Electric vehicles (EV) have become very popular in recent years because they are a more sustainable, efficient, and environmentally friendly transportation option than traditional fossil-fuel vehicles. Increased EV charging can cause overheating, accelerated aging, and eventual early failure of the distribution transformers, as the distribution networks have not been established foreseeing a large number of EVs as loads. This thesis makes contributions in two main areas to help reduce the accelerated aging of distribution transformers as the number of EVs on the road continues to rise. Firstly, vehicle smart charging is investigated to spread out the EV charging loads and hence decrease transformer heating and aging. Most EV smart charging algorithms require the use of extensive and costly infrastructure, including sensors, communication networks, controllable chargers, and central smart agents. This thesis proposes a new vehicle-directed smart charging strategy, called Random-In-Window (RIW) which allows individual vehicles to spread out their charging without any costly additional infrastructure. Detailed simulation results prove the advantages of this proposed algorithm. Secondly, to further reduce EV charging loads on the grid, a large-scale solar-charged electric vehicle (SEV) is proposed. While RIW smart charging has only grid benefits, SEVs can contribute to grid benefit, driver benefit, and environmental benefit, as shown through detailed simulation results, making it a viable solution to transformer aging mitigation. To turn the SEV concept into reality, this research also proposes a fast maximum power point tracking algorithm for partially shaded conditions, and an algorithm which optimizes photovoltaic (PV) cell size and arrangement along with the power electronic converter design for on-board solar charging. Thus, the proposed solutions in this research can help reduce distribution transformer aging as EV penetrations continue to rise and increase the environmental benefits of EVs through optimized solar charging. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD) / Overheating, accelerated aging, and eventual early failure of the distribution transformers caused by EV charging stress is a pressing concern that needs to be addressed. This thesis proposes two new vehicle-directed smart charging strategies and a concept of solar-charged electric vehicle (SEV) to help reduce the accelerated aging of distribution transformers. System level analysis of the mitigation of transformer aging using these two approaches with added driver and environmental benefits warrants the manufacturing and design challenges of the SEVs. Thus, this thesis proposes a fast and novel global maximum power point tracking algorithm well suited to fast moving vehicles for maximum solar power extraction at all times, especially during partial shading conditions, and an optimization process of the on-board PV cell dimension and number of such cells in series and parallel in the array based on power electronic converter for higher efficiency, lower cost, and lower mass.

This paper reviews the Open Charge Point Protocol (OCPP) and implements a Charging Station Management System (CSMS) targeting heavy-duty trucks. The new technique proposed in this paper is designed to maximize Electric vehicle (EV) owner benefits by charging at a low cost, and also the electric utility benefits (operating the system within the acceptable limits) by proper choice of electricity tariff structure. EV owners can be motivated to charge at off-peak hours which have low electricity prices and stop charging at peak hours which have high electricity prices. / Detta dokument granskar Open Charge Point Protocol (OCPP) och implementerar en Charging Station Management System (CSMS) inriktat på tunga lastbilar. Den nya tekniken som föreslås i detta dokument är utformad för att maximera fördelarna för ägare av elfordon (EV) genom att ladda till en låg kostnad, och även fördelarna med elnätet (drift av systemet inom acceptabla gränser) genom korrekt val av elprisstruktur. Elbilsägare kan motiveras att ladda under lågtrafik som har låga elpriser och sluta ladda under rusningstid som har höga elpriser.

The purpose of this bachelor thesis was, together with the company Tvinn, to develop a smart charging system in python that accurately predicts the electrical prices in Sweden electrical zone SE3 seven days ahead of time with an hourly frequency. The first objective was to acquire what parameters influence the electrical price in SE3, then continuously download all relevant historical data with API:s and lastly choose an appropriate forecast model. The final product that was constructed were two hybrid models that utilizes an XGBoost, Deeplearning RigedCv algorithms. The models created did not achieve the set up accuracy goal but is a good indicator as to how the price generally behaves daily.

