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Projeto Conceitual de Energia

Dimensionamento Atualizado v2 — Bateria e Demanda Energética

Projeto Integrador 1 — 2026.2
Micromouse UnB — Grupo 1
Documento de apoio à issue: [AP5] Dimensionamento da Bateria e Proteções #19 e [AP5] Diagrama de Distribuição de Potência #18

Status do documento

Esta revisão incorpora a bateria selecionada Leão LB1500LP2, LiPo 2S, 7,4 V, 1500 mAh e 30C, além da comunicação ESP-NOW. Os consumos, as perdas e a autonomia permanecem estimativas de projeto a validar no protótipo; a seleção da bateria não representa, por si só, validação experimental do sistema completo.

1. Objetivo e escopo

Este documento consolida o Dimensionamento Atualizado v2 do sistema de alimentação do Micromouse UnB — Grupo 1.

O objetivo desta etapa é:

  • estimar a energia necessária para 30 minutos de navegação ativa;
  • comparar diferentes condições de consumo;
  • comparar a demanda calculada com a bateria selecionada Leão LB1500LP2, LiPo 2S de 1500 mAh;
  • estruturar conceitualmente a distribuição de energia entre os subsistemas;
  • identificar as informações necessárias para o dimensionamento definitivo.

O dimensionamento apresentado nesta versão permanece conceitual quanto à demanda das cargas. A bateria já foi selecionada, mas os valores de corrente de motores, driver, microcontrolador, sensores e reguladores mantidos neste documento constituem hipóteses preliminares de engenharia, a confirmar com os componentes efetivamente utilizados.

Esses valores deverão ser posteriormente substituídos por dados provenientes dos respectivos datasheets e por medições experimentais realizadas no protótipo.

Limites desta versão

Os dados da bateria selecionada são identificados separadamente das hipóteses de consumo. As estimativas de corrente e autonomia não substituem a verificação experimental, o dimensionamento das proteções e a avaliação da integração mecânica e elétrica.

Esta revisão atualiza a seleção da bateria e a arquitetura de comunicação, preservando o estudo de demanda para 30 minutos de navegação.

2. Requisitos do projeto que orientam o cálculo

O dimensionamento energético foi estruturado considerando os requisitos previamente estabelecidos para o subsistema de Energia e suas interfaces com Eletrônica e Software.

Requisito Implicação para o sistema de Energia
RNF-ENE01 Requisito de autonomia operacional contínua mínima de 15 minutos, com sensores e comunicação funcionando. Neste dimensionamento, adota-se um tempo mínimo considerado de 30 minutos.
RF-ENE02 Realizar medição contínua da tensão do banco de baterias e disponibilizar essa informação para processamento e telemetria.
RF-ENE03 Proteger a bateria contra descarga profunda, com desligamento da tração em menos de 200 ms após a detecção do limiar crítico.
RF-ELE01 / RF-ELE02 Alimentar o sistema de sensoriamento de paredes em três direções e a odometria independente das duas rodas motrizes.
RF-SFT05 Disponibilizar o nível/consumo da bateria como um dos parâmetros obrigatórios de telemetria.

3. Premissas do Dimensionamento Atualizado v2

Para os cálculos, adotam-se os dados da bateria selecionada e as seguintes premissas de operação:

  • bateria selecionada: Leão Modelismo LB1500LP2, LiPo 2S;
  • capacidade nominal: 1500 mAh (1,5 Ah);
  • tensão nominal do banco de baterias: 7,4 V;
  • energia nominal calculada: 11,1 Wh;
  • classificação de descarga informada: 30C;
  • massa informada pela equipe: 75 g;
  • dimensões informadas pela equipe: 70 mm de comprimento × 30 mm de largura × 17 mm de altura;
  • autonomia mínima considerada: 30 minutos;
  • tempo equivalente:
\[ t = 30\ min = 1800\ s = 0,5\ h \]
  • dois motores DC com encoder;
  • uma ponte H capaz de controlar os dois motores;
  • um microcontrolador da família ESP32, com comunicação ESP-NOW pelo rádio integrado;
  • três sensores de distância do tipo ToF:
    • frontal;
    • lateral esquerdo;
    • lateral direito;
  • dois encoders, um por roda motriz;
  • indicadores visuais;
  • circuito de monitoramento da bateria.

