBRA – Bateria de sal fundido;
Zn-air – Bateria de zinco ar;
XIX
Lista de símbolos
%t(i) Percentagem de tempo no modo VSP (i)
%t(i,j) Percentagem de tempo no modo VSP (i) no troço (j)
%𝑡𝑜𝑝.𝑚𝑎𝑥 Percentagem máxima de tempo que o veículo pode estar operacional
�̅�𝑎𝑢𝑥 Potência média dos equipamentos auxiliares do autocarro
�̅�𝑡(𝑖) Potência teórica média do modo VSP(i)
�̅�𝑝𝑟𝑜𝑝 Eficiência média de propulsão
�̅�𝑟𝑒𝑔𝑒𝑛 Eficiência média de regeneração
𝑉𝑆𝑃̅̅ ̅̅ ̅̅ (𝑖) Valor médio da classe VSP(i)
�̅� Massa média do autocarro
µft Coeficiente de fricção dos travões
a Aceleração do autocarro
Af Área frontal
At Área da superfície de travagem
Cbat Capacidade da bateria
Cd Coeficiente de atrito aerodinâmico
E Energia consumida
ET Consumo total do autocarro (motor + auxiliares)
g Aceleração da gravidade
m Massa do autocarro
nc Número de classes
nf Relação de transmissão final
np Número de pontos experimentais
np(i,c) Número de pontos experimentais no modo VSP (i) na classe (c)
np(i,j) Número de pontos experimentais no modo VSP (i) no troço (j)
np(j) Número de pontos experimentais no troço (j)
nrpm.máx Velocidade de rotação máxima
nt Número de troços
ⱷ Declive da estrada
P(i) Potência do motor no modo VSP (i)
P(i,c) Potência do motor no modo VSP (i) na classe (c)
P(i,c,k) Potência do motor no modo VSP (i) na classe (c) no ponto experimental (k)
P(i,j) Potência do motor no modo VSP (i) no troço (j)
P(i,j,k) Potência do motor no modo VSP (i) no troço (j) no ponto experimental (k)
Paux(k) Potência dos equipamentos auxiliares do autocarro no ponto experimental k
PT Potência total do autocarro (motor + auxiliares)
Rbat Resistência interna da bateria
rd Raio dinâmico do pneu
re Raio estático do pneu
v Velocidade do autocarro
XX
Vmáx Tensão máxima
Vmin Tensão mínima
Vnom Tensão nominal
η Eficiência
t Tempo
1
1. Introdução
1.1. Enquadramento
O estilo de vida da nossa civilização faz com que exista uma grande necessidade de meios para o
transporte de pessoas e bens, sendo que estes meios de transporte têm naturalmente requisitos de
energia. A energia gasta pelo sector dos transportes, em valores absolutos, tem vindo a aumentar a
um ritmo de 2% ao ano desde a viragem do milénio, fazendo com que este sector representasse, em
2016, cerca de 28% do consumo total de energia a nível mundial. Deste valor cerca de 60% é devido
ao transporte de passageiros, no qual estão incluídos os autocarros [1]. Já ao nível da União Europeia
a 28 países, EU-28, o sector dos transportes representa uma fatia ainda maior do consumo de energia
total com 33,1% (Figura 1.1).
Esta energia utilizada nos transportes provém maioritariamente de combustíveis fósseis,
especialmente nos veículos que utilizam motores de combustão interna. A queima destes combustíveis
produz tanto gases de efeito de estufa (GEE) que contribuem para o aquecimento global e para as
alterações climáticas, como poluentes que têm efeitos nocivos na saúde das populações dos locais
onde são libertados. Estes poluentes são na sua maioria os óxidos de azoto (NOx), e as partículas de
pequenas dimensões (PMx). Ao nível da EU-28 o setor dos transportes é responsável por 23,0% das
emissões de GEE, pelo que melhorias ao nível das emissões deste setor têm um resultado global
importante (Figura 1.1).
Figura 1.1 – A: Consumo de energia final, por sector, EU-28, em 2015. Percentagens das toneladas equivalentes de petróleo. B: Emissões de gases de efeito de estufa, por sector, EU-28, em 2015. Percentagens
das toneladas de CO2 equivalentes (%tonCO2eq) [2,3].
33,1%
25,4%
25,3%
13,6%
2,2% 0,5%
Transportes Habitação
Indústria Serviços
Agricultura e floresta Outros
23,0%
10,0%
8,0%
3,0%
55,0%
TransporteAgricultura e florestaProcessos indústriais e uso de produtosGestão de resíduosQueima de combústiveis (exceto transportes)
BA
2
Ao nível das emissões de NOx, e novamente analisando o caso da EU-28, o sector dos transportes
tem um peso superior a qualquer um dos outros analisados, como pode ser visto na Figura 1.2 (A),
representado 38,5% do total. Isto faz com que as melhorias implementadas na redução das emissões
de NOx deste sector sejam da maior importância e tenham um impacte considerável.
A contribuição do sector dos transportes para as emissões de PMx, que mesmo sendo menor que a
contribuição para as emissões de NOx, vale cerca de 11,5% do total das emissões destas partículas ao
nível da EU-28 (Figura 1.2 (B)). Esta é uma percentagem muito relevante e, por setor, apenas vem
atrás das emissões de PMx devidas ao setor da habitação e comércio.
Figura 1.2 - A: Emissões de óxidos de azoto, NOx, por sector, EU-28, em 2015, em milhões de toneladas. B: Emissões de partículas finas, PMx, por sector, EU-28, em 2015, em milhões de toneladas [4].
É ao nível da redução das emissões dos poluentes referidos anteriormente que entram em cena os
veículos elétricos. Com este tipo de veículos todas as emissões ao nível local, onde o veículo é utilizado,
são suprimidas, melhorando automaticamente a qualidade do ambiente, especialmente ao nível das
grandes cidades onde centenas de milhar de veículos são utilizados diariamente. Continua a existir
uma potencial geração de GEE, NOx e PMx resultantes da utilização destes veículos dependendo da
forma como a eletricidade que utilizam é gerada, mas em valores geralmente inferiores aos veículos
de combustão interna devido ao facto de os veículos elétricos poderem utilizar eletricidade proveniente
de fontes renováveis cujas emissões são praticamente nulas.
Ao nível do CO2, e numa perspetiva de avaliação do ciclo de vida, ACV, e considerando as condições
típicas de uso de um veículo automóvel em Portugal em 2009, existem análises que demonstram que
um veículo elétrico pode representar uma redução de 23% nas emissões deste GEE quando
comparado com um veículo a combustão. Além disso é possível o veículo elétrico apresentar uma
2,98
0,921,51
0,57
1,09
0,210,40 0,05 0,01
0,15
0,08
0,060,03
0,74
0,13
0,050,05 0,00
Tansportes rodoviários Energia usada na indústria
Produção e distribuição de energia Transportes não rodoviários
Habitação e comércio Processos industriais e uso de produtos
Agricultura Resíduos
Outros
Transportes rodoviários
A B
3
redução de 38% no consumo total de energia quando comparado com o veículo a combustão [5]. As
avaliações do tipo ACV têm em conta todo o impacto gerado pelo veículo desde a sua construção até
ao seu abate, passando pela utilização, tendo em conta fatores como o CO2 emitido e a energia utilizada
pelo mesmo.
Veículos elétricos no passado
Os veículos elétricos surgiram no século XIX sendo que no início do século XX foram substituídos
pelos veículos a gasolina, pelas razões que se encontram descritas abaixo. Assim, estes estiveram
ausentes das estradas durante um longo período até começarem a regressar em números significativos
a partir da viragem do milénio.
A primeira carruagem elétrica foi introduzida nos anos 30 do século XIX e recorria a células não
recarregáveis como meio de armazenamento de energia. Desde esta altura e até ao período
compreendido entre 1856 e 1881 pouco mudou. Nesse período foram desenvolvidas e postas no
mercado baterias recarregáveis, do tipo chumbo-ácido, e motores elétricos DC com boas eficiências.
Com a tecnologia referida anteriormente foi lançado no mercado, em 1897, o primeiro veículo elétrico,
um táxi introduzido em Nova Iorque. Com um relativo sucesso inicial, em 1900 cerca de 28% dos
veículos nas estradas eram elétricos [6].
Porém, a partir 1908, os veículos a gasolina começaram a ganhar terreno e viriam a dominar por
completo o mercado já no ano de 1935, ano este em que já não existiam veículos elétricos em
circulação. Isto deveu-se ao aparecimento de veículos a combustão relativamente baratos, como o
famoso Ford Model T, à invenção do motor de arranque elétrico para estes veículos e o baixo preço
dos combustíveis na altura [6]. Estas vantagens, aliadas aos problemas de autonomia e desinteresse
dos fabricantes nos veículos elétricos, fizeram então com que os veículos a gasolina tivessem um
grande sucesso e os veículos elétricos ficassem no esquecimento.
Passaram-se muitos anos até o desenvolvimento de veículos elétricos ser trazido de novo para cima
da mesa. As crises petrolíferas que deram origem a aumentos e instabilidade dos preços dos
combustíveis, as crescentes preocupações ambientais e as leis cada vez mais restritas em termos de
emissões poluentes dos veículos fizeram com que isso acontecesse.
Situação presente
O crescimento significativo das cidades atuais tem levado a um aumento do uso dos vários meios
de transporte a combustão, resultando num aumento da poluição local devido às emissões de poluentes
como os óxidos de azoto, NOx, e partículas de pequenas dimensões, PMx. Além disso existem ainda
os problemas gerados pelo GEE, que em muito contribuem para as alterações climáticas, emitidos pela
queima dos combustíveis fósseis utilizados na grande maioria dos meios de transporte atuais. Uma vez
que, de acordo com metas estabelecidas pela Comissão Europeia, o sector dos transportes necessita
de reduzir as emissões de GEE até 2050 em pelo menos 60%, em relação aos níveis de 1990, um dos
4
maiores desafios atuais será o desenvolvimento de veículos com emissões nulas ou o mais baixas
possível [6–9].
A eletrificação dos meios de transporte, e em particular dos transportes públicos, com especial
relevância nos autocarros, é uma abordagem bastante promissora para fazer frente a estas projeções
[6]. Na gama dos autocarros eletrificados, além dos puramente elétricos, que podem ser alimentados
por uma bateria ou por uma célula de combustível, existem as chamadas configurações híbridas, nas
quais existem motores elétricos a assistir os motores a combustão convencionais. Estas configurações
híbridas podem resultar em reduções de mais de 30% no consumo de combustível, com uma
consequente diminuição das emissões poluentes [8]. No entanto, as configurações híbridas só por si
não conseguem atingir os objetivos propostos ao nível da redução de GEE e de consumo de energia,
sendo por isso apenas um passo intermédio no caminho para a eletrificação total [10].
As principais vantagens dos autocarros elétricos a bateria em relação aos convencionais a gasóleo
ou a gás natural (CNG, gás natural comprimido, ou LNG, gás natural liquefeito) residem nos baixos
custos de manutenção e no facto de a energia elétrica ter um preço muito mais estável, e reduzido, que
o dos combustíveis fósseis. Isto faz com que os custos operacionais dos autocarros elétricos a bateria
apresentem uma redução de cerca de 80% em relação aos autocarros convencionais ou cerca de 70%
quando comparados com os autocarros híbridos, enquanto o nível de serviço é mantido ou melhorado
[10]. Assim, e mesmo tendo custos de aquisição superiores, os autocarros elétricos a bateria já são
uma alternativa real aos autocarros convencionais e híbridos, especialmente em ambiente urbano [11].
A distribuição geográfica e o número e tipo de autocarros vendidos no mundo em 2012 e o valor
esperado de unidades a serem vendidas em 2020 pode ser lido na Figura 1.3.
Figura 1.3 – Distribuição da quota esperada para o mercado de autocarros em 2020 [10]. Em 2016 existiam cerca de 345 000 autocarros elétricos em circulação, o dobro do ano anterior [12]. Legenda: Gasóleo e outros;
GNG/LNG; Híbrido e elétrico.
33%
84%58%
84%
85%
52%
76%
30%
7%14%
11%
9%
18%
16%
37%
9%
28%
5%
6%
30%
8%
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
Unid
ad
es
89%
72%
5%
13%
6%
15%
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
Unid
ad
es
5
Relativamente aos dados de 2012 é bastante claro que a China é a atual líder em termos de novas
aquisições para a sua frota de autocarros híbridos e elétricos, tanto em valores absolutos como em
percentagem do total de veículos adquiridos. Pode ver-se ainda que já em 2020 é esperado que 15%
dos novos autocarros vendidos sejam híbridos ou elétricos, valor que se situava em apenas 6% em
2012 [10].
Em Portugal ainda se encontram em circulação comercial muito poucos autocarros elétricos, no
entanto têm surgido recentemente noticias de vários operadores de transportes públicos que estão
neste momento a atualizar a sua frota de autocarros e pretendem adquirir a curto prazo veículos
elétricos, como é o caso da CARRIS, a operar em Lisboa, que pretende ter à sua disposição 15
autocarros elétricos antes do fim do primeiro trimestre de 2019 [13].
1.2. Objetivo
Tendo em conta o que foi apresentado anteriormente relativamente ao peso do sector dos
transportes no consumo de energia e nas emissões de GEE da nossa sociedade, este trabalho tem
como objetivo avaliar o desempenho de um autocarro elétrico, a bateria, desenvolvido pela empresa
Caetano Bus, de forma a quantificar os seus impactes energéticos e ambientais para perceber de que
forma este veículo pode contribuir para a solução dos problemas descritos. Tal será baseado numa
análise da tecnologia do autocarro em condições reais de utilização, através de medições em rotas
reais de passageiros. Assim, além de ser feita uma caracterização do veículo, será também feita a
caracterização das rotas que este percorre, de modo a poder ser feita uma comparação do
desempenho do autocarro elétrico em estudo com um autocarro convencional, veículo no qual também
se procederá à caracterização de rotas percorridas de forma a estudar a adequação do autocarro
elétrico a essas mesmas rotas. Pretende-se também proceder a uma análise teórica, através de um
modelo feito a partir dos dados recolhidos no autocarro em circulação, da adequação do veículo a
diferentes condições de circulação, como o declive, o contexto de circulação, e as condições de tráfego.
Adicionalmente, pretende-se utilizar um modelo numérico do autocarro elétrico, no software AVL
CRUISE, para averiguar se este modelo pode ser utilizado para simular com exatidão o comportamento
do autocarro em situações reais de utilização.
1.3. Estrutura da Tese
Este trabalho encontra-se dividido em 5 capítulos, estando os principais conteúdos de cada
descritos nesta secção.
No primeiro capítulo é feita uma pequena descrição da envolvente ao tema em estudo. Nesta é feito
um enquadramento acerca do sector dos transportes e do seu peso a nível energético e ambiental,
bem como uma breve descrição da história dos veículos elétricos, um resumo dos desafios que o sector
dos transportes enfrenta atualmente e por último é apresentada a situação atual no que toca ao
mercado de autocarros.
6
No segundo capítulo começa-se por apresentar uma classificação dos autocarros em função do seu
tipo de powertrain. De seguida é apresentada uma secção relativa às tecnologias de motores e baterias
presentes nos autocarros elétricos a bateria, sendo também abordadas as suas principais limitações.
De seguida é feita uma comparação entre os vários tipos de powertrain dos autocarros disponíveis no
mercado, sendo avaliados o consumo de energia, os impactes ambientais, a autonomia e os custos
associados a cada um.
O terceiro capítulo apresenta as diversas metodologias utilizadas para a recolha e tratamento dos
dados obtidos. Primeiro aborda-se o método utilizado para a recolha de dados a bordo do autocarro
elétrico e do autocarro convencional. De seguida é abordada a metodologia VSP, essencial à realização
deste trabalho. Depois são abordadas as metodologias de tratamento dos dados recolhidos de forma
a caracterizar o autocarro elétrico e os vários percursos recolhidos, bem como as formas de comparar
o autocarro elétrico com um autocarro convencional a diesel. Neste capítulo é também apresentada a
forma de proceder para simular o autocarro em estudo no software comercial AVL CRUISE.
No quarto capítulo são apresentados e discutidos os resultados relativos à caracterização do
autocarro elétrico, à validação do seu modelo computacional e à comparação deste com o autocarro
convencional. É ainda feita uma análise operacional do mesmo para todas as rotas de passageiros
estudadas.
Por último, no quinto capítulo, são retiradas as principais conclusões relativas ao trabalho realizado
e são ainda deixadas algumas sugestões de trabalho futuro.
7
2. Estado da arte
2.1. Classificação dos autocarros disponíveis no mercado pelo tipo de powertrain
Os autocarros existentes atualmente no mercado podem ser divididos, no que diz respeito à
tecnologia do powertrain, em três categorias: convencionais, híbridos e elétricos (Figura 2.1) [10,11].
Figura 2.1 – Classificação, por tipo de powertrain, dos vários tipos de autocarros disponíveis no mercado
[10,11].
Nos convencionais estão incluídos os autocarros que recorrem apenas a um motor de combustão
interna para gerar energia mecânica, sendo esta entregue às rodas sem nenhum armazenamento
intermédio. Estão incluídos nesta categoria os autocarros a gasóleo e a CNG ou LGN.
Os autocarros híbridos são veículos que recorrem a um motor de combustão interna e a um ou mais
motores elétricos para gerar e entregar energia mecânica às rodas, como ilustrado na Figura 2.2. Estes
autocarros têm a vantagem de conseguir recuperar energia cinética proveniente das travagens e
armazená-la como energia elétrica para ser utilizada mais tarde, sendo que os do tipo plug-in podem
ainda ser ligados à rede elétrica para recarregar o meio de armazenamento de energia elétrica a bordo
e assim diminuir ainda mais o consumo de combustível.
Existem duas variantes principais dos autocarros híbridos, os híbridos em paralelo e os híbridos em
série. Nos híbridos em paralelo, Figura 2.2 (A), o motor de combustão interna está continuamente ligado
às rodas motrizes através da transmissão e por isso funciona numa ampla gama de regimes de rotação.
Este é assistido por um motor elétrico que fornece ou regenera energia consoante as necessidades da
dinâmica do veículo (aceleração, travagem, etc.). Já nos híbridos em série, Figura 2.2 (B), o motor a
combustão é usado para acionar um gerador elétrico, podendo assim ser projetado e utilizado num
regime de rotação e carga que proporcione alta eficiência. A energia elétrica gerada é então
armazenada para posteriormente ser usada pelo motor elétrico que irá fazer mover o veículo.
Autocarros disponíveis no mercado
Convencionais
Gasóleo CNG; LGN
Híbridos
(bateria ou ultra-condensador)
Série Paralelo
Elétricos
BateriaCélula de
combustível
8
Figura 2.2 – A: Esquema do powertrain de um autocarro híbrido em paralelo. B: Esquema do powertrain de
um autocarro híbrido em série [10].
Quanto aos autocarros elétricos, os dois principais tipos a considerar são os autocarros cuja energia
é armazenada numa bateria, que fornece eletricidade de uma forma direta, e irá ser designado “a
bateria”, e os autocarros que recorrem a hidrogénio armazenado num depósito e a uma célula de
combustível, FCEB, para gerar eletricidade.
Nos autocarros a bateria, Figura 2.3 (A), tem-se a menor complexidade entre os dois tipos de
autocarros elétricos. A energia elétrica proveniente da bateria flui para o motor, ou vice-versa,
consoante a dinâmica do veículo assim o solicite, dando origem a um sistema simples e com a
potencialidade de ser altamente eficiente. Este tipo de autocarros é ainda subdividido em duas
categorias tendo em conta a capacidade das baterias e consequente autonomia. Resultam desta
subdivisão os chamados opportunity BEB, Battery Electric Bus, com pequenas baterias e uma
autonomia de 20/30 km que pode ser conseguida em 5 minutos de carregamento e os overnight BEB,
com baterias relativamente grandes, que podem proporcionar autonomias de 250 km, e com
aproximadamente 4 km de autonomia por cada 5 minutos de carregamento [10]. Já nos veículos a
célula de combustível, Figura 2.3 (B), esta tem de converter o hidrogénio a bordo em eletricidade que
será usada diretamente pelo motor elétrico ou armazenada numa bateria para posterior utilização, uma
vez que as células de combustível têm outputs de potência mínimos, estando sempre a gerar alguma
eletricidade mesmo quando o motor não necessita. Este sistema tem normalmente eficiências globais
inferiores aos veículos a bateria.
Figura 2.3 – A: Esquema do powertrain de um autocarro elétrico a bateria. B: Esquema do powertrain de um autocarro elétrico célula de combustível [10].
A B
A B
9
2.2. Autocarros elétricos a bateria
Tecnologias de motores
Existem vários tipos de arquitetura de motores elétricos que podem equipar veículos elétricos.
Atualmente, entre os principais tipos de motores elétricos presentes no mercado, existem os motores
de corrente direta, DC, de indução, IM, síncronos de íman permanente, SPM, e os síncronos de
escovas, SBM [14].
Os motores DC têm como principais vantagens a robustez, o baixo custo e a simplicidade do seu
controlo. Já em termos de desvantagens destaca-se a baixa razão potência/peso, a baixa eficiência e
a necessidade de manutenção nas suas escovas.
Quanto aos motores de indução, também conhecidos como motores assíncronos ou motores em
gaiola de esquilo, estes apresentam vantagens ao nível da simplicidade da sua construção e de
estarem bem estandardizados. Estes conseguem obter eficiências superiores a 75% para gamas de
velocidade bastante amplas.
