Elektrifieringen av bilflottan sker i rasande takt. Även andra samhällssektorers efterfrågan på el väntas öka drastiskt under kommande decennier, vilket i kombination med en växande andel intermittenta energikällor trappar upp påfrestningarna på elnätet och ställer krav på anpassningar. En föreslagen dellösning till kraftsystemets kommande utmaningar är att utnyttja efterfrågeflexibiliteten i laddande elbilar genom att en aggregator styr ett stort antal elbilsladdare och säljer den sammanlagda kapaciteten på till exempel Svenska kraftnäts stödtjänstmarknader.  För att avgöra hur mycket flexibilitet som elbilsladdning kan bidra med behöver aggregatorn upprätta prognoser över hur mycket effekt som mest sannolikt finns tillgänglig vid en viss tidpunkt – en punktprognos – men också en uppskattning av vilken effektnivå man kan vara nästan säker på att utfallet överstiger – en kvantilprognos. I den här studien har en undersökning gjorts av hur prognosfelet förändras om gruppen av aggregerade elbilsladdare ökas, och hur mycket en aggregator på så sätt kan sänka sina marginaler vid försäljning av efterfrågeflexibiliteten för att med säkerhet kunna uppfylla sitt bud. Det gjordes genom att kvantifiera flexibiliteten för 1 000 destinationsladdare belägna vid huvudsakligen arbetsplatser, och genom att skala upp och ner datamängden genom slumpmässiga urval. För dessa grupper gjordes sedan probabilistiska prognoser av flexibiliteten med en rullande medelvärdes- och en ARIMA-modell. Utifrån prognoserna simulerades slutligen potentiella intäkter om aggregatorn skulle använda den flexibla kapaciteten för uppreglering till stödtjänsten FCR-D upp, vilket är en frekvensreserv som aktiveras vid störningar av nätfrekvensen.  Resultaten visar att en tiodubbling av antalet aggregerade elbilsladdare mer än halverar det relativa prognosfelet. De båda prognosmodellerna visade sig ha jämförbar precision, vilket talar för att använda sig av den rullande medelvärdesmetoden på grund av dess lägre komplexitet. Den ökade säkerheten i prognosen resulterade dessutom i högre intäkter per laddare.  De genomsnittliga intäkterna av att leverera flexibilitet från 1 000 aggregerade elbilsladdare till FCR-D uppgick till 6 900 kr per månad, eller 0,8 kr per session – siffror som troligen hade varit högre utan coronapandemins ökade hemarbete. En 99-procentig konfidensgrad för kvantilprognosen resulterade i en säkerhetsmarginal med varierande storlek, som i genomsnitt var runt 90 procent för 100 laddpunkter, 60 procent för 1 000 laddpunkter samt 30 procent för 10 000 laddpunkter. Mest flexibilitet fanns tillgänglig under vardagsförmiddagar då ungefär 600 kW fanns tillgängligt som mest för 1 000 laddpunkter.  Att döma av tio års nätfrekvensdata är den sammanlagda sannolikheten för att över 50 procent aktivering av FCR-D-budet skulle sammanfalla med att utfallet för den tillgängliga kapaciteten är en-på-hundra-låg i princip obefintlig – en gång på drygt 511 år. Att aggregatorn lägger sina bud utifrån en 99-procentig konfidensgrad kan alltså anses säkert. / The electrification of the car fleet is taking place at a frenetic pace. Additionally, demand for electricity from other sectors of the Swedish society is expected to grow considerably in the coming decades, which in combination with an increasing proportion of intermittent energy sources puts increasing pressure on the electrical grid and prompts a need to adapt to these changes. A proposed solution to part of the power system's upcoming challenges is to utilize the flexibility available from charging electric vehicles (EVs) by letting an aggregator control a large number of EV chargers and sell the extra capacity to, for example, Svenska kraftnät's balancing markets. To quantify how much flexibility charging EVs can contribute with, the aggregator needs to make forecasts of how much power that is most likely available at a given time – a point forecast – but also an estimate of what power level the aggregator almost certainly will exceed – a quantile forecast. In this study, an investigation has been made of how the forecast error changes if the amount of aggregated EV chargers is increased, and how much an aggregator can lower their margins when selling the flexibility to be able to deliver according to the bid with certainty. This was done by quantifying the flexibility of 1000 EV chargers located at mainly workplaces, and by scaling up and down the data through random sampling. For these groups, probabilistic forecasts of the flexibility were then made with a moving average forecast as well as an ARIMA model. Based on the forecasts, potential revenues were finally simulated for the case where the aggregator uses the available flexibility for up-regulation to the balancing market FCR-D up, which is a frequency containment reserve that is activated in the event of disturbances. The results show that a tenfold increase in the number of aggregated EV chargers more than halves the forecast error. The two forecast models proved to have comparable precision, which suggests that the moving average forecast is recommended due to its lower complexity compared to the ARIMA model. The increased precision in the forecasts also resulted in higher revenues per charger. The average income from delivering flexibility from 1000 aggregated electric car chargers to FCR-D amounted to SEK 6900 per month, or SEK 0.8 per session – figures that would probably have been higher without the corona pandemic's increased share of work done from home. A 99 percent confidence level for the quantile forecast resulted in a safety margin of varying size, which on average was around 90 percent for 100 chargers, 60 percent for 1000 chargers and 30 percent for 10,000 chargers. Most flexibility was shown to be available on weekday mornings when approximately 600 kW was available at most for 1000 chargers. By examining frequency data for the Nordic power grid from the past ten years, the joint probability that a more than 50 percent activation of the FCR-D bid would coincide with the outcome for the available capacity being one-in-a-hundred-low, was concluded to be nearly non-existent – likely only once in about 511 years. For the aggregator to place bids based on a 99 percent confidence level can thus be considered safe.

