Modular design of a power dispenser

Abstract

The popularity of electric vehicles is on the rise, with 20% of total vehicle sales being electric vehicles in 2024. This rise in their popularity also impacts electric vehicle charging as the number of public chargers has doubled since 2022. The increase in demand increases the number of customers who have different requirements for these chargers. This drives manufacturers to adapt their offering to fulfil these requirements. Also, the rapid development in technology and standardisation drives changes in the products, which further increases the need for it to be able to adapt. This variety in requirements and the development of the industry encourage the implementation of a modular architecture, which enables the incorporation of changes in a cost-effective manner.

In this thesis, it was observed how the case company’s electric vehicle charger could be modularised. As a part of this modularisation effort, 3 things were studied. First, the case product was adapted to the partitioning types found in literature. After that, the standardisation possibilities of components in other products were observed. Finally, the benefits and drawbacks of modularisation in the research case were recognised.

In the literature review, the definition of modularity, in addition to its general benefits and drawbacks, was studied. Also, the terminology surrounding modularity and product development was included. Modular design processes found in the literature were listed, as well as the tools that can be used in the implementation of these processes. The standardisation and the technologies used in electric vehicle charging were also studied.

The case product was studied using CAD models and documentation. An engineer working on the product’s project was questioned to fill any gaps in the information. The documentation contained the requirements and an earlier modularisation effort conducted on the product. The modularity implemented in this thesis was to reflect the current requirements more accurately and try different approaches using the partitioning types.

In the constructive part of this research, the partitioning types were implemented on a level sufficient to show the effects on the design. From these effects, the optimal solution for the case product was found. Also, various possibilities for standardisation were recognised. The modularisation of the case product was found to be beneficial, with the only clear drawback being the development costs.

Sähköautojen suosio on kasvussa ja tilastojen mukaan vuonna 2024 myydyistä autoista 20% oli sähköautoja. Tämä suosion kasvu vaikuttaa myös sähköautojen latausratkaisujen kysyntään, mikä näkyy julkisten latureiden määrän kaksinkertaistumisena vuoteen 2022 verrattuna. Latureiden kysynnän lisääntyminen lisää asiakkaiden määrää, joilla kaikilla on omat vaatimukset latureille. Tämä ajaa valmistajia mukauttamaan tuotetarjontaa näiden asiakasvaatimusten vastaamiseksi. Lisäksi teknologian ja standardisoinnin nopea kehittyminen johtaa muutoksiin tuotteissa, mikä entisestään lisää tarvetta mukautuvalle tuotteelle. Tämä vaihtelu tuotevaatimuksissa ja kehitys teollisuudessa rohkaisee modulaarisen arkkitehtuurin toteuttamista, mikä mahdollistaa muutosten toteuttamisen tuotteessa kustannustehokkaasti.

Diplomityössä tarkasteltiin, kuinka kohdeyrityksen sähköauton laturi voidaan modularisoida. Osana modularisointia kolmea asiaa tutkittiin. Ensimmäiseksi tuotetta sovitettiin kirjallisuudesta löytyneisiin jakotapoihin. Sen jälkeen standardisointimahdollisuuksia toisiin tuotteisiin tarkasteltiin. Viimeisenä tunnistettiin moduloinnin hyödyt ja haitat tutkimuskohteen tapauksessa.

Kirjallisuuskatsauksessa modulaarisuuden määritelmä, sekä sen yleisiä hyötyjä ja haittoja tutkittiin. Sen lisäksi käsitteistöä modulaarisuuden ja tuotekehityksen ympärillä sisällytettiin katsaukseen. Kirjallisuudesta löytyneitä modulaarisia suunnitteluprosesseja listattiin, sekä työkaluja, joita näiden prosessien toteuttamiseen voidaan hyödyntää. Sähköautojen latausteknologiaa ja standardisointia tutkittiin myös.

Tutkimuskohdetta tutkittiin hyödyntäen CAD-malleja ja dokumentaatiota. Tietoihin jääviä aukkoja täytettiin tuoteprojektin insinöörin avustuksella. Tutkimuskohteen dokumentaatio sisälsi tuotteen vaatimukset sekä aiemmin toteutetun modulaarisen arkkitehtuurin. Tässä diplomityössä toteutettavan arkkitehtuurin on tarkoitus vastata paremmin nykyisiä vaatimuksia sekä kokeilla eri lähestymistapoja eri jakotapojen avulla.

Tutkimuksen konstruktiivisessa osiossa jakotapojen mukaiset arkkitehtuurit toteutettiin. Arkkitehtuurien luomiseen käytettiin sopivaa abstraktiota, jotta jakotapojen vaikutukset tuotteen rakenteeseen saatiin selville. Näiden vaikutusten avulla optimaalinen ratkaisu löydettiin. Lisäksi useita standardisoitavia komponentteja tunnistettiin. Tutkimuskohteen modulointi todettiin kokonaisuudessaan hyödylliseksi. Ainoaksi haitaksi modularisointiin todettiin kehityskustannukset.