Os motores síncronos de íman permanente, por não necessitarem de correntes de excitação, que
representam cerca de 50% das perdas de Joule de um motor sem excitação própria, são inerentemente
muito eficientes e requerem menos capacidade de arrefecimento por estas mesmas perdas de Joule
serem muito inferiores. No entanto são motores que necessitam de estratégias de controlo mais
complexas devido ao seu campo de excitação ser constante, logo esse mesmo campo de excitação
não pode ser modificado como meio de controlo sobre a máquina. Outra desvantagem é o facto de
necessitarem de ímanes muito fortes, fabricados através de elementos caros, como o neodímio, que
por vezes apresentam flutuações de preços bastante bruscas.
Os síncronos de escovas apresentam vantagens ao nível do elevado binário inicial, das correntes
de excitação poderem ser reduzidas em carga parcial e também por terem um controlo mais simples e
mais robusto que os motores SPM, sendo, no entanto, menos eficientes do que estes.
Existe ainda um outro tipo de motor elétrico, o de relutância, RM, que apesar de ainda ser uma
tecnologia muito pouco explorada tem o potencial de vir a ser bastante importante no futuro, pois é
potencialmente simples e barato de produzir e não necessita de materiais magnéticos caros.
Estes motores, ao serem utilizados num veículo elétrico, vão funcionar necessariamente numa
ampla gama de valores de carga e velocidade de rotação e por isso devem ser caracterizados através
de mapas do tipo potência-velocidade ou binário-velocidade-eficiência. Diferentes arquiteturas de motor
apresentam a sua região de eficiência máxima em diferentes faixas de rotação e carga, bem como
diferentes curvas de variação da eficiência em geral. Na Figura 2.4 podem ser vistos mapas de binário-
velocidade-eficiência típicos dos tipos de motor elétrico referidos anteriormente.
10
Figura 2.4 – Mapas de eficiência típicos para motores de imanes permanentes montados na superfície do rotor (a), imanes permanentes montados no interior do rotor (b), indução ou assíncronos (c), relutância (d),
corrente direta (e) e síncronos (f) [14].
Olhando agora para a Tabela 2.1 pode ver-se uma análise comparativa das eficiências
apresentadas pelos diversos tipos de motor e unidades de controlo e da eficiência global do conjunto,
feita por De Santiago et al. [14]. Atualmente, e segundo a análise do autor, o tipo de motor elétrico que
permite uma melhor eficiência em aplicações de mobilidade elétrica é o motor síncrono de íman
permanente, sendo o motor síncrono de escovas igualmente uma boa opção. Já o motor DC é aquele
que apresenta eficiências mais baixas e por isso apenas fará sentido ser utilizado em aplicações que
requeiram baixas potências e baixo custo, o que claramente não é o caso de um autocarro elétrico.
Tabela 2.1 – Classificação, de 1 a 5, da eficiência dos principais tipos de motores elétricos e os seus respetivos controladores eletrónicos [14].
Tecnologia/ Componente Motor Eletrónica Sistema Global
SPM 5 4 4 SBM 4 4 4 RM 4 3,5 3 IM 3,5 4 3 DC 2 5 2
De notar também que devido à natureza das perdas de Joule, que aumentam com o aumento da
corrente que circula num dado sistema, a eficiência de um motor elétrico de um autocarro tenderá,
teoricamente, a depender do estado de carga, SOC, da sua bateria. Isto porque a tensão da bateria
baixa com a diminuição do seu SOC, de modo que, para manter a potência constante, a corrente a
circular no sistema terá necessariamente de aumentar.
B
inário
Bin
ário
Bin
ário
Bin
ário
Bin
ário
Bin
ário
rpm
rpm
rpm
rpm rpm
rpm
11
Tecnologias de baterias
O tipo de meio de armazenamento de energia elétrica a ser utilizado em cada situação pode ser
determinado, numa primeira análise, através da sua capacidade de fornecer energia e potência por
unidade de massa. Isto é feito através da análise da densidade energética e da densidade de potência
dos meios de armazenamento disponíveis.
Pode ver-se, através da Figura 2.5, cujos eixos se encontram em escala logarítmica, que existem
dois extremos no que toca aos parâmetros anteriormente descritos. Na zona mais à direita da figura
estão os condensadores e os supercondensadores. Estes exibem baixas densidades energéticas, mas
altas densidades de potência. Isto faz com que sejam mais adequados a uma utilização que requeira
altas potências durante curtos intervalos de tempo, como momentos de grande aceleração ou
desaceleração. Já na zona mais à esquerda da mesma figura estão as células de combustível, as
baterias de iões de lítio, as de níquel-metal-hidreto e as de chumbo-ácido. Estes dispositivos oferecem
uma maior densidade energética, mas uma menor densidade de potência, quando comparados com
os condensadores e supercondensadores. Assim, estes são mais adequados para fornecer potências
relativamente baixas durante longos intervalos de tempo, como numa situação de um veículo que segue
em velocidade cruzeiro.
Figura 2.5 – Comparação inicial do desempenho das várias tecnologias de bateria em função da sua densidade energética e da densidade de potência [7].
Tendo de novo em conta a Figura 2.5 mas também a Tabela 2.2 pode então perceber-se o porquê
de as baterias mais comuns em veículos 100% elétricos serem do tipo iões de lítio. Estas oferecem um
bom compromisso entre vários fatores, como densidade energética, densidade de potência e custo de
produção.
Densid
ade
Energ
ética (
Wh/k
g)
Densidade de Potência (W/kg)
12
Tabela 2.2 – Comparação das propriedades dos diferentes tipos de baterias disponíveis para veículos elétricos [6].
Tipo de bateria
Tensão nominal
(V)
Densidade energética
(Wh/kg)
Densidade potência (W/kg)
Nº ciclos
Efeito memória
Temperatura de operação
(ºC)
Custo de produção ($/kWh)
Pb-ácido
2,0 35 180 1000 Não -15 a +50 60
Ni-Cd 1,2 50-80 200 2000 Sim -20 a +50 250-300 Ni-MH 1,2 70-95 200-300 3000 Raramente -20 a +60 200-250 ZEBRA 2,6 90-120 155 1200 Não +245 a +350 230-345 Li-ion 3,6 118-350 200-430 2000 Não -20 a +60 150 LiPo 3,7 130-225 260-450 1200 Não -20 a +60 150
LiFePO4 3,2 120 2000-4500 2000 Não -45 a +70 350 Zn-ar 1,65 460 80-140 200 Não -10 a +55 90-120 Li-S 2,5 350-650 - 300 Não -60 a +60 100-150 Li-ar 2,9 1300-2000 - 100 Não -10 a +70 -
Neste momento estão em desenvolvimento tecnologias de bateria que oferecem densidades
energéticas muito superiores às baterias de lítio atuais. Consequentemente estas novas baterias irão
permitir o aumento da autonomia de um dado veículo elétrico mantendo a sua massa de baterias
constante. Como se pode ver no esquema da Figura 2.6, uma das mais promissoras para atingir este
objetivo é a tecnologia de lítio ar, Li-ar.
Figura 2.6 – Evolução temporal dos vários tipos de tecnologia de bateria [10].
Teoricamente esta bateria seria capaz de ter densidades energéticas similares a combustíveis
fósseis como a gasolina. A nível prático este tipo de baterias já possuí densidades energéticas cerca
de cinco vezes superiores às baterias de Li-ion atualmente no mercado [15].
13
Principais limitações
Atualmente os principais fatores limitantes da adoção em massa de autocarros elétricos a bateria
são o elevado custo inicial de aquisição, a questão da autonomia e dos tempos de carregamento e
ainda o facto de a infraestrutura destinada a suprir as necessidades deste tipo de veículos estar muito
pouco estabelecida [10,11,16,17]. Estes fatores serão analisados nas próximas secções.
2.3. Análise das vantagens e desvantagens dos vários tipos de powertrain
Consumo de energia
O consumo de energia de um autocarro, em MJ/km, engloba toda a energia despendida nos
processos de obtenção, transformação e utilização da mesma. Assim, é importante não só ter um
veículo eficiente do ponto de vista de conversão da energia armazenada a bordo em energia mecânica,
como ter uma fonte de energia que permita que esta chegue ao veículo com o mínimo de perdas de
conversão e transporte.
Nos dados recolhidos por Mahmoud et al. [10], que podem ser vistos na Figura 2.7, pode observar-
se as eficiências associadas à produção de eletricidade e hidrogénio através de várias fontes de
energia. Chega-se facilmente à conclusão de que o caso ideal é a obtenção de eletricidade a partir de
fontes renováveis, pois este processo apresenta uma eficiência de 100%. Quanto à obtenção de
eletricidade e hidrogénio a partir de fontes fósseis estes valores são naturalmente mais baixos, na
ordem dos 40-50%, devido a limitações de natureza termodinâmica e metalúrgica.
Figura 2.7 – Eficiências genéricas na produção de eletricidade e hidrogénio [10].
Estas eficiências associadas à produção de eletricidade e hidrogénio encontram-se incorporadas
nos termos de consumo de energia WTT, Well-to-Tank, que engloba a energia necessária para a
produção e distribuição da eletricidade e do hidrogénio, na Tabela 2.3.
14
Analisando então a Tabela 2.3, obtida por Mahmoud et al. [10] através da compilação de dados
existentes em vários artigos da literatura, pode ver-se que um BEB é sempre superior a um autocarro
gasóleo, DB (diesel bus), em termos de consumo de energia, mesmo que a sua eletricidade provenha
do atual mix da EU que engloba fontes de energia renováveis e fontes de energia fósseis.
No limite, e com eletricidade totalmente proveniente de fontes de energia renováveis, o BEB tem o
potencial de representar um consumo de energia de apenas 50% em comparação com um autocarro
convencional a gasóleo, e o menor entre os diversos tipos de powertrain disponíveis.
Tabela 2.3 – Consumo de energia por tipo de powertrain [10] (1 litro de Gasóleo=9,97 kWh=35,9 MJ).
Powertrain Fonte de energia WTT
(MJ/km) TTW
(MJ/km) WTW
(MJ/km)
Redução média comparando com DB (%)
Gasóleo Gasóleo 3,82 16,84 20,66 - Gasóleo – série Gasóleo 3,45 10,81 15,26 26,14%
Gasóleo – paralelo Gasóleo 3,31 12,81 16,12 21,97% FCEB H2 – NGSR 7,00 10,48 17,48 15,39% FCEB H2 - WE 4,45 10,48 14,93 27,73% BEB Eletricidade – UE 11,90 6,76 18,66 9,68% BEB Eletricidade - renovável 3,57 6,76 10,33 50,00%
Para além do consumo de energia ser inferior aos tradicionais DB, um estudo realizado em Macau
por Zhou et al. [18], revelou ainda, através de ensaios experimentais com autocarros elétricos, que
estes, comparativamente aos autocarros convencionais a gasóleo, são menos sensíveis às variações
das condições de trânsito. Os autores concluíram também que, no geral, para quaisquer condições de
trânsito, carga de passageiros e uso de climatização do veículo, como o uso de ar condicionado, o
autocarro elétrico apresenta sempre consumos de energia inferiores aos autocarros a gasóleo, isto
numa perspetiva WTW. Segundo os resultados deste estudo, quando os autocarros circulavam com
carga de passageiros completa e climatização ligada, o autocarro elétrico tem um consumo cerca de
25% superior em relação ao cenário base, no qual o autocarro circula vazio e sem climatização,
enquanto o autocarro a gasóleo apresenta um consumo cerca de 48% superior. Este estudo nota ainda
que as eficiências de carregamento para os conjuntos carregador-autocarro testados variavam entre
60% e 84%, o que significa que ainda existe bastante margem para melhoria no que toca à eficiência
energética do carregamento dos autocarros elétricos.
Um outro estudo, realizado com dados provenientes das realidades da Califórnia e da Finlândia,
feito por Lajunen et al. [16], conclui igualmente que os autocarros elétricos a bateria se adaptam melhor
a condições de trânsito desfavoráveis, como congestionamentos e circulação a baixas velocidades,
quando comparados com os autocarros a gasóleo ou a gás natural. Além disso, os autores deste estudo
salientam que os consumos de combustível dos autocarros a gasóleo se têm mantido praticamente
constantes ao longo da última década, apesar dos avanços nas tecnologias dos motores de combustão.
Isto acontece devido às leis que restringem as emissões de poluentes por parte destes veículos, o que
15
faz com que por vezes o consumo de combustível tenha de ser aumentado como forma de diminuir as
emissões de NOx e PMx, por exemplo, o que anula um eventual decréscimo no consumo de combustível
devido ao aumento da eficiência do processo de combustão. Este estudo conclui ainda que em relação
a um autocarro a gasóleo os autocarros híbridos têm um potencial de redução do consumo de energia
de 30%, os autocarros a célula de combustível 50% e os autocarros elétricos a bateria 75%, enquanto
que os autocarros a gás natural apresentam um aumento no consumo de energia de 25%.
Emissões de GEE e outros impactos ambientais
O desempenho ambiental dos vários tipos de powertrain pode ser analisado através das emissões
de GEE gerados pela sua utilização. Os dados presentes na Tabela 2.4, compilados por Mahmoud et
al. [10], permitem fazer esta análise através do conceito de emissões de GEE Well-to-Wheel, ou seja,
tem em conta a soma dos GEE que são emitidos no processo de produção e distribuição, parcela Well-
to-Tank, e na utilização, parcela Tank-to-Wheel, de uma dada fonte de energia.
Tabela 2.4 – Emissões WTW de gases de efeito de estufa para um autocarro de 12m (gCO2eq/km) [10].
Powertrain Fonte de energia WTT TTW WTW Redução média
comparando com DB (%)
Gasóleo Gasóleo 218 1004 1222 - CNG H2 – mix 157 1014 1171 4,17
DHEB – série Gasóleo 172 796 968 20,79 DHEB – paralelo Gasóleo 188 870 1058 13,42
FCEB H2 – NGSR 320 0 320 73,81 FCEB H2 - WE 305 0 305 74,96 BEB Eletricidade – UE 720 0 720 41,08 BEB Eletricidade - renovável 20 0 20 98,36
Olhando para estes dados é claramente percetível a vantagem dos BEB sobre todos os outros, isto
caso a eletricidade que os mesmos utilizem seja obtida através de fontes de energia renováveis. Neste
caso a redução nas emissões de GEE é de cerca de 98% em relação aos autocarros a gasóleo. Esta
seria a situação ideal que maximizaria o potencial ambiental a ser retirado dos autocarros elétricos. No
entanto, a utilização de um BEB alimentado a eletricidade proveniente da rede europeia (que incluí
eletricidade proveniente de fontes de energia de origem fóssil e renovável) continua a ser uma melhoria
significativa em relação a um autocarro a gasóleo ou híbrido a gasóleo, apresentando apenas emissões
maiores que as dos autocarros alimentados através de célula de combustível.
Na Tabela 2.5 e na Tabela 2.6, igualmente compiladas por Mahmoud et al. [10], são apresentados
dados relativos ao peso de cada uma das parcelas, WTT e TTW, para os vários tipos de powertrain e
para várias regiões do globo. Uma das principais conclusões a retirar da Tabela 2.6 é que os BEB e os
FCEB têm emissões locais de GEE nulas, o que contribui para a melhoria da qualidade do ar nas
regiões em que são utilizados. Além disso pode ver-se na Tabela 2.5 que a forma como a eletricidade
16
de um dado país é gerada, ou seja, quais as suas fontes primárias, tem uma grande influência no
impacte ambiental desta ao nível da produção. Pode por exemplo comparar-se o caso de Portugal, com
110,22 gCO2eq/MJ, com o caso da China, com 289,6 gCO2eq/MJ, sendo que a diferença neste valor
provém do facto de cerca de 50% da eletricidade gerada em Portugal ser proveniente de fontes
renováveis enquanto que na China este valor é cerca de 25%, sendo a parte não renovável
maioritariamente assegurada por carvão [1].
Tabela 2.5 – Emissões WTT de gases de efeito estufa para autocarros a gasóleo, hidrogénio e eletricidade (gCO2eq/MJ) [10].
Região Gasóleo Hidrogénio
Eletricidade NGSR WE
Estados Unidos 19 265 256 223 União Europeia 13,8 306 - 150
Canadá 21,7 - - 60 China 12,4 - - 289,6
Espanha 14,62 150,72 136,83 104,47 Itália 14,2 98,2 110,9 116,1
Portugal 14,2 69,45 112,1 110,22
Tabela 2.6 – Emissões TTW de gases de efeito estufa para um autocarro de 12 m (gCO2eq/km) [10].
Região/ Powertrain Gasóleo Gasóleo Híbrido CNG FCEB BEB
Itália 1311 1084 1079 0 0 China 1171 - 893 0 0
Espanha 1326 796 - 0 0 Países desenvolvidos 1290 794 946 0 0
Europa 1005 796 1014 0 0
No estudo já referido anteriormente de Zhou et al. [18], foi concluído que, para o caso de Macau em
particular, o autocarro elétrico a bateria apenas conseguiu reduzir as emissões de CO2 em 19-24%
numa perspetiva WTW, em comparação com os 41% de redução para o caso europeu descrito na
Tabela 2.4. Isto evidencia a sensibilidade dos BEB ao mix energético a partir da qual é obtida a
eletricidade que consomem, no que toca às emissões de CO2. Esta percentagem relativamente baixa
de redução das emissões de CO2 verificada em Macau deve-se ao facto de grande parte da eletricidade
consumida nesta região, na altura da realização do estudo em causa, ser gerada a partir de centrais
térmicas a carvão.
Segundo um estudo de ACV de Cooney et al. [19], que compara o ciclo de vida de autocarros a
gasóleo com autocarros elétricos a bateria, no que diz respeito à fase de construção do veículo os
autocarros elétricos são mais prejudiciais ao meio ambiente do que os autocarros a gasóleo. Segundo
os autores isto deve-se ao facto de a produção de baterias para o autocarro elétrico gerar quantidades
significativas de emissões de GEE, de resíduos tóxicos e até cancerígenos, e ainda substâncias que
apresentam um efeito nocivo para a camada do ozono. Já ao nível da fase de uso do veículo, é
concluído pelos autores que o autocarro elétrico apresenta benefícios em relação ao seu concorrente
17
a gasóleo pois não emite poluição local, não contribuindo assim para os problemas respiratórios e
cardiovasculares a que este tipo de poluição está associada.
Num outro estudo, feito por Notter et al. [20], foi comparado um veículo automóvel elétrico a bateria
com um veículo automóvel a combustão, numa base de ACV, e os autores concluíram que a energia e
os impactos ambientais causados pelo veículo elétrico a bateria eram inferiores aos causados pelo
veículo a combustão. Além disso, os impactos ambientais resultantes da bateria de lítio do veículo eram
pequenos comparados com o impacto global resultante da produção e utilização do veículo,
representando cerca de 7-15% do impacto ambiental total.
Autonomia
A autonomia tem sido uma grande barreira à adoção em massa de veículos elétricos a bateria, uma
vez que, como se pode ver através da Figura 2.8, atualmente os tempos de carga que permitem
autonomias semelhantes aos autocarros convencionais ainda são bastante elevados.
Figura 2.8 – Autonomia dos autocarros elétricos por tipo de powertrain [10].
No entanto, espera-se que num futuro próximo, com a evolução das tecnologias de armazenamento
e de carregamento rápido, o problema da autonomia e dos tempos de carga seja cada vez menos
importante e que estes parâmetros convirjam para os valores a que estamos habituados nos autocarros
convencionais [16]. Um exemplo disto, e devido a estarem continuamente a ser investidos recursos
nestas questões, são algumas soluções que já existem no mercado que fazem equiparar os autocarros
elétricos a bateria a veículos a combustão convencionais. Tal como é possível ver na Tabela 2.7 já
existem empresas que oferecem autocarros a bateria com autonomias na ordem dos 500 km, através
do recurso a baterias de grande capacidade, cerca de 650 kWh, e também tempos de carregamento
relativamente reduzidos, com potências de carregamento na ordem dos 150 kW [21].
> 300 > 300 > 300 > 300
250
40
420
0
50
100
150
200
250
300
ICE -Gasóleo
HEB -Série
HEB -Paralelo
FCEB BEB -Overnight
BEB -Opportunity
Auto
nom
ia (
km
)
Autonomia total
Autonomia por cada 5 minutos de carregamento/abastecimento
18
Tabela 2.7 – Características de autonomia da frota atualmente no mercado da empresa Proterra [21].
Tipo de percurso Percurso circular de
24 h Baixa quilometragem
diária Percursos longos
Tempo de carga 19 – 24 km/5min <2,5 h <4,5 h Autonomia 88 – 115 km 219 – 310 km 404 – 563 km
Capacidade da bateria
94 ou 126 kWh 220 ou 330 kWh 440, 550 ou 660 kWh
Comparação de custos
Analisando os dados presentes na Tabela 2.8, provenientes de uma análise feita pela FCH-JU (Fuel
Cells and Hydrogen Joint Undertaking) [22], podem-se retirar conclusões acerca dos vários
componentes que constituem o custo total de posse (TCO) de autocarros standard de 12 metros com
diferentes tipos de powertrain. Estes resultados, que têm por base o estudo da realidade europeia,
consideram que os autocarros percorrem cerca de 100 000 km por ano e têm uma vida útil de 12 anos.
Tabela 2.8 - Comparação dos custos associados à posse e utilização de autocarros standard de 12 metros com várias configurações de powertrain. Dados de 2012 [22].