Since hydrogen is an alternative energy source and has both economic and environmental benefits, it has received more attention. To use hydrogen a certain condition must be met, safe pressurized containers which are often made of metal. The metal isrequired due to the high mechanical strength and reasonable cost. The problematic part is that hydrogen affects the mechanical properties of the material. Using metal in an environment with hydrogen will break down and lead to Hydrogen Environmental Embrittlement (HEE). If hydrogen will be used safely, understanding its effect on high-strength steel is necessary. Many studies have been done on hydrogen embrittlement, but it is not sufficient and therefore studies are still ongoing. The goal is to create further understanding of when components exposed to hydrogen in their service environment, in terms of mechanical, fracture surface and microstructural aspects. There are two types of stainless steel that was examined, 304 stainless steel (304 SS) and 316L stainless steel (316L SS), all specimens are cylindrical. The study mainly focused on mainly experimental aspects with some simulations. To charge the samples with hydrogen, a cathodic charging method was chosen. For fast strain rate, samples were loaded from 12 to 48 hours while slow strain rate was not preloaded. Measurement and Digital image correlation (DIC) were used due to slippage during tensile testing, it would also provide the actual engineering stress-strain curve. To see the microstructure, it was sanded, polished and etched. A special container was created to test the slow strain rate. This was done through several different tests. Both types of steel were affected by hydrogen, the yield strength and ductility were reduced. Charging at the slow strain rate leads to extreme embrittlement compared to the high strain rate. The grain boundaries had decreased in size after being charged with hydrogen. The 304 SS grains were more difficult to detect compared to the 316L SS. Different types of factors can affect the result, for the slow strain rate, hydrogen was present all the way until it reached its breaking point and after it started diffusion. Meanwhile, the hydrogen diffusion started at a high strain rate when it was taken out from charging in the container. During the time it takes to place the sample in the tensile testing machine and do the tensile test, the hydrogen diffuses, and it results in less brittleness. Keywords: Hydrogen embrittlement, tensile test, DIC, metallographic. / Eftersom väte är en alternativ energikälla och har både ekonomiska och miljömässiga fördelar har det fått mer uppmärksamhet. För att använda väte måste vissa villkor uppfyllas, det krävs säkra trycksatta behållare som ofta är gjorda av metall. Metall används på grund av kravet på hög mekanisk hållfasthet och rimliga kostnader. Den problematiska delen är att väte påverkar de mekaniska egenskaperna hos materialet. Genom att använda metall i en miljö med vätgas kommer att brytas ned och leda till vätmiljöförsprödning. Om väte kommer att användas på ett säkert sätt är förståelsen för dess effekt på höghållfast stål nödvändig. Det har gjorts många studier om väteförsprödning men det är inte tillräcklig och därför pågår undersökningar fortfarande. Målet är att skapa ytterligare förståelse för när komponenter som utsätts för väte i deras servicemiljö, när det gäller mekaniska, sprick ytan och mikrostrukturella aspekter. Det finns två typer av rostfritt stål som undersöktes, 304 rostfritt stål (304 SS) och 316L rostfritt stål (316L SS), alla prov är cylindriska. Studien fokuserade huvudsakligen på huvudsakligen experimentella aspekter med vissa simuleringar. För att ladda proverna med väte valdes en katodisk laddningsmetod. För snabb töjnings hastighetladdades proverna från 12 till 48 timmar medan långsam töjnings hastighet förladdades inte. Mätning och Digital bildkorrelat (DIC) användes på grund av glidning under dragprovning, dettaskulle ge den korrekta ingenjörs spänning-töjningskurvan. För att se mikrostrukturen så slipades, polerades och etsning utfördes. En speciell behållare skapades för att testa den långsamma töjnings hastighet. Detta gjordes genom flera olika tester. Båda typerna av stål påverkades av väte, avkastningsstyrkan och duktiliteten minskades. Laddning med den långsamma töjnings hastighet leder till extrem försprödhet jämfört med den höga töjnings hastighet. Korngränserna hade minskat sin storlek efter att de laddats med väte. 304 SS-kornen var svårare att upptäcka i jämförelse med 316L SS. Olika typer av faktorer kan påverka resultatet, för långsam töjnings hastighet var väte närvarande hela vägen tills det har nått sin brytpunkt och efter det började diffusion. Under tiden startade vätediffusionen med högt töjnings hastighet när den kom ut laddar behållaren. Under den tid det tar att placera provet i dragprovningsmaskinen och göra dragprovningen så diffuserar vätet och det leder till mindre sprödhet. Nyckelord: Väteförsprödning, dragprovning, DIC, metallografisk.

