I detta avsnitt redogörs analys över projektarbetets forskningsfråga samt projektmål. Sedan har projektarbetets värde analyserats.
6.1. Forskningsfråga
”Hur kan en 2-polig DC-kontaktor konstrueras om till en 1-polig DC-kontaktor tillämpbar inom EV-charging?”
Projektarbetets forskningsfråga utgår från att en 2-polig DC-kontaktor ska konstrueras om till en 1-polig sådan som är tillämpbar inom EV-charging. I projektarbetet har en befintlig 2-polig DC- kontaktor utvecklad av ABB använts som utgångspunkt (se figur 19). Denna kontaktor är en elektromagnetisk kontaktor uppbyggd i tre sektioner: bottendel, mellandel och toppdel. I dessa sektioner finns bland annat komponenter som kontakter, släckpaket, fjädrar, huvudkontaktssystem och kontaktbrygga. Kontaktorn är klassad för 1500 V och kan maximalt leda 1500 A.
I ett DC-laddningssystem för EV-charging finns tre delsystem: DC-laddare, fordonskoppling och elfordon (IEC, 2014). Kontaktorer i ett sådant system ska vid start av laddning säkerställa isolation av ström för att göra laddningen säker. För att det ska vara möjligt behöver varje pol i laddningssystemet kunna manövreras var för sig, därmed behövs två enskilt styrda 1-poliga kontaktorer i ett sådant system (Karlén, 2020).
För att konstruera om en 2-polig DC-kontaktor till en 1-polig sådan som är tillämpbar för EV- charging så kan kontaktorn konstrueras likt det slutgiltiga konceptet (se figur 20). Det har kunnat anses vara ett bra helhetsunderlag i samråd med uppdragsgivaren till projektarbetet. Tillvägagångsättet för att besvara forskningsfrågan har haft sitt utgångsläge i att ta reda på förutsättningar för tillämpning inom EV-charging. Utgångsläget har även innefattat att redogöra förutsättningar hos befintlig 2-polig DC-kontaktor nämnd tidigare i detta avsnitt. Utifrån insikter gällande EV-charging och förståelse av den befintliga produkten har det kunnat konstateras att en ny 1-polig kontaktor kan likt den befintliga produkten bestå av motsvarande komponenter och byggas på motsvarande sätt i tre sektioner: bottendel, mellandel och toppdel. Baserat på det har konceptet kunnat efterliknat befintlig produkt till så stor grad att den kan bedömas passa in i samma produktfamilj. Motsvarande mekaniska lösningar som hos befintlig produkt har kunnat användas bortsett från en ny lösning för placering av släckpaket och anpassning för 1-polighet. Som en konsekvens av anpassningen har konceptet i jämförelse med befintlig produkt ett minskat
antal komponenter, exempelvis genom att använda hälften så många kontaktskenor och kontaktbläck. Detta är fördelaktigt för tillämpning inom EV-charging då konceptet kan ta mindre plats i laddningssystemet. Konceptet har också konstruerats så att ledningsförmågan har ökat till 3000 A och att tidigare brytförmåga hos befintlig kontaktor bibehålls. Det innebär att konceptet har samma klassning på 1500 V. Detta kan anses vara en central del i konceptet då konsekvensen av det blir en anpassning för laddning av tyngre fordon, samt att fordon kan laddas med högre effekt och snabbare hastighet. Ett ytterligare skäl till att konceptet har kunnat konstrueras för att vara tillämpbar för EV-charging är att det bedöms kunna uppfylla det som Karlén (2020) hävdat gällande att två 1-poliga kontaktorer måste kunna styras var för sig för att säkerställa isolation och därmed säker laddning. Slutligen, utgör konceptet ett förslag till svar på forskningsfrågan. Uppskattningsvis finns det andra tillvägagångsätt för att lösa problemet. I detta projektarbete har befintlig produkt påverkat riktningen sådan att resultatet är anpassat utifrån uppdragsgivarens behov.
6.2. Projektmål
Nedan följer analys om varje projektmål var för sig, med varje projektmål skrivet i kursivt.