A telemetria é transmitida pelo ESP32 do robô via ESP-NOW, em 2,4 GHz, para um segundo ESP32 que atua como gateway receptor na bancada, conectado por USB ao computador. O envio ocorre a 1 Hz, sem depender de roteador ou associação a uma rede Wi-Fi, conforme a seção 6.1 do projeto conceitual de software.

Os valores de corrente utilizados para motores, encoders, indicadores e circuito de monitoramento são estimativas preliminares e deverão ser revisados após a escolha dos componentes definitivos.

4. Modelo de cálculo energético

Para cada componente, a energia consumida durante uma execução de 30 minutos é estimada pela relação:

\[ E = V \cdot I \cdot t \]

onde:

  • \(E\) = energia consumida, em joules (J);
  • \(V\) = tensão de operação, em volts (V);
  • \(I\) = corrente média, em ampères (A);
  • \(t\) = tempo de operação, em segundos (s).

A conversão da energia de joules para watt-hora é realizada por:

\[ E_{Wh} = \frac{E_J}{3600} \]

Como os cálculos consideram uma execução de:

\[ t = 0,5\ h \]

a potência média equivalente de cada cenário pode ser obtida por:

\[ P_{\text{média}} = \frac{E_{Wh}}{0,5} \]

4.1 Energia nominal da bateria selecionada

A energia nominal da bateria é calculada a partir da tensão nominal e da capacidade:

\[ E_{\text{bat,nom}} = V_{\text{bat,nom}} \cdot C_{Ah} = 7,4 \cdot 1,5 = 11,1\ Wh \]

Os 11,1 Wh são uma estimativa da energia nominal armazenada, não uma medição da energia efetivamente utilizável até o corte de descarga. A energia entregue às cargas depende das condições de operação, da capacidade real, do limiar de subtensão e das perdas do sistema.

4.2 Modelo para estimar a autonomia

Mantendo a hipótese de acréscimo de 15% para perdas adotada na seção 7:

\[ P_{\text{bat,est}} = 1,15 \cdot P_{\text{cargas}} \]
\[ t_{\text{est}}(min) = \frac{E_{\text{bat,nom}}}{P_{\text{bat,est}}} \cdot 60 \]

A margem adicional de engenharia de 30% é utilizada no dimensionamento da capacidade para o tempo mínimo considerado de 30 minutos. Ela não é uma perda física nem uma carga adicional e, por isso, não é somada ao consumo nesta estimativa de autonomia. Os tempos obtidos pressupõem o uso da energia nominal da bateria e deverão ser substituídos ou confirmados por ensaio.

5. Três cenários de consumo adotados

Como as correntes das cargas ainda são tratadas como estimativas neste dimensionamento, mantêm-se três cenários de operação para avaliar sua influência na demanda energética. A seleção da bateria de 1500 mAh altera a energia disponível; ela não altera automaticamente as correntes assumidas para motores e eletrônica.

Carga Baixo Nominal Conservador
Cada motor DC (6 V) 0,30 A 0,50 A 0,80 A
ESP32 + rádio (ESP-NOW) (3,3 V) 80 mA 120 mA 200 mA
Cada sensor ToF (2,8 V) 12 mA 19 mA 25 mA
Cada encoder (5 V) 5 mA 10 mA 20 mA
Driver ponte H — lógica (3,3 V) 1,1 mA 1,5 mA 2,2 mA
LEDs/indicadores (3,3 V) 10 mA 20 mA 40 mA
Monitor da bateria (7,4 V) 0,5 mA 1,0 mA 2,0 mA

Consumo do ESP32 e do rádio integrado

A carga ESP32 + rádio (ESP-NOW) representa o microcontrolador embarcado com seu rádio integrado em operação; não corresponde à soma de um ESP32 com um módulo de rádio externo.

Conforme o escopo da issue #130, a atualização da nomenclatura preserva as estimativas preliminares de 80 mA, 120 mA e 200 mA, bem como os cálculos derivados. Esses valores não constituem medições específicas do consumo com ESP-NOW e deverão ser revisados com dados do componente selecionado e ensaios no protótipo.

Interpretação dos cenários

Baixo: representa uma condição de operação leve.

Nominal: constitui a principal referência utilizada no Dimensionamento Atualizado v2.