Det här examensarbetet utförs på Vinnergi AB i Borås och är ett avslutande arbete för energiingenjörsprogrammet med inriktning elkraft vid Högskolan i Borås. En av de avgörande lösningarna för att uppnå de klimatmål Sverige har satt upp är omställningen från bensin- och dieseldrivna fordon till eldrivna fordon. Redan idag har laddinfrastruktur börjat breda ut sig över Sverige och ett faktum är att det kommer öka. Detta medför dock utmaningar för nätägare runt om i landet för att kunna hålla en hög tillförlitlighet för leverans av el och samtidigt behålla ett kvalitativt kraftnät då framtidens elförsörjning kommer förändras. Ett steg i riktningen mot ett smartare elnät är regeringens beslut om nya funktionskrav för elmätare. Elmarknadsinspektionen fick 2018 i uppdrag att undersöka detta och en följd av beslutet är att drygt fem miljoner mätare ska ersättas i Sverige före 1 januari 2025. Rapporten uppdelad i två olika huvudområden. Det första huvudområdet fokuserar på kommunikation mellan olika aktörer samt privatpersoner. Område nummer två är en undersökning av snabbladdningsmöjligheterna för olika scenarion. Resultatet av rapporten beskriver de roller dem tre olika laddtyperna kommer att spela i framtiden. / This report is in a collaboration with Vinnergi AB and is a finalizing report of degree of bachelor in Energy Engineering – specialization in Electric Power Engineering at the University of Borås. One of the conclusive solutions to achieve the climate goals Sweden has set is the conversion from vehicles with internal combustion engines to electrical vehicles. At this present time the charging infrastructure for electric cars are well spread over Sweden and a fact is that it will increase. This will bring challenges for grid owners all over the country to be able to keep a secure supply of electricity and at the same time ensure a strong grid that will stand a future with more renewable energy. In a step towards smarter grids the Swedish government has decided to implement smart electricity meters. In 2018 the Swedish Energy Markets Inspectorate was assigned to investigate the future value of the smart meters and the result of the report was for all the electricity meters to be changed into smart ones before January 1, 2025. This report is divided into two main areas. The first area focuses on the communication between different participants on the market and with individual costumers. The second area3this report covers is a description of where different types of charging could play a role of importance in the future.

Det överhängande behovet av att minska utsläppen av växthusgaser för att uppfylla Parisavtalet har väckt ett ökat intresse för elektrifiering som en strategi för att mildra klimatförändringarna. Litiumjonbatterier spelar en central roll vid elektrifiering och har framträtt som det primära alternativet för batteridrivna elfordon. Batteriernas livstidsprestanda är dock en avgörande faktor för att bestämma deras kostnad och miljömässiga hållbarhet. Även om snabbladdning är ett gångbart alternativ för de kunder som vill maximera drifttiden så leder laddning vid höga strömmar till förhöjd åldring genom nedbrytning av elektrodmaterialet och elektrolyten. Nyligen genomförda studier har visat att pulsade laddningscykler kan förlänga livslängden för litiumjonbatterier. Mot bakgrund av detta har denna studie genomförts för att undersöka effekterna av pulsad laddning på bibehållande av kapacitet samt inre motstånd hos litiumjonbatterier. Cylindriska NMC-celler har cyklats med laddningsprofilen PPC-CV (Positive Pulsed Current-Constant Voltage) och deras prestanda har jämförts med motsvarande hos konventionell konstant ström-konstant spänning-laddning (CC-CV). En ny metod utvecklades och implementerades för att utföra en pulsad laddningsprofil inom ett definierat SoC-fönster (State-of-Charge). Testobjekten cyklades kontinuerligt under intervaller om 4 veckor med avbrott för standardiserade referensprestandatester (RPT) för att beräkna standardkapaciteten och det inre motståndet. Därutöver utfördes inkrementell kapacitetsanalys (ICA) och elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) för att utöka analysen. Enligt resultat visar de celler som cyklats med PPC-CV-profilen liknande eller något minskad kapacitetsminskning samt en lägre ökning av internt motstånd efter ungefär 700 ekvivalenta cykler. 0,01-Hz PPC-CV-profilen uppvisade en kapacitetsminskning på 3,65%, 1-Hz PPC-CV-profilen en på 3,75%, 100-Hz PPC-CV- profilen en på 4,06% och CC-CV-profilen en på 4,05%. De interna resistanserna förblev lägre än BOL-mätningarna i PPC-CV-testfallen, medan CC-CV-läget visar en snabbare ökning av internt motstånd. Batteriets hälsotillstånd (SoH) hade dock bara nått 95% under denna testfas, vilket innebär att ytterligare studier krävs för att dra definitiva slutsatser om pulsladdningens effekt på batteriets livslängd. För att ytterligare förstå effekten av pulsade laddningsprofiler på livslängden hos litiumjonbatterier kan textmatrisen utökas till ett bredare spektrum av testförhållanden, såsom temperatur, strömamplitud, arbetscykel och SoC-fönster. / The urgent need to reduce greenhouse gas emissions in order to comply with the Paris Agreement has sparked an increased interest in electrification as a strategy to mitigate climate change. Li-ion batteries play a