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Publicação
Design and Development of the Low Voltage Electrical System for a Formula Student EV
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 7.45 MB | Adobe PDF |
Orientador(es)
Resumo(s)
This dissertation seeks to design and develop an electrical architecture for the low volt-
age system of a Formula Student electric vehicle. The objective is to facilitate the car's opera-
tion while ensuring its competitiveness and adherence to regulatory standards, so permitting
participation in all contests throughout Europe.
This topic is highly pertinent to the automotive industry and its competitive aspect, pre-
senting a substantial opportunity to develop a system that will allow the team to compete and
represent NOVA University throughout Europe, thereby demonstrating the quality and com-
petence of NOVA School of Science and Technology (SST) students.
This theme brings challenges, as a system with these characteristics has never been de-
veloped before by SST students, having to develop everything for the first time and without
any previous experience. There are many challenges, of which I highlight the following: I'm not
familiar with the operation of an electric vehicle; ii) there is no real product development com-
ponent in the course, such as, for example, the design of Printed Circuit Boards (PCBs), which
are essential for the correct operation of the vehicle; and finally, iii) depending on an entire
team, which, in addition to the regulations, has several design and financial limitations, with an
impact on the work I will develop. Taking this into account, I can conclude that the project is
enormously challenging and there is real complexity in this project.
The selected approach is derived from prior experiences concerning the development of
the electrical system for the preceding Combustion Vehicle (CV), developed in previous years
by the NOVA Formula Students (NFS), where numerous challenges arose caused by insufficient
testing and the considerable complexity of the intended systems. Consequently, the selected
strategy will involve creating straightforward systems that are functional and adhere to rules,
enabling the team to enhance and expand upon prior concepts in the future.
The project begins with a comprehensive examination of the Formula Student Germany
(FSG) regulations and an investigation of the system architectures of other teams to determine
the essential functional and safety needs. Following this research, a comprehensive low voltage
(LV) system architecture was established to facilitate the operation of auxiliary components,
reinforce the high voltage (HV) powertrain, and assure rigorous adherence to safety regula-
tions.
A number of specialized PCBs were developed and further developed to guarantee reli-
ability, accessibility, and ease of wiring. The Vehicle Control Unit (VCU) is included among these.
Concurrently, critical safety systems including the Shutdown Circuit (SDC), the Brake System
Plausibility Device (BSPD), and the Tractive System Active Light (TSAL) were established.
The ultimate outcome of this project is a low voltage (LV) system architecture and the
corresponding first-generation hardware prototypes. Although the hardware requires further
refinement and testing before full deployment, the architecture provides a solid technical foundation for the first generation of NOVA Formula Student electric vehicle. This work establishes a robust baseline for future teams to complete, validate, and improve the system.
Esta dissertação propõe-se criar e desenvolver uma arquitetura elétrica do sistema de baixa tensão de um veículo de Formula Student elétrico que tem como objetivo não apenas viabilizar a mobilidade do veículo, mas também garantir sua competitividade e estar em conformidade com o regulamento imposto e assim permitir que o carro participe em todas as competições europeias. Este tema revela-se altamente relevante no contexto da indústria automóvel e na sua componente competitiva, destacando-se como uma oportunidade significativa para desenvolver um sistema que permitirá à equipa competir e representar a Universidade NOVA pela Europa. o que demonstra a qualidade e a competência dos alunos da Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT). Este tema acarreta desafios, pois nunca anteriormente foi desenvolvido um sistema com estas características pelos alunos da FCT, tendo de desenvolver-se tudo pela primeira vez e sem qualquer experiência prévia. Existem muitos desafios, dos quais destaco: i) não estar familiarizado com o funcionamento de um veículo elétrico, ii) não existir uma componente de desenvolvimento de produtos reais no curso, como, por exemplo, desenho de Placas de Circuitos Impressos, que são essenciais para o funcionamento correto do veículo e por fim, iii) depender de toda uma equipa, que para além do regulamento, tem diversas limitações de design e também financeiras, com impacto no trabalho que vou desenvolver. Tendo isto em conta, posso concluir que o projeto é enormemente desafiante e existe uma complexidade real neste projeto. A abordagem que vou tomar, advém de experiências prévias no desenvolvimento do sistema elétrico do veículo de combustão, desenvolvido nos anos anteriormente pelo Núcleo da Formula Student, com inúmeras falhas devido à falta de testes e à elevada complexidade dos sistemas projetados. Como resultado, a abordagem escolhida será desenvolver sistemas simples, que funcionem e que cumpram o regulamento, para permitir à equipa futuramente construir e desenvolver em cima do que foi previamente concebido. O trabalho inicia-se com a análise detalhada do regulamento da Formula Student Germany e do estudo das arquiteturas de outras equipas, de forma a identificar os requisitos funcionais e de segurança necessários. A partir desta análise, foi desenvolvida a arquitetura completa do sistema de baixa tensão, que assegura o funcionamento dos componentes auxiliares, que apoia o powertrain de alta tensão e garante o cumprimento rigoroso das normas de segurança. Foram projetadas e desenvolvidas diversas PCBs dedicadas, otimizadas para garantir fiabilidade, acessibilidade e simplicidade na cablagem. Entre estas destaca-se a Vehicle Control Unit, concebida como unidade central de controlo. Paralelamente, foram implementados sistemas de segurança essenciais, como o Shutdown Circuit, o Brake System Plausibility Device e o Tractive System Active Light. O resultado final deste projeto é uma arquitetura do sistema de baixa tensão, acompanhada pelos respetivos protótipos de hardware de primeira geração. Embora o hardware necessite de maior refinamento e testes antes de poder ser plenamente implementado, a arquitetura fornece uma base técnica sólida para a primeira geração de veículos elétricos da Formula Student NOVA. Este trabalho estabelece um ponto de partida robusto para que as futuras equipas possam completar, validar e melhorar o sistema.