”Kostnadseffektivisera ny produkt i jämförelse med befintlig produkt genom att minska kostnaden för material samt montage med 17 %.”
Som konstaterat med kostnadsbedömningen har resultat kunnat uppnå 9,2 %. Målet på 17 % kan dock uppnås med mindre modifieringar av konceptet. Förslag på modifieringar ges i avsnitt 7.2. Rekommendationer. Anledningen till att ändringar av konstruktionen bör utföras är för att göra konceptet lönsamt, då 9,2 % i kostnadseffektivisering inte är tillräckligt. I det här fallet innebär resultatet på 9,2 % inte ett stort misslyckande. Detta på grund av den stora sannolikheten att en kostnadseffektivisering på 17 % kan nås. Dessutom kan en ännu högre procenthalt uppnås då kostnadskrävande komponenter bedöms kunna optimeras mer än vad som krävs för målet.
”Målvärden för mått hos ny produkt:
o 150 mm i bredd o 300 mm i höjd o 340 mm i längd”
Målvärdena har överskridits men konceptets storlek har bedömts att kunna minskas. Det blir dock svårt att uppnå samtliga målvärden. På grund av att inte alla målvärden kan uppnås så blir produkten i sin helhet större än vad kravspecifikationen fastställde. Däremot orsakar det inte att produkten i sin helhet blir olönsam, då andra optimeringar av produktens komponenter kan genomföras.
”Öka ledningsförmågan i den nya lösningen så att kontaktorn med endast en pol kan leda 3000 A, samtidigt som tidigare brytförmåga hos befintlig produkt bibehålls.”
Konceptet har bedömts kunna leda 3000 A och bibehålla tidigare brytförmåga hos befintlig produkt. Alltså kan strömmen på 3000 A brytas vid 1500 V. Som konsekvens av detta blir konceptet anpassat för laddning av tyngre fordon, samt att fordon kan laddas med högre effekt och snabbare hastighet. Det kan leda till möjligheten att fler människor väljer elfordon.
”Konceptet ska återanvända så många komponenter som möjligt från befintlig produkt. Det som eftersträvas är en återanvändning på 50 % eller mer.”
Resultatet hamnade på 60 % i återanvändning av komponenter. Det har den direkta konsekvensen att färre verktyg behöver tas fram för att tillverka komponenter. Dessutom kan trovärdigheten hos konceptet anses vara högre vid återanvändning av befintliga komponenter. Det för att dessa används redan i praktiken och har genomgått olika former av test. Den ökade trovärdigheten bidrar till bedömningen av att konceptet är teoretiskt fungerande.
”Konceptet ska uppnå en procenthalt på 100 % motsvarande befintlig produkts monteringsvänlighet och tillverkningsanpassning. Det innebär att för montörer ska konceptets komponenter vara lika effektiva att montera ihop som befintlig produkt. Dessutom ska komponenterna vara lika effektiva att tillverka. En högre procenthalt är dock eftersträvansvärd för att göra nytt koncept mer effektivt”
Konceptet har konstruerats utifrån tankesätten DFM och DFA. Konceptet har uppnått en procenthalt på 100 % motsvarande befintlig produkts monteringsvänlighet Detta bland annat baserat på att konceptet följer samma monteringsordning som befintlig produkt med enkel placering av komponenter. En högre procenthalt var eftersträvansvärd för att göra konceptet mer effektivt. Det återstår i framtida arbete att avgöra om det är möjligt att uppnå genom testning av att montera ihop prototyp. Procenthalten för tillverkningsanpassning har dock inte kunnat definieras. På grund av det kan trovärdigheten i konceptet minskas, men genom framtida detaljutveckling av komponenter kan målet på 100 % i tillverkningsanpassning med stor sannolikhet uppnås. Detta får konsekvensen att trovärdigheten med 100 % monteringsvänlighet förstärks och även trovärdigheten hos konceptets funktionalitet.