crucial role in electrification, and have emerged as the primary option for battery electric vehicles. However, their lifetime performance is a critical factor in determining their cost and environmental sustainability. Although fast charging presents a viable option for customers wishing to maximize operational time, charging at high currents accelerate aging through degradation of the electrode material and the electrolyte. Recent studies have found that pulse charging protocols can extend the cycle life of Li-ion batteries. In light of this, this study has been conducted to investigate the effects of pulse charging on the capacity retention and internal resistance of Li-ion batteries. Prismatic NMC Li-ion battery cells were cycled using the Positive Pulsed Current-Constant Voltage (PPC-CV) charging mode, and their performance has been compared to that of conventional Constant Current-Constant Voltage (CC-CV) charging. A novel method was developed and implemented to execute a pulse charging profile within a defined State-of-Charge (SoC) window. The test objects were continuously cycled over intervals of 4 weeks with interruptions for standardized Reference Performance Tests (RPTs) to calculate the stan- dard capacity and internal resistance. In addition, Incremental Capacity Analysis (ICA) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) were performed to ex- tend the analysis. According to results, cells cycled using the PPC-CV mode show similar or slightly reduced capacity fade and a lower increase in internal resistance after roughly 700 equivalent cycles. The 0.01-Hz PPC-CV mode exhibited a capacity fade of 3.65%, the 1-Hz PPC-CV mode 3.75%, the 100-Hz PPC-CV mode 4.06% and the CC-CV mode 4.05%. Internal resistances remained lower than the beginning of life measurements in the PPC-CV test cases, while the CC-CV mode shows a quicker increase in internal resistance. However, the battery State-of-Health (SoH) had only reached 95% during this testing phase, requiring further study to draw definitive conclusions regarding the impact of pulse charging on battery life performance. To further understand the impact of pulsed charging modes on Li-ion battery life performance, the text matrix may be extended to incorporate a broader range of test conditions, such as temperature, current amplitude, duty cycle and State-of-Charge (SoC) window.

Passenger  cars  account  for  a  large  share  of  Sweden’s  total  greenhouse  gas emissions  and  contribute  to  increased  climate  impact. In  a  climate  policy framework previously adopted by the government, it was determined that Sweden will  have  no  net  emissions  of  greenhouse  gases  into  the  atmosphere  by 2045. An  important  area  of  action  to  achieve  the  environmental  quality objectives  is the  transition  from  internal  combustion  engine  cars  to  electric cars  as  these have  very  low  emissions  or  no  emissions  at  all. Despite the electric  car’s many  advantages,  there  are  several  barriers  to  enabling  the transition  to  a fossil independent passenger car fleet.   This thesis aims to describe barriers to a  national  large­scale  electrification  of  passenger  cars  from an  industrial  and governmental  point  of  view.   Through  semi­structured  expert interviews  from the  public  and  private  sector  followed  by  thematic  analysis, several  themes were generated from the interview data. The results from the qualitative study indicate  that  there  are  a  total  of  six barriers  to  achieve one million  electric  cars by  2030: lack  of  charging infrastructure, unbalanced political  instruments, uncertain technological development, high  purchase price,   dissemination of incorrect information and electric car export, which can be complied as three main barriers:  lack of charging infrastructure, unbalanced political instruments and dissemination of incorrect information. / Personbilar står för en stor del av Sveriges totala växthusgasutsläpp och bidrar till ökad  klimatpåverkan. I  ett  klimatpolitiskt  ramverk  som  tidigare  antogs av regeringen  så  fastställdes  det  att  Sverige  inte  ska  ha  några  nettoutsläpp av växthusgaser i atmosfären år 2045.  Ett viktigt åtgärdsområde för att uppnå de miljökvalitativa målen är omställningen från förbränningsmotorbilar till eldrivna bilar  då  dessa  har  mycket  låga  utsläpp  eller  inga  utsläpp  alls. Trots elbilens många  fördelar  så  finns  det  flertalet  hinder  för  att  möjliggöra omställningen till   en   fossiloberoende   personbilsflotta. Den   här  rapporten  syftar   till   att beskriva hinder för en nationell storskalig elektrifiering av personbilar från ett industriellt  och  statligt  perspektiv.   Genom semistrukturerade  expertintervjuer från  offentlig  och  privat  sektor  följt  av tematisk  analys  så  har  flera  teman genererats från intervjudatan. Resultatet från den kvalitativa studien indikerar att det sammantaget finns sex hinder för att uppnå en miljon elbilar år 2030: brist på laddinfrastruktur, obalanserade politiska styrmedel, osäker teknisk utveckling, högt  inköpspris, spridning  av  inkorrekt information  och  elbilsexport,  som  kan sammanställas som  tre  huvudsakliga barriärer: brist  på  laddinfrastruktur, obalanserade politiska styrmedel och spridning av inkorrekt information.