Powertrain Preço
unitário (€)
Custo de Manutenção
(€/km)
Custo de funcionamento (energia) (€/km)
Custos de infraestrutura
(€/km)
TCO (€/km)
ICE – Gasóleo 224 000 0,30 0,64 0,03 2,10 HEB – Série 328 000 0,19 0,54 0,03 2,40
HEB - Paralelo 356 000 0,21 0,61 0,03 2,30 FCEB 1 600 000 0,96 0,42 0,13 4,60
BEB - Overnight 472 000 0,16 0,12 0,12 5,50 BEB - Opportunity 424 000 0,16 0,12 0,21 3,20
O preço inicial de aquisição tem a mesma ordem de grandeza para todos os autocarros, exceto para
os autocarros a célula de combustível, que custam cerca de 7 vezes mais que um autocarro
convencional a gasóleo. Os autocarros elétricos têm um preço que ronda o dobro dos autocarros
convencionais a gasóleo, com os autocarros híbridos, em série ou paralelo, a apresentarem um preço
intermédio.
Quanto ao custo de manutenção, os autocarros elétricos a bateria são os mais económicos, pois
têm uma complexidade mecânica baixa com poucas peças móveis ou de desgaste, e os autocarros a
célula de combustível são novamente os mais caros.
Analisando os custos de energia, os autocarros elétricos movidos a bateria têm novamente um custo
por quilómetro percorrido mais baixo que a concorrência, sendo cerca de 5 vezes inferior a um
autocarro a gasóleo. A eletricidade é uma forma de energia com um preço muito mais estável e
previsível que o gasóleo, o que permite uma estimativa bastante boa dos custos de funcionamento de
veículos que a utilizem.
19
Os custos de infraestrutura são mais penalizadores para os autocarros a célula de combustível e
elétricos, pois os primeiros necessitam de uma rede de abastecimento de hidrogénio que praticamente
não existe e os segundos necessitam de uma rede de carregadores. A complexidade desta rede varia
consoante o tipo de autocarros que suportam, opportunity ou overnight, sendo mais complexa e
consequentemente mais cara para os primeiros. Isto porque enquanto que os autocarros do tipo
overnight apenas necessitam de carregadores nos locais onde passam as horas onde não estão a ser
utilizados, os autocarros do tipo opportunity necessitam de estações de recarregamento ao longo dos
percursos que efetuam.
Analisando o custo total de posse, TCO, obtido somando todas as componentes descritas
anteriormente, pode ver-se que os autocarros elétricos ainda não são uma alternativa economicamente
viável em relação aos autocarros convencionais ou híbridos. No entanto, olhando para os dados da
Figura 2.9, provenientes de uma análise feita pela FCH-JU [22], pode-se concluir que é esperado que
no final da próxima década os autocarros elétricos a bateria, especialmente os do tipo opportunity,
consigam competir diretamente com autocarros convencionais e híbridos em termos de TCO.
Figura 2.9 – Custo total de posse, TCO, para vários tipos de powertrain, em 2012 e previsão para 2030 [22].
Pegando no caso real de Macau, já referido anteriormente, analisado por Zhou et al. [18], pode ver-
se que os autores concluem que neste caso em particular o autocarro elétrico já era economicamente
mais favorecedor do que o autocarro a gasóleo, apresentando um custo total global cerca de 11-26%
inferior ao último.
Numa análise feita por Lajunen et al. [16], os autores concluem que na atualidade, e para as
realidades da Finlândia e da Califórnia, a opção mais eficiente em termos de TCO é a configuração
gasóleo-híbrido, e que além disso, e quando possível a escolha, o autocarro elétrico a bateria do tipo
opportunity é mais eficiente em termos de custos do que o do tipo overnight.
Num outro estudo, feito por Pihlatie et al. [17], também tendo em conta a realidade da Finlândia, os
autores afirmam que os autocarros citadinos 100% elétricos podem ser vistos como os primeiros
2,12,4 2,3
4,6
5,5
3,2
2,5 2,6 2,65
3,1
3,6
2,85
0
1
2
3
4
5
6
ICE -Gasóleo
HEB -Série
HEB -Paralelo
FCEB BEB -Overnight
BEB -Opportunity
TC
O (
€/k
m)
2012
2030
20
veículos elétricos, dentro dos veículos rodoviários, que fazem sentido tanto do ponto de vista económico
como do ponto de vista ambiental. Isto é suportado pelo argumento de que os custos de operação
reduzidos dos autocarros elétricos, aliados à sua alta eficiência energética, fazem com que o TCO seja
inferior ao dos autocarros a gasóleo, principalmente para o caso de autocarros elétricos com baterias
de pequena autonomia, mas com elevada potência.
21
3. Metodologia
3.1. Recolha 1 - Monitorização de autocarro elétrico em condições reais de utilização
O caso de estudo no qual este trabalho se foca tem por base a monitorização de um autocarro
elétrico em condições reais de utilização com o objetivo de avaliar o seu desempenho. Este autocarro
tem como objetivo fazer a demonstração da tecnologia elétrica da empresa Caetano Bus, a maior
fabricante de carroçarias e autocarros em Portugal, e está neste momento a apostar fortemente na
mobilidade urbana elétrica. O autocarro elétrico em causa foi ensaiado enquanto se encontrava ao
serviço da operadora de transportes públicos STCP [23].
Veículo estudado
O ensaio foi feito com o objetivo de analisar o desempenho do autocarro elétrico e.City Gold (Figura
3.1), da Caetano Bus, em condições reais de utilização. Trata-se de um autocarro que pretende
melhorar a sustentabilidade da mobilidade em ambiente urbano ao mesmo tempo que reduz custos de
manutenção e energia para a entidade operadora e proporciona elevado conforto aos seus passageiros
[23].
Figura 3.1 - Autocarro elétrico a bateria e.City Gold da Caetano Bus.
A versão do veículo que foi ensaiado, cujas características gerais estão apresentadas na Tabela
3.1, foi a de 12 m com 3 portas, equipado com baterias de 85 kWh de capacidade.
22
Tabela 3.1 – Características gerais da versão do autocarro elétrico a bateria e.City Gold ensaiada. Versão de 12 m, 3 portas e bateria de 85 kWh [23].
Carroçaria Caetano Lugares sentados 35 Comprimento 11 995 mm Velocidade máxima 70 km/h
Largura 2 500 mm Baterias 85 kWh Altura 3 058 mm Autonomia ~70 km
Distância entre eixos 5 845 mm Motor SPM: 160 kW, 1500
Nm
Portas 3 Carregamento AC trifásico a bordo ou
DC 150 kW externo
Procedimento para recolha de dados e equipamentos utilizados
Os dados foram recolhidos no período de operação da manhã, sendo que no início da recolha a
bateria do autocarro se encontrava completamente carregada. Após a realização dos testes procedeu-
se ao recarregamento total da bateria por forma a estimar a energia total consumida durante os
mesmos. Este valor foi obtido diretamente através do painel do carregador de baterias utilizado, tal
como pode ser visto na Figura 3.2.
Figura 3.2 - Dados fornecidos diretamente pelo painel do carregador de bateria.
A recolha dos dados relativos à topografia do terreno percorrido pelo autocarro foi feita com o
aparelho GPSMap 76 CSx, da Garmin (Figura 3.3). Este aparelho tem uma antena GPS, que permite
a recolha dos dados relativos à localização do mesmo em termos de latitude e longitude, e um sensor
barométrico, que recolhe o valor da altitude. Esta unidade permite a instalação de uma antena exterior
ao autocarro com vista à melhoria da qualidade de receção do sinal GPS e, consequente, melhoria na
precisão da localização. Esta antena foi instalada no exterior da janela do motorista e permitiu manter
uma muito boa receção de sinal GPS ao longo de todo o ensaio, exceto quando o autocarro passava
em túneis, o que representa uma porção desprezável dos percursos em causa.
Este aparelho foi configurado para proceder ao registo dos dados referidos anteriormente com uma
frequência de 1 Hz, frequência máxima de amostragem para este modelo, de modo a se conseguir
obter um perfil da dinâmica do veículo o mais detalhado possível.
23
Figura 3.3 – GPSMap 76 CSx, da Garmin.
Foram também recolhidos dados relativos aos parâmetros operacionais do autocarro, com uma
frequência de 50 Hz, dados estes provenientes do computador de bordo do mesmo e cedidos pelos
técnicos da Caetano Bus. Estes dados incluem os seguintes parâmetros: corrente, tensão e estado de
carga da bateria, potência do motor de tração e velocidade medida pelo velocímetro do autocarro.
Rotas utilizadas para a recolha de dados
Os dados utilizados para a caracterização do autocarro em causa foram recolhidos numa situação
de utilização real do mesmo enquanto este se encontrava ao serviço da STCP [24] a fazer uma das
suas linhas, a 904 (Bolhão-Coimbrões, Figura 3.4). Relativamente a esta rota foram recolhidos dados
relativos à topografia do terreno por onde o autocarro circulou e dados relativos aos seus parâmetros
operacionais, tal como descrito na secção 3.1.2.
Figura 3.4 – Rota 904 da STCP. A: Sentido Bolhão-Coimbrões. B: Coimbrões-Bolhão [24].
Os dados recolhidos, por ordem de aquisição, são referentes ao percurso entre as oficinas da
Caetano Bus e as oficinas da STCP (chamado de troço P1), ao percurso das oficinas da STCP ao início
da rota em Coimbrões (troço P2), a três voltas completas da linha 904 (troços P3, P4 e P5), e ainda ao
percurso de Coimbrões de volta às oficinas da Caetano Bus (troço P6).
A B
24
3.2. Recolha 2 - Dados representativos da dinâmica de autocarros convencionais em
rotas urbanas em condições reais de utilização
Procedimento para recolha de dados
A recolha de dados relativos à dinâmica de um autocarro convencional a operar em rotas urbanas,
em condições reais de utilização, foi feita recorrendo ao mesmo equipamento GPS utilizado para
monitorizar o autocarro elétrico. Assim, e ao longo de um dia, foram recolhidos dados relativos à
topografia do terreno e à velocidade do veículo para duas rotas distintas, operadas pela Carris, em
Lisboa.
Nesta recolha de dados não foi utilizada a antena exterior do equipamento GPS, porém a receção
de sinal apresentou níveis de qualidade similares aos verificados aquando da sua utilização no
autocarro elétrico. A frequência de aquisição de dados foi definida para 1 Hz, tal como no caso do
autocarro elétrico.
Nesta situação não foi possível recolher dados operacionais diretamente do autocarro convencional,
sendo por isso utilizada nos cálculos, com algumas correções que serão mencionadas posteriormente,
a velocidade fornecida pelo aparelho GPS.
Veículo estudado
O ensaio foi feito com o objetivo de analisar a dinâmica de um autocarro convencional a operar em
ambiente urbano, para verificar posteriormente se o autocarro elétrico estudado o consegue substituir.
Tendo isso em conta o autocarro utilizado para o efeito foi o City Gold 2KD, da MAN, ao serviço da
Carris.
Figura 3.5 - Autocarro convencional a gasóleo City Gold 2KD da MAN.
25
As características gerais do autocarro convencional utilizado encontram-se resumidas na Tabela
3.2, apresentada de seguida.
Tabela 3.2 – Características gerais do autocarro convencional a gasóleo City Gold 2KD.
Fabricante MAN Lugares sentados 35 Comprimento 12 062 mm Lugares em pé 52
Largura 2 500 mm Motor 288 kW (310 cv) Portas 2 Combustível Gasóleo
Rotas utilizadas para a recolha de dados
Os dados utilizados para a caracterização do comportamento do autocarro a gasóleo a operar em
rotas urbanos foram recolhidos numa situação de utilização real do mesmo enquanto este se
encontrava ao serviço da Carris, a fazer duas das suas linhas, a 758 (Cais do Sodré-Portas de Benfica,
Figura 3.6, chamada de troço L1 e L2) e a 718 (Al. Afonso Henriques-ISEL, Figura 3.7, chamada de
troço L3 e L4).
Figura 3.6 – Rota 758 da Carris. A: Sentido Cais do Sodré-Portas de Benfica. B: Portas de Benfica-Cais do Sodré (mapas gerados através dos dados recolhidos).
Figura 3.7 – Rota 718 da Carris. A: Sentido Al. Afonso Henriques-ISEL. B: ISEL-Al. Afonso Henriques
(mapas gerados através dos dados recolhidos).
A B
A B
26
As rotas referidas anteriormente foram escolhidas para a recolha de dados por englobarem vários
tipos de topografia de terreno, partes com secções planas e outras com declives médios ou bastante
acentuados, e velocidades de circulação variadas. Deste modo, é possível utilizá-las para testar através
de metodologias adequadas (secção 3.4) o autocarro elétrico em estudo num leque relativamente
abrangente de situações de circulação urbana reais, com o intuito de concluir acerca do potencial de
utilização deste como substituto direto de um autocarro urbano a gasóleo.
3.3. Autocarro convencional utilizado para comparação de consumos e emissões de
GEE e percurso adicional de características extra-urbanas
Com o objetivo de comparar o desempenho do autocarro elétrico em estudo com um autocarro
convencional a gasóleo foram recolhidos da literatura dados relativos à caracterização de um autocarro
deste tipo. Os dados foram obtidos por Santos, R. [25] e descrevem o consumo de energia, em termos
do consumo de combustível em função do modo VSP, de um autocarro da marca SETRA equipado
com um motor a gasóleo, cujas características gerais se encontram na Tabela 3.3.
Tabela 3.3 - Características gerais do autocarro convencional utilizado para a comparação de consumos de energia e emissões de GEE com o autocarro elétrico em estudo [25].
Marca Potência Cilindrada Tara Transmissão
Setra 300 hp 12 L 13 400 kg Manual, 6 velocidades
Foram também utilizados do mesmo documento dados relativos a uma rota de características extra-
urbanas relativa a um percurso Mafra-Lisboa, com cerca de 50 km. Estes dados caracterizam a rota
em termos da percentagem de tempo que o autocarro passa em cada modo VSP e permitem assim
fazer uma comparação do autocarro elétrico com o autocarro convencional. Esta rota será referida
como Mafra, troço M1.
27
3.4. Metodologia VSP
A metodologia utilizada para a caracterização do autocarro elétrico estudado foi a VSP, Vehicle
Specific Power, metodologia bastante utilizada para estimar os consumos de energia de veículos
ligeiros a gasolina bem como de autocarros a gasóleo que fazem serviços de curta distância, como
autocarros urbanos [26]. Existe uma outra metodologia alternativa para este efeito, a metodologia STP,
Scaled Tractive Power. No entanto, esta é mais adequada para veículos pesados em condições de
circulação extra-urbana. Assim, para o estudo presente neste trabalho, a abordagem mais correta a
utilizar é a VSP, tal como utilizado em vários trabalhos semelhantes [6,26–28].
A metodologia VSP resulta da aplicação da segunda lei de Newton à dinâmica do veículo em estudo
e é definido como a potência de tração do mesmo por unidade de massa (W/Kg). Assim sendo, o VSP
é uma função da velocidade do veículo, da aceleração e do gradiente da estrada tendo em
consideração a resistência aerodinâmica e a resistência ao rolamento provocada pelos pneus [29].
Para autocarros urbanos o VSP é estimado através da equação (1) [26]. O significado de cada um
dos termos está explicado a seguir à mesma na Tabela 3.4. As constantes apresentadas para o termo
de resistência de rolamento e de resistência aerodinâmica representam valores típicos para este tipo
de autocarros [26], valores estes obtidos empiricamente.
𝑉𝑆𝑃 (𝑊/𝑘𝑔) = 𝑣 × (𝑎 + 𝑔 × sin(ⱷ) + 0,092) + 0,00021 × 𝑣3 (1)
Tabela 3.4 - Descrição dos termos presentes na equação que calcula o VSP.
𝒗 Velocidade do autocarro (m/s) 𝒂 Aceleração do autocarro (m/s2)
𝒈 Aceleração da gravidade (m/s2)
ⱷ Inclinação da via (rad) 𝟎, 𝟎𝟗𝟐 Termo da resistência de rolamento (m/s2)
𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟐𝟏 Termo da resistência aerodinâmica (m-1)
Através dos valores de VSP obtidos são definidos os modos VSP a utilizar. Estes podem ser
divididos em três grupos distintos, os que contêm valores negativos, nulos e positivos, tal como pode
ser visto na Tabela 3.5, que apresenta a distribuição modal de VSP definida para a análise dos dados
recolhidos neste trabalho.
O objetivo de fazer esta distribuição é a de atribuir a cada modo VSP um dado valor médio de
potência consumida pelo autocarro, determinada através dos dados recolhidos. Sabendo o valor de
potência consumida que corresponde a cada modo VSP, a percentagem de tempo que o veículo passa
em cada um dos modos num dado percurso e o tempo que esse percurso demorou a ser percorrido,
pode então calcular-se para esse mesmo percurso a energia total requerida pelo veículo às baterias
(equação (2)).
28
𝐸 = ∑ %𝑡(𝑖) × 𝑃(𝑖) × 𝑡
𝑖=7
𝑖=−7
(2)
Os modos -7 a -1 correspondem a situações em que a dinâmica do veículo exige que seja retirada
energia cinética ao mesmo, quer seja através da atuação dos travões, ou no caso do autocarro elétrico
em estudo, através da utilização do modo de regeneração de energia do motor elétrico de tração. Estas
situações ocorrem por exemplo em eventos de desaceleração ou quando o veículo percorre uma
estrada com inclinação negativa. O modo 0 (zero) corresponde a uma situação em que não é
necessário retirar nem fornecer energia cinética ao veículo, como por exemplo numa situação em que
o declive da estrada permita que o termo da energia potencial gravítica compense a energia dissipada
pelos termos de atrito, ou num caso mais comum, quando o veículo está parado. Por último, os modos
compreendidos entre 1 e 7 correspondem às situações que exigem que o motor elétrico forneça energia
cinética ao veículo, como em eventos de aceleração ou quando este está a percorrer uma estrada com
inclinação positiva.
Tabela 3.5 - Definição dos modos VSP utilizados.
Modos que implicam dissipação/ regeneração de energia por parte dos
travões/motor
Modos que implicam fornecimento de energia por parte do motor
Modo VSP Intervalo VSP (W/Kg) Modo VSP Intervalo VSP (W/Kg)
-7 < -13 1 0 2
-6 -13 -10 2 2 4
-5 -10 -8 3 4 6
-4 -8 -6 4 6 8
-3 -6 -4 5 8 10
-2 -4 -2 6 10 13
-1 -2 0 7 > 13
Modo que não requer ação por parte dos travões/motor
Modo VSP Intervalo VSP (W/Kg)
0 0 0
Para definir o número de modos VSP e a dimensão do intervalo destes, foi tido em conta que a
distribuição de modos escolhida teria de dar origem a valores de potências requeridas pelo veículo que
fossem estatisticamente diferentes entre si e, além disso, que nenhum dos modos VSP definidos fosse
dominante em relação aos outros. Desde modo conseguem-se obter resultados confiáveis no cálculo
da energia total consumida pelo autocarro num dado percurso [26]. Isto traduz-se em dizer que os
modos VSP sejam definidos de tal forma que o autocarro não passe a maioria do tempo de viagem
num dado modo VSP dominante, sendo que tal é conseguido através de uma primeira análise dos
dados recolhidos.
29
3.5. Metodologia de análise de dados provenientes da Recolha 1
Sincronização dos dados recolhidos e remoção dos períodos de ralenti
Após uma primeira análise do ficheiro de dados criado pelo computador de bordo do autocarro,
chegou-se à conclusão que a sua frequência de amostragem era de 50 Hz, mas as 50 leituras feitas a
cada segundo não eram espaçadas entre si pelo mesmo intervalo de tempo. Um resumo do valor das
várias frequências de amostragem dos dados recolhidos ao longo do ensaio é apresentado na Tabela
3.6.
Tabela 3.6 - Dados recolhidos para a caracterização do veículo.
Variável Frequência de aquisição (Hz) Método de aquisição
Potência do motor 50 Computador de bordo do veículo Potência à saída da bateria 50 Computador de bordo do veículo Velocidade (velocímetro) 50 Computador de bordo do veículo
Topografia do terreno 1 GPSMap 76 CSx Velocidade (GPS) 1 GPSMap 76 CSx
Dada a necessidade de sincronizar no tempo e no espaço os dados fornecidos pela unidade de
GPS e pelo computador de bordo do autocarro, procedeu-se à criação de um script de MATLAB que
tratasse os dados provenientes do autocarro de modo a colocá-los numa base de 1 Hz. Isto foi feito
através da média ponderada, para cada segundo, de cada umas das 50 medições e do seu respetivo
intervalo de tempo.
Tendo os dados provenientes de ambas as fontes numa mesma base de 1 Hz procedeu-se então à
sincronização dos mesmos no tempo. Tal foi feito através dos valores de velocidade fornecidos pela
unidade de GPS e pelo velocímetro do autocarro.
É importante notar que a velocidade fornecida pelo GPS apenas serve para sincronizar no tempo a
topografia do terreno fornecida por este com os restantes dados fornecidos pelo autocarro, sendo que
todos os cálculos que necessitaram da variável velocidade foram efetuados com a velocidade
proveniente do velocímetro do veículo. Assim sendo, os picos de velocidade medidos pelo GPS,
facilmente vistos na curva a laranja na Figura 3.8, não introduziram quaisquer erros nos cálculos
efetuados.
Figura 3.8 – Exemplo da sincronização da velocidade fornecida pelo GPS, a laranja, com a velocidade
fornecida pelo autocarro, a azul.
