Diseño de unas baterías de alto voltaje para un coche de FSAE

Abstract

Según evoluciona la tecnlogía de la movilidad eléctrica, la Formula SAE (Society of Automotive Engineers) decidió incluir una division de coches eléctricos en concordancia con la industria.

El almacenaje de energía constituye el problema más importante de los coches eléctricos, problema que presenta dos elementos principals; el peso y la seguridad. El Segundo aspect deberá ser tratado en este tipo de competición de forma meticulosa ya que la normative es extensa y estricta. Pot ello todo el diseño debe hacere teniendo en cuenta el F-SAE 2020 rulebook. El trabajo se divide en dos partes:

Diseño Eléctrico: Esta parte incluye el esquema eléctrico, la selección de la química y todos los elementos de seguridad con sus características para que el acumulador sea seguro y se desactive en caso de que hubiese algún incidente con cualquier subsistema si el coche se encuentra encendido. La configuración elegida debe aportar el voltaje necesario para el inversor y la energía necesaria para acabar la endurance sin problemas. El lap time simulator (Matlab) simula el comportamiento del coche a lo largo de una vuelta de la endurance generando las curvas de intensidad, torque, acceleración y velocidad. También calcula la energía total consumida. Estos resultados se obtienen mediante una serie de parámetros eléctricos y mecánicos como las características del motor, la transmisión, las ruedas o la aerodinámica.

Diseño mecánico: Cuando la configuración está clara y todos los elementos del acumulador han sido escogidos, se diseña un modelo 3D del acumulador con todos los componentes en el que se puede comprobar gran parte de la normativa. El acumulador y los enganches deben de ser lo suficientemente robustos para resistir cualquier percance en carrera. En este caso el acumulador será fabricado en Kevlar y el diseño debe ser comprobado en ANSYS. Para comprobar que las simulaciones son correctas, se realizarán varias con distinta malla para comprobar que efectivamente los resultados coinciden. Todas las simulaciones tendrán que presentarse ante los scrutineers el día de la competición junto a los reports de los tests y dos muestras de Kevlar.

As the electric vehicle technologies are evolving and developing, the Formula-SAE (Society of Automotive Engineers) decided to include an EV (Electric Vehicle) division accordingly. The energy storage constitutes the main issue for electric cars nowadays, presenting two main challenges: Weight efficiency and safety. The second issue should be taken care of with great interest as for an F-SAE car, the safety inspections are not a minor issue Therefore every decision taken for the design of the accumulator must respect the F-SAE 2020 rulebook. The diploma work is divided into three main parts:

Electric design: This part includes the electric scheme, the selection of the chemistry of the cells and safety elements, and their characteristics to provide a safe accumulator that deactivates in case of any problem. Also, the configuration of the chosen cells in order to meet the requirements of the motor and provide enough energy to finish the endurance. The lap time simulator (LTS) represents one lap of the car around a circuit generating information about the intensity, torque, velocity, acceleration, and energy consumed.

Mechanical design: Once the configuration is clear and all the elements are chosen, a 3D model of the accumulator and its components will be designed. This will improve the distribution of the components inside and confirm that the design does not have any mistakes before the fabrication.

Simulations: The accumulator should also pass a mechanical scrutineering, which is a term to describe race car inspections run by scrutineers to check that they are safe to use. In the case of steel or aluminum dimensions are provided by the organizers. Other materials such as fibers can be used providing enough proof that they are robust enough. The simulations will be carried out with ANSYS and the results should be presented to the scrutineers.