Electric vehicles (EV) in the transportation sector will play a major role in achieving low-carbon emissions from the mobility of vehicles. With a future increase in electric vehicles and autonomous electric vehicles, the demand for charging increases and this comes with new problems that require modern solutions. The integrity of the power grid infrastructure can be at risk as grid congestion and power mismatch can cause problems as the act of charging the vehicles adds an extra burden on the power grid. Today, there exist several scenarios on how a vehicle can be charged and a number of technical solutions that are advantageous based on different aspects such as user's need, price of the electricity, and electricity network.   This thesis focuses on identifying different charging scenarios in mapping the information that is required and studying the effects of these charging scenarios through a smart charging algorithm. A smart charging algorithm to optimise for charging and discharging of the electric vehicle is developed and tested in a MATLAB environment with the aim to achieve a balanced grid load profile. The simulation results verify the potential of the algorithm to reduce the adverse effects of electric vehicle charging. Additionally, a model to map autonomous electric vehicles to charging station in accounts of a low state of charge is also developed in MATLAB

Εlectric vehicles are replacing the internal combustion engine vehicles rapidly and they will dominate the market completely in the next years. The amount of energy and power needed to support this new technology is huge. This will increase the already high electricity demand of our societies. The electric vehicles can provide a solution by using them to transfer energy to any other vehicles or infrastructure in combination with electricity management. This can be achieved by controlling the electric vehicle chargers and by knowing the exact consumption of the other vehicles or infrastructures. In Dansmästaren, Uppsala, there is a parking garage with 30 Charge Amps Aura charging stations. The same type of charger has been used in order to examine if it is possible to extract and update data through programming, as well as its functions regarding Vehicle-to-everything (V2X). This thesis presents two Python scriptswhere the first is used to update different functions of the charger and the secondto get high resolution electricity data and the energy consumption of the charger.The collected data is stored in two MySQL database every 30 seconds for future use. The data that can be updated by the user immediately, from anywhere and at any time. Similarly, the data collection has shown that different charging patterns exist and they can be observed by using the data that are generated and saved in the databases.

Submitted by Marlucy Farias Medeiros (marlucy.farias@unipampa.edu.br) on 2017-10-31T16:36:39Z No. of bitstreams: 1 John Jefferson Antunes Saldanha - 2017.pdf: 2295770 bytes, checksum: 7d9b5b6835d3e02633dca3155dd44fe7 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlucy Farias Medeiros (marlucy.farias@unipampa.edu.br) on 2017-10-31T18:24:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 John Jefferson Antunes Saldanha - 2017.pdf: 2295770 bytes, checksum: 7d9b5b6835d3e02633dca3155dd44fe7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-31T18:24:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 John Jefferson Antunes Saldanha - 2017.pdf: 2295770 bytes, checksum: 7d9b5b6835d3e02633dca3155dd44fe7 (MD5) Previous issue date: 2017-09-28 / Uma difusão considerável p elo uso dos veículos elétricos plug-in (VEPs) tem sido promovida, de modo a reduzir as emissões poluentes dos veículos movidos a combustão, bem como preservar as fontes de energia fóssil. Entretanto, cabe ressaltar que os VEPs necessitam se conectar a rede elétrica para recarregar suas baterias. Nesse contexto, caso uma quantidade significativa de veículos elétricos plug-in solicitem recarga ao