Diseño estructural por medio del método del elemento finito de una estructura del banco de baterías para un vehículo eléctrico

Abstract

RESUMEN: El banco de baterías de un vehículo eléctrico es el dispositivo encargado de almacenar energía para alimentar el motor eléctrico del automóvil, cuenta con un controlador que asegura la cantidad de energía producida y la que consume el automóvil. Se necesita una estructura que soporte y proteja el banco de baterías, debido a que es de gran importancia evitar un daño directo a las baterías, o un accidente a los ocupantes del vehículo, además de garantizar el suministro de energía que demanda el vehículo para seguir funcionando. En el presente trabajo de tesis, se propone el diseño de una estructura ligera y resistente, capaz de soportar las cargas de un banco de baterías de un vehículo eléctrico. Dicha estructura se instalará en el chasis del vehículo, y estará localizada entre los largueros y el travesaño trasero del mismo. Es importante destacar que la estructura no debe afectar las características mecánicas de los componentes del chasis en caso de una colisión, por lo que se realizaron análisis estructurales estáticos y dinámicos para garantizar su resistencia y funcionamiento. Se realizó el análisis estructural empleando el método del elemento finito, mediante simulaciones estática y dinámica de impacto trasero, Se desarrollaron estudios basados en simulación mediante el programa de análisis estructural ANSYS Workbench ®, debido a que es una de las mejores plataformas de simulación mecánica, permitiendo el diseño, análisis y simulación de elementos mecánicos por medio del método del elemento finito. El desarrollo del presente trabajo se realizó en colaboración con la compañía 3D Business & Solutions SA de CV, quienes proporcionaron un vehículo Dodge Neón, para adaptarle el banco de baterías. Se tomó el chasis del Neón como base del vehículo eléctrico del proyecto. Las dimensiones para el diseño de la estructura que da soporte al banco de baterías se tomaron con respecto a dicho automóvil el cual se desarmó en el Tecnológico de Estudios Superiores de Chalco. Los resultados obtenidos en el presente trabajo mostraron un esfuerzo máximo en la estructura de 24.53 MPa, este resultado es inferior con respecto al esfuerzo de fluencia del acero estructural A-36 de 250 MPa, obteniendo un factor de seguridad de 10.19, con este resultado se garantiza que la estructura resistirá las cargas del banco de baterías. El peso total obtenido del banco de baterías y estructura es de 596 kg. ABSTRACT: The power bank for an electric vehicle is the device that stores energy, which is used to power the car's electric motor, has a controller to ensure the amount of energy produced and that consumed by the car. A structure is needed to support and protect the power bank, because it is of great importance to avoid direct damage to the batteries, or an accident to the occupants of the vehicle, in addition to guaranteeing the power supply so that the vehicle can keep functioning. In the present research work, the design of a light and strengthen structure is proposed, capable of supporting the charges of a power bank of an electric vehicle, that structure will be installed in the chassis of the vehicle, and will be located between the stringers and the rear crossbar of the same, it is important that the structure does not affect the mechanical characteristics of the components of the chassis in case of a collision, so static and dynamic structural analyzes were performed to ensure its strength and operation. The structural analysis was carried out using the finite element method, by means of static and dynamic simulations of rear impact. Simulation-based studies were developed through the structural analysis program ANSYS Workbench ®, because it is the best mechanical simulation platform, allowing the design, analysis and simulation of mechanical elements by means of the finite element method. The development of this work was carried out in collaboration with the company 3D Business & Solutions SA de CV, who provided a Dodge Neon vehicle, to adapt the battery bank. The Neon chassis was taken as the basis of the project's electric vehicle. The dimensions for the design of the structure that supports the power bank were taken with respect to that car which was disarmed at the Technological of Higher Studies of Chalco. The results obtained in the present work showed a maximum stress in the structure of 24.53 MPa, this result is lower with respect to the yield stress of the structural steel A-36 of 250 MPa, obtaining a safety factor of 10.19, with this result guarantees that the structure will strength the charges of the battery bank. The total weight obtained from the power bank and structure is 596 kg.