Diseño y desarrollo de una batería de alto voltaje para un vehículo de competencia tipo Formula ...

145 Pages·2017·5.99 MB·Spanish

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
SEDE CUENCA

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA AUTOMOTRIZ

Trabajo de titulación previo a la obtención del título de Ingeniero
Mecánico Automotriz

PROYECTO TÉCNICO:

“DISEÑO Y DESARROLLO DE UNA BATERÍA DE ALTO VOLTAJE PARA
UN VEHÍCULO DE COMPETENCIA TIPO FORMULA SAE ELÉCTRICO”

AUTORES:

SANTIAGO RIGOBERTO CHUQUIMARCA TANDAZO
KEVIN MARTIN SUIN UYAGUARI

TUTOR:
ING. ROBERTO SACOTO MOLINA

Cuenca, noviembre del 2017

I
GESTION DE DERECHOS DE AUTOR

Nosotros, Chuquimarca Tandazo Santiago Rigoberto con documento de identificación
N°1104196181 y Suin Uyaguari Kevin Martin con documento de identificación N°
0104834486 manifestamos nuestra voluntad y cedemos a la Universidad Politécnica
Salesiana la titularidad sobre los derechos patrimoniales en virtud de que somos
autores del Trabajo de Titulación: “DISEÑO Y DESARROLLO DE UNA
BATERÍA DE ALTO VOLTAJE PARA UN VEHÍCULO DE COMPETENCIA
TIPO FORMULA SAE ELÉCTRICO”, mismo que ha sido desarrollado para optar
por el título de Ingeniero Mecánico Automotriz, en la Universidad Politécnica
Salesiana, quedando la Universidad facultada para ejercer plenamente los derechos
cedidos anteriormente.

En aplicación a lo determinado en la Ley de Propiedad Intelectual, en nuestra
condición de autores nos reservamos los derechos morales de la obra antes citada. En
concordancia, suscribimos este documento en el momento que hacemos la entrega del
trabajo final en formato impreso y digital a la Biblioteca de la Universidad Politécnica
Salesiana.

Cuenca, noviembre del 2017.

______________________________ ____________________________
Santiago Rigoberto Chuquimarca Kevin Martin Suin Uyaguari
Tandazo

1104196181 0104834486

II
CERTIFICACIÓN
Yo declaro que bajo mi tutoría fue desarrollado el Trabajo de Titulación: “DISEÑO
Y DESARROLLO DE UNA BATERÍA DE ALTO VOLTAJE PARA UN
VEHÍCULO DE COMPETENCIA TIPO FORMULA SAE ELÉCTRICO”,
realizado por los autores Chuquimarca Tandazo Santiago Rigoberto y Suin Uyaguari
Kevin Martin, obteniendo el Proyecto Técnico que cumple con todos los requisitos
estipulados por la Universidad Politécnica Salesiana.

Cuenca, noviembre del 2017.

______________________
Ing. Roberto Sacoto Molina
C.I. 0104143292

III
DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD

Nosotros, Chuquimarca Tandazo Santiago Rigoberto con documento de identificación
N° 1104196181 y Suin Uyaguari Kevin Martin con documento de identificación N°
0104834486, autores del Trabajo de Titulación: “DISEÑO Y DESARROLLO DE
UNA BATERÍA DE ALTO VOLTAJE PARA UN VEHÍCULO DE
COMPETENCIA TIPO FORMULA SAE ELÉCTRICO”, certificamos que el
total contenido de esta investigación es de nuestra responsabilidad y autoría.

Cuenca, noviembre del 2017.

______________________________ ____________________________
Santiago Rigoberto Chuquimarca Kevin Martin Suin Uyaguari
Tandazo

C.I. 1104196181 C.I. 0104834486

IV
DEDICATORIA

Este proyecto técnico va dedicado
especialmente a mis queridos
padres, a quienes admiro
inmensamente pues han sido los
pilares fundamentales en mi vida que
me han ayudado y dado fortaleza
para cumplir mis metas.

De igual manera a mis hermanos por
estar siempre pendientes de mí, por
sus consejos y por ayudarme a
enmendar mis errores para crecer
como persona

Santiago Chuquimarca

V
DEDICATORIA

Dedico este trabajo a mis padres, en
quienes me he guiado y motivado en
pro de ser mejor cada día.
Igualmente, a mis hermanos por
estar constantemente a mi lado.
A mis abuelos quienes siempre me
han aconsejado.
A toda mi familia y amigos que
desinteresadamente me han
apoyado.

Kevin Martin Suin

VI
AGRADECIMIENTO

Agradezco infinitamente a mis padres y familia que siempre
me aconsejaron en los buenos y malos momentos de mi vida
y me ayudaron a superar cada obstáculo.
Un agradecimiento especial para las autoridades de la
Universidad Politécnica Salesiana por su apoyo incondicional
al equipo y por permitirme ser parte de un gran proyecto como
lo es Formula SAE.
A mis amigos del equipo UPS Racing Team sin los cuales
hubiera sido imposible sacar adelante el proyecto Formula
SAE, en especial a mis amigos de la parte eléctrica Kevin
Suin y Cristian Luna.
Al Msc. Jonatan Pozo quién nos llamó a formar parte del
equipo UPS Racing Team y dedicó su tiempo a impartirnos
sus conocimientos para culminar con éxito nuestra etapa
universitaria.
Finalmente, al Ing. Roberto Sacoto quién compartió con
nosotros sus conocimientos académicos y experiencias para
servirnos de guía durante el desarrollo de este proyecto.
Gracias por su apoyo incondicional brindado en los dos años
de trabajo en el equipo UPS Racing Team.