6.3. Projektarbetets värde
Projektarbetet har kunnat bidra med en lösning för placering av släckpaket som är under en pågående patentansökan. Denna lösning bidrar till bedömningen av att konceptet fungerar ur ett teoretiskt perspektiv. Att lösningen har en pågående patentansökan indikerar också på hur bra konceptet är genom att det har kunnat anses vara en konkurrenskraftig lösning. På grund av detta skapas det ett ekonomiskt värde då konceptet blir mer lönsamt för uppdragsgivaren. Utöver det kan ett vetenskapligt värde skapas genom att lösningen bidrar med en ny idé till ingenjörskonsten. Med det koncept som har tagits fram har även en möjlighet skapats till att kunna ladda tyngre fordon och att fler fordon kan laddas med en högre effekt och högre hastighet. Hur pass mycket högre effekt och hastighet kan inte specificeras i skrivande stund men möjligheten till detta kan i sin tur bidra till att fler människor väljer elfordon för att enkelt och effektivt kunna transporteras utan hinder. Vid en sådan utökning av elfordon i trafiken bidrar konceptet även till megatrenden elektrifiering och dess utveckling framåt. Detta är betydelsefullt för övergången från förbränning av klimathotande fossila bränslen till användning av förnybara källor som svarar på det växande energibehovet. Konceptets bidrag till utvecklingen av megatrenden elektrifiering är även betydelsefullt för uppdragsgivarens utvecklingsarbete inom arbetsområdena elektrifiering och hållbar utveckling. Detta samtidigt som det är gynnsamt ur ett samhällsperspektiv i dessa områden. Projektarbetets värde i sin helhet kan sammanfattas till att det koncept som tagits fram för en 1-polig DC-kontaktor tillämpbar inom EV-charging kan bidra till en mer hållbar framtid i takt med ett växande energibehov, där fler människor väljer förnybara källor genom att transporteras med elfordon.
7. DISKUSSION
I detta avsnitt redogörs de slutsatser som kunnat dras av projektarbetet. Slutligen ges rekommendationer för vidare arbete.
7.1. SLUTSATSER
Detta examensarbete har varit ett projektarbete som har kunnat uppnå dess syfte genom att resultera i ett teoretiskt fungerande koncept för en 1-polig DC-kontaktor tillämpbar inom EV- charging. Med hjälp av konceptet, som har kunnat anses vara ett bra helhetsunderlag i samråd med uppdragsgivare, så kan utvecklingen av kontaktorn drivas framåt mot industrialisering. Detta trots att inte alla projektmål har kunnat uppfyllas. Projektarbetet har kunnat resultera i ett ekonomiskt värde och ett vetenskapligt värde genom pågående patentansökan av en lösning som har bidragit till att konceptet fungerar. Dessutom har projektarbetets koncept kunnat skapa en möjlighet till att kunna ladda tyngre fordon och ladda fler fordon med högre effekt och högre hastighet. Utifrån det har konceptet bidragit till megatrenden elektrifiering. Slutligen, projektarbetets värde kan i sin helhet sammanfattas till att konceptet har kunnat bidra till en mer hållbar framtid i takt med ett växande energibehov, där fler människor väljer förnybara källor genom att transporteras med elfordon.
7.2. REKOMMENDATIONER
De rekommendationer som kan ges för framtida arbete och fortsatt utveckling av konceptet avser främst olika förändringar av konstruktionen. Efter att dessa genomförts rekommenderas det även att utföra en ny kostnadsbedömning och FMEA för att få en uppdaterad och aktuell version av kostnaden samt risker med konceptet. Sedan bör en prototyp tas fram för att verifiera att konstruktionen fungerar i olika typer av test, exempelvis hållfasthet och ledningsförmåga. Det för att kunna garantera att framtida produkt uppfyller alla funktionskrav.