One of the biggest challenges of today is to mitigate climate change and adjust our way of living in accordance with sustainability. To reduce the climate impact of the transport sector the electrification of the road transport sector is commonly seen as having a key role to play. The rate of increase in number of electric cars has increased dramatically the recent years. Substantial electrification of the transport sector highlights the need of efficient integration of EVs with the electricity grid in order to handle the extra electricity demand. A potentia lway of efficiently integrating EVs to the grid could be to apply the concept of vehicle to grid (V2G). V2G simply means that the battery within an EV is seen as a storage component of the electricity grid that can be charged and discharged. Hence, in this thesis, the potential of V2G is explored. This thesis comprises of two parts. The first part investigates this potential impact of V2G in a future Swedish energy system. The second part investigates the optimized economic value, a car sharing company can achieve using different charging modes as well as the potential for participation in Swedish ancillary service markets. For the first part, the dispatch model EnergyPLAN was used to simulate a future energy system in Sweden in 2045. For the second part, an optimization model was designed using Python Optimization Modeling Objects (PYOMO) to optimize the charging and V2G usage of a car sharing fleet. Additionally, the battery degradation cost due to V2G was calculated as well as the potential income from participation in the FCR-D up and FCR-D down market. For both parts of the thesis different scenarios were developed. Scenarios with different electrification rate of the transport sector, V2G compatibility as well as different electricity production mix were considered for energy systems model of Sweden. For participation of shared cars in ancillary services market, scenarios related to different charging modes, rated charging power and the impact of including or excluding tax on sold electricity were created. While analysing the impact of V2G on Swedish energy system in future, it was observed that V2G has a marginal system impact on an annual basis, regardless of transport electrification rate, V2G compatibility and energy mix. The analysis of optimization algorithm for participation of shared pool of 255 cars resulted in economic savings when implementing smart charging and V2G. Due to battery degradation, the savings from integrating V2G in the system were marginal compared to the smart charging annual cost. For both the FCR-D up market and FCR-D down market, the revenue for participation was higher than electricity arbitrage through V2G. Both parts of the methodology, highlight the need for in centives inorder to make V2G an attractive business model and for electric cars to be able to provide flexibility services in a future Swedish energy system. / En av dagens största utmaningar är att begränsa klimatförändringarna och anpassa vårt sätt att leva i enlighet med hållbarhet. För att minska transportsektorns klimatpåverkan anses elektrifieringen av vägtransportsektorn allmänt ha en nyckelroll att spela. ökningstakten i antalet elbilar har ökat dramatiskt de senaste åren. En betydande elektrifiering av transportsektorn belyser behovet av en effektiv integrering av elfordon med elnätet för att hantera den extra efterfrågan på el. Ett potentiellt sätt att effektivt integrera elfordon i nätet skulle kunna vara att tillämpa begreppet fordon till nät (V2G). V2G innebär helt enkelt att batteriet i en elbil ses som en lagringskomponent i elnätet som kan laddas och laddas ur. Därför undersöks potentialen för V2G i detta examensarbete. Detta examensarbete består av två delar. Den första delen undersöker den potentiella påverkan av V2G i ett framtida svenskt energisystem. Den andra delen undersöker det optimerade ekonomiska värde som ett bildelningsföretag kan uppnå med olika laddningslägen samt potentialen för deltagande på svenska stödtjänstmarknader. För den första delen användes modeller-ingsverktyget EnergyPLAN för att simulera ett framtida energisystem i Sverige 2045. För den andra delen gjordes en optimeringsmodell med hjälp av Python Optimization Modeling Objects (PYOMO) för att optimera laddningen och V2G-användningen av en bildelningsflotta. Dessutom beräknades batterinedbrytningskostnaden på grund av V2G samt de potentiella intäkterna från deltagande på FCR-D upp och FCR-D ned-marknaden. För båda delarna av examensarbetet utvecklades olika scenarier. I den första delen jämförs scenarier med olika elektrifieringstakter inom transportsektorn, V2G-kompatibilitet samt olika elproduktionsmixar. För deltagande av bildelningsbilar på stödtjänstemarknader, skapades scenarion kopplat till olika laddningslägen, nominell laddningseffekt och effekterna av att inkludera eller exkludera skatt på såld el. Vid analys av V2G:s inverkan på det svenska energisystemet i framtiden observerades det att V2G har en marginell systempåverkan på årsbasis, oavsett transporteltrifikationshastighet, V2G-kompatibilitet och energimix. Analysen av optimeringsalgoritm för deltagande av delad bilpool med 255 bilar resulterade i ekonomiska besparingar vid implementering av smart laddning och V2G. På grund av batteriförsämring, blev besparingarna frĂĽn att integrera V2G i systemet marginella jämfört med den årliga kostnaden för smart laddning. För både FCR-D upp och FCR-D ned marknaderna var intäkterna för deltagande högre än el arbitrage genom V2G. Båda delarna av metodiken belyser behovet av incitament i för att göra V2G till en attraktiv affärsmodell och för att elbilar ska kunna tillhandahålla flexibilitetstjänster i ett framtida svenskt energisystem.