0
50
100
150
0 200 400 600 800 1000 1200 1400Velo
cid
ade (
km
/h)
Tempo (s)
30
Após a sincronização dos dados no tempo, descrita anteriormente, procedeu-se à remoção dos
períodos de ralenti, períodos em que o autocarro se encontra em funcionamento mas permanece
imóvel, por vezes existentes no início e no fim de cada viagem. Isto foi feito porque estes períodos não
acrescentam informação relevante para a análise a efetuar. Feito isto, chegou-se assim, para cada
troço de percurso efetuado, aos dados relevantes a tratar com vista à caracterização do autocarro em
estudo.
Obtenção do declive e correção das oscilações introduzidas no mesmo pelo GPS
A obtenção do declive da estrada é feita através dos dados de velocidade, provenientes do
autocarro, e dos dados de altitude, provenientes do equipamento de GPS.
O equipamento GPS utilizado tem uma boa precisão, de cerca de 3 m [30], no que toca ao registo
da altitude a que se encontra. No entanto, e devido à frequência de amostragem ser de 1 Hz, quando
o veículo se desloca a velocidades muito baixas vai existir um registo de muitos pontos experimentais
para uma pequena distância percorrida. Isto faz com que sejam registados vários valores de altitude,
por vezes com variações significativas, para coordenadas espaciais que se encontram bastante
próximas. Isto introduz oscilações nos dados que se vão traduzir em variações bruscas do declive da
estrada (Figura 3.9).
O cálculo do declive e a respetiva remoção de oscilações bruscas foi feito através de um script de
MATLAB já existente. Este script calcula o declive num dado ponto do percurso através dos valores da
altitude e da velocidade do veículo na sua vizinhança, tanto os que o precedem como os que lhe
sucedem, criando assim um perfil de altitudes e declives suavizado que mais se adequa à realidade
(Figura 3.9).
Figura 3.9 - Comparação entre a altitude fornecida pelo GPS e a altitude suavizada a pelo script de MATLAB
(excerto do troço P4).
85
90
95
100
105
110
115
120
750 800 850 900 950 1000
Altitude (
m)
Tempo (s)
Altitude GPS Altitude a partir do declive corrigido
31
Distribuição modal de VSP e potência do motor por modo VSP
Após o tratamento de dados feito nos subcapítulos anteriores, procedeu-se então ao cálculo da
distribuição modal de VSP para cada um dos troços. Tal consiste em determinar a percentagem de
tempo correspondente a cada modo VSP. Assim, para cada modo VSP, e tendo em conta que os dados
têm a frequência de 1 Hz, basta fazer o somatório do número de ponto que este contém e dividir pelo
número total de pontos do troço em análise, como descrito na equação (3).
%𝑡(𝑖, 𝑗) =
𝑛𝑝(𝑖, 𝑗)
𝑛𝑝(𝑗)
(3)
A caracterização do autocarro com base nos dados recolhidos ao longo do ensaio descrito
anteriormente tem como objetivo determinar uma distribuição de potência do motor de tração em função
do modo VSP. Esta distribuição de potência, aliada a informação semelhante à apresentada na Figura
3.10, permite então estimar a energia necessária para percorrer um dado percurso e também concluir
se o autocarro se adequa ou não ao mesmo.
Figura 3.10 – Exemplo da distribuição temporal dos modos VSP (troço P4).
Isto é feito recorrendo diretamente aos dados de potência do motor e da dinâmica do autocarro
provenientes do data logger do mesmo e dos dados do GPS, para cada um dos troços individuais
(equação (4)).
𝑃(𝑖, 𝑗) =
∑ 𝑃(𝑖, 𝑗, 𝑘)𝑘=𝑛𝑝(𝑖,𝑗)𝑘=1
𝑛𝑝(𝑖, 𝑗)
(4)
De seguida procede-se à aglomeração dos dados de todos os troços, através de uma média
ponderada, de forma a obter a distribuição de potência que será apresenta na secção 4.1 (equação
(5)).
𝑃(𝑖) =
∑ 𝑃(𝑖, 𝑗) ×𝑗=𝑛𝑡𝑗=1 𝑛𝑝(𝑖, 𝑗)
𝑛𝑝(𝑖)
(5)
0
5
10
15
20
25
-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7
Tem
po (
%)
Modo VSP
32
Sensibilidade à variação de parâmetros operacionais
Os dados recolhidos foram também tratados de forma a poderem ser retiradas conclusões acerca
do desempenho do autocarro em função da variação de parâmetros operacionais como o SOC, o
declive da estrada e o tipo de percurso (urbano ou extra-urbano). Estas conclusões serão obtidas a
partir do impacte que a variação destes parâmetros tem na curva de consumo específico do autocarro
(potência fornecida ao motor versus modo VSP).
3.5.4.1. Variação do SOC
Para avaliar o impacte da variação do SOC no desempenho do autocarro os dados recolhidos foram
divididos em classes de SOC. Foram criadas cinco classes, sendo que cada uma corresponde a um
intervalo de 20% no mesmo (Tabela 3.7).
Tabela 3.7 - Divisão do SOC em classes.
Classe Intervalo SOC (%)
1 0-20 2 20-40 3 40-60 4 60-80 5 80-100
Assim, para cada classe de SOC, pode ser obtida através da equação (6) a distribuição da potência
do motor em função do modo VSP.
𝑃(𝑖, 𝑐) =
∑ 𝑃(𝑖, 𝑐, 𝑘)𝑘=𝑛𝑝(𝑖,𝑐)𝑘=1
𝑛𝑝(𝑖, 𝑐)
(6)
3.5.4.2. Percursos urbano e extra-urbanos
Para avaliar o impacte do tipo de ciclo de condução, urbano ou extra-urbano, no desempenho do
autocarro, os dados recolhidos foram tratados manualmente de forma a obter dois tipos diferentes de
comportamento. Para simular o ambiente urbano, foram selecionadas partes do percurso experimental
em que o autocarro circulava a baixas velocidades com acelerações e desacelerações constantes
(Figura 3.11). Já para simular o ambiente extra-urbano, foram selecionadas partes do percurso
experimental que apresentassem velocidades mais elevadas, e relativamente constantes, por maiores
períodos (Figura 3.12).
33
Figura 3.11 – Exemplo de um excerto utilizado para a caracterização do autocarro em ciclo urbano (troço
P4).
Figura 3.12 - Exemplo de um excerto utilizado para a caracterização do autocarro em ciclo extra-urbano
(troço P1).
Assim, de acordo com o tratamento de dados descrito anteriormente, e que pode ser visto na Tabela
3.8, pode ser então calculada a distribuição da potência do motor em função do modo VSP para cada
um dos ciclos de condução utilizando a equação (6).
Tabela 3.8 - Divisão do percurso experimental em ciclo urbano e extra-urbano.
Classe Ciclo
1 Urbano 2 Extra-Urbano
3.5.4.3. Variação com o declive da estrada
Para avaliar a variação do desempenho do autocarro com o declive da estrada os dados recolhidos
foram divididos em classes de declive, que englobam os declives mais comuns encontrados ao longo
do ensaio experimental, de -5 a 5 graus, correspondendo a cerca de 95% dos pontos experimentais
recolhidos.
De acordo com a divisão em classes presente na Tabela 3.9, pode-se então, utilizando a equação
(6), calcular a distribuição da potência do motor em função do modo VSP para cada uma das classes
de declive.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1500 1600 1700 1800 1900 2000
Velo
cid
ade (
km
/h)
Tempo (s)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
350 450 550 650 750 850
Velo
cid
ade (
km
/h)
Tempo (s)
34
Tabela 3.9 - Divisão do declive da estrada em classes.
Classe Intervalo de declive (º)
1 -5 a -2,5 2 -2,5 a 0 3 0 a 2,5 4 2,5 a 5
Estimativa da eficiência de propulsão e de regeneração
Uma primeira estimativa da eficiência média do sistema de propulsão e regeneração do autocarro
elétrico em estudo, pode ser feita através de uma estimativa da potência teórica média de cada modo
VSP e da potência real média de cada modo VSP determinada através do descrito na secção 3.5.3. A
potência teórica média por modo VSP, �̅�𝑡(𝑖), pode ser calculada usando a equação (7).
�̅�𝑡(𝑖) = 𝑉𝑆𝑃̅̅ ̅̅ ̅̅ (𝑖) × �̅� (7)
Sendo 𝑉𝑆𝑃̅̅ ̅̅ ̅̅ (𝑖) o valor médio da classe VSP(i), e utilizando as classes VSP -5 a 5, por serem as que
geraram mais dados do ensaio experimental, apresentam-se na Tabela 3.10 os valores de 𝑉𝑆𝑃̅̅ ̅̅ ̅̅ (𝑖) a
utilizar. O símbolo �̅� representa a massa média do autocarro elétrico ao longo de todo o ensaio.
Tabela 3.10 - Valores médios das classes VSP -5 a 5.
Classe VSP -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
Valor médio (W/kg) -9 -7 -5 -3 -1 0 1 3 5 7 9
Tendo então �̅�𝑡(𝑖) e 𝑃(𝑖) pode calcular-se a eficiência média de propulsão, �̅�𝑝𝑟𝑜𝑝 , e a eficiência
média de regeneração, �̅�𝑟𝑒𝑔𝑒𝑛, através das equações (8) e (9), respetivamente.
�̅�𝑝𝑟𝑜𝑝 =1
5∑
�̅�𝑡(𝑖)
𝑃(𝑖)
𝑖=5
𝑖=1
(8)
�̅�𝑟𝑒𝑔𝑒𝑛 =1
5∑
𝑃(𝑖)
�̅�𝑡(𝑖)
𝑖=−1
𝑖=−5
(9)
35
Estimativa do consumo médio dos auxiliares e das perdas de energia
Para modelar o consumo global do autocarro elétrico é necessário ter em conta, além do consumo
do motor elétrico de tração, o consumo dos equipamentos auxiliares ao seu funcionamento, como a
iluminação, o sistema de direção assistida e o sistema pneumático de travagem, bem como as perdas
de energia que ocorrem em todo o sistema. Por um motivo de simplificação designou-se a soma destes
dois consumos por consumo médio dos auxiliares.
Durante o ensaio foram recolhidos dados relativos à potência global à saída da bateria, tal como à
potência à entrada do motor de tração. A diferença entre estes dois valores foi considerada a potência
consumida pelos sistemas auxiliares do autocarro, paux. Pode assim obter-se a potência média
consumida pelos auxiliares, �̅�𝑎𝑢𝑥, ao longo de todo o ensaio experimental através da equação (10).
�̅�𝑎𝑢𝑥 =∑ 𝑝𝑎𝑢𝑥
𝑘=𝑛𝑝𝑘=1 (𝑘)
𝑛𝑝
(10)
3.6. Metodologia de análise dos dados provenientes da Recolha 2
Remoção dos períodos de ralenti e correções na velocidade fornecida pelo GPS
Uma vez que os dados relativos à análise da dinâmica do autocarro convencional, a gasóleo, apenas
provêm do aparelho de GPS, não há assim necessidade de se proceder a uma sincronização no tempo
com eventuais dados provenientes do autocarro, como foi feito no caso do autocarro elétrico. Assim
sendo, o primeiro passo no tratamento destes dados foi o de remoção dos períodos de ralenti.
Foi verificado durante a recolha de dados que o aparelho de GPS continuava a registar movimento
mesmo quando o autocarro se encontrava parado, ou seja, o GPS media velocidade diferente de zero,
mas bastante baixa, na maioria das situações em que o autocarro estava parado. Com recurso aos
dados referentes ao ensaio do autocarro elétrico, do qual se dispõe da velocidade fornecida tanto pelo
autocarro como pelo GPS, foi possível concluir que com o autocarro parado o GPS continua a medir
uma velocidade entre 0 e 1,5 km/h, sensivelmente, e que, além disso, as situações em que o autocarro
circula a uma velocidade inferior a 1,5 km/h são essencialmente nulas. Tendo isto em conta procedeu-
se a uma correção dos valores de velocidade fornecidos pelo aparelho de GPS para o autocarro a
gasóleo, de tal forma que todas as velocidades registadas que fossem inferiores a 1,5 km/h passassem
a ser consideradas como nulas para efeitos de cálculo. Feito isto, chegou-se assim, para cada troço de
percurso efetuado, aos dados relevantes a tratar com vista à caracterização dos percursos recolhidos.
36
Distribuição modal de VSP, obtenção do declive e correção das oscilações introduzidas no
mesmo pelo GPS
Esta parte da análise dos dados recolhidos no autocarro convencional, a gasóleo, processa-se da
mesma forma do que a análise feita para os dados recolhidos no autocarro elétrico, tendo assim sido
feita tal como descrito nas subsecções 3.5.2 e 3.5.3.
3.7. Metodologia do cálculo das emissões de GEE para o autocarro elétrico estudado
e para o autocarro a gasóleo utilizado para comparação
Com o objetivo de determinar, analisar e comparar as emissões de GEE do autocarro elétrico em
estudo com um autocarro convencional a gasóleo, foram recolhidos dados na literatura para quantificar
estas emissões numa base de gCO2eq/MJ para os dois tipos de veículos [10,31–33]. Através destes
dados recolhidos é também possível comparar o impacto de dois cenários possíveis no que toca à
origem da eletricidade utilizada pelo autocarro elétrico, considerando o caso das emissões de GEE
provenientes do mix energético português de 2013 ou o caso da obtenção de eletricidade a partir de
fontes 100% renováveis. Estes dados encontram-se resumidos na Tabela 3.11.
Tabela 3.11 – Valores das emissões de GEE por unidade de energia fornecida ao veículo para autocarros
movidos a eletricidade e a gasóleo (gCO2eq/MJ) [10,31–33].
Fonte de energia WTT TTW WTW
Gasóleo 16,27 74,98 91,25 Eletricidade (mix português) 110,22 - 110,92
Eletricidade (100% renovável) 5,6 - 5,6
37
3.8. Metodologia de simulação de autocarro elétrico
Software utilizado
A simulação computacional do autocarro elétrico em estudo foi feita através do software comercial
AVL CRUISE, disponibilizado pela AVL no âmbito de uma parceria com o Instituto Superior Técnico.
Este software encontra-se em uso e desenvolvimento há mais de duas décadas, período durante o qual
tem sido validado através de dados provenientes dos fabricantes dos vários tipos de veículos que
consegue simular [34]. Com ele é possível analisar um dado veículo como um todo ou desenvolver
análises mais detalhadas de componentes individuais do mesmo. Podem-se simular vários tipos de
veículos, desde motociclos a autocarros e outros veículos pesados, sejam eles convencionais, híbridos
ou elétricos.
A partir deste programa pode ainda estimar-se o consumo de energia de um veículo para um dado
percurso. Este percurso pode ser standard, como o ciclo NEDC, disponível no programa, ou um
percurso real fornecido diretamente pelo utilizador. Posteriormente é possível alterar os parâmetros do
autocarro ou do percurso a percorrer de modo a avaliar vantagens e desvantagens de uma dada
configuração de autocarro e ainda a que tipo de percurso esta se adequa melhor. O programa permite
ainda fazer testes aos limites do autocarro, como testar a aceleração e desaceleração máximas e o
gradiente máximo da estrada que este consegue vencer a uma dada velocidade.
A interface do programa tem por base uma estrutura modular na qual cada módulo corresponde a
um subsistema do veículo, como por exemplo motor, carroceria, travões e bateria. É nestes módulos
que são inseridos os parâmetros do veículo a simular (Figura 3.13).
Figura 3.13 - Interface do utilizador do AVL CRUISE.
38
Modelação computacional
3.8.2.1. Noções básicas
Modelar o autocarro elétrico no AVL CRUISE implica fornecer a este uma série de parâmetros que,
consoante a informação disponível sobre o autocarro, permitam caracterizá-lo o melhor e mais
corretamente possível.
Como foi dito anteriormente para simular um veículo no AVL CRUISE utiliza-se um conjunto de
módulos, interligados entre si, em que cada um representa um subsistema do mesmo, e a sua
totalidade representa o veículo. Este tipo de organização pode ser visto na Figura 3.14.
A interligação entre os vários módulos do veículo é feita através de ligações mecânicas,
representadas pelas linhas a azul, ligações elétricas, representadas pelas linhas a vermelho, output de
dados, representados pelos símbolos a vermelho, e input de dados, representados pelos símbolos a
verde.
Figura 3.14 – Módulos do AVL CRUISE necessários para representar o autocarro elétrico em estudo e
interligações entre os mesmos.
Ligação
mecânica
Ligação
elétrica
Input de
dados
Output de
dados
39
3.8.2.2. Descrição dos módulos utilizados e dos parâmetros inseridos nestes
Para simular o autocarro elétrico em estudo foi necessário utilizar os módulos representados na
Figura 3.14, sendo que na Tabela 3.12 podem ver-se quais as variáveis principais a definir em cada
um dos mesmos. Dentre os valores das variáveis a definir, os mais específicos ao autocarro elétrico
em questão foram fornecidos diretamente pela Caetano, enquanto que os restantes, que estão em linha
com os apresentados em autocarros convencionais, foram retirados de modelos de veículos já
existentes no AVL CRUISE ou através de pesquisa na literatura existente sobre autocarros.
Tabela 3.12 – Módulos utilizados na simulação do veículo e principais parâmetros a definir em cada um.
Módulo Componente Principais parâmetros a definir
1 Carroçaria m, Cd, Af, dimensões exteriores 2 Transmissão final nf 3 Roda de trás direita interior re, rd 4 Roda da frente direita re, rd 5 Roda de trás esquerda interior re, rd 6 Roda da frente esquerda re, rd 7 Roda de trás direita exterior re, rd 8 Roda de trás esquerda exterior re, rd 9 Travão de trás direito At, µft 10 Travão da frente direito At, µft 11 Travão de trás esquerdo At, µft 12 Travão da frente esquerdo At, µft
13 Motor elétrico Vnom, Vmáx, Vmin, mapa binário máximo versus rpm,
mapa binário versus rpm versus η 14 Diferencial traseiro Divisão de binário pelas rodas 15 Cockipit Tipo de caixa de velocidades 16 Controlo de derrapagem - 17 Bateria Vnom, Vmáx, Vmin, Cbat, Rbat
18 Controlador do motor elétrico Velocidade a partir da qual existe travagem
regenerativa 19 Controlador de travagem - 20 Monitor - 21 Constantes Fator de travagem
3.8.2.3. Introdução e simulação no AVL CRUISE dos percursos recolhidos com o GPS
Os perfis de altitude e velocidade que foram recolhidos tanto no ensaio com o autocarro elétrico
como no ensaio com o autocarro convencional a gasóleo foram tratados de forma a fornecer ao AVL
CRUISE. Os primeiros, recolhidos no ensaio do autocarro elétrico, têm como objetivo a validação do
modelo computacional do mesmo, através da comparação com os dados recolhidos através do data
logger do veículo. Já os segundos, recolhidos no ensaio do autocarro convencional a gasóleo, têm
como objetivo poder averiguar se o autocarro elétrico em estudo consegue igualar e superar o
desempenho do autocarro a gasóleo.
No caso do perfil de velocidade de um dado troço, e uma vez que o autocarro elétrico em estudo
apenas tem uma mudança, é necessário fornecer ao CRUISE como input uma tabela com o valor da
40
velocidade a cada segundo, ao longo de um dado percurso (Figura 3.15). No caso dos dados recolhidos
no autocarro elétrico a velocidade fornecida ao CRUISE é a proveniente do velocímetro do mesmo, por
ser mais exata que a do GPS. Já no caso dos dados recolhidos no autocarro convencional a velocidade
fornecida ao CRUISE é a proveniente do GPS, com as correções referidas na secção 3.6.1. É assim
gerado no programa o perfil de velocidade que o modelo do autocarro elétrico irá ser forçado a seguir.
Figura 3.15 – Input do perfil de velocidades de um percurso no AVL CRUISE.
O perfil de altitude de um dado troço é definido no programa de forma semelhante ao de velocidade.
São assim fornecidos em forma de tabela os valores da altitude em função da distância ao longo de um
dado troço a analisar (Figura 3.16). A altitude é calculada a partir da velocidade do autocarro, caso
disponível, ou então da do GPS, e do declive corrigido calculado na secção 3.5.2. A distância é
igualmente calculada a partir da velocidade do autocarro, caso disponível, ou então da do GPS. É assim
gerado no programa o perfil de altitude que o modelo do autocarro elétrico irá ser forçado a seguir.
Figura 3.16 - Input do perfil de altitude de um percurso no AVL CRUISE.
41
3.9. Metodologia da seleção de eventos específicos para comparação do
desempenho entre o autocarro elétrico e o autocarro convencional
Foi desenvolvida uma análise comparativa, com base em eventos específicos, entre o autocarro
elétrico em estudo e o autocarro convencional, com o objetivo de melhor compreender as diferenças
no comportamento entre ambos e quais as condições que mais favorecem cada um. Para isso foram
escolhidos oito eventos específicos. Destes, quatro correspondem a situações em que os veículos
iniciam o evento com uma velocidade diferente de zero, fazem uma paragem e retomam a marcha
numa situação de declive positivo ou negativo. Estes eventos foram selecionados a partir dos troços
do Porto e encontram-se caracterizados na Tabela 3.13 e na Figura 3.17. Este tipo de análise pode
futuramente ser utilizado para informar os condutores de veículos elétricos da melhor estratégia de
abordagem a paragens, por exemplo, de forma a aumentar a eficiência de condução.