mesmo tempo, a operação do sistema elétrico de potência (SEP) será comprometida. Em contrapartida, os VEPs também podem auxiliar a rede elétrica através do controle da taxa de recarga e injeção de energia ativa. Assim, é importante realizar o controle da recarga dos VEPs. Dessa forma, este trabalho propõe um sistema inteligente fundamentado em duas interfaces para controlar a taxa de recarga dos VEPs. A primeira interface visa controlar a taxa de recarga de uma frota de veículos com base em um controlador lógico fuzzy projetado e posteriormente ajustado. Nesta interface, buscam-se atender os requisitos do consumidor. Na segunda, gerenciam-se diversas frotas de VEPs visando minimizar perdas de energia e desvios de tensão na rede elétrica. Os resultados da primeira interface mostram que ambos os controladores projetado e ajustado respondem ao cálculo da taxa de recarga levando em consideração as informações inseridas pelo consumidor. Em adição, a resposta do controlador ajustado é mais próxima da resposta desejada, comparando com o controlador projetado. Os resultados da segunda interface mostram que o método de otimização reduziu as perdas de energia elétrica e os desvios de tensão no sistema teste estudado. Concomitantemente, a energia entregue para os VEPs aumentou de maneira significativa. Desta forma, com o sistema desenvolvido, espera-se reduzir o impacto no sistema elétrico de potência e otimizar sua operação, beneficiando a concessionária local, a rede elétrica e o consumidor. / In the present work we investigated experimentally and theoretically the photophysical characterization of organic compounds of the type benzothiazoles, targeting applications in optoelectronic devices, mainly in organic light emitting diodes and photoelectric devices. The study was developed to identify the optical and structural properties of the compounds and the effect of the addition of an amine radical on the ring PhO (benzene-bound benzene) of the benzothiazole compound. Other variations were analyzed, such as changes in the positions of the amine radical added to said compound and absence of the hydroxyl radical. Absorption and photoluminescence experiments were carried out with the purpose of verifying the excitation and fluorescence energies of the compounds, as well as Stokes displacement. The photophysical characterization was also investigated theoretically by means of an ab initio or first principles computational model based on the Density Functional Theory (DFT), implemented in the Gaussian® program, which uses quantum mechanics to calculate the molecular structures and their vibrational properties. We investigated the molecular geometric structure, obtaining the interatomic distances, structure of electronic orbitals, diagrams of energy bands, molecular vibrations and frequency of vibrational modes. By means of Raman spectroscopy, the frequencies of the active Raman vibrational modes were obtained, allowing the comparison with the theoretical results of the simulations. The compounds 4HBS, 4HBSN and 5HBS have their first theoretical characterization from the study of this dissertation.

Neben der Verringerung von Verkehrsunfällen und Staus ist ein wichtiges Ziel der Verkehrspsychologie, die Luftverschmutzung durch den Verkehr zu reduzieren. Elektrofahrzeuge (BEVs) könnten die CO2-Emissionen deutlich reduzieren. Der weltweite BEV-Bestand nimmt zwar stetig zu, aber die Marktanteile in den meisten EU-Ländern lag 2016 dennoch nur bei rund 1% (International Energy Agency, 2016). Eine weitreichende Verbreitung von Elektrofahrzeugen birgt nicht nur Vorteile in sich, sondern kann auch zur Belastung der Stromnetze führen. ‚Intelligente Ladesysteme‘, die den Ladeprozess an die Netzbelastung und Nutzeranforderungen (z.B. Ladestand bei Abfahrtszeit) anpassen, gelten als vielversprechende Lösung. Vor dem Hintergrund der bisher geringen Verbreitung von Elektrofahrzeugen und der mit einem Erfolg der Elektromobilität steigenden Relevanz intelligenter