Conservador: considera correntes superiores para reduzir o risco de subdimensionamento enquanto os componentes definitivos ainda não são conhecidos.

6. Cálculo energético por cenário

6.1 Cenário baixo

Componente V I total (A) t (s) E (J) E (Wh)
2 motores DC 6,0 0,600 1800 6480,00 1,8000
ESP32 + rádio (ESP-NOW) 3,3 0,080 1800 475,20 0,1320
3 sensores ToF 2,8 0,036 1800 181,44 0,0504
2 encoders 5,0 0,010 1800 90,00 0,0250
Driver ponte H — lógica 3,3 0,0011 1800 6,53 0,0018
LEDs/indicadores 3,3 0,010 1800 59,40 0,0165
Monitor da bateria 7,4 0,0005 1800 6,66 0,0019

Energia total:

\[ E_{\text{baixo}} \approx 7299,23\ J \]

ou:

\[ E_{\text{baixo}} \approx 2,028\ Wh \]

A potência média correspondente é:

\[ P_{\text{baixo}} \approx 4,06\ W \]

6.2 Cenário nominal

Componente V I total (A) t (s) E (J) E (Wh)
2 motores DC 6,0 1,000 1800 10800,00 3,0000
ESP32 + rádio (ESP-NOW) 3,3 0,120 1800 712,80 0,1980
3 sensores ToF 2,8 0,057 1800 287,28 0,0798
2 encoders 5,0 0,020 1800 180,00 0,0500
Driver ponte H — lógica 3,3 0,0015 1800 8,91 0,0025
LEDs/indicadores 3,3 0,020 1800 118,80 0,0330
Monitor da bateria 7,4 0,0010 1800 13,32 0,0037

Energia total:

\[ E_{\text{nominal}} \approx 12121,11\ J \]

ou:

\[ E_{\text{nominal}} \approx 3,367\ Wh \]

A potência média correspondente é:

\[ P_{\text{nominal}} \approx 6,73\ W \]

6.3 Cenário conservador

Componente V I total (A) t (s) E (J) E (Wh)
2 motores DC 6,0 1,600 1800 17280,00 4,8000
ESP32 + rádio (ESP-NOW) 3,3 0,200 1800 1188,00 0,3300
3 sensores ToF 2,8 0,075 1800 378,00 0,1050
2 encoders 5,0 0,040 1800 360,00 0,1000
Driver ponte H — lógica 3,3 0,0022 1800 13,07 0,0036
LEDs/indicadores 3,3 0,040 1800 237,60 0,0660
Monitor da bateria 7,4 0,0020 1800 26,64 0,0074

Energia total:

\[ E_{\text{conservador}} \approx 19483,31\ J \]

ou:

\[ E_{\text{conservador}} \approx 5,412\ Wh \]

A potência média correspondente é:

\[ P_{\text{conservador}} \approx 10,82\ W \]

No cenário nominal, os dois motores respondem por aproximadamente 89% da energia estimada.

Esse resultado demonstra que a escolha dos motores e, principalmente, a corrente real durante a navegação constituem as variáveis de maior impacto no dimensionamento definitivo do sistema de Energia.

7. Perdas e margem de engenharia

A energia calculada diretamente nas cargas não considera todas as perdas presentes no sistema de alimentação.

Entre essas perdas estão:

  • reguladores de tensão;
  • conversores DC-DC;
  • ponte H;
  • trilhas da PCB;
  • cabeamento;
  • conectores;
  • dispositivos de proteção.

Enquanto as perdas reais desses componentes não forem caracterizadas, o Dimensionamento Atualizado v2 mantém provisoriamente um acréscimo de 15% sobre a energia das cargas para representar as perdas do sistema.

Após essa correção, é aplicada uma margem adicional de engenharia de 30%, destinada a absorver as incertezas associadas aos componentes ainda não definidos.

Margens adotadas

Os valores de 15% para perdas e 30% para margem de engenharia são hipóteses desta etapa conceitual.

Eles deverão ser reavaliados no dimensionamento definitivo utilizando as eficiências reais dos conversores, do driver e dos demais componentes selecionados.

