Klimatförändringar och effekterna av global uppvärmning är ett växande problem i världen och anses vara en av vår tids största utmaningar. Idag står Sveriges inrikes transporter av en tredjedel av landets totala växthusgasutsläpp och är i hög grad beroende av fossila drivmedel. För att eftersträva ett hållbart energisystem har politikerna satt upp ett mål om en fossilfri fordonsflotta år 2030. För att uppnå detta mål behöver koldioxidintensiva energikällor gradvis ersättas med renare alternativ. Där har bland andra elfordon och bränslecellsfordon potential att vara nycklar i en sådan teknisk omvandling. Dock finns det många barriärer för att implementera vätgas som drivmedel, däribland de finansiella riskerna kring den stora investeringen i samband med upprättandet av produktion och infrastruktur. Syftet med rapporten har varit att studera om, och på vilket sätt, vätgasdrivna bränslecellsfordon kan bidra till en teknisk omvandling av den svenska transportsektorn. Den ekonomiska ägandekostnaden för fyra utvalda fordonsapplikationer; gaffeltruckar, bussar, distributionsfordon och båtar har studerats för att undersöka vilka som har störst potential att bidra till de vätgasdrivna bränslecellsfordonens genomslag ur ett marknadsmässigt och ekonomiskt perspektiv. Varje fordonsapplikation har jämförts med sina respektive konventionella och/eller miljöanpassade motsvarigheter genom beräkningsmodellen Total Cost of Ownership. Vidare har applicerandet av ett systemperspektiv, med de teoretiska ramverken Multi-Level Perspective (MLP) och Strategic Niche Management (SNM) i fokus, varit värdefullt för förståelsen av vätgasens och bränslecellsfordonens roll i kontexten av ett sociotekniskt system och för att identifiera hur marknadsintroduktionen och diffusionen av dessa ska ske på ett hållbart sätt. Resultaten i denna studie visar på att initiala satsningar på småskaliga projekt inom vätgasdrivna fordonsapplikationer så som gaffeltruckar, bussar, distributionsfordon och båtar har potential att fungera som en katalysator för en framtida introduktion av vätgasdrivna bränslecellsfordon. Sådana projekt skulle inte omedelbart leda till en avsevärd reduktion av koldioxidutsläpp utan snarare hjälpa att bryta barriärerna och underlätta för en framtida marknadsintroduktion av vätgasdrivna bränslecellsfordon i Sverige. Ur ett större perspektiv skulle utvecklingen av vätgasdrivna bränslecellsfordon även uppmuntra till en spridning av andra miljöanpassade alternativ, vilket ytterligare driver fram den tekniska omvandlingen genom positiva feedback-loopar. Då en teknisk omvandling av den svenska transportsektorn kräver en kombination av flera drivmedel och tekniker bör vätgasdrivna bränslecellsfordon betraktas som ett komplement till andra miljöanpassade alternativ, inte en konkurrent. Vidare tyder resultaten på att vätgasdrivna bränslecellstruckar (gaffeltruckar) och bränslecellsbussar kan bli de första applikationerna som introduceras i Sverige via småskaliga implementationsprojekt fram till år 2030 och därefter kommersialiseras. Dessa applikationer har de ekonomiska förutsättningarna som krävs och det finns i dagsläget tydliga drivkrafter och aktörer som verkar för deras utveckling i Sverige. Distributionsfordon med vätgasdrivna räckviddsförlängare finns i Europa och kan, givet att Bonus-malus systemet introduceras, bli ekonomiskt försvarbara i Sverige. Inom båt-applikationen anses pendelfärjor vara lämpliga för enstaka projekt som kan gynna diffusionen av vätgasdrivna bränslecellsfordon, medan deras verkliga genomslag tros bortom 2030. Däremot kan dynamiska effekter i det sociotekniska systemet påskynda utvecklingen applikationerna emellan. Vidare har styrmedel och samordning av infrastruktur och andra strategiska samarbeten identifieras som de viktigaste lösningarna för att få igenom småskaliga implementationsprojekt på kort sikt, och större strukturella förändringar i det svenska transportsystemet på lång sikt. Det bör belysas att nya alternativ så som vätgas och bränslecellsfordon ofta genomgår en långsam marknadsutveckling. Det är därför väsentligt att skapa rimliga förväntningar då det krävs stora förändringar inom infrastrukturen och transportmönster samt betydande teknikutveckling för att dessa ska nå marknadsmässig mognad.

Fuel Cell Hybrid Electric vehicles are hybrid vehicles that consist of both fuel cells and batteries as energy conversion systems. The Energy Management System plays an important role in the operation of the fuel cell hybrid system, as it helps in reducing the hydrogen consumption of the system. This study investigates an optimal control algorithm with an aim to reduce the hydrogen consumption of the fuel cell system for five different drive cycles operating in Europe. Model Predictive Control(MPC) is used to solve the optimal control problem, by formalizing a look ahead controller, utilizing its receding horizon approach. The optimal controller analysis is compared with a conventional rule-based controller, by analysing the hybrid system over various battery and fuel cell sizes, on the basis of the overall hydrogen consumption. Firstly, a simplified system model is developed, by modelling the fuel cell system with respect to the efficiency curve of the hydrogen power and fuel cell power. The battery system model with its State of Charge(SOC) is coupled with the fuel cell model to form an objective function satisfying the power demand from the drive cycles. The MPC controller and the rule-based controller are implemented in MATLAB and the powersplit analysis is simulated for all five routes. The results show that the energy management system with the MPC controller optimizes the powertrain configuration efficiently, with preparing for the uphill or downhill, such that the battery SOC stays in its limits and the fuel cell operates in the most efficient range. This ensures operating over different types of drive cycles with the most efficient battery and fuel cell size, hence concluding with the MPC controller outperforming the rule-based one. / Fuel Cell Hybrid Electric Vehicle (FCHEV) är hybridfordon som består av både bränsleceller och batterier som energiomvandlingssystem. Energy ManagementSystem (EMS) spelar en viktig roll i driften av bränslecellshybridsystemet, eftersom det hjälper till att minska systemets vätgasförbrukning. Denna studie undersöker en optimal styralgoritm framtagen i syfte att minska syfte att minska vätgasförbrukningen i bränslecellssystemet. Algoritmen testas på fem olika körcykler, baserade på verkliga Europeiska vägsträckor. Model Predictive Controller (MPC) används för att lösa det optimala styrproblemet, genom att formalisera en framåtblickskontroller med hjälp av dess vikande horisont. Den optimala kontroller jämförs med en konventionell regelbaserad kontroller, genom att analysera hybridsystemet över olika batteri- och bränslecellstorlekar, baserat på den totala väteförbrukningen. Först utvecklas en förenklad systemmodell, som modellerar bränslecellssystemet med avseende på effektivitetskurvan för vätgaskraften och bränslecellseffekten. Batterisystemmodellen med dess State of Charge (SOC) är kopplad till bränslecellsmodellen för att bilda en målfunktion som tillfredsställer kraftbehovet från drivcyklerna. MPC-styrningen och den regelbaserade styrningen är implementerade i matlab och effektdelningsanalysen simuleras för alla fem rutterna. Resultaten visar att energihanteringssystemet medMPC-styrningen optimerar drivlinans konfiguration effektivt, med förberedelser för uppförsbacke eller nedförsbacke, så att batteriets SOC håller sig inom sina gränser och bränslecellen arbetar i mest optimala räckvidden. Detta säkerställer drift över olika typer av körcykler med den mest effektiva batteri- och bränslecellsstorleken, och avslutar därför med att MPC-styrenheten överträffar den regelbaserade.