High Voltage Accumulator System for a Formula Student Vehicle

Abstract

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on dokumentoida Metropolia Motorsport Formula Engineering -tiimin akkujärjestelmän hyväksyntä- ja kehitysprosessi tiimin HPF023-ajoneuvolle.

Opinnäytetyössä esitellään kirjoittajan alkuperäinen suunnitelma HPF023-ajoneuvon energiavarastosta. Työssä käydään läpi ajoneuvon turvajärjestelmät, alumiinimoduulin suunnittelu, komposiittilaatikon suunnittelu sekä CFD-optimoitu ilmajäähdytys. Lisäksi kuvataan materiaalit ja valmistusprosessit, joita on käytetty korkeajänniteakkujärjestelmän valmistuksessa sekä siihen liittyvät testausmenetelmät ennen akun käyttöönottoa HPF023-ajoneuvossa.

Akun katsastuksen läpäisemiseksi Formula Student -kilpailuissa akkujärjestelmän suunnittelu on tehtävä kilpailun sääntöjen mukaisesti. Nämä säännöt ovat pohja turvallisen järjestelmän luomiselle. Alustava hyväksyntä osallistumiselle FS-kilpailuihin on saatava sähköjärjestelmän lomakkeen ja rakenteellisen vastaavuustaulukon avulla.

HPF023-akku rakennettiin dokumentin mukaisesti, se läpäisi alustavan hyväksynnän kaavakkeet sekä Formula Student Germany 2023 -kilpailun akkukatsastuksen. Sitä voidaan myös käyttää kaudella 2024 FS-kilpailuissa, joissa lisää testejä ja validointia voidaan suorittaa seuraavien FS-ajoneuvojen akkujärjestelmien optimoimiseksi.

Metropolia Motorsport Formula Engineering -tiimille syntyi suunnittelu- ja valmistusohje. Opinnäytetyötä käytetään opetustarkoituksiin ja seuraava akkujärjestelmä suunnitellaan käyttäen sitä suunnittelun pohjana.

The objective of this thesis is to document the approval and development process of Metropolia Motorsport Formula Engineering team’s high voltage accumulator system for their HPF023 vehicle.

The thesis will detail the author's original design of the HPF023 vehicle's battery system. It will cover design aspects such as the safety systems, aluminium module, composite container, and CFD optimized air-cooling. Additionally, it will go through the materials and manufacturing processes used in the producing of the battery system, along with the testing procedures conducted before the accumulator is commissioned to the HPF023 vehicle.

To pass the accumulator scrutineering in the Formula Student competitions, the team needs to design the battery system in accordance with the Formula Student rules. These rules provide a solid foundation for manufacturing a safe system. Preliminary acceptance to participate in the Formula Student competitions requires approval from the Electrical System Form and Structural Equivalency Spreadsheet.

The HPF023 accumulator was built in accordance with the document, it passed the preliminary acceptance forms and the accumulator scrutineering in the Formula Student Germany 2023 -event. It can also be used for the season 2024 of Formula Student, where further testing and validation can be carried out to learn and optimize the overall accumulator system of the future vehicles.

The goal of producing the design and manufacturing guide for Metropolia Motorsport Formula Engineering team was successful. This thesis will be used for educational purposes and the next accumulator system will be designed using it as a reference guide.