Cenário Energia nas cargas (Wh) Após +15% de perdas (Wh) Após +30% de margem (Wh)
Baixo 2,028 2,332 3,031
Nominal 3,367 3,872 5,034
Conservador 5,412 6,224 8,091

Para o cenário conservador:

\[ E_{\text{projeto}} \approx 8,091\ Wh \]

8. Conversão para capacidade da bateria LiPo 2S

Considerando uma bateria LiPo 2S com tensão nominal de:

\[ V_{\text{bat}} = 7,4\ V \]

a capacidade equivalente pode ser determinada por:

\[ C_{Ah} = \frac{E_{Wh}}{V_{\text{bat}}} \]

Para converter o resultado para miliampère-hora:

\[ C_{mAh} = 1000 \cdot C_{Ah} \]

Aplicando essa relação aos três cenários:

Cenário Energia de projeto (Wh) Capacidade equivalente em 7,4 V
Baixo 3,031 ≈ 410 mAh
Nominal 5,034 ≈ 680 mAh
Conservador 8,091 ≈ 1093 mAh

Resultado-chave

O cenário conservador resulta em uma capacidade mínima preliminar de aproximadamente 1093 mAh, já considerando as hipóteses de perdas e margem de engenharia.

Esse valor é a capacidade mínima estimada para a demanda adotada, não a capacidade da bateria selecionada. A Leão LB1500LP2 de 1500 mAh supera esse mínimo sob as hipóteses deste dimensionamento; a autonomia e a compatibilidade do conjunto deverão ser verificadas no protótipo.

9. Bateria selecionada e comparação com o dimensionamento

A bateria selecionada pela equipe é a Leão Modelismo LB1500LP2, LiPo 2S, 7,4 V, 1500 mAh e 30C. Essa seleção substitui a faixa de estudo e a referência intermediária utilizadas na versão anterior.

9.1 Características e origem dos dados

Parâmetro Valor adotado Origem / situação
Marca e modelo Leão Modelismo LB1500LP2 Identificação confirmada pela equipe; modelo também descrito na página comercial
Química LiPo Informado pela equipe e pela página comercial
Configuração 2S — duas células em série Informado pela equipe e pela página comercial
Tensão nominal 7,4 V Informado pela equipe e pela página comercial
Capacidade nominal 1500 mAh (1,5 Ah) Informado pela equipe e pela página comercial
Energia nominal 11,1 Wh Calculado: 7,4 V × 1,5 Ah
Classificação de descarga adotada 30C Informado pela equipe; não se adota a classificação de pico anunciada sem confirmação adicional
Corrente correspondente a 30C 45 A Calculado: 1,5 Ah × 30; valor associado à classificação declarada, não medido no projeto
Massa 75 g Informado pela equipe
Dimensões — comprimento × largura × altura 70 × 30 × 17 mm Informado pela equipe
Tensão máxima de carga de referência 8,4 V Referência geral para LiPo convencional 2S, a 4,2 V por célula; ver instruções técnicas da Traxxas
Conector principal T-Deans anunciado para o modelo Conferir o conector e a polaridade da unidade efetivamente utilizada
Conector de balanceamento Não confirmado Conferir na unidade utilizada
Carregador e corrente máxima de carga Não informados / não confirmados Identificar o equipamento e consultar a especificação aplicável à bateria
BMS ou proteção integrada Não confirmado Verificar na unidade e na documentação; não presumir sua presença

Rastreabilidade dos dados físicos

A página comercial consultada informa 70 g e 70 × 30 × 16 mm. Este documento adota os 75 g e 70 × 30 × 17 mm fornecidos pela equipe para a unidade do projeto. A diferença deve ser verificada na conferência dimensional e de massa; os valores informados pela equipe não são apresentados como dados de um datasheet oficial.

9.2 Comparação com a demanda de projeto

Cenário Energia de projeto para 30 min, com perdas e margem (Wh) Capacidade mínima estimada em 7,4 V Capacidade selecionada Energia nominal selecionada
Baixo 3,031 ≈ 410 mAh 1500 mAh 11,1 Wh
Nominal 5,034 ≈ 680 mAh 1500 mAh 11,1 Wh
Conservador 8,091 ≈ 1093 mAh 1500 mAh 11,1 Wh

A energia nominal da bateria selecionada corresponde a aproximadamente 1,37 vezes a energia de projeto do cenário conservador para 30 minutos:

\[ \frac{E_{\text{bat,nom}}}{E_{\text{projeto,conservador}}} \approx \frac{11,1}{8,091} \approx 1,37 \]

Essa comparação indica reserva energética no modelo adotado. Não comprova, isoladamente, a capacidade real, a integração mecânica, a atuação das proteções ou o atendimento em pista.

