Dimensionamento de acumulador para veículo FSAE

Abstract

Motivados pelo debate à frente do futuro da mobilidade por meio da eletrificação, surge o interesse da equipe estudantil de Fórmula SAE do Instituto Mauá de Tecnologia (IMT) em desenvolver seu primeiro protótipo elétrico. Nisto, a etapa chave se resume ao objetivo do presente trabalho, que é dimensionar o battery pack de um veículo Fórmula SAE elétrico que seja seguro, contenha a capacidade energética necessária para completar a prova de enduro (composta por 22 voltas de 1 km cada) e que seja adaptável à atual plataforma disponível do veículo MR19 (protótipo à combustão interna desenvolvido em 2019 pelos alunos do IMT cujo chassi será reaproveitado ao veículo elétrico). Primeiramente, as premissas de projeto limitam a escolha de componentes para garantir a viabilidade de montagem no MR19, cujos requisitos são motor central, relação de diferencial fixa e chassi tubular. Em seguida, pesquisas de quais componentes (motores, inversores e BMS) são empregados por equipes vitoriosas em competições FSAE elétrico globais compõem o benchmark. Quanto a escolha do motor, o qual drena energia das baterias, os modelos listados são submetidos a simulações dinâmicas. Para estimar o consumo energético necessário à prova de enduro, dados da pista previamente mapeados são inseridos no software OptimumLap, o qual retorna a capacidade requerida para o banco de baterias, possibilitando a escolha das células. A associação do pack deve contemplar a tensão e capacidade necessárias, de forma a ditar o número necessário de células. Para simular seu aquecimento durante a descarga, o modelo térmico feito por meio do ANSYS Fluent no módulo MSMD é validado de acordo com dados da fabricante Melasta. O modelo de comportamento de baterias usado é o NTGK. Após a validação, é realizada a simulação de parte do pack a taxas variáveis de descarga conforme a potência solicitada pelo piloto no enduro. Por fim, o módulo CFD é acoplado ao MSMD para simular o aquecimento em meio convectivo, emulando a situação real de montagem. Os resultados envolvem gráficos de queda de tensão e ganho de temperatura da superfície das células em função da capacidade utilizada. As temperaturas máximas observadas na superfície são respectivamente de 39,2°C e 35,8°C para ambiente adiabático e com convecção forçada externa (acoplado o módulo CFD). Com isso, o acumulador elétrico projetado atinge os requisitos de segurança, autonomia e montagem na plataforma MR19.