Publicação
Design and Implementation of a High Voltage Battery for a Formula Student Vehicle
| Resumo: | Esta dissertação apresenta o projeto, desenvolvimento e validação experimental de um sistema acumulador de alta tensão baseado em células de iões de lítio para o T24-E, o primeiro protótipo elétrico e autónomo de Formula Student desenvolvido pela LART — a equipa de Formula Student do Politécnico de Leiria. O acumulador foi projetado com base numa configuração 120s4p de células cilíndricas Molicel P45B, proporcionando 7,4 kWh de capacidade energética e 78 kW de potência nominal, integrado numa estrutura de 68 kg com arrefecimento forçado por ar, fabricada em alumínio 7075-T6. A arquitetura elétrica assenta num conceito de segurança em camadas que integra proteção por fusível, isolamento por contactores através do shutdown circuit, e supervisão contínua por um sistema de gestão de bateria comercial. A seleção de células, a configuração do pack e o dimensionamento energético foram derivados de simulações paramétricas de tempo por volta, calibradas com dados históricos de competições da Formula Student Germany. A validação foi conduzida de forma progressiva, incluindo ensaios em dinamómetro, sessões de teste em pista à escala de endurance, e três competições oficiais de Formula Student (FSPT 2024, FSPT 2025 e FSG 2025). Durante a prova de endurance na FSG 2025, o acumulador forneceu 5,08 kWh ao longo dos 22 km de distância total, terminando com 35% de estado de carga e uma temperatura máxima de célula de 37 °C — significativamente abaixo do limite operacional de 60 °C. O desequilíbrio de tensão entre células manteve-se inferior a 15 mV ao longo de toda a prova. Não foram registadas quaisquer falhas relacionadas com o acumulador em nenhuma das três competições. Os resultados demonstram que um acumulador de primeira geração, projetado com pressupostos conservadores e validado através de testes incrementais, é capaz de atingir fiabilidade competitiva sem necessidade de estratégias de controlo otimizadas para desempenho. As margens substanciais observadas em capacidade energética, margem térmica e capacidade de fornecimento de corrente constituem uma base quantificada para iterações futuras, permitindo a redução da massa do pack ou o aumento do desempenho do veículo. |
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| Autores principais: | Pereira, Nuno José Marques |
| Assunto: | Formula student Acumulador de alta tensão Bateria de iões de lítio Veículo elétrico Dimensionamento energético Validação experimental |
| Ano: | 2026 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade de Leiria e Oeste |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | IC-online |
| Resumo: | Esta dissertação apresenta o projeto, desenvolvimento e validação experimental de um sistema acumulador de alta tensão baseado em células de iões de lítio para o T24-E, o primeiro protótipo elétrico e autónomo de Formula Student desenvolvido pela LART — a equipa de Formula Student do Politécnico de Leiria. O acumulador foi projetado com base numa configuração 120s4p de células cilíndricas Molicel P45B, proporcionando 7,4 kWh de capacidade energética e 78 kW de potência nominal, integrado numa estrutura de 68 kg com arrefecimento forçado por ar, fabricada em alumínio 7075-T6. A arquitetura elétrica assenta num conceito de segurança em camadas que integra proteção por fusível, isolamento por contactores através do shutdown circuit, e supervisão contínua por um sistema de gestão de bateria comercial. A seleção de células, a configuração do pack e o dimensionamento energético foram derivados de simulações paramétricas de tempo por volta, calibradas com dados históricos de competições da Formula Student Germany. A validação foi conduzida de forma progressiva, incluindo ensaios em dinamómetro, sessões de teste em pista à escala de endurance, e três competições oficiais de Formula Student (FSPT 2024, FSPT 2025 e FSG 2025). Durante a prova de endurance na FSG 2025, o acumulador forneceu 5,08 kWh ao longo dos 22 km de distância total, terminando com 35% de estado de carga e uma temperatura máxima de célula de 37 °C — significativamente abaixo do limite operacional de 60 °C. O desequilíbrio de tensão entre células manteve-se inferior a 15 mV ao longo de toda a prova. Não foram registadas quaisquer falhas relacionadas com o acumulador em nenhuma das três competições. Os resultados demonstram que um acumulador de primeira geração, projetado com pressupostos conservadores e validado através de testes incrementais, é capaz de atingir fiabilidade competitiva sem necessidade de estratégias de controlo otimizadas para desempenho. As margens substanciais observadas em capacidade energética, margem térmica e capacidade de fornecimento de corrente constituem uma base quantificada para iterações futuras, permitindo a redução da massa do pack ou o aumento do desempenho do veículo. |
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