9.3 Autonomia teórica por cenário

Aplicando o modelo da seção 4.2, com 15% de acréscimo para perdas, sem tratar a margem de engenharia como consumo:

Cenário Potência média das cargas (W) Potência estimada na bateria, com +15% (W) Autonomia teórica com 11,1 Wh
Baixo 4,055 4,663 ≈ 142,8 min
Nominal 6,734 7,744 ≈ 86,0 min
Conservador 10,824 12,448 ≈ 53,5 min

Os cálculos usam os valores antes do arredondamento apresentado nas tabelas. Os três cenários superam teoricamente o tempo mínimo considerado de 30 minutos, mas utilizam a energia nominal integral e correntes estimadas. A autonomia real depende do consumo durante o percurso, da energia utilizável até o corte, da capacidade efetiva e das perdas reais.

9.4 Integração ao robô

A montagem deverá considerar a massa informada de 75 g, as dimensões de 70 × 30 × 17 mm, a fixação no chassi, o acesso aos conectores e o espaço necessário para os cabos. O encaixe e a distribuição de massa deverão ser conferidos no conjunto montado.

10. Capacidade energética e capacidade de fornecimento de corrente

Os cálculos anteriores verificam a energia estimada para o requisito de autonomia. A capacidade de fornecer corrente também precisa ser compatível com partidas, acelerações, frenagens, reversões e eventual travamento dos motores.

A corrente correspondente à classificação de descarga é calculada por:

\[ I_{\text{descarga,declarada}} = C_{Ah} \cdot C_{\text{rating}} \]

Para a bateria selecionada, com 1,5 Ah e 30C:

\[ I_{\text{descarga,declarada}} = 1,5 \cdot 30 = 45\ A \]

Os 45 A são um valor calculado a partir da capacidade nominal e da classificação de descarga informada. Não representam o consumo do robô nem uma corrente validada por ensaio no projeto. A corrente efetivamente solicitada depende das cargas e de suas condições de operação.

Não se adota neste dimensionamento uma corrente de pico de 60C: embora apareça em anúncios do modelo, sua duração e aplicabilidade à unidade utilizada não foram confirmadas.

Dimensionamento das proteções e do caminho de potência

Os 45 A não definem a corrente do fusível nem a corrente admissível da ponte H, dos fios, conectores ou trilhas. Cada elemento deverá ser dimensionado para a corrente de operação e os transitórios das cargas, respeitando os limites dos componentes efetivamente utilizados.

O C-rating mínimo exigido pelo robô deverá ser verificado a partir da corrente máxima solicitada à bateria, incluindo os cenários de partida e travamento dos motores e o consumo da eletrônica.

Validações pendentes

Confirmar as correntes de partida e stall dos motores e os limites dos reguladores, driver, conectores, condutores e trilhas. Esses dados são necessários para validar a compatibilidade da bateria selecionada e dimensionar o fusível e as demais proteções.

11. Arquitetura elétrica conceitual associada ao dimensionamento

Limite do dimensionamento e alimentação do gateway

O dimensionamento da bateria considera as cargas embarcadas no robô, incluindo o ESP32 emissor e seu rádio integrado para comunicação ESP-NOW.

O segundo ESP32, que atua como gateway receptor na bancada, é alimentado pela porta USB do computador e não integra a demanda da bateria do robô, conforme a arquitetura de comunicação do documento 4.4.

A arquitetura elétrica deverá separar a linha de potência destinada aos motores da alimentação utilizada pela eletrônica lógica e pelos sensores.

Essa separação tem como objetivo reduzir a propagação de:

  • picos de corrente;
  • ruído elétrico;
  • transitórios de comutação;
  • quedas temporárias de tensão;

para os circuitos mais sensíveis do robô.