The rate of degradation of a lithium-ion battery depends on its use i.e. how it is charged and discharged. Physics-based models are used to represent the processes inside a cell as well as the degradation mechanisms. This thesis aimed to compare how the battery lifetime is affected when charging with different charging protocols using different battery models and degradation mechanisms. The investigated models are the Single Particle Model (SPM), the Single Particle Model with electrolyte (SPMe), and the Doyle-Fuller Newman model (DFN). The degradation mechanisms are solid electrolyte interphase (SEI), and lithium plating (LP). The used charging protocols are constant-current constant voltage(CCCV), positive pulsed current (PPC), and constant current (CC). Pulsed charging was included to investigate if the battery lifetime can be improved as in an experiment by Huang where pulsed charging increased the battery lifetime by 60%. To perform the simulations using the physics-based models, PyBaMM (PythonBattery Mathematical Modeling) was used. The simulations were performed for a lithium cobalt oxide (LCO) cell. Two types of SEI were implemented, solvent-diffusion limited and reaction limited. For the LP only irreversible LP was used.1200 cycles were simulated. Comparing the PPC and CC protocols, there were no significant changes between the degradation mechanisms for the different protocols. The results were the same for all the models, except for the results of the internal resistance. The conclusion is that for the PPC and CC protocols, the cell degrades the same although the PPC protocol used twice the C-rate. The PPC charging did not increase the battery lifetime. For the CCCV and CC protocols, there were some bigger differences between the protocols, but between the different models, there weren’t any significant differences. The CCCV degrades the cell faster for all degradation mechanisms and all models. Simulating one degradation submodel at a time resulted in a very small capacity fade for some submodels. Therefore, for future work, it is suggested to use several degradation submodels at the same time but also to try other degradation mechanisms or try PPC protocols with different frequencies and duty cycles. / Hur snabbt litiumjonbatterier degraderas beror på hur de används, laddas och laddas ur. Fysikbaserde modeller används för att representera processerna inuti cellen och även degraderingsmekanismerna. Denna studie har genomförts för att undersöka hur batteriets livslängd påverkas av olika laddningsprotokoll genom att använda olika batterimodeller och degraderingsmekanismer. Modellerna som användes är Singel-partikelmodellen (SPM), Singel-partikelmodellen med elektrolyt (SPMe) och Doyle-Fuller Newman-modellen (DFN). Degraderingsmekanismerna är fast elektrolytinterfas (SEI) och litiumplätering (LP). Laddningsprotokollen som användes är konstant ström konstant spänning (CCCV), positiv pulserande ström (PPC) och konstant ström konstant (CC). Protokollet för pulsad laddning inkluderades för att undersöka om batteriets livslängd kan förbättras som i ett experiment av Huang, där pulsad laddning ökade batteriets livslängdmed 60%. För att utföra simuleringar med fysikbaserade modeller användes PyBaMM(Pyhton Battery Mathematical Modeling). Simuleringarna utfördes för en lithiumkobaltoxid-cell (LCO). Två typer av SEI implementerades, lösningsmedelsdiffusion-begränsad och reaktions-begränsad SEI. För LP användes endast irreversibel LP.1200 cykler simulerades. Jämförande PPC- och CC-protokollen fanns det inga signifikanta förändringar mellan degraderingsmekanismerna för de olika protokollen. Resultaten vardesamma för alla modellerna, förutom resultaten av den interna resistansen. Slutsatsen är att för både PPC- och CC-protokollen så degraderades cellen på samma sätt, trots att PPC-protokollet använde dubbelt så hög C-faktor. PPC-protokollet ökade inte batteriets livslängd. För CCCV- och CC-protokollen fanns det några större skillnader mellan protokollen, men mellan de olika modellerna fanns det inga signifikanta skillnader. CCCV-protokollet försämrade cellen snabbare för alla degraderingsmekanismer och alla modeller. Att simulera en degraderingsmodell i taget resulterade i mycket små kapacitetsförluster. Därmed föreslås det att i framtida arbete använda flera degraderingsmodeller samtidigt men även testa andra degraderingsmekanismer eller PPC-protokoll med olika frekvenser och arbetscykler

The current concerns about global warming are increasing the demands for electric vehicles (Ou- chi, Bando, Kodani, Hirata & Mubin, 2012).With the increasing demands, electric boats have now come into focus (Sierzchula, 2014). However, there is yet to be developed standards for charging of electric boats.This is where this thesis project comes in, as this thesis is a part of the E-Sea Power project,which is a project to develop a new and safe standard for charging of electric boats.The thesis project was completed at the company No Picnic in Stockholm, through the work of my final master degree course, in the education of Industrial Design Engineering, taught at Luleå Uni- versity of Technology. The objective of the thesis project was to provide a basis for the facilitation of the standardization of chargers for boats, with