Santiago Chuquimarca

VII
AGRADECIMIENTO

Agradezco a Dios por poner como guías a mis padres, a
quienes guardo una gran gratitud por estar en todo momento
corrigiéndome y brindándome su apoyo incondicional que y
por quienes hoy he alcanzado un logro más.
A mis hermanos Martin y Margarita, ya que son parte
fundamental en mi vida, a más de haber estado conmigo en
todo momento.
A mis amigos quienes formaron parte del equipo UPS Racing
Team, especialmente a Santiago Chuquimarca y Cristian
Luna con quienes compartimos conocimientos, experiencias
y anécdotas únicas durante el desarrollo del proyecto.
Un sincero agradecimiento a las autoridades de la
Universidad Politécnica Salesiana, en especial al Msc.
Jonatan Pozo, quien formó al equipo UPS Racing Team y
brindó su tiempo, incluso en horario extracurricular para
compartir su conocimiento y apoyarnos en cada momento del
desarrollo del proyecto formula SAE.
Además, al Ing. Roberto Sacoto quien fue parte fundamental
en el desarrollo del proyecto formula SAE, ya que impartió
sus conocimientos y experiencias.

Kevin Martin Suin

VIII
RESUMEN

En el presente proyecto se plantea el diseño y desarrollo de la batería de alto voltaje
para el vehículo Fórmula SAE de la Universidad Politécnica Salesiana, con el
propósito de participar en la competencia Formula Student en Silverstone Inglaterra
en el año 2017. Para el desarrollo del presente proyecto inicialmente se parte con una
revisión del estado del arte del diseño de baterías de vehículo eléctricos tipo fórmula
SAE. Se revisarán las siguientes fuentes de información: libros, artículos científicos,
tesis, foros, etc. El diseño y los componentes seleccionados cumplen con lo estipulado
en el reglamento FSAE 2017-2018.
A continuación, se realizará un cálculo para determinar el voltaje y capacidad
energética de la batería. Ambos valores de calculan en función de las prestaciones del
motor y de su desempeño en la pista. Se emplea un software para simular el
comportamiento del vehículo en la pista de endurance de Silverstone. Posteriormente,
se determina el tipo de celdas a emplear y su composición química. Acorde a la celda
escogida se determina su cantidad, su configuración y su disposición en el interior de
la batería.
Asimismo, se procede a seleccionar los elementos que forman parte de la sección de
control del acumulador, tales como: BMS, AIR´s, fusibles, etc. Habiendo seleccionado
todos los componentes se diseña y prueba una estructura de acero a prueba de impactos
con ayuda del programa de diseño Solidworks. De esta manera, con todos los
elementos que conforman la batería seleccionados se procede a su integración para
formar primero los módulos y luego ensamblar los mismos en la estructura de acero
con la sección de control.
Con el diseño completo se procede a su construcción partiendo por el ensamble de los
circuitos del BMS para completar primero los cinco módulos. Luego, se procede a
construir y cubrir con aislamiento eléctrico la estructura para acoplar en la misma los
módulos y las conexiones de bajo y alto voltaje. Por último, se coloca y sujeta los
elementos de la sección de control con su cableado de bajo voltaje en función de los
diagramas eléctricos desarrollados anteriormente.
Finalmente se presentarán los resultados obtenidos, las conclusiones y
recomendaciones para futuras investigaciones que permitan mejorar el desempeño del
vehículo Formula SAE de la Universidad Politécnica Salesiana.

IX
ABSTRACT

In the present project the design and development of the high-voltage battery for the
Formula SAE vehicle of the Salesian Polytechnic University is proposed, with the
purpose of participating in the Formula Student competition in Silverstone England in
2017. This project was initially started with a review of the state of the art design of
electric vehicle battery type formula SAE. The following sources of information will
be reviewed: books, scientific articles, theses, forums, etc. The design and components
selected comply with the requirements of the FSAE 2017-2018 regulation.
Next, a calculation will be made to determine the voltage and power capacity of the
battery. Both values are calculated based on the performance of the engine and its
performance on the track. Software is used to simulate the behavior of the vehicle on
the Silverstone endurance track. Subsequently, the type of cells to be used and their
chemical composition are determined. According to the selected cell, its quantity, its
configuration and its arrangement inside the battery are determined.
Also, the elements that are part of the control section of the accumulator are selected,
such as: BMS, AIR's, fuses, etc. Having selected all components, an impact-resistant
steel structure is designed and tested with the help of the Solidworks design program.
In this way, with all the elements that make up the selected battery, it is integrated to
form the modules first and then assemble them into the steel structure with the control
section.
With the complete design it is proceeded to its construction starting from the assembly
of the circuits of the BMS to complete first the five modules. Then, it is proceeded to
build and cover with electrical insulation the structure to couple in the same the
modules and the connections of low and high voltage. Finally, the elements of the
control section are placed and held with their low voltage wiring according to the
previously developed electrical diagrams.
Finally, the results obtained, the conclusions and recommendations will be presented
for future research to improve the performance of the Formula SAE vehicle of the
Salesian Polytechnic University.

X