A estrutura conceitual pode ser resumida da seguinte maneira:

Leão LB1500LP2 — LiPo 2S — 7,4 V — 1500 mAh
          │
          ▼
Conector polarizado
          │
          ▼
Chave geral
          │
          ▼
Fusível
          │
          ▼
Distribuição de potência
          │
          ├──► Barramento de potência ──► Ponte H ──► Motores
          │
          └──► Barramento regulado ──► ESP32 + sensores + encoders

11.1 Arquitetura geral do sistema de alimentação

O diagrama a seguir apresenta o caminho conceitual completo da energia no Micromouse.

A bateria selecionada Leão LB1500LP2, LiPo 2S de 7,4 V e 1500 mAh, alimenta inicialmente os dispositivos gerais de conexão, seccionamento e proteção:

  1. conector polarizado;
  2. chave geral;
  3. fusível.

Somente após essa etapa ocorre a distribuição da energia para os dois grandes grupos de cargas:

  • barramento de potência dos motores;
  • barramento regulado de lógica e sensoriamento.

Arquitetura conceitual detalhada do sistema de alimentação

Figura 1 — Arquitetura conceitual detalhada do sistema de alimentação do Micromouse.

Fonte: elaboração da equipe do projeto Micromouse UnB — Grupo 1 (2026).

Tensões indicadas no diagrama

Os níveis intermediários de 5 V e 3,3 V apresentados são conceituais nesta etapa.

A tensão nominal de 7,4 V da LiPo 2S é mantida. Para verificar a compatibilidade dos componentes ligados à bateria e dos reguladores, considerar também 8,4 V como tensão máxima de carga de referência da LiPo convencional 2S. Os níveis de 5 V e 3,3 V deverão ser confirmados com os componentes efetivamente utilizados.

11.2 Separação entre potência e lógica e imunidade a transitórios

Os motores representam a principal carga energética do sistema e apresentam comportamento elétrico altamente variável.

Durante eventos como:

partida → aceleração → frenagem → mudança de sentido → eventual travamento

podem ocorrer correntes significativamente superiores à corrente média de navegação.

Por esse motivo, a eletrônica lógica deverá utilizar uma alimentação regulada dedicada, enquanto os motores permanecem associados ao barramento de potência de corrente elevada e variável.

Separação conceitual entre alimentação lógica e cargas de potência

Figura 2 — Separação conceitual entre alimentação lógica regulada e cargas de potência.

Fonte: elaboração da equipe do projeto Micromouse UnB — Grupo 1 (2026).

Essa separação tem como objetivo reduzir a propagação dos transitórios produzidos pelos motores para o ESP32 e para os sensores.

No projeto definitivo deverão ser dimensionados:

  1. regulador dedicado para a eletrônica de controle;
  2. capacitores de desacoplamento próximos aos circuitos integrados;
  3. capacitor de maior capacidade próximo ao driver dos motores;
  4. caminhos separados para correntes de potência e lógica;
  5. retorno de corrente adequadamente organizado;
  6. trilhas, conectores e condutores compatíveis com a corrente máxima prevista.

O objetivo é manter a alimentação lógica dentro da tolerância estabelecida mesmo durante transitórios causados pelos motores.

11.3 Representação simplificada do fluxo de alimentação e controle

A representação seguinte sintetiza a arquitetura elétrica em dois ramos principais após a etapa de proteção geral.

No ramo de potência:

proteção → linha de potência → ponte H → motores

No ramo lógico:

proteção → linha de lógica → regulador DC-DC → ESP32, sensores e encoders

Fluxograma simplificado de alimentação e controle

Figura 3 — Fluxograma simplificado de alimentação, proteção e distribuição entre potência e lógica.

Fonte: elaboração da equipe do projeto Micromouse UnB — Grupo 1 (2026).

Na representação, o bloco Proteção Geral sintetiza os dispositivos de proteção e seccionamento localizados antes da divisão entre os barramentos.

Os valores definitivos de:

  • tensão;
  • corrente;
  • reguladores;
  • proteções;
  • condutores;

serão consolidados após a seleção dos dispositivos reais e a substituição das hipóteses desta versão por dados de datasheet e ensaios.

11.4 Monitoramento da bateria

A tensão da bateria Leão LB1500LP2 de 7,4 V nominais deverá ser monitorada pelo sistema embarcado. O circuito de medição deverá comportar a tensão máxima de carga de referência de 8,4 V, correspondente a uma LiPo convencional 2S, e respeitar o limite de entrada do ADC ou do circuito de monitoramento escolhido. Essa referência geral consta nas instruções técnicas da Traxxas; não substitui a documentação específica da unidade utilizada.