the possibility of full-scale tests. Where the final aim of the project was to develop both a normal charger standard and a quick charger that is to be mounted in a harbor, being able to utilize the harbor’s own electricity grid.Where in this context, a normal charger is a slower charger that charges with the users own cord and where a quick charger is a fast charger which has a built-in charger cord and handle. The project was divided into need, design, and function to make it structured and easy to follow, going through the design phases Immersion, Ideation, and Implementation.Throughout the project the current state was firsts analyzed, going on to several brainstorming and evaluation techniques and then ending with the building of final CAD prototypes, of both a normal charger and a quick charger, through the use of the software Solidworks, Keyshot, Photoshop and Maxwell.The projects focus has been on finding creative and ergonomic new solutions, with good user experience and accessibility. The final result of the project is two modular new chargers, with belonging to the same product family. Both a quick charger, which has had the thesis main focus and a normal charger, which has also been developed. The quick charger is a tall charging post that has a built-in lamp consisting of four fluorescent lamps and a, on the outside hanging, charging cord mounted at the top.The charger has two component houses which house necessary components. One that houses the CCS charger female and infor- mation label and one that houses the screen, IR sensor and emergency stop. The main feature of the final quick charger is its charging arm, which bends down with a hidden hinge, enabling the required total reach of 5 meters, while helping lift the charging cord for the user and giving the best possible light were the user is. The normal charger is also a charging post with the same type of house as the quick charger. How- ever the charger post is much shorter and it has only one house, which houses two Type 2 females instead of one CCS female.The normal charger also has a different lamp consisting of small LEDs, so that the user is not disturbed by its brightness at its lower hight, but still gaining enough light during use, where the surrounding light is lacking. / Den nuvarande oron för global uppvärmning ökar kraven på el-fordon (Ouchi, Bando, Kodani, Hirata & Mubin, 2012). Med de ökande kraven har nu de elektriska båtarna kommit i fokus (Sier- zchula, 2014). Det har emellertid ännu inte utvecklats standarder för laddning av elektriska båtar. Det är här det här master projektet kommer in, då detta projekt ingår i E-Sea Power-projektet, som är ett projekt för att utveckla en ny och säker standard för laddning av elektriska båtar. Projektet slutfördes på företaget No Picnic i Stockholm, genom mitt examensarbete, vid utbildningen civil- ingenjörsutbildningen i teknisk design, undervisad vid Luleå tekniska universitet. Målet med projektet var att skapa en grund för att underlätta standardiseringen av laddare för båtar, med möjlighet till fullskaliga tester. Där det slutliga målet med projektet var att utveckla både en normalladdare standard och en snabbladdare som ska monteras i en hamn och kunna utnyttja ham- nens egna elnät. I det här sammanhanget är en normalladdare en långsammare laddare som laddar med användarens egen kabel och en snabbladdare är en snabb laddare som har en egen inbyggd kabel med ett handtag. Projektet var uppdelat i behov, design och funktion för att göra det strukturerat och lätt att följa. Det gick även igenom designfaserna Immersion, Ideation och Implementation. Hela projektet bör- jade med analyseradet av det nuvarande tillståndet och fortsatte sedan med diverse brainstorming och utvärderingstekniker och slutade sedan med byggandet av slutliga CAD-prototyper, både av en normalladdare och en snabbladdare, med hjälp av programmen Solidworks, Keyshot, Photoshop och Maxwell. Projektets fokus har varit att hitta kreativa och ergonomiska nya lösningar med bra användarupplevelse och tillgänglighet. Det slutliga resultatet av projektet är två modulära nya laddare, som tillhör samma produktfamilj. Både en snabbladdare, som har haft huvudfokus och en normalladdare, som också har utvecklats. Snabbladdaren är en hög laddningsstolpe som har en inbyggd lampa som består av fyra lysrörslam- por och en utvändigt hängande laddningssladd monterad på toppen. Laddaren har två komponent- hus ett som rymmer CCS laddarens hona och informationsetikett och ett som rymmer skärmen, IR sensorn och nödstoppet. Huvudfunktionen hos den slutliga snabbladdaren är dess laddarm som böjer sig ned med ett dolt gångjärn, vilket möjliggör den totala räckvidden på 5 meter, samtidigt som den hjälper till att lyfta laddkabeln åt användaren och ger bästa möjliga ljus där användaren är. Den vanliga laddaren är också en laddstolpe med samma typ av hus som snabbladdaren. Laddstolpen är dock mycket kortare och den har bara ett hus, som rymmer två Type 2-honor i stället för en CCS-hona. Normalladdaren har också en annan lampa än snabbladdaren som består av små lysdio- der, så att användaren inte störs av ljusstyrkan vid dess lägre placering, men fortfarande får tillräckligt med ljus vid användning, där det omgivande ljuset är bristande.

