Abstract

Dissertação de Mestrado em Energia para a Sustentabilidade apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia Atualmente, uma das maiores preocupações mundiais é a mudança climática e seus efeitos irreversíveis no equilíbrio dos ecossistemas da Terra. Portanto, várias instituições, organizações e governos estão desenvolvendo políticas, medidas e tecnologias para mitigar esses efeitos. Nesse contexto, a eletrificação dos sistemas de transporte público desempenha um papel decisivo em termos de atenuação das emissões de gases de efeito estufa. Além disso, os veículos elétricos possuem muitas vantagens quando comparados aos seus equivalentes de combustíveis fósseis, incluindo melhoria da qualidade do ar, redução de ruído e melhoria da eficiência energética. Apesar desses benefícios, os veículos elétricos ainda sofrem com a baixa autonomia e recargas demoradas da bateria. Para fornecer soluções para esses problemas e aumentar a viabilidade da mobilidade elétrica, o desenvolvimento de tecnologias nas infraestruturas de carregamento, métodos de controle e capacidade de baterias torna-se crucial. Neste contexto, a presente pesquisa fornece uma abordagem para o planejamento da infraestrutura de carregamento de um sistema de Autocarro de Trânsito Rápido (BRT), que trata da minimização dos custos de implementação das estações de carregamento rápido. O trabalho apresenta inicialmente um estudo de Análise de Decisão Multicritérios afim de avaliar quais tipos de sistemas de trânsito rápido podem oferecer uma solução mais conveniente em áreas metropolitanas. O principal objetivo desta análise é avaliar se um sistema de BRT pode ser uma solução viável para esse fim, quando comparado a outros sistemas de trânsito rápido. Em seguida, um modelo de Programação Linear Inteira Mista é desenvolvido para otimizar a localização das estações de carregamento rápido em uma rede BRT, considerando o custo de implementação, número de carregadores, tempo total de carregamento e ciclo de vida da bateria. Nowadays, one of the biggest concerns worldwide is Climate Change and its irreversible effects on the balance of the Earth's ecosystems. Therefore, several institutions, organizations, and governments are developing policies, measures, and technologies to mitigate such effects. In this context, the electrification of public transportation systems plays a decisive role in greenhouse gas emissions attenuation. Moreover, electric vehicles have many advantages when compared to their fossil fuel counterparts, including air quality improvement, noise reduction, and energy efficiency enhancement. Despite those benefits, electric vehicles still suffer from the low driving range, and the time-consuming battery recharges. To provide solutions to those issues and to increase the feasibility of electric mobility, the development of technologies in charging infrastructures, control methods, and battery capacity becomes crucial. In this context, the present research provides a framework for the planning of the charging infrastructure of a Bus Rapid Transit (BRT) system dealing with the minimization of the implementation costs of fast-charging stations. The work initially presents a Multi-criteria Decision Analysis study to assess which types of rapid transit systems can offer a more convenient solution for metropolitan areas. The main objective of this analysis is to evaluate whether a BRT system can be a viable solution for this purpose when compared to other rapid transit systems. Then a Mixed Integer Linear Programming model is developed to optimize the location of fast-charging stations in a BRT network, considering the cost of implementation, number of chargers, total charging time, and battery life cycle.

Abstract

Fast charging is seen as a means to facilitate long-distance driving for electric vehicles (EVs). As a result, roll-out planning generally takes a corridor approach. However, with higher penetration of electric vehicles in urban areas, cities contemplate whether inner-city fast chargers can be an alternative for the growing amount of slow public chargers. For this purpose, more knowledge is required in motives and preferences of users and actual usage patterns of fast chargers. Similarly, with increasing charging speeds of fast chargers and different modes (taxi, car sharing) also switching to electric vehicles, the effect of charging speed should be evaluated as well as preferences amongst different user groups. This research investigates the different intentions and motivations of EV drivers at fast charging stations to see how charging behaviour at such stations differs using both data analysis from charging stations as a survey among EV drivers. Additionally, it estimates the willingness of EV drivers to use fast charging as a substitute for on-street home charging given higher charging speeds. The paper concludes that limited charging speeds imply that EV drivers prefer parking and charging over fast charging but this could change if battery developments allow higher charging speeds. Document type: Article

Abstract

Battery thermal management is essential to efficienct and safe operation of Li-ion batteries, particularly in challenging applications such as fast charging. This work proposes a thermal management control framework based on MPC. The novelty of this approach resides in the focus on incorporating disturbance prediction into the control decision. Simulations show that this methodology allows for (1) lower peak and mean battery temperatures during fast charging for a similarly sized battery thermal management system; or (2) battery thermal management system downsizing for similar thermal performance.