Tabela 3.13 - Características dos eventos selecionados para a comparação do desempenho dos dois autocarros em paragens seguidas de arranque com inclinação positiva, (A) e (B), ou negativa, (C) e (D).
PORTO Inclinação positiva (A)
Inclinação positiva (B)
Inclinação negativa (C)
Inclinação negativa (D)
Duração (s) 60,00 53,00 63,00 53,00 Distância (km) 0,39 0,37 0,39 0,39 V. média (km/h) 23,69 25,07 22,52 26,67 ∆ altitude (m) 8,43 12,99 -15,14 -5,88
Figura 3.17 – Características dos eventos selecionados para a comparação do desempenho dos dois
autocarros em paragens seguidas de arranque com inclinação positiva, (A) e (B), ou negativa, (C) e (D).
88
90
92
94
96
98
100
102
104
-10
0
10
20
30
40
50
60
0 100 200 300 400
Altitu
de
(m
)
Ve
locid
ad
e (
km
/h)
; D
ecliv
e (
º)
Distância (m)
(A)
94
96
98
100
102
104
106
108
110
-10
0
10
20
30
40
50
0 100 200 300 400
Altitu
de
(m
)
Ve
locid
ad
e (
km
/h)
; D
ecliv
e (
º)
Distância (m)
(B)
85
90
95
100
105
110
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
0 100 200 300 400
Altitu
de
(m
)
Ve
locid
ad
e (
km
/h)
; D
ecliv
e (
º)
Distância (m)
(C)
93
94
95
96
97
98
99
100
101
-10
0
10
20
30
40
50
0 100 200 300 400
Altitu
de
(m
)
Ve
locid
ad
e (
km
/h)
; D
ecliv
e (
º)
Distância (m)
(D)
Velocidade Declive Altitude
42
Os quatro restantes correspondem a situações em que os veículos partem do repouso, iniciando a
marcha numa situação de declive positivo, nulo ou negativo e circulam de seguida por um determinado
período de tempo. Estes eventos foram selecionados a partir dos troços de Lisboa e encontram-se
caracterizados na Tabela 3.14 e na Figura 3.18.
Tabela 3.14 - Características dos eventos selecionados para a comparação do desempenho dos dois autocarros em arranque seguido de circulação com inclinação positiva, (E) e (F), nula, (G), ou negativa, (H).
LISBOA Inclinação positiva (E)
Inclinação positiva (F)
Inclinação nula (G)
Inclinação negativa (H)
Duração (s) 31,00 72,00 121,00 39,00 Distância (km) 0,22 0,49 0,10 0,34 V. média (km/h) 26,04 24,43 2,9 31,37 ∆ altitude (m) 15,58 23,37 -0,43 -25,00
Figura 3.18 - Características dos eventos selecionados para a comparação do desempenho dos dois
autocarros em arranque seguido de circulação com inclinação positiva, (E) e (F), nula, (G), ou negativa, (H).
85
90
95
100
105
0
10
20
30
40
50
0 100 200
Altitu
de
(m
)
Ve
locid
ad
e (
km
/h)
; D
ecliv
e (
º)
Distância (m)
(E)
0
5
10
15
20
25
30
35
-10
0
10
20
30
40
50
0 200 400
Altitu
de
(m
)
Ve
locid
ad
e (
km
/h)
; D
ecliv
e (
º)
Distânca (m)
(F)
130
131
132
133
134
135
-5,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
0 50 100
Altitu
de
(m
)
Ve
locid
ad
e (
km
/h)
; D
ecliv
e (
º)
Distância (m)
(G)
0
10
20
30
40
50
60
-10
0
10
20
30
40
50
0 100 200 300
Altitu
de
(m
)
Ve
locid
ad
e (
km
/h)
; D
ecliv
e (
º)
Distância (m)
(H)
Velocidade Declive Altitude
43
3.10. Metodologia da análise operacional do autocarro elétrico quando em circulação
nos percursos estudados
Uma análise relativa ao desempenho operacional do autocarro elétrico em estudo pode ser levada
a cabo através dos dados, recolhidos ou calculados, relativos aos consumos de energia e tempos
médios de viagem de cada uma das rotas reais de passageiros. Para tal é admitido que o tempo de
recarregamento médio do autocarro é de 45 minutos. Este valor foi utilizado tendo em conta os valores
anunciados de potência de carregamento e capacidade de bateria, bem como o valor de tempo de
carregamento lido durante os ensaios experimentais. Esta análise tem como objetivo determinar a
percentagem máxima de tempo que o autocarro pode estar operacional para cada uma destas rotas e
é obtida a partir da equação (11).
%𝑡𝑜𝑝.𝑚𝑎𝑥 = (1 −𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑟𝑒𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑔𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 + 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑟𝑒𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑔𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜) ∗ 100 (11)
44
45
4. Resultados
4.1. Caracterização experimental e numérica do autocarro elétrico
Resumo dos dados recolhidos
Durante os ensaios realizados a bordo do autocarro elétrico foram recolhidos no total cerca de
3h40m de dados válidos referentes à dinâmica do mesmo, o que se traduz em cerca de 13 200 pontos
de dados (Tabela 4.1), divididos em 6 troços. Ao longo do ensaio foi efetuado um ciclo quase completo
de descarga da bateria do autocarro, tendo a bateria carga máxima no início dos testes e apenas 10%
aquando do fim dos mesmos. No total foram percorridos cerca de 71 km a uma velocidade média de
22 km/h.
Tabela 4.1 - Resumo dos percursos feitos para a recolha dos dados utilizados para caracterizar o autocarro.
Troço Descrição SOC Energia
consumida pelo motor (kWh)
Distância percorrida
(km)
Velocidade média (km/h)
Início Fim
P1 Caetano → STCP 99 90 5,97 12,19 34,2 P2 STCP → Coimbrões 90 80 6,17 8,42 33,0 P3 904: Volta 1 80 58 10,05 14,72 14,9 P4 904: Volta 2 58 38 9,96 14,68 15,3 P5 904: Volta 3 38 21 9,05 14,69 15,5 P6 Coimbrões → Caetano 21 10 5,78 6,45 31,6
Potência fornecida ao motor em função do modo VSP e eficiência média de propulsão e
de regeneração
O indicador mais global do desempenho energético do autocarro elétrico em estudo é a potência
fornecida ao motor em função do modo VSP, pois, tal como descrito na secção 3.5.3, esta informação
aliada à informação relativa à distribuição modal de VSP para um dado percurso permite estimar a
energia necessária para percorrer esse mesmo percurso.
Após se ter procedido à análise dos dados recolhidos no ensaio experimental chegou-se aos valores
apresentados na Figura 4.1. Para esta caracterização foram excluídos os dados relativos ao troço P1,
pois verificou-se que, provavelmente devido à baixa temperatura da bateria e do facto de o SOC ser
100% aquando do início da viagem, no início deste percurso as potências de regeneração eram algo
inferiores à média do restante ensaio. Obtiveram-se assim resultados que representam melhor o
autocarro quando este se encontra num estado mais comum de operação.
Analisando a Figura 4.1 nota-se, como esperado, uma tendência quase linear no comportamento
exibido pelo motor elétrico que equipa o autocarro em estudo. Isto indica que o autocarro mantém uma
eficiência praticamente constante para toda a gama de potências em que o seu motor funciona.
46
Figura 4.1 - Caracterização do autocarro em termos de potência fornecida ao motor em função do modo
VSP.
É também importante notar que, quando o motor não está a ser requisitado pelo autocarro para
fornecer ou regenerar energia do mesmo (modo VSP zero), este apresenta um consumo de energia
que é muito próximo de zero, em contraste com um veículo convencional a gasóleo, em que mesmo
com o veículo parado o motor continua a ter um consumo de ralenti para este se manter a si e aos seus
auxiliares em funcionamento.
Os modos VSP negativos, de -1 a -7, correspondem às situações em que é necessário remover
energia cinética do veículo. Num autocarro convencional, cuja representação característica da potência
fornecida ao motor em função do modo VSP se pode ver na Figura 4.2, esta remoção de energia
cinética ocorre através dos travões do veículo, sendo por isso dissipada sob a forma de calor [26]. No
autocarro elétrico em estudo pode ver-se que existe regeneração da energia cinética do mesmo,
energia essa devolvida posteriormente às baterias do veículo para que possa ser novamente utilizada
(Figura 4.1).
Figura 4.2 - Caracterização de um autocarro convencional em termos do consumo de combustível do motor
em função do modo VSP [25].
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7
Potê
ncia
forn
ecid
a a
o m
oto
r (k
W)
Modo VSP
0
1
2
3
4
5
6
7
8
-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7
Consum
o d
e c
om
bustível
(g/s
)
Modo VSP
47
Como discutido na secção 3.5.5, pode fazer-se uma estimativa da eficiência de tração e de
regeneração do autocarro em estudo, obtendo-se então os seguintes valores:
�̅�𝑝𝑟𝑜𝑝 =
1
5∑
�̅�𝑡(𝑖)
𝑃(𝑖)
𝑖=5
𝑖=1
= 93,8%
(12)
�̅�𝑟𝑒𝑔𝑒𝑛 =
1
5∑
𝑃(𝑖)
�̅�𝑡(𝑖)
𝑖=−1
𝑖=−5
= 77,9% (13)
Estes valores (equações (12) e (13)), bastante elevados, demonstram bem a superioridade dos
veículos elétricos em relação aos convencionais no que toca ao desempenho energético dos seus
sistemas de propulsão/regeneração. Para um autocarro convencional a gasóleo ter-se-ia uma eficiência
de regeneração de zero e uma eficiência de propulsão bastante inferior, eventualmente na ordem dos
30%, o que combinado resulta numa eficiência energética total muito inferior à do autocarro elétrico em
estudo.
Validação do modelo computacional
A validação do modelo computacional, proveniente do software AVL CRUISE, do autocarro elétrico
em estudo foi feita de várias formas. Por um lado, foi feita através da comparação dos consumos reais
do motor do autocarro, obtidos durante os ensaios experimentais para os vários percursos, com os
consumos simulados, obtidos através da simulação desses mesmos percursos no software em causa.
Os resultados dessa comparação, que se encontram na Tabela 4.2, indicam que para os troços P3 a
P6 o modelo apresenta um erro médio de apenas -4%, o que é um resultado bastante satisfatório. No
entanto, os troços P1 e P2 apresentam erros muito superiores, com a simulação do consumo do troço
P1 a apresentar um resultado 50% inferior ao real e a simulação do troço P2 um resultado 26% inferior
ao real. Uma vez que o troço P6, que é semelhante a estes dois, apresenta um baixo erro na sua
simulação, então as discrepâncias nos valores da simulação dos troços P1 e P2, principalmente a do
troço P1, devem vir maioritariamente do facto de o autocarro ainda não estar a operar num regime
ótimo no que toca às temperaturas do motor e das baterias aquando da realização dos ensaios nestes
dois troços, bem como da capacidade de regeneração para altas potências se encontrar limitada devido
ao elevado SOC da bateria.
48
Tabela 4.2 – Resultados das simulações do autocarro elétrico no AVL CRUISE e comparação com os valores reais recolhidos no ensaio experimental.
Troço Consumo real
do motor (kWh) Consumo simulado
do motor (kWh) Variação em relação
ao real (%)
P1 5,97 2,96 -50% P2 6,17 4,55 -26% P3 10,06 9,60 -5% P4 9,96 9,84 -1% P5 9,05 9,41 4% P6 5,78 5,63 -3%
Por outro lado, a validação do modelo computacional foi feita tendo em conta a comparação da
potência fornecida ao motor, por modo VSP, obtida nos ensaios experimentais com a obtida através do
modelo computacional, apresentada na Figura 4.6. Através dos dados desta figura pode ver-se que, de
uma forma geral, tanto a potência fornecida ao motor por modo VSP proveniente dos ensaios
experimentais como a do modelo computacional seguem a mesma tendência. No entanto é claramente
visível que, ao nível dos modos VSP negativos, o modelo computacional apresenta de forma
consistente potências inferiores, em módulo, do que aquilo que é indicado pelos dados experimentais.
Estas diferenças situam-se em torno dos 20% para os modos VSP -2 a -7. Já para os modos VSP
positivos os dados provenientes do modelo computacional seguem muito mais de perto a realidade,
com as discrepâncias nos valores a situarem-se entre os -10% e os 10% para os modos VSP 3 a 7.
Figura 4.3 – Potência fornecida ao motor (kW) em função do modo VSP. Resultados das simulações do
autocarro elétrico no AVL CRUISE e comparação com os valores reais recolhidos no ensaio experimental.
Também a partir da Figura 4.4 pode ser comparado o modelo computacional com os dados
experimentais recolhidos nos ensaios. Esta comparação foi feita com os valores da percentagem de
tempo por modo VSP e mostra que de uma maneira geral o modelo está alinhado com a realidade,
sendo que a maior discrepância ocorre para os modos VSP -1 e 0. Esta discrepância é natural, pois
apenas significa que por vezes o modelo atribui ao veículo velocidades que valem frações de quilómetro
por hora quando na realidade seriam de zero quilómetros por hora.
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7
Potê
ncia
forn
ecid
a a
o m
oto
r (k
W)
Modo VSP
CRUISE
Real
49
Figura 4.4 – Percentagem de tempo em função do modo VSP. Resultados das simulações do autocarro
elétrico no AVL CRUISE e comparação com os valores reais recolhidos no ensaio experimental.
Foram ainda comparadas, para algumas secções de alguns percursos, a potência instantânea
fornecida ao motor proveniente dos ensaios experimentais e do modelo computacional. Tal
comparação encontra-se exemplificada na Figura 4.5, onde se pode ver sobreposta a comparação da
potência fornecida ao motor num excerto do troço P5. De uma forma geral, a comparação da potência
fornecida ao motor para todos os troços simulados apresentou resultados semelhantes aos da referida
figura, com a exceção dos troços P1 e P2 devido muito provavelmente aos problemas já referidos
anteriormente.
Figura 4.5 – Potência fornecida ao motor em função do tempo para o troço P5. Resultados das simulações
do autocarro elétrico no AVL CRUISE e comparação com os valores reais recolhidos no ensaio experimental.
Estimativa do consumo médio dos auxiliares, consumo total do autocarro por modo VSP e
obtenção de uma função continua para a potência total em função do VSP
A potência média consumida pelos auxiliares do autocarro foi calculada através da equação (10) da
secção 0, obtendo-se o valor de 3,28 kW. Assim, adicionando este valor à potência consumida pelo
motor do autocarro por modo VSP (Figura 4.1), chegou-se então à potência total consumida pelo
veículo, PT, por modo VSP (Figura 4.6).
0
5
10
15
20
25
30
35
-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7
Tem
po (
%)
Modo VSP
CRUISE
Real
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
500 600 700 800 900 1000
Potê
ncia
forn
ecid
a a
o m
oto
r (k
W)
Tempo (s)
CRUISE
REAL
50
Figura 4.6 - Caracterização do autocarro em termos da potência total em função do modo VSP.
Com o objetivo de obter uma função que represente de forma mais contínua a potência total do
autocarro em função do VSP (W/kg) foram utilizadas funções lineares por troços ajustadas aos valores
presentes na Figura 4.6, chegando-se então ao conjunto de equações (14). Estas funções permitem
obter resultados com maior resolução para eventos de curta duração ou melhor caracterizar as curvas
características de consumo do autocarro em função da velocidade ou do declive.
𝑃𝑇(𝑘𝑊) = −146,000 ; [−20 < 𝑉𝑆𝑃 < −14] 𝑃𝑇(𝑘𝑊) = 11,823 ∗ 𝑉𝑆𝑃 + 19,865 ; ] − 14 < 𝑉𝑆𝑃 < −11,5] 𝑃𝑇(𝑘𝑊) = 8,824 ∗ 𝑉𝑆𝑃 − 14,624 ; ] − 11,5 < 𝑉𝑆𝑃 < −9] 𝑃𝑇(𝑘𝑊) = 10,025 ∗ 𝑉𝑆𝑃 − 3,816 ; ] − 9 < 𝑉𝑆𝑃 < −7] 𝑃𝑇(𝑘𝑊) = 12,168 ∗ 𝑉𝑆𝑃 + 11,185 ; ] − 7 < 𝑉𝑆𝑃 < −5] 𝑃𝑇(𝑘𝑊) = 10,107 ∗ 𝑉𝑆𝑃 + 0,881 ; ] − 5 < 𝑉𝑆𝑃 < −3] 𝑃𝑇(𝑘𝑊) = 12,716 ∗ 𝑉𝑆𝑃 + 8,710 ; ] − 3 < 𝑉𝑆𝑃 < −1] 𝑃𝑇(𝑘𝑊) = 8,148 ∗ 𝑉𝑆𝑃 + 4,141 ; ] − 1 < 𝑉𝑆𝑃 < 0] 𝑃𝑇(𝑘𝑊) = 12,654 ∗ 𝑉𝑆𝑃 + 4,141 ; ]0 < 𝑉𝑆𝑃 < 1] 𝑃𝑇(𝑘𝑊) = 15,796 ∗ 𝑉𝑆𝑃 + 0,998 ; ]1 < 𝑉𝑆𝑃 < 3] 𝑃𝑇(𝑘𝑊) = 12,706 ∗ 𝑉𝑆𝑃 + 10,271 ; ]3 < 𝑉𝑆𝑃 < 5] 𝑃𝑇(𝑘𝑊) = 12,259 ∗ 𝑉𝑆𝑃 + 12,502 ; ]5 < 𝑉𝑆𝑃 < 7] 𝑃𝑇(𝑘𝑊) = 11,862 ∗ 𝑉𝑆𝑃 + 15,282 ; ]7 < 𝑉𝑆𝑃 < 9] 𝑃𝑇(𝑘𝑊) = 16,578 ∗ 𝑉𝑆𝑃 + 65,844 ; ]9 < 𝑉𝑆𝑃 < 11,5] 𝑃𝑇(𝑘𝑊) = 10,000 ∗ 𝑉𝑆𝑃 + 23,486; ]11,5 < 𝑉𝑆𝑃 < 14] 𝑃𝑇(𝑘𝑊) = 163,000 ; ]14 < 𝑉𝑆𝑃 < 20]
(14)
Consumo total do autocarro em função da velocidade e do declive
Para caracterizar a potência total, PT (kW), e o consumo total do autocarro, ET (kWh/km), em função
da velocidade e do declive da estrada (Figura 4.7 e na Figura 4.8), foi utlizado o conjunto de equações
(14).
Analisando os resultados da Figura 4.7 (B) pode observar-se que a potência máxima do motor do
autocarro, 160 kW, limita a velocidade de subida do mesmo para inclinações superiores a 3º, pois para
inclinações inferiores a esta o que impõe o limite de velocidade do autocarro é a rotação máxima do
motor. Para inclinações de 4º, a velocidade de subida é limitada a cerca de 60 km/h enquanto que para
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7
Potê
ncia
tota
l (k
W)
Modo VSP
51
inclinações de 5º a velocidade de subida é limitada a cerca de 50 km/h. Pode ver-se também, para o
caso de inclinação nula, que a potência aumenta de forma aproximadamente cúbica com a velocidade
do veículo, o que seria de esperar devido à linearidade do comportamento do motor aliado à natureza
cúbica que o principal componente da resistência de atrito, o atrito de natureza aerodinâmica, possui.
Passando à análise da Figura 4.7 (A) pode ver-se um dos principais fatores que diferenciam o
autocarro elétrico em estudo de um autocarro a gasóleo convencional, que é a capacidade de
transformar energia mecânica em energia elétrica. Isto permite ao autocarro ter consumos de energia
negativos para quase todas as gamas de velocidade quando se encontra a circular em estradas com
declives negativos. Por exemplo, quando o autocarro circula a uma velocidade de 50 km/h numa
estrada com um declive negativo de 3º, este consegue devolver às baterias uma potência de cerca de
53 kW.
Figura 4.7 – Potência total em função da velocidade e do declive da estrada. A: Declives negativos (-5º a -1º); B: Declives nulos e positivos (0º a 5º).
Transformando estes valores de potência em consumos de energia, com unidades de energia por
quilómetro, obtiveram-se as curvas presentes na Figura 4.8. Olhando para o gráfico (A) da referida
figura, pode ver-se que para declives negativos o consumo por quilómetro decresce com a velocidade
até valores na ordem dos 40 km/h, sendo que a partir desta velocidade o consumo aumenta de forma
bastante ligeira. Mais uma vez é evidenciada a vantagem dos autocarros elétricos em relação aos
autocarros convencionais, pois em situações de circulação em declives negativos o consumo de
energia corresponde a um ganho da mesma na maioria das gamas de velocidade e declive.
Observando agora o comportamento do consumo de energia para as gamas de declive nulo e
positivo, Figura 4.8 (B), pode ver-se que para a situação de declive nulo o consumo de energia do
autocarro decresce com a velocidade até atingir um mínimo de 0,5 kWh/km quando circula a 30 km/h,
ponto a partir do qual o consumo aumenta de forma gradual até atingir 0,75 kWh/km para uma
circulação a velocidade constante de 70 km/h. Para declives positivos entre 1º e 2º o consumo de
energia é praticamente constante para velocidades a partir de 15 km/h, valendo cerca de 1,3 kWh/km
e 1,9 kWh/km, respetivamente. Por último, para declives superiores a cerca de 2º o consumo de energia
tem um comportamento descendente à medida que a velocidade aumenta até se atingir o limite de
velocidade de 70 km/h do autocarro.