Entre as alternativas conceituais estão:

  • divisor resistivo conectado ao ADC do microcontrolador;
  • circuito integrado dedicado de monitoramento;
  • sensor combinado de tensão e corrente.

O sistema deverá disponibilizar ao firmware informações suficientes para:

  • medir a tensão da bateria;
  • registrar o tempo de funcionamento;
  • estimar o estado energético;
  • alimentar a telemetria;
  • identificar condição de subtensão;
  • comandar o desligamento da tração quando necessário.

O mecanismo definitivo deverá atender ao requisito de desativação da tração em menos de 200 ms após a identificação do limiar crítico de subtensão. A capacidade de 1500 mAh, isoladamente, não define esse limiar: seu valor e a atuação do corte deverão ser confirmados conforme a especificação aplicável e os testes do projeto. A presença de BMS ou proteção integrada à bateria permanece não confirmada.

12. Dados necessários para o dimensionamento definitivo

Com a bateria Leão LB1500LP2 selecionada, os dados conhecidos estão registrados na seção 9.1. Para consolidar o dimensionamento, ainda é necessário confirmar as características dos componentes utilizados e substituir as estimativas de consumo por dados de datasheets e medições.

A tabela abaixo relaciona as verificações que permanecem necessárias.

Item Informações necessárias
Motores DC — prioridade máxima Modelo exato, tensão nominal, corrente sem carga, corrente nominal sob carga, corrente de stall, RPM, relação de redução e torque.
Encoders Modelo ou identificação do encoder integrado, tensão de alimentação, tipo de saída e consumo.
Driver / ponte H Modelo, tensão VM, tensão lógica, corrente contínua por canal, corrente de pico, RDS(on) ou queda de tensão e limites térmicos.
Microcontrolador / placa Modelo exato da placa, incluindo a variante específica do ESP32 utilizada, e consumo do conjunto microcontrolador e rádio integrado durante a operação com ESP-NOW.
Sensores de distância Modelo, quantidade e identificação se são sensores isolados ou módulos/breakouts.
Outros sensores IMU, giroscópio, sensor de corrente/tensão ou qualquer sensor adicional.
Reguladores / conversores Modelo, tensão de entrada, tensão de saída, corrente máxima e curva de eficiência.
Bateria selecionada — Leão LB1500LP2 Já informados: LiPo 2S, 7,4 V, 1500 mAh, 30C, 75 g e 70 × 30 × 17 mm. Confirmar os dados da unidade, o conector e a polaridade, a corrente máxima de carga, o conector de balanceamento, a capacidade efetiva e a energia utilizável até o corte.
BMS / proteção Confirmar se há proteção integrada ou externa; se utilizada, identificar modelo, corrente máxima, limites de sobrecarga/subtensão e consumo próprio. Não presumir a existência de BMS.
Monitoramento da bateria Divisor resistivo, CI monitor, sensor de corrente/tensão ou arquitetura escolhida.
LEDs e buzzer Quantidade e corrente prevista de cada indicador ou atuador auxiliar.
Módulos adicionais Memória, cartão SD, conversores de nível, display ou qualquer carga adicional efetivamente instalada no robô. A arquitetura ESP-NOW adotada utiliza o rádio integrado do ESP32 e não prevê um módulo de rádio separado no robô.
Conectores e fiação Tipo de conector da bateria, bitola e comprimento aproximado dos condutores de potência.
Fusível Dimensionar e validar a partir das correntes das cargas e dos limites de motores, driver, conectores e condutores; não adotar os 45 A da classificação da bateria como valor do fusível.
Carregador e recarga Identificar o carregador, a corrente de carga permitida pela bateria e a configuração utilizada; medir o tempo real de recarga. Esses dados ainda não foram informados.

Ordem recomendada de definição dos componentes

A sequência abaixo representa a dependência técnica entre as definições dos componentes. Como a bateria já foi selecionada, sua compatibilidade deverá ser verificada à medida que os dados das cargas forem confirmados:

MOTORES
   ↓
DRIVER
   ↓
PLACA ESP32
   ↓
SENSORES
   ↓
REGULADORES
   ↓
VALIDAÇÃO DA BATERIA SELECIONADA

Os motores possuem prioridade porque representam a principal parcela do consumo e determinam parte significativa das exigências de corrente do restante do sistema.

