Virranjakomoduulin suunnittelu ja toteutus

Abstract

Tässä insinöörityössä suunniteltiin ja toteutettiin virranjakomoduuli autosähköjärjestelmään. Virranjakomoduuli toimii ajoneuvon sähköpääkeskuksena ja korvaa auton perinteiset releet ja sulakkeet puolijohdetekniikalla. Saavutettavat hyödyt ovat yksinkertaisempi sähköjärjestelmä, pieni koko, painonsäästö, helppo ja nopea asennus sekä älytekniikan hyödyt. Työhön liittyi myös laitteen käyttöön tarvittavan Windows-ohjelman tekeminen. Tämän insinöörityön tavoitteena on taloudellisesti kannattava, autosähköympäristöön soveltuva laite, joka on parempi kuin perinteisillä sulakkeilla ja releillä toteutettu sähköjärjestelmä.

Työssä tutustutaan ensin lyhyesti autosähköhistoriaan ja tärkeimpiin autosähköjärjestelmän laitteisiin. Tämän jälkeen otetaan laajempi katsaus häiriöihin ja erilaisiin kuormiin. Selvitetään minkälaisia ongelmia erilaiset kuormat aiheuttavat elektroniselle laitteelle. Kuormien aiheuttamat häiriöt todennetaan mittaamalla. Tämän jälkeen käydään läpi virranjakomoduulin toimintaperiaate ja suunnitteluperusteet. Tätä seuraa virranjakomoduulin sähköisen toteutuksen läpikäyminen siihen liittyvien komponenttien kautta. Tämän insinöörityön päätteeksi virranjakomoduulia verrattiin perinteisillä releillä ja sulakkeilla toteutettuun sähköjärjestelmään. Virranjakomoduuli todettiin teknisesti ylivertaiseksi kaikilla osa-alueilla. Kustannuslaskelmat osoittivat, että virranjakomoduulin valmistaminen on taloudellisesti kannattavaa. Tämä insinöörityö todettiin onnistuneeksi.

Virranjakomoduuli otetaan testikäyttöön ja sen kehitystä jatketaan tulevaisuudessa. Suunnitelmissa on perustaa oma yritys ja myydä virranjakomoduulia pientuotantona. Laite hinnoitellaan kilpailukykyiseksi ja suunnataan autoharrastajille, joille markkinoilla olevat kilpailukäyttöön suunnatut virranjakomoduulit ovat liian kalliita.

The goal of this study work was to design and fabricate power distribution module that is commercially viable and technically superior compared to traditional fuses and relays. The power distribution module is intended for 12 V automobile environment and it replaces traditional fuses and relays with semiconductor technology. Power distribution module brings benefits of weight reduction, small physical size, easy and fast installation and smart technology. Program code for the microcontroller and Windows-software is not included in this thesis work because of commercial reasons.

This thesis will first introduce the reader briefly to automotive electrical history and basics of automotive electrical system. This is followed by a deeper look at automotive electrical disturbances and different loads in automotive environment. Problems with different loads will be analyzed with measurements. Basic functionality of power distribution module will be explained to the reader. Development and electrical design will be studied in detail along with all of the components and circuitry.

Power distribution module was compared to automotive electric system with traditional relays and fuses. Through measurements and tests it was possible to prove that power distribution module is technically superior compared to old relay and fuse technology that dates from the 1940s.

Based on material and labour costs this thesis work is commercially viable. I plan to start small business and start selling the power distribution module. Target customers are hobbyists who can´t afford expensive commercial power distribution modules intended for automotive motorsport.