-150
-120
-90
-60
-30
0
30
0 10 20 30 40 50 60 70
Potê
ncia
(kW
)
Velocidade (km/h)
-1º -2º -3º -4 -5º
(A)
0
50
100
150
200
250
0 10 20 30 40 50 60 70
Potê
ncia
(kW
)
Velocidade (km/h)
0º 1º 2º 3º 4º 5º
(B)
52
Figura 4.8 - Consumo de energia em função da velocidade e do declive da estrada.
A: Declives negativos (-5º a -1º); B: Declives nulos e positivos (0º a 5º).
Sensibilidade à variação de parâmetros operacionais
4.1.6.1. Variação do SOC
Através do tratamento dos dados recolhidos de acordo com o descrito na secção 3.5.4.1, que
originou a Tabela 4.3, obtiveram-se então os resultados presentes na Figura 4.9. É de notar que a
classe 1, que engloba o intervalo de SOC entre 0%-20%, foi deixada de fora desta análise devido ao
número de pontos experimentais disponíveis para esta ser muito inferior às restantes. Além disso, irá
também ignorar-se o comportamento do gráfico presente na figura abaixo para as potências fornecidas
ao motor pertencentes ao modo VSP 5 e superior, isto também devido à pouca quantidade de pontos
experimentais disponíveis para uma caracterização correta desta zona, o que induz um comportamento
algo aleatório na mesma.
Tabela 4.3 - Divisão do SOC em classes e número de pontos de dados experimentais disponíveis para cada uma.
Classe Intervalo SOC (%) Número de pontos experimentais
1 0-20 734 2 20-40 3737 3 40-60 3328 4 60-80 3344 5 80-100 2196
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
0 10 20 30 40 50 60 70
Consum
o d
e e
nerg
ia
(kW
h/k
m)
Velocidade (km/h)
-1º -2º -3º -4 -5º
(A)
0
1
2
3
4
5
0 10 20 30 40 50 60 70Consum
o d
e e
nerg
ia
(kW
h/k
m)
Velocidade (km/h)
0º 1º 2º 3º 4º 5º
(B)
53
Figura 4.9 - Potência fornecida ao motor em função do modo VSP para várias classes de SOC.
Pode-se constatar que não existe nenhuma tendência clara no que toca à variação da potência
fornecida ao motor em função da classe de SOC para um dado modo VSP. Isto indica que a eficiência
do motor se mantém relativamente constante ao longo do ciclo de descarga da bateria, indicando que
o facto da tensão da mesma variar à medida que a bateria descarrega pouco influencia o funcionamento
do motor. No entanto, parece existir a sugestão que a classe de SOC 5, a azul, é a que permite menor
potência de regeneração para qualquer modo VSP. Provavelmente isto deve-se a uma limitação ao
nível da bateria, pois estas têm mais dificuldade em receber carga a SOC’s elevados. Além disso, um
outro fator que deverá ter contribuído igualmente para a inferior capacidade de regeneração desta
classe de SOC terá sido a baixa temperatura da bateria, pois o ensaio iniciou-se com o SOC a 100% e
por volta das 8h da manhã num dia de inverno, com a mesma à temperatura ambiente.
4.1.6.2. Percursos urbanos e extra-urbanos
No que toca à caracterização do autocarro ensaiado em relação à sua adequação para percursos
urbanos ou extra-urbanos, os dados recolhidos foram tratados de acordo com o descrito na secção
3.5.4.2, dando origem à Tabela 4.4. A partir dos pontos experimentais considerados nesta obteve-se
assim a informação presente na Figura 4.10 e Figura 4.11 e na Tabela 4.5.
Tabela 4.4 - Divisão do percurso experimental em ciclo urbano e extra-urbano e número de pontos experimentais usados para a caracterização de cada um.
Classe Ciclo Número de pontos experimentais
1 Urbano 11183 2 Extra-Urbano 2657
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7
Potê
ncia
forn
ecid
a a
o m
oto
r (k
W)
Modo VSP
100%-80% 80%-60% 60%-40% 40%-20%
54
Olhando para a Figura 4.10 pode ver-se que a potência fornecida ao motor por modo VSP é
praticamente a mesma quer o veículo esteja a percorrer um percurso urbano ou extra-urbano. Isto é
expectável para um veículo equipado com um motor elétrico pois a sua eficiência não tem grandes
oscilações em função da sua velocidade e carga, que são as variáveis que mais distinguem a condução
urbana da extra-urbana, acabando assim estes resultados por comprovar a robustez da metodologia
VSP. Assim sendo, e falando apenas em termos da eficiência do motor do veículo, este apresenta uma
igual aptidão tanto para percursos urbanos como para percursos extra-urbanos. Deve notar-se também
que os dados relativos ao modo VSP 7 foram ignorados, para esta análise, devido à falta de pontos
experimentais para o caracterizar corretamente.
Figura 4.10 - Potência fornecida ao motor em função do modo VSP para os ciclos urbano e extra-urbano.
Analisando a Figura 4.11 pode verificar-se que o que realmente faz a distinção em termos
energéticos do ciclo urbano e extra-urbano, para o autocarro elétrico em questão, é o consumo
específico, em kWh/km, do mesmo em função do modo VSP. Pode ver-se que o autocarro apresenta
consumos específicos positivos, de tração, mais elevados em ambiente urbano do que em ambiente
extra-urbano, e apresenta consumos específicos negativos, de regeneração, mais elevados, em
módulo, em ambiente urbano do que em ambiente extra-urbano. Na prática o efeito que esta
característica tem é a de implicar um maior desgaste à bateria de tração quando o autocarro se encontra
em ambiente urbano, pois a cada quilómetro percorrido esta vai ser obrigada a trocar mais energia com
o motor elétrico, efetuando assim mais ciclos de carga e descarga para uma dada distância percorrida.
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6
Potê
ncia
forn
ecid
a a
o m
oto
r (k
W)
Modo VSP
Extra-Urbano Urbano
55
Figura 4.11 – Consumo específico do motor em função do modo VSP para os ciclos urbano e extra-urbano.
Passando agora à análise da Tabela 4.5, pode ver-se que, como sugerido na secção 3.5.4.2, o perfil
extra-urbano, construído a partir dos dados recolhidos no autocarro, é caracterizado por velocidades
médias mais elevadas do que o perfil urbano. Os dados utilizados para a constituição de cada um dos
perfis correspondem a distâncias percorridas e consumos da mesma ordem de grandeza, e através
destes chega-se, para cada um deles, ao consumo específico do veículo ensaiado.
Chega-se assim à conclusão de que este autocarro oferece um melhor desempenho energético
global, e consequente autonomia, considerando que se encontra equipado com a mesma capacidade
de baterias, em percursos mais urbanos, que sejam compreendidos maioritariamente por deslocações
a velocidades relativamente baixas, tendo apresentando um consumo específico 11% inferior ao
consumo específico calculado para o percurso extra-urbano.
Tabela 4.5 – Comparação das características gerais do ciclo urbano e extra-urbano analisado e do consumo específico do autocarro em cada um deles.
Percurso Velocidade média
(km/h) Distância
(km) Consumo
(kWh) Consumo específico
(kWh/km)
Urbano 14,68 43,55 27,68 0,63 Extra-urbano 37,38 27,60 19,32 0,70
Pode assim concluir-se, como esperado, que para este autocarro elétrico, que contém um sistema
de travagem regenerativa bastante eficiente, a penalização energética que provém da circulação a
maiores velocidades, que se deve principalmente ao aumento da resistência aerodinâmica, e com
menos fases de regeneração, características de um percurso extra-urbano, é superior à penalização
energética que provém de uma condução a velocidades mais baixas mas com mais fases de
regeneração, característica de um percurso urbano. O valor obtido para o consumo especifico do motor
no percurso urbano é similar aos encontrados na literatura [17].
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6
Consum
o e
specíf
ico (
kW
h/k
m)
Modo VSP
Extra-Urbano Urbano
56
4.1.6.3. Variação com o declive da estrada
Os resultados da análise descrita na secção 3.5.4.3, que tem por objetivo avaliar a variação da
potência fornecida ao motor, por modo VSP, com o declive da estrada, podem ser vistos na Figura
4.12. Estes resultados foram obtidos através dos pontos experimentais descritos na
Tabela 4.6. Pode ver-se que existe uma tendência clara, nos modos VSP positivos, que indica que,
à medida que o declive aumenta, a potência fornecida ao motor também aumenta. Nos modos VSP
negativos também existe uma tendência, porém menos acentuada, que indica que à medida que o
declive aumenta, em módulo, a potência regenerada pelo motor aumenta igualmente.
Tabela 4.6 - Divisão do declive da estrada em classes e número de pontos de dados experimentais disponíveis para cada uma.
Classe Intervalo de declive (º) Número de pontos experimentais
1 -5 a -2,5 1570 2 -2,5 a 0 5205 3 0 a 2,5 4527 4 2,5 a 5 1402
Figura 4.12 - Potência fornecida ao motor em função do modo VSP para as várias classes de declive.
Este comportamento mais distinto verificado na zona dos modos VSP positivos pode ser explicado
pela forma como a eficiência do motor varia em função da velocidade de rotação e da carga. O motor
que equipa o autocarro é um SPM com ímanes montados no interior do rotor, cuja curva característica
de funcionamento se encontra representada na Figura 2.4. Nesta pode ver-se que a eficiência do motor
é máxima a cargas e rotações média-baixas, piorando para rotações mais elevadas e para elevadas
cargas a baixa rotação.
É razoável admitir que à medida que o autocarro circula em inclinações positivas cada vez mais
elevadas a sua velocidade vai baixar, consequentemente fazendo baixar a rotação do motor ao mesmo
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6
Potê
ncia
forn
ecid
a a
o m
oto
r (k
W)
Modo VSP
-5º a -2,5º -2,5º a 0º 0º a 2,5º 2,5º a 5º
57
tempo que a sua carga aumenta, levando a que a eficiência do motor vá diminuindo e o seu consumo
aumente.
No geral, pode concluir-se que o aumento do declive do percurso provoca um aumento no consumo
de energia do autocarro. Em particular, isto traduz-se num aumento de cerca de 13% no consumo entre
a classe de declive 3 (0 a 2,5 graus) e a 4 (2,5 a 5 graus) para os modos VSP positivos.
4.2. Resultados obtidos a partir da Recolha 2
Relativamente aos percursos percorridos na Recolha 2, a bordo de um autocarro convencional,
foram caracterizados 4 troços, correspondentes a duas rotas de passageiros, que representam cerca
de 2h40m de dados referentes à dinâmica do autocarro a gasóleo e da topografia do terreno percorrido,
o que se traduz em cerca de 9 650 pontos de dados. O resumo dos dados obtidos encontra-se na
Tabela 4.7.
Tabela 4.7 - Resumo dos percursos feitos para a recolha dos dados utilizados para caracterizar a dinâmica do autocarro a gasóleo em ambiente urbano.
Troço Descrição Número de pontos
experimentais Distância
percorrida (km) Velocidade
média (km/h)
L1 758: C. Sodré → P. Benfica 2598 9,89 13,7 L2 758: P. Benfica → C. Sodré 2962 9,86 12,0
L3 718: Al. Afonso Henriques
→ ISEL 1920 8,36 15,7
L4 718: ISEL → Al. Afonso
Henriques 2175 8,81 14,6
58
4.3. Comparação com autocarro convencional a gasóleo
Comparação do consumo de energia e das emissões de GEE para os troços estudados
Os resultados da comparação do consumo de energia e das emissões de GEE do autocarro elétrico
em estudo com o autocarro convencional a gasóleo são apresentados na Figura 4.13 e Figura 4.14 e
na Tabela 4.8 e Tabela 4.9. Os resultados foram organizados de forma a colocar em perspetiva o peso
que cada uma das parcelas do consumo de energia e das emissões de GEE, a parcela WTT e a parcela
TTW, possuem no impacte energético e ambiental total de cada um dos veíulos. Dados extra acerca
desta comparação encontram-se presentes nas Tabela 7.1 a Tabela 7.4, em anexo.
Observando o gráfico (A) da Figura 4.13 pode ver-se que no caso dos troços analisados no Porto o
autocarro elétrico apresenta sempre consumos de energia bastante inferiores ao autocarro a gasóleo,
especialmente se tivermos em consideração apenas a parcela TTW. Esta tendência é mantida nos
gráficos (B) e (C) da mesma figura que são referentes ao troços recolhidos em Lisboa e ao troço de
Mafra, respectivamente. Para os troços P3, P4 e P5 do gráfico (A) os consumos dos dois autocarros
mantêm-se praticamente inalterados, pois trata-se do mesmo percurso (Rota 904 da STCP) feito
apenas com condições de trânsito diferentes. Neste percurso o autocarro elétrico consome cerca de
0,9 kWh/km enquanto que o autocarro a gasóleo consome cerca de 6,5 kWh/km, isto em termos de
energia TTW, o que representa um consumo 7 vezes superior por parte do último em relação ao
primeiro.
Em termos de consumo total WTW, e para o mesmo percurso, o autocarro elétrico apresenta valores
na ordem dos 1,4 kWh/km, considerando que a eletricidade provém de fontes 100% renováveis (REN),
ou então cerca de 2,5 kWh/km, considerando que a eletricidade provém do mix energético português
(PT), enquanto que o autocarro a gasóleo consome cerca de 8,1 kWh/km. Isto significa que no caso de
a energia elétrica ser 100% renovável o autocarro a gasóleo tem um consumo que é cerca de 5,8 vezes
superior ao do autocarro elétrico, enquanto que no caso da eletricidade proveniente do mix energético
português este valor baixa para 3,2 vezes. Estes valores são em geral semelhantes para os troços do
gráfico (B) da Figura 4.13, pois os percursos apresentam características similares aos do troço P3, P4
e P5.
Os consumos dos dois tipos de autocarros aproximam-se mais para os troços P1, P2 e P6 e para o
troço M1. Todos estes troços apresentam características extra-urbanas, que no geral são os que menos
favorecem os autocarros elétricos. Para o troço P2, por exemplo, o autocarro elétrico consome, numa
base TTW, cerca de 0,8 kWh/km enquanto o convencional consome cerca de 3,7 kWh/km, valor que é
4,6 vezes o do autocarro elétrico, enquanto que para os troços P3, P4 e P5 o consumo do autocarro a
gasóleo era 7 vezes o do autocarro elétrico.
Partindo das conclusões anteriores e dividindo os percursos analisados pelas suas características
mais ou menos urbanas ou extra-urbanas, e pelo tipo de declives mais ou menos acentuados que estes
apresentam, é possível, através da Tabela 4.8 e Tabela 4.9, tirar conclusões sobre a que tipo de
percursos cada autocarro melhor se adequa em termos energéticos e ambientais.
59
Figura 4.13 – Comparação do consumo de energia (kWh/km) entre o autocarro elétrico em estudo e o autocarro convencional para os vários percursos analisados. (A): Porto, (B): Lisboa e (C): Mafra.
A partir da Tabela 4.8 pode ver-se a redução de consumo de energia e das emissões de GEE, numa
base WTW, proporcionada pelo autocarro elétrico em relação ao autocarro convencional, para os troços
que têm características mais urbanas. Em média, para este tipo de percursos, o autocarro elétrico
apresenta uma redução de consumo da ordem dos 70%, quando se considera eletricidade proveniente
do mix energético português, ou na ordem dos 80-85% quando se considera que a eletricidade provém
de fontes 100% renováveis. Estes valores são algo diferentes daqueles presentes na Tabela 2.3, 9,68%
e 50%, respetivamente, principalmente devido ao facto de o mix energético considerado na mesma ser
o europeu e não o português, e de o autocarro convencional considerado nessa tabela ser mais
eficiente do que o utilizado nesta comparação. Destes troços, aquele que sobressai mais a favor do
autocarro elétrico é o troço L2, apresentando mesmo uma redução de consumo de 78% ou 87,9%
quando se considera eletricidade proveniente do mix português ou de origem 100% renovável,
respetivamente. Isto acontece devido à significativa diferença de altitude entre o início e o fim deste
0
2
4
6
8
10
E. R
EN
E. P
T
Gasóle
o
E. R
EN
E. P
T
Gasóle
o
E. R
EN
E. P
T
Gasóle
o
E. R
EN
E. P
T
Gasóle
o
E. R
EN
E. P
T
Gasóle
o
E. R
EN
E. P
T
Gasóle
o
P1 P2 P3 P4 P5 P6
Consum
o d
e e
nerg
ia (
kW
h/k
m)
Autocarro/Troço
(A)
0
2
4
6
8
10
E. R
EN
E. P
T
Gasóle
o
E. R
EN
E. P
T
Gasóle
o
E. R
EN
E. P
T
Gasóle
o
E. R
EN
E. P
T
Gasóle
o
L1 L2 L3 L4
Consum
o d
e e
nerg
ia (
kW
h/k
m)
Autocarro/Troço
(B)
0
2
4
6
8
10
E. R
EN
E. P
T
Gasóle
oM1
Consum
o d
e e
nerg
ia (
kW
h/k
m)
Autocarro
(C)
TTW WTT
60
troço, diferença essa que permite ao autocarro elétrico regenerar bastante energia potencial gravítica,
algo que o autocarro convencional não consegue fazer.
Por outro lado, a Tabela 4.9 agrupa os troços que apresentam características extra-urbanas. Nestes
existe novamente um caso particular no qual o autocarro elétrico apresenta uma redução de consumo
de cerca de 72% ou 85%, consoante a origem da eletricidade seja do mix energético português ou
100% renovável, numa base WTW, em vez da média dos restantes percursos que se situa nos 47-53%
e 71-74%. Isto deve-se novamente à diferença considerável de altitude que existe entre o início e o
final do troço P1, e que favorece o autocarro elétrico.
Pode então concluir-se que em qualquer situação de circulação o autocarro elétrico apresenta
consumos de energia inferiores ao autocarro a gasóleo, independentemente da origem da eletricidade
que o primeiro consome, sendo que a sua utilização é ainda mais vantajosa em ambiente urbano do
que em ambiente extra-urbano.
Tabela 4.8 – Percentagem da redução de consumo de energia e de GEE, numa base WTW, que o autocarro elétrico proporciona em relação ao autocarro a gasóleo para os troços com características urbanas.
Troços com declives médios menos acentuados
Troços com declives médios mais acentuados
Troço P3 P4 P5 L1 L2 L3 L4
Consumo (PT) 70,4% 68,8% 69,2% 70,3% 78,2% 69,3% 71,1%
Consumo (REN) 83,6% 82,7% 82,9% 83,5% 87,9% 83,0% 84,0%
GEE (PT) 84,0% 83,1% 83,3% 83,9% 88,2% 83,4% 84,3%
GEE (REN) 99,2% 99,1% 99,2% 99,2% 99,4% 99,2% 99,2%
Tabela 4.9 – Percentagem da redução de consumo de energia e de GEE, numa base WTW, que o autocarro
elétrico proporciona em relação ao autocarro a gasóleo para os troços com características extra-urbanas.
Troços com menor % de via rápida Troços com maior % de via rápida
Troço P1 P2 P6 M1
Consumo (PT) 72,2% 51,6% 47,5% 53,0%
Consumo (REN) 84,6% 73,1% 70,9% 73,9%
GEE (PT) 84,9% 73,8% 71,6% 74,5%
GEE (REN) 99,2% 98,7% 98,6% 98,7%
No que toca à comparação das emissões de GEE, estas seguem a mesma tendência do consumo
de energia no que toca à percentagem de redução que o autocarro elétrico proporciona em relação ao
autocarro convencional, sendo a principal diferença o facto do autocarro elétrico não apresentar
emissões locais, TTW, como pode ser visto na Figura 4.14. Nesta figura pode ver-se que as emissões
de GEE WTT dos dois tipos de autocarros apresentam valores semelhantes quando se considera o mix
energético português como fonte de energia para o autocarro elétrico, como por exemplo, para o troço
P4, 368 gCO2eq/km para o autocarro elétrico e 388 gCO2eq/km para o autocarro a gasóleo. Já quando
se considera que a eletricidade que abastece o autocarro elétrico é proveniente de fontes 100%
renováveis, o autocarro elétrico atinge valores de emissões WTT uma ordem de grandeza inferiores ao
61
autocarro a gasóleo em todos os percursos considerados, sendo que para o troço M1, um dos mais
favoráveis para o autocarro convencional, este tem valores de emissões WTT na ordem dos 272
gCO2eq/km enquanto o autocarro elétrico se fica pelas 19 gCO2eq/km.
Figura 4.14 – Comparação das emissões de GEE (gCO2eq/km) entre o autocarro elétrico em estudo e o
autocarro convencional para os vários percursos analisados. (A): Porto, (B): Lisboa e (C): Mafra.
Os dados da Figura 4.14, condensados na forma de emissões WTW, e organizados na Tabela 4.8
e na Tabela 4.9 consoante o tipo de percurso, mostram claramente a superioridade do autocarro elétrico
no que toca às emissões globais de GEE por quilómetro percorrido. A maior redução de emissões em
comparação com o autocarro convencional ocorre para os percursos com características mais urbanas,
percursos nos quais o autocarro elétrico apresenta reduções médias na ordem dos 84% ou 99%,
dependendo da origem da eletricidade utilizada. Estes valores são algo diferentes daqueles presentes
na Tabela 2.4, 41,08% e 98,36%, respetivamente, novamente devido ao facto de o mix energético
considerado na mesma ser o europeu e não o português, e de o autocarro convencional considerado
nessa tabela ser mais eficiente do que o utilizado nesta comparação. Já no caso dos percursos com
características extra-urbanas esta redução das emissões de GEE é um pouco inferior, mas apresenta
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
E.