För att enkelt och effektivt uppnå målet på 17 % i kostnadseffektivisering så rekommenderas det att minska storlekarna på fötter och kontaktbläck, men övriga komponenter bör också optimeras för ytterligare effektivisering. Det kan anses vara fördelaktigt att minska konceptets storlek i allmänhet för att kunna komma närmare målen på storleken och för att göra konstruktionen kostnadseffektivare. Konkreta exempel på komponenter som rekommenderas att utvärdera och eventuellt konstruera om är bland annat som tidigare nämnt fötter och kontaktbläck. Övriga komponenter som kan optimeras är kontaktskenor och övriga kontakter. Fötterna kan konstrueras så att de efterliknar fötterna på befintlig produkt genom att de tar utrymme längs med kontaktorns längd istället för dess bredd. Det är bättre i syfte av att förhålla sig till målvärdena. Det bör även utvärderas om dessa kan göras ännu mindre med en ny konstruktion. Kontaktbläck behöver ingen förändrad konstruktion utan dessa bör endast minskas i storlek för att minimera materialåtgång. Detta gäller även kontaktskenor och övriga kontakter. Gällande förändringar av konstruktionen så rekommenderas det även att i detaljutveckling optimera konceptets helhet utifrån DFM och DFA för en bättre anpassning för tillverkning och på så vis säkerställa monteringsvänligheten. Det rekommenderas att undersöka hur hög effekt och hur hög hastighet olika typer av fordon kan laddas med hjälp av konceptet i ett laddningssystem. Detta för att kunna skapa en teoretisk förståelse för hur stor inverkan konceptet kan få i att fler elfordon används. Förslagsvis kan undersökningen genomföras genom att dels beräkna det teoretiskt men också genom att testa det i verkligheten med prototyp för att få en mer trovärdig bild. Hur undersökningen ska tillämpas mer konkret än så återstår att beslutas.
KÄLLFÖRTECKNING
Österlin, K., 2016. Design i fokus: varför ser saker ut som de gör?. 4:a red. Stockholm: Liber. ABB media relations, 2020. ABB news. [Online]
Available at: https://new.abb.com/news/detail/55577/abb-and-volvo-to-electrify-gothenburgs- city-streets
[Använd 26 03 2020].
ABB, 2017. ABB showcases range of EV charging solutions. [Online]
Available at: https://new.abb.com/news/detail/48187/abb-showcases-range-of-ev-charging- solutions
[Använd 14 05 2020].
ABB, u.d. Banbrytande teknik för renare och mer hållbar energi. [Online] Available at: https://new.abb.com/se/om-abb/hallbar-utveckling
[Använd 02 03 2020].
Andersson, L., 2002. Elkrafthandboken: Elkraftsystem 1. 2:a red. Stockholm: Liber.
Björklund, M. & Paulsson, U., 2012. Seminarieboken: att skriva, presentera och opponera. 2:a red. Lund: Studentlitteratur.
c3controls.com, 2018. c3controls.com. [Online]
Available at: https://www.c3controls.com/wp-content/uploads/2018/09/c3_Industrial-Control- Basics-Part-1-Contactors-1.pdf
[Använd 21 02 2020].
Cao, Y. o.a., 2017. Research on the dynamic behavior of the arc between contacts of DC contactor. International Conference on Electric Power Equipment - Switching Technolgy
(ICEPE-ST), Issue 4th, pp. pp. 204-208.
DNV GL, 2019. Energy Transition Outlook 2019 Executive Summary, u.o.: u.n. Dschool Stanford, 2020. Dschool stanford. [Online]
Available at: https://dschool.stanford.edu/resources/the-bootcamp-bootleg [Använd 31 01 2020].
electgo.com, 2019. CONTACTORS | ALL YOU NEED TO KNOW ABOUT CONTACTORS. [Online]
Available at: https://www.electgo.com/what-is-contactor/ [Använd 21 02 2020].
Electronics Notes, 2020. https://www.electronics-notes.com. [Online]
Available at: https://www.electronics-notes.com/articles/basic_concepts/current/alternating- direct-current-ac-dc-electricity.php
[Använd 05 03 2020].
Fang, S., Chen, Y. & Yang, Y., 2020. Optimization design and energy-saving control strategy of high power dc contactor. Electrical Power and Energy Systems.
Gibilisco, S., 2001. Teach yourself electricity and electronics. Third edition red. New York: Mcgraw-Hill.
Gibilisco, S., 2013. Beginner's Guide to Reading Schematics. Third edition red. Blacklick: McGraw-Hill publishing.