Esta dissertação propõe-se criar e desenvolver uma arquitetura elétrica do sistema de baixa tensão de um veículo de Formula Student elétrico que tem como objetivo não apenas viabilizar a mobilidade do veículo, mas também garantir sua competitividade e estar em conformidade com o regulamento imposto e assim permitir que o carro participe em todas as competições europeias. Este tema revela-se altamente relevante no contexto da indústria automóvel e na sua componente competitiva, destacando-se como uma oportunidade significativa para desenvolver um sistema que permitirá à equipa competir e representar a Universidade NOVA pela Europa. o que demonstra a qualidade e a competência dos alunos da Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT). Este tema acarreta desafios, pois nunca anteriormente foi desenvolvido um sistema com estas características pelos alunos da FCT, tendo de desenvolver-se tudo pela primeira vez e sem qualquer experiência prévia. Existem muitos desafios, dos quais destaco: i) não estar familiarizado com o funcionamento de um veículo elétrico, ii) não existir uma componente de desenvolvimento de produtos reais no curso, como, por exemplo, desenho de Placas de Circuitos Impressos, que são essenciais para o funcionamento correto do veículo e por fim, iii) depender de toda uma equipa, que para além do regulamento, tem diversas limitações de design e também financeiras, com impacto no trabalho que vou desenvolver. Tendo isto em conta, posso concluir que o projeto é enormemente desafiante e existe uma complexidade real neste projeto. A abordagem que vou tomar, advém de experiências prévias no desenvolvimento do sistema elétrico do veículo de combustão, desenvolvido nos anos anteriormente pelo Núcleo da Formula Student, com inúmeras falhas devido à falta de testes e à elevada complexidade dos sistemas projetados. Como resultado, a abordagem escolhida será desenvolver sistemas simples, que funcionem e que cumpram o regulamento, para permitir à equipa futuramente construir e desenvolver em cima do que foi previamente concebido. O trabalho inicia-se com a análise detalhada do regulamento da Formula Student Germany e do estudo das arquiteturas de outras equipas, de forma a identificar os requisitos funcionais e de segurança necessários. A partir desta análise, foi desenvolvida a arquitetura completa do sistema de baixa tensão, que assegura o funcionamento dos componentes auxiliares, que apoia o powertrain de alta tensão e garante o cumprimento rigoroso das normas de segurança. Foram projetadas e desenvolvidas diversas PCBs dedicadas, otimizadas para garantir fiabilidade, acessibilidade e simplicidade na cablagem. Entre estas destaca-se a Vehicle Control Unit, concebida como unidade central de controlo. Paralelamente, foram implementados sistemas de segurança essenciais, como o Shutdown Circuit, o Brake System Plausibility Device e o Tractive System Active Light. O resultado final deste projeto é uma arquitetura do sistema de baixa tensão, acompanhada pelos respetivos protótipos de hardware de primeira geração. Embora o hardware necessite de maior refinamento e testes antes de poder ser plenamente implementado, a arquitetura fornece uma base técnica sólida para a primeira geração de veículos elétricos da Formula Student NOVA. Este trabalho estabelece um ponto de partida robusto para que as futuras equipas possam completar, validar e melhorar o sistema.
Descrição
Palavras-chave
Electronic Architecture Electrical Vehicle Formula Student