RE
N
E.
PT
Ga
sóle
o
E.
RE
N
E.
PT
Ga
sóle
o
E.
RE
N
E.
PT
Ga
sóle
o
E.
RE
N
E.
PT
Ga
sóle
o
E.
RE
N
E.
PT
Ga
sóle
o
E.
RE
N
E.
PT
Ga
sóle
o
P1 P2 P3 P4 P5 P6
Em
issõ
es d
e G
EE
(g
CO
2e
q/k
m)
Autocarro/Troço
(A)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
E.
RE
N
E.
PT
Ga
sóle
o
E.
RE
N
E.
PT
Ga
sóle
o
E.
RE
N
E.
PT
Ga
sóle
o
E.
RE
N
E.
PT
Ga
sóle
o
L1 L2 L3 L4
Em
issõ
es d
e G
EE
(g
CO
2e
q/k
m)
Autocarro/Troço
(B)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
E.
RE
N
E.
PT
Ga
sóle
o
M1
Em
issõ
es d
e G
EE
(g
CO
2e
q/k
m)
Autocarro
(C)
TTW WTT
62
igualmente valores elevados, na ordem dos 73% ou 98,5%, novamente dependendo da origem da
eletricidade utilizada.
É importante notar que devido à diferença de potências entre o autocarro elétrico e os autocarros
convencionais, onde foram recolhidos os dados para caracterização das rotas de Lisboa e Mafra,
existem alguns pontos destes percursos em que o autocarro elétrico não consegue seguir a dinâmica
que lhe é pedida. No entanto estas situações apenas representam cerca de 3% dos pontos do percurso
de Mafra, percurso que é aquele em que o autocarro elétrico tem mais dificuldade em seguir a dinâmica
do autocarro convencional. Assim sendo o que foi descrito anteriormente representa uma fonte de erro
na comparação que foi levada a cabo, no entanto, o seu impacto é bastante reduzido.
Comparação de eventos específicos
Os resultados da comparação dos consumos de energia e emissões de GEE entre os dois
autocarros, descrita da secção 3.9, encontram-se apresentados de seguida para os 8 eventos
específicos selecionados.
4.3.2.1. Paragem seguida de arranque com inclinação positiva ou negativa
Os eventos selecionados para a comparação de paragem seguida de arranque têm todos durações
e velocidades médias semelhantes, mas todos obrigam os autocarros a dinâmicas diferentes (Tabela
3.13). Para estes quatro eventos a evolução da energia consumida, numa base TTW, em função da
distância encontra-se representada entre a Figura 4.15 e a Figura 4.18. Por fim, na Tabela 4.10,
encontram-se os valores da percentagem da redução de consumo de energia e de GEE, numa base
WTW, que o autocarro elétrico proporciona em relação ao autocarro a gasóleo.
No evento (A), Figura 3.17 (A) e Figura 4.15, pode ver-se que na fase inicial de desaceleração, que
dura sensivelmente até aos 200 m, e que acontece em grande parte numa situação de declive negativo,
o autocarro elétrico consegue regenerar energia e devolvê-la às baterias, enquanto o autocarro
convencional mantém uma perda contínua de energia relativa ao ralenti do motor e ao consumo dos
auxiliares (embora, em veículos mais recentes, possa existir corte de injeção de combustível e nesse
caso o consumo é nulo). Devido a isto o autocarro elétrico chega à paragem com um consumo negativo
de 0,3 kWh, enquanto que o autocarro convencional gasta 0,67 kWh só para chegar a este ponto. A
fase de arranque dá-se já com declive positivo e devido a isso o consumo do autocarro elétrico nesta
fase passa igualmente a ser positivo. No final do evento o autocarro elétrico apresenta um consumo
acumulado de 0,43 kWh enquanto que o autocarro a gasóleo apresenta um consumo de 2,18 kWh, ou
seja, cerca de 5 vezes o consumo do primeiro.
63
Figura 4.15 – Comparação da energia consumida (TTW) pelo autocarro elétrico e pelo autocarro a gasóleo
no evento (A) do Porto.
No evento (B), Figura 3.17 (B) e Figura 4.16, todo o percurso é feito numa situação de declive
positivo, o que faz com que o não haja recuperação de energia potencial gravítica por parte do autocarro
elétrico, mas continua a existir recuperação de energia cinética, tal como pode ser visto pela fase em
que este apresenta uma diminuição na energia consumida entre os 150 e os 200 m do evento. No geral,
este evento favorece menos o autocarro elétrico do que o evento anterior, fazendo com que no final
este apresente um consumo de energia total de 0,60 kWh enquanto que o autocarro convencional
apresenta um valor de 1,98 kWh, valor este 3,3 vezes superior ao consumo do autocarro elétrico.
Figura 4.16 - Comparação da energia consumida (TTW) pelo autocarro elétrico e pelo autocarro a gasóleo no evento (B) do Porto.
No evento (C), Figura 3.17 (C) e Figura 4.17, é claramente visível a vantagem que o autocarro
elétrico tem em situações de declive negativo, pois na grande maioria da duração do evento este
apresenta uma potência negativa, enquanto que o autocarro a gasóleo mantém um consumo de ralenti.
Isto faz com que na altura da paragem o autocarro elétrico apresente um consumo de -0,21 kWh e
acabe o evento com um consumo de -0,23 kWh, enquanto que o autocarro a gasóleo chega à paragem
com um consumo de 0,82 kWh e acaba o evento com um consumo de 1,63 kWh,
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
-15
-10
-5
0
5
10
15
0 100 200 300 400
Energ
ia c
onsum
ida
(kW
h)
VS
P (
W/k
g)
Distância (m)
VSP Consumo energético - Elétrico Consumo energético - Gasóleo
0
0,5
1
1,5
2
2,5
-15
-10
-5
0
5
10
15
0 100 200 300 400
Energ
ia c
onsum
ida
(kW
h)
VS
P (
W/k
g)
Distância (m)
VSP Consumo energético - Elétrico Consumo energético - Gasóleo
64
Figura 4.17 - Comparação da energia consumida (TTW) pelo autocarro elétrico e pelo autocarro a gasóleo no
evento (C) do Porto.
Por último, o evento (D), Figura 3.17 (D) e Figura 4.18, é bastante semelhante ao evento (C), sendo
a principal diferença a variação de altitude entre o início e o fim do mesmo que é de cerca de -6 m
enquanto que no evento (C) esta diferença ronda os -16 m. Na prática, isto traduz-se numa menor
recuperação de energia por parte do autocarro elétrico e consequente aumento no consumo de energia
do mesmo, valendo neste caso 0,10 kWh. Já o consumo do autocarro a gasóleo é praticamente o
mesmo do evento (C), valendo 1,65 kWh.
Figura 4.18 - Comparação da energia consumida (TTW) pelo autocarro elétrico e pelo autocarro a gasóleo no evento (D) do Porto.
Tendo em conta o que foi dito anteriormente, e considerando agora os consumos de energia e as
emissões de GEE numa base WTW, pode comparar-se de forma mais global os dois autocarros em
questão nos eventos referidos anteriormente (Tabela 4.10). No pior evento para o autocarro elétrico,
evento (B), este ainda assim apresenta uma poupança energética de 31,4% ou 62% em relação ao
autocarro a gasóleo, dependendo se a origem da eletricidade que este utiliza provém do mix energético
português ou de fontes 100% renováveis, respetivamente. Neste mesmo caso, é conseguida uma
redução de 62,8% ou 98,1% nas emissões de GEE, dependendo novamente da fonte de eletricidade.
Na melhor situação, evento (C), o autocarro elétrico apresenta um consumo inferior a zero, conseguindo
acabar o evento com um consumo negativo equivalente a 32,8% ou 18,2 % do consumo do autocarro
a gasóleo, consoante a fonte de energia elétrica seja o mix energético português ou fontes 100%
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
-15
-10
-5
0
5
10
15
0 100 200 300 400
Energ
ia c
onsum
ida
(kW
h)
VS
P (
W/k
g)
Distância (m)
VSP Consumo energético - Elétrico Consumo energético - Gasóleo
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
-15
-10
-5
0
5
10
15
0 100 200 300 400
Energ
ia c
onsum
ida
(kW
h)
VS
P (
W/k
g)
Distância (m)
VSP Consumo energético - Elétrico Consumo energético - Gasóleo
65
renováveis. É possível concluir, como esperado, que a superioridade do autocarro elétrico é mais visível
nos eventos com declives negativos do que nos que contêm declives positivos. Na Tabela 7.5, em
anexo, encontram-se todos os valores obtidos a partir da análise destes eventos.
Tabela 4.10 - Percentagem da redução de consumo de energia e de GEE, numa base WTW, que o autocarro elétrico proporciona em relação ao autocarro a gasóleo, para os eventos selecionados a partir das rotas do
Porto.
EVENTO (A) (B) (C) (D)
Consumo (PT) 56,2% 31,4% 132,8% 86,2%
Consumo (REN) 75,7% 62,0% 118,2% 92,3%
GEE (PT) 76,3% 62,8% 117,3% 92,5%
GEE (REN) 98,8% 98,1% 100,9% 99,6%
4.3.2.2. Arranque e circulação com inclinação positiva, nula ou negativa
Os eventos selecionados para a comparação de arranque seguido de circulação com inclinação
positiva, nula ou negativa englobam uma gama de velocidades médias que vai dos 2,9 km/h, para o
evento com inclinação nula, até aos 31 km/h, para o evento com inclinação negativa (Tabela 3.14).
Para estes quatro eventos a da energia consumida, numa base TTW, em função da distância encontra-
se representada entre a Figura 4.19 e a Figura 4.22. Por fim, na Tabela 4.11, encontram-se os valores
da percentagem da redução de consumo de energia e de GEE, numa base WTW, que o autocarro
elétrico proporciona em relação ao autocarro a gasóleo.
No evento (E), Figura 3.18 (E) e Figura 4.19, dado o declive ser sempre positivo, o autocarro elétrico
apenas apresenta uma fase de regeneração na zona dos 100 m, quando a velocidade tem uma queda
acentuada. No geral, as curvas de consumo dos dois autocarros têm uma forma e tendência
semelhantes, sendo separadas por um fator de escala. Neste tipo de evento a vantagem do autocarro
elétrico provém não do facto de ter capacidade de regenerar energia, mas do facto de ser mais eficiente
do ponto de vista de propulsão do que o autocarro a gasóleo. Isto faz com que no fim deste evento o
autocarro elétrico apresente um consumo de 0,79 kWh enquanto que o autocarro convencional
apresenta um consumo de 1,65 kWh, ou seja, cerca do dobro.
Figura 4.19 - Comparação da energia consumida (TTW) pelo autocarro elétrico e pelo autocarro a gasóleo no evento (E) de Lisboa.
0
0,5
1
1,5
2
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0 50 100 150 200
Energ
ia c
onsum
ida
(kW
h)
VS
P (
W/k
g)
Distância (m)
VSP Consumo energético - Elétrico Consumo energético - Gasóleo
66
No evento (F), Figura 3.18 (F) e Figura 4.20, a comparação entre os dois autocarros é semelhante
àquela que pode ser feita no evento (E). Novamente as curvas de consumo dos dois veículos
apresentam uma forma e tendência semelhante, sendo de novo separadas, na sua generalidade, por
um fator de escala. Assim, no final deste evento, o autocarro elétrico apresenta um consumo de 1,24
kWh enquanto que o autocarro a gasóleo apresenta um consumo de 2,46 kWh, ou seja, cerca de 2,5
vezes o consumo do primeiro.
Figura 4.20 – Comparação da energia consumida (TTW) pelo autocarro elétrico e pelo autocarro a gasóleo no evento (F) de Lisboa.
O evento (G), Figura 3.18 (G) e Figura 4.21, apresenta uma situação de circulação a uma velocidade
média bastante baixa ao longo de apenas 100 m com um declive praticamente nulo. Esta situação é
muito mais favorável ao autocarro elétrico do que ao convencional, devido à grande diferença dos
consumos de ralenti de cada um. Este tipo de eventos permite ao autocarro elétrico fazer uma
alternância entre momentos de fornecimento e regeneração de energia, levando a que no total a
energia consumida seja muito inferior à do autocarro convencional. Assim, no final deste evento o
autocarro elétrico tinha consumido apenas 0,18 kWh enquanto que o autocarro a gasóleo tinha
consumido 2,32 kwh. Ou seja, neste evento em particular, o autocarro a gasóleo apresentou um
consumo cerca de 13 vezes superior ao do autocarro elétrico.
Figura 4.21 - Comparação da energia consumida (TTW) pelo autocarro elétrico e pelo autocarro a gasóleo no evento (G) de Lisboa.
0
1
2
3
4
-15
-10
-5
0
5
10
15
0 100 200 300 400 500
Energ
ia c
onsum
ida
(kW
h)
VS
P (
W/k
g)
Distância (m)
VSP Consumo energético - Elétrico Consumo energético - Gasóleo
0
0,5
1
1,5
2
2,5
-15
-10
-5
0
5
10
15
0 20 40 60 80 100
Energ
ia c
onsum
ida
(kW
h)
VS
P (
W/k
g)
Distância (m)
VSP Consumo energético - Elétrico Consumo energético - Gasóleo
67
Por último, no evento (H), Figura 3.18 (H) e Figura 4.22, mais uma vez é evidenciada a vantagem
do autocarro elétrico no que toca à capacidade de regeneração de energia, e a desvantagem do
autocarro a gasóleo no que toca aos consumos de ralenti. Assim, uma vez que durante todo o evento
a estrada apresenta um declive negativo, o autocarro elétrico chega ao fim do mesmo com um consumo
de energia negativo de -0,44 kWh, enquanto que o autocarro convencional apresenta um consumo de
1,21 kWh.
Figura 4.22 - Comparação da energia consumida (TTW) pelo autocarro elétrico e pelo autocarro a gasóleo no evento (H) de Lisboa.
Tal como foi feito para o conjunto de eventos da subsecção anterior, pode comparar-se de forma
mais global os dois autocarros em questão nos eventos referidos anteriormente considerando os
consumos de energia e as emissões de GEE numa base WTW (Tabela 4.11). No pior evento para o
autocarro elétrico, evento (E), este apresenta um consumo de energia 7,4% superior ao autocarro a
gasóleo, caso a eletricidade provenha do mix energético português, ou um consumo 40,5% inferior
caso a eletricidade provenha de fontes 100% renováveis. Ainda assim em qualquer um dos casos existe
uma redução significativa nas emissões de GEE, com 41,8% e 97,1% de redução, respetivamente. Na
melhor situação, evento (H), o autocarro elétrico apresenta um consumo negativo, conseguindo acabar
o evento com um consumo negativo equivalente a 81,7% ou 45,3 % do consumo do autocarro a
gasóleo, consoante a fonte de energia seja o mix português ou fontes 100% renováveis. Em todos os
eventos analisados o autocarro elétrico apresenta uma superioridade inegável no que toca à
minimização das emissões de GEE. Na Tabela 7.6, em anexo, encontram-se todos os valores obtidos
a partir da análise destes eventos.
Tabela 4.11 - Percentagem da redução de consumo de energia e de GEE, numa base WTW, que o autocarro elétrico proporciona em relação ao autocarro a gasóleo, para os eventos selecionados a partir das rotas de
Lisboa.
(E) (F) (G) (H)
Consumo (PT) -7,4% 8,8% 82,3% 181,7%
Consumo (REN) 40,5% 49,4% 90,2% 145,3%
GEE (PT) 41,8% 50,5% 89,5% 144,2%
GEE (REN) 97,1% 97,5% 99,5% 102,2%
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
0 50 100 150 200 250 300 350
Energ
ia c
onsum
ida
(kW
h)
VS
P (
W/k
g)
Distância (m)
VSP Consumo energético - Elétrico Consumo energético - Gasóleo
68
4.4. Análise operacional do autocarro quando em circulação nos percursos estudados
A análise relativa ao desempenho operacional do autocarro elétrico em estudo foi levada a cabo
através dos dados presentes na Tabela 4.1, Tabela 4.7 e Figura 4.13, conforme descrito na secção
3.10.
Analisando os resultados obtidos (Tabela 4.12), é possível ver que para as três rotas urbanas de
passageiros, que são constituídas pelos troços P3/P4/P5 (representa a média do mesmo troço
percorrido 3 vezes), L1+L2 e L3+L4, o autocarro tem o potencial de estar operacional durante 91,1% a
92,5% do tempo, o que representa, para estas rotas, poder estar sem recarregar durante cerca de 8 a
9 horas. Já no caso da rota extra-urbana de passageiros, M1, e como seria de esperar devido às
velocidades médias bastante mais elevadas, a percentagem de tempo máxima em que o autocarro
consegue apresentar-se operacional decresce para os 83,9%, representando um carregamento a cada
4 horas de utilização. Assim, se o objetivo for ter o autocarro operacional o maior período de tempo
possível, as rotas urbanas são as mais indicadas para este veículo com a sua configuração de bateria
atual.
Tabela 4.12 - Análise operacional do autocarro elétrico em estudo quando em circulação nos percursos estudados.
P3/P4/P5 L1+L2 L3+L4 M1
Capacidade da bateria (kWh) 85 85 85 85 Consumo por volta (kWh) 9,69 12,27 11,40 42,27
Número de voltas possível por carga 8 6 7 2 SOC final (%) 8,8 13,4 6,1 0,5
Carga restante (kWh) 7,48 11,38 5,20 0,46 Duração média por volta (s) 3470 5560 4095 7048
Tempo operacional por carga (h) 7h:42m 9h:16m 7h:58m 3h:55m Tempo de recarregamento (min) 45 min 45 min 45 min 45 min
Percentagem máxima de tempo que pode estar operacional (%)
91,1 92,5 91,4 83,9
69
5. Conclusões e trabalho futuro
O presente estudo teve como principal objetivo avaliar o desempenho do autocarro elétrico a bateria
e.City Gold, da Caetano Bus, quando em condições reais de utilização. Os dados necessários para tal
foram recolhidos através de ensaios experimentais em estrada quando este se encontrava a realizar
rotas reais de passageiros, correspondendo assim à utilização que este terá quanto começar a circular
periodicamente ao serviço das empresas de transportes públicos.
Com os dados recolhidos, e através da metodologia VSP, foi possível caracterizar o conjunto
propulsor do autocarro e a forma como este reagia a diferentes condições de circulação e terreno. Foi
concluído, tal como esperado, que a potência consumida pelo motor do autocarro varia de forma
praticamente linear com a potência que lhe é requerida pela dinâmica do veículo. Isto tanto para as
ocasiões em que este funcionava como motor, fornecendo energia ao autocarro, como para as ocasiões
em que funcionava como gerador, retirando energia ao mesmo. Foi concluído que a eficiência média
do conjunto propulsor é de 94% para os modos VSP positivos, ou seja, quando está a funcionar como
motor, e 78% para os modos VSP negativos, ou seja, quando está a funcionar como gerador. Concluiu-
se ainda que os equipamentos auxiliares do autocarro, como a iluminação, o computador de bordo, a
climatização e os equipamentos pneumáticos que suportam a travagem mecânica do mesmo
consumiram em média uma potência de 3,28 kW ao longo da duração de todos os ensaios.
Através da caracterização feita com a metodologia VSP foi possível avaliar o consumo do autocarro
em função da velocidade e do declive do terreno. Foi possível concluir que a potência máxima do seu
motor, 160 kW, limita a velocidade de subida para inclinações superiores a 3º, sendo que para
inclinações de 4º a velocidade máxima de subida é de 60 km/h e para inclinações de 5º esta velocidade
baixa para 50 km/h. Para inclinações inferiores a 3º, o que limita a velocidade de subida do veículo é a
rotação máxima do motor. Foi também possível concluir que, nas situações em que o declive da via é
nulo, a potência utilizada pelo autocarro varia de forma aproximadamente cúbica com a velocidade, o
que indica que é a sua resistência aerodinâmica o fator que mais influência esta relação. Tal faz sentido
devido ao comportamento praticamente linear do motor elétrico. Adicionalmente concluiu-se que para
condições de declive negativo inferior a -1º o autocarro apresenta um ganho líquido de energia,
recarregando assim as suas baterias quando circula nestas circunstâncias.
Em relação à influência do SOC da bateria no valor da potência por modo VSP, foi concluído que
essa esta apenas existe quando os valores de SOC são muito elevados, na ordem dos 90%-100%, e
que essa influência se traduz numa diminuição da potência que o autocarro consegue regenerar nos
modos VSP negativos.
A análise que comparou a potência fornecida ao motor, por modo VSP, entre os percursos urbanos
e os extra-urbanos, permitiu concluir que o comportamento do motor, em termos de eficiência
energética, é praticamente o mesmo para os dois tipos de percurso, não havendo assim nessa
perspetiva um tipo de percurso que o favoreça mais. Através dos dados desta análise foi concluído
ainda que o consumo de energia do motor, em termos de kWh por quilómetro percorrido, é cerca de
11% inferior para o percurso considerado urbano em comparação com o percurso extra-urbano. Esta
70
diferença deve-se principalmente ao facto de que as velocidades mais elevadas do percurso extra-
urbano implicam perdas de energia superiores devido ao maior atrito aerodinâmico.
Em relação à análise que comparou a potência fornecida ao motor, por modo VSP, em função do
declive da estrada, esta permitiu concluir que existe uma tendência que associa maiores potências a
declives mais elevados, para os modos VSP positivos. Num contexto VSP, isto significa que a eficiência
do motor é ligeiramente afetada, de forma negativa, quando em circulação em declives mais elevados.