Hallin, A. & Karrbom Gustavsson, T., 2015. Projektledning. 2:a red. Stockholm: Liber. IDEO.org, 2015. The Field Guide to Human-Centered Design. 1st red. San Fransisco: Design Kit.
IDEO, 2008. https://designthinking.ideo.com. [Online]
Available at: https://designthinking.ideo.com/blog/what-does-design-thinking-feel-like [Använd 05 03 2020].
IDEO, 2020. Design thinking ideo. [Online] Available at: https://designthinking.ideo.com [Använd 31 01 2020].
IEC, 2012. IEC 60947-4-1: Low-voltage switchgear and controlgear - Part 4-1: Contactors
and motor-starters - Electromechanical contactors and motor-starters, Genève: IEC.
IEC, 2014. IEC 61851-23: Electric vehicle conductive charging system - Part 23: DC electric
vehicle charging station, Genève: IEC.
Jerome Kirk, M. L. M., 1986. Reliablity and Validity in Qualitative Research. 1st red. Newbury Park: SAGE Publications, INC..
Jinil, H., Jongyoon, P. & Kyungsik, L., 2017. Optimal Scheduling for Electric Vehicle Charging. Energies, 10(933), pp. 1-15.
Johansson, E., Johansson, G., Andersson, A. & Johansson, M., 2018. Breaking Performance of a Novel DC Contactor Concept. IEEE Holm Conference on Electrical Contacts, pp. 483-487. Karlén, D., 2020. Genomgång av befintlig produkt [Intervju] (28 01 2020).
Larsson, T., Larsson, A. & Volvo Construction Equipment, 2015. NEEDFINDING. [Online] Available at: https://www.productdevelopment.se/?p=5923
[Använd 03 02 2020].
Masson-Delmotte, V. o.a., 2018. IPCC, 2018: Summary for Policymakers, u.o.: IPCC. Michaels, P., 2017. 5 Components to Design Thinking by Stanford d. School. [Online] Available at: https://medium.com/@philmichaels/5-components-to-design-thinking-by- stanford-d-school-48dd111bbbe5
Peiwen, H. & Alireza, K., 2017. Comprehensive Analyses and Comparison of 1 kW Isolated DC–DC Converters for Bidirectional EV Charging Systems. IEEE TRANSACTIONS ON
PTC, 2020. ptc.com. [Online]
Available at: https://www.ptc.com/en/products/cad/creo [Använd 04 03 2020].
Saravanan, R., 2016. Basic Electrical Engineering. [Online]
Available at: https://www.basicelectricalengineering.com/2016/03/explain-electrical- contactor.html
[Använd 06 03 2020].
SEK Svensk Elstandard, 2011. STD-3334946: CENELEC standard voltages, Stockholm: Swedish Institute for Standards.
SSG, 2019. SSG: Bli inspirerad: Vad är en ljusbåge?. [Online]
Available at: https://www.ssg.se/bli-inspirerad/nyhet/vad-ar-en-ljusbage/ [Använd 23 03 2020].
Ullman, D. G., 2010. The Mechanical Design Process. Boston: McGraw-Hil.
Ulrich, K. T. & Eppinger, S. D., 2014. Produktutveckling: konstruktion och design. 1:a upplagan red. Lund: Studentlitteratur.
Will, C. & Schuller, A., 2016. Understanding user acceptance factors of electric vehicle smart.
Transportation Research Part C, Volym 71, pp. 198-214.
Wypych, G., 2017. 5 - MICROSCOPIC MECHANISMS OF DAMAGE CAUSED BY DEGRADANTS. i: Atlas of Material Damage. 2nd red. Toronto: ChemTec Publishing, pp. 113-305.
Yoshida, K., Sawa, K., Suzuki, K. & Takaya, K., 2017. Influence of sealed gas and its pressure on arc discharge in electromagnetic contactor. 2017 IEEE Holm Conference on Electrial
BILAGOR
Kravspecifikation (Bilaga A)
Denna bilaga har blivit borttagen på grund av sekretesskäl.
Kostnadsbedömning (Bilaga D)
Denna bilaga har blivit borttagen på grund av sekretesskäl.