13. Síntese do Dimensionamento Atualizado v2

Parâmetro Resultado / situação
Autonomia mínima considerada 30 min / 1800 s / 0,5 h
Bateria selecionada Leão Modelismo LB1500LP2 — LiPo 2S
Tensão nominal 7,4 V
Capacidade nominal 1500 mAh / 1,5 Ah
Energia nominal calculada da bateria 11,1 Wh
Classificação de descarga informada 30C
Corrente correspondente à classificação declarada 45 A, calculados; não são o consumo do robô nem o valor do fusível
Massa informada pela equipe 75 g
Dimensões informadas — comprimento × largura × altura 70 × 30 × 17 mm
Comunicação embarcada ESP-NOW pelo rádio integrado do ESP32; gateway alimentado por USB na bancada
Energia — cenário baixo para 30 min 2,028 Wh antes das margens
Energia — cenário nominal para 30 min 3,367 Wh antes das margens
Energia — cenário conservador para 30 min 5,412 Wh antes das margens
Hipótese de perdas +15%
Margem adicional de engenharia para dimensionamento +30% após as perdas
Energia conservadora de projeto para 30 min ≈ 8,091 Wh
Capacidade mínima estimada no cenário conservador ≈ 1093 mAh
Relação entre energia nominal disponível e demanda conservadora de projeto ≈ 1,37 vezes
Autonomia teórica nominal ≈ 86,0 min, com +15% para perdas e uso da energia nominal integral
Autonomia teórica no cenário conservador ≈ 53,5 min, nas mesmas hipóteses
Principais validações pendentes Consumo real, energia utilizável, autonomia, correntes transitórias, proteções, conexões e integração mecânica

14. Conclusão

Esta revisão registra a seleção da bateria Leão Modelismo LB1500LP2, LiPo 2S, 7,4 V, 1500 mAh e 30C, com energia nominal calculada de 11,1 Wh, massa informada de 75 g e dimensões informadas de 70 × 30 × 17 mm. Também alinha a comunicação embarcada à arquitetura ESP-NOW com gateway USB na bancada, cujo consumo não integra a bateria do robô.

Mantendo as hipóteses de consumo, o acréscimo de 15% para perdas e a margem de engenharia de 30%, a necessidade energética conservadora para 30 minutos passa a ser de aproximadamente 8,091 Wh, equivalente a uma capacidade mínima de 1093 mAh em 7,4 V.

A bateria selecionada possui capacidade superior a esse mínimo e energia nominal correspondente a aproximadamente 1,37 vezes a demanda conservadora de projeto. No modelo de autonomia, com 15% de acréscimo para perdas e utilização da energia nominal integral, obtêm-se cerca de 86,0 minutos no cenário nominal e 53,5 minutos no cenário conservador.

Esses resultados indicam atendimento teórico ao requisito de autonomia nas condições modeladas. A autonomia real e a compatibilidade elétrica e mecânica ainda deverão ser confirmadas no protótipo; a seleção da bateria não transforma as estimativas de consumo em medições.

A classificação informada de 30C corresponde ao cálculo de 45 A, mas não substitui a verificação das correntes das cargas nem define os limites do driver, fios, conectores, trilhas ou fusível.

Para consolidar o dimensionamento, deverão ser verificados:

  • consumo real do conjunto e autonomia até o limiar de corte adotado;
  • capacidade efetiva e energia utilizável da bateria;
  • correntes de partida e stall dos motores;
  • limites e perdas dos reguladores e do driver;
  • conectores, polaridade, condutores e trilhas;
  • fusível e proteções contra sobrecorrente e subtensão;
  • presença ou ausência de BMS ou proteção integrada;
  • fixação, espaço disponível e distribuição de massa no chassi;
  • carregador, corrente de carga permitida e tempo real de recarga.

O documento passa, portanto, a avaliar uma bateria selecionada, mantendo explícitas as hipóteses e as validações que ainda faltam para o dimensionamento definitivo.

15. Referências e origem dos dados