Esta conclusão faz sentido tendo em conta que normalmente a circulação associada a declives mais
elevados corresponde a menores velocidades de rotação do motor e cargas mais elevadas, zona de
funcionamento em que o tipo de construção do motor em causa apresenta normalmente eficiências
mais baixas. Assim, concluiu-se que entre a classe de declive 3 (0 a 2,5º) e a 4 (2,5 a 5º), existe um
aumento de consumo de cerca de 13% na zona dos modos VSP positivos.
Um modelo computacional do autocarro elétrico foi analisado no software AVL CRUISE com o
objetivo de verificar se este produzia resultados semelhantes aos obtidos nos ensaios experimentais.
Este modelo foi construído a partir das especificações do autocarro fornecidas pelos técnicos da
Caetano e complementado com dados da literatura, quando necessário, sendo a validação deste
modelo feita através dos dados recolhidos durante os ensaios experimentais. Para 4 dos 6 percursos
simulados, os resultados referentes ao consumo de energia do motor obtidos através do modelo
variaram entre valores 5% inferiores e 4% superiores ao real, um resultado bastante satisfatório. Os 2
outros percursos simulados apresentaram erros bastante superiores, mas tal ter-se-á devido ao facto
de os dados experimentais relativos a estes terem sido recolhidos quando a capacidade de
regeneração do autocarro se encontrava limitada devido ao elevado SOC da bateria, algo que não foi
tido em conta no modelo computacional. A comparação feita ao nível da potência fornecida ao motor
em função do modo VSP permitiu concluir que o modelo se comportava de forma semelhante ao
autocarro real, sendo que, no entanto, o modelo apresenta potências de regeneração cerca de 20%
inferiores para os modos VSP -2 a -7 e entre 10% inferiores e 10% superiores para os modos VSP 3 a
7. De um modo geral concluiu-se também que a curva temporal da potência fornecida ao motor no
modelo seguia de forma bastante semelhante a potência real medida experimentalmente. A
continuação da análise e melhoramento do modelo computacional não pode ser continuada devido à
inesperada falta de disponibilidade do software. Futuramente este trabalho poderia ser retomado com
vista a melhorar o modelo já existente, podendo assim ser desenvolvida uma ferramenta que ajudasse
a traçar a direção que as especificações deste autocarro deveriam seguir para este cumprir um dado
objetivo operacional específico, de modo a poder ser otimizado caso a caso consoante as situações de
operação.
Utilizando a caracterização feita para os vários percursos recolhidos (6 recolhidos no Porto a bordo
do autocarro elétrico, 4 recolhidos em Lisboa a bordo de um autocarro convencional e um recolhido da
literatura) foi feita uma comparação, em termos de consumo de energia e emissões de GEE, com base
na metodologia VSP, entre o autocarro elétrico em estudo e um autocarro convencional a gasóleo. Esta
análise permitiu concluir que o autocarro elétrico apresenta sempre consumos de energia inferiores ao
autocarro convencional, quer numa perspetiva TTW quer numa perspetiva WTW, com reduções na
71
ordem dos 70% para percursos urbanos e 50% para percursos extra-urbanos, isto numa perspetiva
WTW e considerando que a energia que o autocarro elétrico utiliza provém da rede elétrica nacional.
Estas reduções são ainda maiores caso a eletricidade utilizada provenha de fontes 100% renováveis,
valendo então cerca de 80-85% e 70-75%, respetivamente. Em relação às emissões de GEE o
autocarro elétrico apresenta igualmente valores sempre inferiores ao autocarro convencional, quer
numa perspetiva TTW, em que o primeiro não apresenta quaisquer emissões, quer numa perspetiva
WTW, com reduções na ordem dos 84% para percursos urbanos e 73% para percursos extra-urbanos,
isto numa perspetiva WTW e considerando que a energia que o autocarro elétrico utiliza provém da
rede elétrica nacional. Estas reduções são ainda maiores caso a eletricidade utilizada provenha de
fontes 100% renováveis, valendo então cerca de 99% e 98%, respetivamente.
Foi realizada também uma comparação entre os dois autocarros baseada em eventos específicos.
Estes eventos eram compostos por paragens seguidas de arranque e arranques seguidos de
circulação, sendo que em cada uma das categorias havia situações diferentes no que toca ao declive
da via. De 8 eventos realizados o autocarro elétrico apresentou consumos de energia superiores ao
convencional em apenas um deles, isto numa perspetiva WTW e considerando eletricidade proveniente
do mix energético português, mas mesmo assim apresentou emissões de GEE inferiores em cerca de
42%. Porém, de uma forma geral, o autocarro elétrico apresenta um desempenho energético e
ambiental claramente superior ao autocarro convencional, principalmente nos eventos de paragem
seguida de arranque, nos quais apresenta reduções no consumo de energia entre 31% e 133% e
reduções nas emissões de GEE entre 63% e 117%, considerando o mix energético português. Estes
valores para os eventos de arranque seguido de circulação ficaram entre os -7% e 182% e 42% e
144%, respetivamente. É ainda visível na análise destes eventos que as situações de maior
superioridade do autocarro elétrico em termos de consumo de energia e emissões de GEE ocorrem em
circulação a baixas velocidades, em situações de declive negativo e em situações de travagem.
Uma análise operacional do autocarro elétrico foi desenvolvida para os percursos estudados que
correspondem a rotas comerciais de passageiros. Através dela foi possível concluir que para as rotas
com características urbanas o autocarro podia operar continuamente sem recarregar por períodos entre
7h:42m e 9h:16m, fazendo com que nesses casos ele estivesse operacional durante 91% e 93% do
tempo, respetivamente. Já no caso da rota com características extra-urbanas estes valores são
notoriamente mais baixos, podendo o autocarro circular durante cerca de 4h sem ter necessidade de
recarregar, o que corresponde a uma disponibilidade operacional de 84%.
Futuramente o trabalho aqui desenvolvido poderia ser complementado através da realização de
mais ensaios experimentais a bordo do autocarro elétrico que permitissem fazer uma melhor
caracterização ao nível da variação da eficiência do motor do mesmo com a sua carga e rotação, com
vista a poder melhorar o modelo desenvolvido no software AVL CRUISE, podendo assim ser feita uma
melhor seleção das especificações do autocarro principalmente no que diz respeito à dimensão da
bateria.
Seria também interessante conseguir fazer uma melhor caracterização dos equipamentos auxiliares
do autocarro, pois em situações de circulação a muito baixas velocidades médias ou em situações de
72
elevada utilização da climatização do veículo estes consumos têm uma influência significativa no
consumo global do mesmo, e dessa forma essa influência poderia ser mais bem compreendida e
modelada.
Adicionalmente seria interessante comparar o desempenho do autocarro elétrico estudado com uma
maior gama de autocarros convencionais, especialmente com os mais recentes em termos de
tecnologias de redução de consumo de energia e emissão de poluentes.
Assim que surgissem mais opções de autocarros elétricos a bateria no mercado português seria
também uma boa sugestão fazer uma comparação entre esses novos autocarros e aquele aqui
estudado, de modo a perceber se existem discrepâncias significativas no desempenho das várias
tecnologias propostas ou se todas elas convergem para um dado standard.
73
6. Referências
[1] REN21 Steering Commitee. RENEWABLES 2016 - GLOBAL STATUS REPORT. 2016.
[2] Eurostat. Consumption of energy - statistics explained 2016.
http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Consumption_of_energy (accessed
March 23, 2018).
[3] Eurostat. Greenhouse gas emission statistics - emission inventories - Statistics Explained n.d.
http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-
explained/index.php/Greenhouse_gas_emission_statistics_-_emission_inventories (accessed
March 23, 2018).
[4] Eurostat. Air pollution statistics - emission inventories - Statistics Explained n.d.
http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Air_pollution_statistics_-
_emission_inventories (accessed March 23, 2018).
[5] Faias S, Sousa J, Xavier L, Ferreira P. Energy Consumption and CO2 Emissions Evaluation for
Electric and Internal Combustion Vehicles using a LCA Approach. Int Conf Renew Energies
Power Qual 2014;1:1382–8. doi:10.24084/repqj09.660.
[6] Yong JY, Ramachandaramurthy VK, Tan KM, Mithulananthan N. A review on the state-of-the-
art technologies of electric vehicle, its impacts and prospects. Renew Sustain Energy Rev
2015;49:365–85. doi:10.1016/j.rser.2015.04.130.
[7] Hannan MA, Azidin FA, Mohamed A. Hybrid electric vehicles and their challenges: A review.
Renew Sustain Energy Rev 2014;29:135–50. doi:10.1016/j.rser.2013.08.097.
[8] Soylu S. The effects of urban driving conditions on the operating characteristics of conventional
and hybrid electric city buses. Appl Energy 2014;135:472–82.
doi:10.1016/j.apenergy.2014.08.102.
[9] Comissão Europeia (COM). White Book (2011). 2011.
[10] Mahmoud M, Garnett R, Ferguson M, Kanaroglou P. Electric buses: A review of alternative
powertrains. Renew Sustain Energy Rev 2016;62:673–84. doi:10.1016/j.rser.2016.05.019.
[11] Lajunen A. Energy consumption and cost-benefit analysis of hybrid and electric city buses.
Transp Res Part C Emerg Technol 2014;38:1–15. doi:10.1016/j.trc.2013.10.008.
[12] International Energy Agency (IEA). Global EV Outlook 2017 2017:1–71.
https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/global-ev-outlook-2017.html.
[13] TSF. Carris recebe 100 autocarros novos até ao final do ano n.d.
https://www.tsf.pt/economia/interior/carris-recebe-100-autocarros-novos-ate-ao-final-do-ano-
9085344.html (accessed March 23, 2018).
[14] De Santiago J, Bernhoff H, Ekergård B, Eriksson S, Ferhatovic S, Waters R, et al. Electrical
motor drivelines in commercial all-electric vehicles: A review. IEEE Trans Veh Technol
2012;61:475–84. doi:10.1109/TVT.2011.2177873.
[15] Christensen J, Albertus P, Sanchez-Carrera RS, Lohmann T, Kozinsky B, Liedtke R, et al. A
Critical Review of Li∕Air Batteries. J Electrochem Soc 2012;159:R1. doi:10.1149/2.086202jes.
74
[16] Lajunen A, Lipman T. Lifecycle cost assessment and carbon dioxide emissions of diesel, natural
gas, hybrid electric, fuel cell hybrid and electric transit buses. Energy 2016;106:329–42.
doi:10.1016/j.energy.2016.03.075.
[17] Pihlatie M, Kukkonen S, Halmeaho T, Karvonen V, Nylund NO. Fully electric city buses - The
viable option. Electric Vehicle Conference (IEVC), 2014 IEEE International 2015.
doi:10.1109/IEVC.2014.7056145.
[18] Zhou B, Wu Y, Zhou B, Wang R, Ke W, Zhang S, et al. Real-world performance of battery electric
buses and their life-cycle benefits with respect to energy consumption and carbon dioxide
emissions. Energy 2016;96:603–13. doi:10.1016/j.energy.2015.12.041.
[19] Cooney G, Hawkins TR, Marriott J. Life cycle assessment of diesel and electric public
transportation buses. J Ind Ecol 2013;17:689–99. doi:10.1111/jiec.12024.
[20] Notter DA, Gauch M, Widmer R, Wager P, Stamp A, Zah R, et al. Contribution of Li-Ion Batteries
to the Environmental Impact of Electric Vehicles. Environ Sci Technol 2010;44:6550–6.
doi:10.1021/es903729a.
[21] Proterra, Inc. Proterra - OFFERING A VEHICLE CONFIGURATION FOR ANY RANGE 2016.
https://www.proterra.com/performance/range/ (accessed February 2, 2018).
[22] Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU). Urban Buses: Alternative Powertrains for
Europe 2012:1–57.
[23] Grupo Salvador Caetano. CaetanoBus Fabrico de Carroçarias e Autocarros 2018.
http://caetanobus.pt/pt/ (accessed May 9, 2017).
[24] STCP, SA. STCP - Linhas 2018. http://www.stcp.pt/pt/viajar/ (accessed February 15, 2018).
[25] Santos RPF. Evaluation of heavy-duty passenger vehicle adequacy to operation characteristics.
Instituto Superior Técnico, 2016.
[26] Frey HC, Rouphail NM, Zhai H, Farias TL, Gonçalves GA. Comparing real-world fuel
consumption for diesel- and hydrogen-fueled transit buses and implication for emissions. Transp
Res Part D Transp Environ 2007;12:281–91. doi:10.1016/j.trd.2007.03.003.
[27] Guo J, Ge Y, Hao L, Tan J, Peng Z, Zhang C. Comparison of real-world fuel economy and
emissions from parallel hybrid and conventional diesel buses fitted with selective catalytic
reduction systems. Appl Energy 2015;159:433–41. doi:10.1016/j.apenergy.2015.09.007.
[28] Hallmark SL, Wang B, Sperry R. Comparison of on-road emissions for hybrid and regular transit
buses. J Air Waste Manag Assoc 2013;63:1212–20. doi:10.1080/10962247.2013.813874.
[29] Yun J. Study of the Driving Cycle for Heavy Duty Trucks in Hilly Terrain and Its Effect on
Calculated Emissions , and Comparison of Two Mobile Emission Models 2012.
[30] Garmin User Manual. GPSMAP 76CSx 2005.
[31] Edwards R, Larive JF, Mahieu V, Rounveirolles P. Well-to-Wheels Analysis of Future Automotive
Fuels and Powertrains in the European Context - TANK-to-WHEELS Report. 2007.
[32] Environmental Protection Agency (EPA). Emission factors for greenhouse gas inventories
2014:1–5. https://www.epa.gov/sites/production/files/2018-03/documents/emission-
factors_mar_2018_0.pdf.
75
[33] Moro, A. & Lonza, L. Electricity carbon intensity in European Member States: Impacts on GHG
emissions of electric vehicles. Transp. Res. Part D Transp. Environ. 1–16 (2017).
doi:10.1016/j.trd.2017.07.012.
[34] AVL LIST GmbH. AVL CRUISETM - Vehicle Driveline Simulation 2018.
https://www.avl.com/cruise (accessed February 15, 2018).
XXI
7. Anexos
Tabela 7.1 – Consumo de energia e emissões de GEE, em base TTW, para o autocarro elétrico em estudo e para um autocarro diesel, para os troços com características de percurso urbano.
Troço Veículo Consumo do
motor (kWh/km)
Consumo dos auxiliares (kWh/km)
Consumo total (kWh/km)
Emissões de CO2 (g/km)
Mix português Eletricidade 100%
renovável
Tro
ço
s c
om
decli
ves
méd
ios m
en
os
acen
tuad
os
P3 Elétrico 0,65 0,22 0,87 0,00 0,00
Gasóleo 6,62 - 6,62 1786,62
P4 Elétrico 0,71 0,21 0,92 0,00 0,00
Gasóleo 6,64 - 6,64 1791,92
P5 Elétrico 0,68 0,21 0,89 0,00 0,00
Gasóleo 6,48 - 6,48 1748,93
Tro
ço
s c
om
decli
ves
méd
ios
mais
acen
tuad
os
L1 Elétrico 0,76 0,24 1,00 0,00 0,00
Gasóleo 7,59 - 7,59 2048,89
L2 Elétrico 0,48 0,27 0,75 0,00 0,00
Gasóleo 7,74 - 7,74 2087,95
L3 Elétrico 0,66 0,21 0,87 0,00 0,00
Gasóleo 6,39 - 6,39 1723,57
L4 Elétrico 0,66 0,22 0,89 0,00 0,00
Gasóleo 6,90 - 6,90 1862,40
XXII
Tabela 7.2 – Consumo de energia e emissões de GEE, em base TTW, para o autocarro elétrico em estudo e para um autocarro diesel, para os troços com características de percurso extra-urbano.
Troço Veículo Consumo do motor
(kWh/km) Consumo dos auxiliares
(kWh/km) Consumo total
(kWh/km)
Emissões de GEE (gCO2eq/km)
Mix português
Eletricidade 100% renovável
Tro
ço
s c
om
men
or
% d
e v
ia
ráp
ida
P1
Elétrico 0,32 0,10 0,41 0,00 0,00
Gasóleo 3,33 - 3,33 898,60
P2
Elétrico 0,70 0,10 0,80 0,00 0,00
Gasóleo 3,72 - 3,72 1004,59
P6
Elétrico 0,87 0,10 0,97 0,00 0,00
Gasóleo 4,17 - 4,17 1124,38
Tro
ço
s c
om
maio
r %
de
via
ráp
ida
M1
Elétrico 0,85 0,13 0,97 0,00 0,00
Gasóleo 4,64 - 4,64 1253,76
XXIII
Tabela 7.3 – Consumo de energia e emissões de GEE, em base WTW, para o autocarro elétrico em estudo e para um autocarro diesel, para os troços com características de percurso urbano.
Troço Veículo Consumo do motor TTW (kWh/km)
Consumo dos auxiliares TTW
(kWh/km)
Consumo total (PT) (kWh/km)
Consumo total (REN)
(kWh/km)
Emissões de GEE (gCO2eq/km)
Mix português Eletricidade
100% renovável
Tro
ço
s c
om
decli
ves
méd
ios m
en
os
acen
tuad
os
Elétrico 0,65 0,22 2,41 1,33 348,09 17,57
Gasóleo 6,62 - 8,14 2174,30
P4 Elétrico 0,71 0,21 2,55 1,41 368,22 18,59
Gasóleo 6,64 - 8,17 2180,75
P5 Elétrico 0,68 0,21 2,45 1,36 355,02 17,92
Gasóleo 6,48 - 7,97 2128,43
Tro
ço
s c
om
decli
ves
méd
ios m
ais
acen
tuad
os
L1 Elétrico 0,76 0,24 2,77 1,54 400,92 20,24
Gasóleo 7,59 - 9,34 2493,48
L2 Elétrico 0,48 0,27 2,07 1,15 299,86 15,14
Gasóleo 7,74 - 9,51 2541,02
L3 Elétrico 0,66 0,21 2,41 1,34 348,64 17,60
Gasóleo 6,39 - 7,85 2097,57
L4 Elétrico 0,66 0,22 2,45 1,36 354,81 17,91
Gasóleo 6,90 - 8,49 2266,53
XXIV
Tabela 7.4 – Consumo de energia e emissões de GEE, em base WTW, para o autocarro elétrico em estudo e para um autocarro diesel, para os troços com
características de percurso extra-urbano.
Troço Veículo Consumo do motor TTW (kWh/km)
Consumo dos auxiliares TTW
(kWh/km)
Consumo total (PT) (kWh/km)
Consumo total (REN)
(kWh/km)
Emissões de GEE (gCO2eq/km)
Mix português Eletricidade
100% renovável
Tro
ço
s c
om
men
or
% d
e
via
ráp
ida
P1 Elétrico 0,32 0,10 1,14 0,63 164,62 8,31
Gasóleo 3,33 - 4,09 1093,59
P2 Elétrico 0,70 0,10 2,22 1,23 320,88 16,20
Gasóleo 3,72 - 4,58 1222,58
P6 Elétrico 0,87 0,10 2,69 1,49 389,05 19,64
Gasóleo 4,17 - 5,12 1368,36
Tro
ço
s c
om
maio
r %
de
via
ráp
ida
M1
Elétrico 0,85 0,13 2,69 1,49 388,89 19,63
Gasóleo 4,64 - 5,71 1525,82
XXV
Tabela 7.5 - Consumo de energia, TTW e WTW, e emissões de GEE, em base WTW, para o autocarro elétrico em estudo e para um autocarro diesel, para os eventos de paragens seguidas de arranque com
inclinação positiva, (A) e (B), ou negativa, (C) e (D).
Evento Veículo Consumo total TTW (kWh/km)
Consumo total WTW (PT) (kWh/km)
Consumo total WTW (REN) (kWh/km)
Emissões de GEE WTW (gCO2eq/km)
Mix português
Eletricidade 100%
renovável
(A) Elétrico 0,43 1,17 0,65 169,73 8,57
Gasóleo 2,18 2,68 715,34
(B) Elétrico 0,60 1,67 0,92 241,38 12,19
Gasóleo 1,98 2,43 649,59
(C) Elétrico -0,24 -0,66 -0,37 -88,24 -4,46
Gasóleo 1,63 2,01 511,42
(D) Elétrico 0,10 0,28 0,16 40,58 2,05
Gasóleo 1,65 2,03 542,20
Tabela 7.6 - Consumo de energia, TTW e WTW, e emissões de GEE, em base WTW, para o autocarro elétrico em estudo e para um autocarro diesel, para os eventos de arranque seguido de circulação com
inclinação positiva, (E) e (F), nula, (G), ou negativa, (H).
Evento Veículo Consumo total TTW (kWh/km)
Consumo total WTW (PT) (kWh/km)
Consumo total WTW (REN) (kWh/km)
Emissões de GEE WTW (gCO2eq/km)
Mix português
Eletricidade 100%
renovável
(E) Elétrico 0,79 2,18 1,21 315,35 15,92
Gasóleo 1,65 2,03 541,93
(F) Elétrico 1,24 3,43 1,90 417,20 21,06
Gasóleo 3,05 3,76 842,07
(G)
Elétrico 0,18 0,51 0,28 30,83 1,56
Gasóleo 2,32 2,86 292,59
(H) Elétrico -0,44 -1,22 -0,67 -176,11 -8,89
Gasóleo 1,21 1,49 398,10