The purpose of this thesis was to examine how futureinvestments in new techniques such as solar cellsystems, electric vehicle chargers and energy storageat end costumers would affect the rural electricitygrid based on two future scenarios. The main issuepredicted with investments in this new technology atend users are over utilization of the electricitygrid if the new technique is not used in a proper wayin order to avoid high power peaks. By studying real electricity consumption as it appearstoday and adding charging of an electric vehicleaccording to the two scenarios (with our withoutenergy storage and solar cell electricity production)new usage patterns could be determined. Theseusage patterns could then be inserted insimulations of three real electricity grids for studiesof the effect on the electricity grids. The conclusion is that the electricity grids ingeneral are oversized regarding thermal loading whilstthe fuses at the end costumer need to be reinforced inorder to not get over utilized in the scenario where noenergy storage was implemented. Only one of the gridswas shown to be over utilized when all customers wasequipped with the new techniques and the grid wasdensified. Otherwise, in the other grids and scenariosonly some conductors were over utilized. However, whatwas shown to be a problem was the voltage drop at theend customer’s facilities which was higher than theallowed value of 5%.According to this the grid was shownto be over utilized. As a final conclusion it can be shown that the voltagedrop decides the design of the grids and that thepower grid companies probably should consider newpossible business strategies.

Transportsektorn står inför en omställning från förbränningsfordon till eldrivna fordon. Detta är en åtgärd för att minska koldioxidutsläppet inom transportsektorn och därmed reducera klimatpåverkan. Syftet med studien är att undersöka hur en ökad effektanvändning i form av elbilsladdning påverkar Gävles lokala elnät samt hur olika laddtekniker påverkar elnätet. Bakgrunden till studien grundar sig att elnätsföretaget vill öka medvetenheten om hur elnätets beredskap ser ut för en ökad elbilsladdning. Att undersöka elbilsladdningens påverkan på elnätet är av stor nytta för elnätsföretaget, men även andra som undersöker elbilsladdnings påverkan i elnätet kan ha användning för studien. Ämnet elbilsladdning är mycket aktuellt och många studier undersöker olika delar som berör elbilsladdning. Tidigare studier undersöker även olika typer av laddtekniker och hur smart laddning minska påverkan i elnätet. Smart laddning kan anpassa elbilsladdningen genom att styra den efter olika styrsignaler och sammankoppla hela elnätet. Denna studie undersöker delar av Gävles lokala elnät genom att simulera befintliga mätvärden lågspänningsnätet samt olika typer av elbilsladdning. Studien analyserar effektanvändningen av befintliga mätdata samt belastningsström och spänningsfall i elnätet med varierande lastprofiler i fyra olika områden. Resultatet för denna studie visar att elbilsladdning påverkar elnätet, vilket beror på vilken typ av laddteknik som används samt dimensioneringen av elnätet. Studien visar att elanvändningen i området idag har effekttoppar på eftermiddag och kväll när kunderna består av villakunder men att effekttoppen kan vara mitt på dagen där det finns industrier. Med elbilsladdning ökar belastningen samt spänningsfallet i nätet och en del av säkringarna i nätet löser ut. Laddning med 11 kW mellan kl. 16:00-19:00 samt laddning med effektvakt på 13,8 kW ger störst belastning och spänningsfall. Laddning utan styrning är den laddteknik som påverkar elnätet mest men laddning med effektvakt orsakar också problem. Laddning med 5,5 kW mellan kl. 23:00-06:00 samt när endast 50% av alla kunder laddar med 11 kW mellan kl. 16:00-19:00 är de scenarion som påverkar elnätet minst. Laddning med en låg effekt under natten när grundlasten är som lägst är den laddteknik som är mest gynnsam för elnätet. Studien visar även att nätet klarar en högre belastning av elbilsladdning inom en snar framtid om endast en del av kunderna i nätet använder elfordon. / The transport sector is facing a transition from combustion engine vehicles to electric vehicles. Through this action the carbon dioxide emissions in the transport sector can be reduced. The purpose of this study is to observe how an increased power use from electric vehicle charging (EVC) affects the local electricity grid in Gävle. The study also addresses how different charging techniques affect the electricity grid. The background of this study is to the increase awareness of the capacity of the electricity grid. There is a need from the electricity grid company to look over the impact on the grid from EVC. This could also be useful for others looking over the impact on the electricity grid from EVC. This is a hot topic and lots of other studies look over the different aspects of EVC. Previous studies also examine different types of charging techniques and how smart charging reduces the negative impact on the electricity grid. Smart charging is a way to adjust the EVC by regulating it after different parameters and connecting the entire electrical grid. This study simulates existing measured values of the low-voltage grid in Gävle and various types of EVC. This study examines the power use of existing measurement data as well as load current and voltage drops in the electricity grid with different load profiles in four different areas. Results from this study shot that EVC affects the electricity grid, to what extent depends on the type of charging technology used and the dimensions of the electricity grid. The study shows that electricity use in the area has power peaks in the afternoon and evening with residential customers, but power peaks tend to be in the middle of the day if there are industries in the area. EVC increase the load on the electricity grid, causes voltage drops and a few fuses in the grid to be triggered. Charging with 11 kW between 16:00-19:00 and charging with a power monitor of 13.8 kW create the greatest voltage drops and highest load on the grid. Charging without means of control affects the electricity grid the most but charging with a power monitor also creates problems. Charging with 5.5 kW between 23:00-06:00 as well as when only 50 % of all customers charge with 11 kW between 16:00-19:00 impacts the grid the least. Charging with low power during the night when the base load is at its lowest is the charging technology that is most favorable for the electricity grid. Results also show that the grid can handle a higher load of EVC in the near future if only some of the customers in the network start using electric vehicles.