Summary
In this master thesis can be read how the process of designing a lithium ion battery shipping container has been accomplished. To provide additional guidance and structure to the process, a design method was applied, which ensures the quality of the result. The methodology that was used is the one from Ullman and during this report the various phases of the design process were carried out.
The result of the master thesis is a shipping container that will be used by MAN Truck & Bus AG (MTB), that has supported the work that was required to complete the design process. The resulting design will be used to transport a lithium ion battery with a weight of 250 kg intended for the implementation of hybrid technology in various commercial vehicles produced by MTB. The goal of hybridization of these commercial vehicles is to reduce the fuel consumption.
The special nature of lithium ion batteries complicates the design process, because they are identified as class 9 dangerous goods. Several authorities have created recommendations and standards regarding the transport of lithium ion batteries. These were created due to the fact that lithium ion batteries can pose a threat to the transport safety, since they are able to self ignite when damaged.
In this report the various legal requirements are examined and translated into requirements that can be used for the design process. Apart from these requirements, more requirements are collected by analyzing the MTB standards and the current processes for conventional goods. Combining this gives all the requirements which a shipping container has to meet. By examining the various legal norms two different situations were identified, one for the transport of normal batteries and one for the transport of batteries which are identified as defective by manufacturers due to safety concerns. Both situations, the transport of non-critical and non-critical batteries, require different levels of protection.
In the design process a balance has to be found between the legal requirements, the efficiency of the solution for the transportation process and the minimization of the total costs. Although the legal requirements have to be met, the challenge is to create a design in which a balance is found between the operational costs and the initial costs, which consist from the design costs and the purchasing costs.
Two different designs are created, one for the transport of non-critical batteries and one for the transport of critical batteries. Both are realized in such a way that they reduce the total
xiv Summary
costs over the implementation period of the shipping container. For each design three different concepts are made, each of which takes a different approach to reduce the total costs. After evaluation of the concepts two designs can be recommended for future use. For the transport of the non-critical batteries is recommended to adapt an existing modular load container in such a way that it suitable for the transport of the lithium ion batteries. For the transport of critical batteries two standard wooden containers are used, which are placed inside each other with a layer of thermal insulation material between them for additional protection.
An analysis shows that both designs meet the requirement which were set for them. Both designs meet the criteria set for safety, process optimization and the reduction of total costs. Also it is shown that the recommended concept offers the lowest total costs.
Finally, the recommended designs are documented and prepared in such a way that it can be finalized in order to ultimately be produced and implemented in production. This also shows that some work still has to be completed before lithium ion batteries can be used in mass produced vehicles.
Samenvatting
In deze masterthesis is het proces van de totstandkoming van een ontwerp van een container specifiek voor het transport van lithium ion batterijen beschreven. Gekozen is om het on-twerpproces aan de hand van de methode van Ullman te doorlopen. Dit verslag toont hoe de verschillende fasen van het Ullman ontwerp proces worden doorlopen om zo tot een ontwerp te komen.
Voor de uitvoering van de masterthesis is samengewerkt met MAN Truck & Bus AG. De 250 kilogram wegende batterij zal worden gebruikt voor de hybridisatie van verschillende voertuigen, waarmee medio 2018 word gestart. Implementering van hybride technologie word gedaan om deze voortuigen om het brandstofverbruik van deze voertuigen te reduceren. Wat het ontwerpproces compliceert zijn de speciale eigenschappen van lithium ion batterijen. Deze batterijen zijn geclassificeerd als klasse 9 gevaarlijke goederen en voor het transportpro-ces moeten aan specifieke standaards worden voldaan. Deze standaards zijn gecreëerd omdat beschadigde lithium ion batterijen mogelijk uit zichzelf kunnen ontvlammen.
Gedurende het verslag zijn de verschillende wettelijke standaarden betreft het transport van lithium ion batterijen geïdentificeerd, en de huidige kennis en processen bij MTB geanalyseerd. Door deze verschillende aspecten te combineren met de interne normen kunnen de criteria worden gedefinieerd waaraan het ontwerp moet voldoen.
Twee verschillende transport situaties zijn geïdentificeerd, een voor het transport voor nor-male batterijen en een voor het transport van kritische batterijen welke zijn geclassificeerd als gevaarlijk. Beide situaties vereisen verschillende beschermingsmaatregelen zodat het trans-port veilig blijft.
In het ontwerpproces staat de balans tussen de wettelijke verplichtingen, een efficiënt proces en de kosten centraal. Hoewel aan de wettelijke standaarden moet worden voldaan, de uitdaging is om tot een ontwerp te komen welke resulteert in een efficiënt proces waarvan de initiële kosten laag blijven.
Twee verschillende ontwerpen zijn voorgedragen, een voor het transport van niet-kritische batterijen en een voor het transport van kritische batterijen, welke beide in zo een manier zijn gecreëerd dat ze gefocust zijn de minimalisering van de totale kosten. De totale kosten bestaan uit de ontwikkel kosten, de aanschaf kosten en de gebruikskosten. Elk voorgedragen concept probeert op een andere manier deze totale som te reduceren en moet aan de wettelijke verplichtingen voldoen.
xvi Samenvatting
Voor het transport van normale batterijen is gekozen om een bestaande modulaire container aan te passen voor het transport van lithium ion batterijen. Om beschadigde batterijen te transporteren worden twee houten containers gebruikt, welke in elkaar worden geplaatst met een laag warmte isolatie materiaal ertussen voor extra bescherming.
Analyse toont aan dat beide ontwerpen aan de voorgeschreven eisen voldoen op het gebied van veiligheid, proces optimalisatie en totale kosten. Tussen de drie concepten voor beide situaties bieden de gekozen concepten de meeste voordelen en ook de laagste totale kosten. Tot slot zijn de gekozen ontwerpen gedocumenteerd zodat het mogelijk is om in een later stadium het ontwerp te finaliseren en te implementeren in het productie proces. Uiteindelijk is het hoofddoel van de masterthesis volbracht.