Ladesysteme entsteht die Notwendigkeit psychologische Faktoren zu identifizieren, die die Evaluation und Akzeptanz von Komponenten des Elektromobilitätssystems beeinflussen. An dieser Stelle knüpft die vorliegende Dissertation an. Der (praktische) Erfahrungshorizont vieler Menschen in Bezug auf Elektrofahrzeuge und intelligente Ladesysteme ist sehr limitiert. Unerfahrene Nutzer solch neuer Systeme begegnen bisher unbekannten Herausforderungen in der Mensch-Maschine-Interaktion. Beispielsweise geht das elektrische Fahren, im Vergleich zum Fahren herkömmlicher Fahrzeuge, mit einer wesentlich niedrigeren Reichweite, einer geringeren Geräuschkulisse, neuen „Nachtankprozessen“ und Fahrfunktionen wie der Rekuperation (d.h. regeneratives Bremsen bei dem kinetische in elektrische Energie umgewandelt wird) einher. Dieses Thema wird ebenfalls in der vorliegenden Dissertation aufgegriffen. Das erste Forschungsziel fokussierte die allgemeine Bewertung und Akzeptanz von Elektrofahrzeugen sowie den Einfluss von praktischer Erfahrung. Im Rahmen einer Feldstudie mit zwei 6-monatigen Studienphasen (Artikel II), einer Onlinestudie (Studie I von Artikel III) sowie einer 24-Stunden Testfahrt (Studie II von Artikel III) wurde dieses Ziel untersucht. Für die verschiedenen Arten von Erfahrung (langzeitig mit gleichem Fahrzeug vs. unkontrolliert vs. kurzzeitig mit gleichem Fahrzeug) zeigten sich unterschiedliche Effekte auf die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen, die detailliert diskutiert werden. Die Berichte der Feldstudienteilnehmer (langzeitige Erfahrung) zu Vor- und Nachteilen von Elektrofahrzeugen zeigten, dass sich die Salienz bestimmter Vor- und Nachteile über die Nutzungszeit hinweg ändert. Vor allem die Vorteile, die beim Alltagstest direkt erlebt werden können (z.B. das angenehme Fahrgefühl, die geringe Geräuschkulisse), waren in ihrer Salienz gestiegen. Es gibt erlebbare Barrieren, wie die Ladedauer, die innerhalb der Feldstudie an Prägnanz verloren, aber auch andere, wie die Reichweite, die in ihrer Bedeutsamkeit konstant blieben. Die Vorher-Nachher-Studien (Artikel II & Studie II von Artikel III) zeigten, dass die Erwartungen der Tester an solch ein Fahrzeug im Alltagstest insgesamt erfüllt werden und die Einstellung gegenüber Elektrofahrzeugen positiv bleibt. Im Rahmen der 24-Stunden-Testfahrt (kurzzeitige Erfahrung) zeigte sich zudem ein Anstieg in der Zufriedenheit mit Elektrofahrzeugen. Dem gegenüber stehen die geringen Kaufabsichten der Befragten. Der Alltagstest mit einem Elektrofahrzeug, egal ob kurz- oder langzeitig, zeigte keine Effekte auf die Kaufintention. Allerdings wiesen die Ergebnisse der Onlinebefragung darauf hin, dass Personen, die bereits ein Elektrofahrzeug gefahren sind, gegenüber dem Kauf eines Elektrofahrzeugs nicht so stark abgeneigt sind wie Unerfahrene, aber dennoch keine klare Intention zeigen. Das zweite Forschungsziel bestand in der Untersuchung wie praktische Erfahrung mit dem Nutzerverhalten und der Evaluation bezüglich der Elektrofahrzeugcharakteristika zusammenspielt. Am Beispiel der Rekuperation wurde untersucht wie sich die Menschen im Rahmen einer 6-monatigen Feldstudie an solch eine Funktion gewöhnen, ihre Nutzung erlernen und ob sich dies in der Bewertung der Funktion widerspiegelt (Artikel I). Die Ergebnisse aus den Fahrzeugdaten weisen darauf hin, dass die Adaption an diese Funktion recht zügig abgeschlossen ist und dem Power Law of Practice (Newell & Rosenbloom, 1981) folgt. Die Rekuperationsfunktion wird durch die Nutzer positiv bewertet und die Zufriedenheit mit der Rekuperation steigt mit der Nutzungszeit. In zwei weiteren Studien wurde die Bewertung von Elektrofahrzeugcharakteristika zwischen Elektrofahrzeug-Erfahrenen und –Unerfahrenen verglichen. In der Onlinestudie (Studie I in Artikel III) mit dem unkontrollierten Erfahrungsfaktor zeigten sich kaum Unterschiede. Lediglich ‚Reichweite und Laden‘ bewerteten die Erfahrenen positiver. Kontrollierte, kurzfristige Erfahrung (Studie II in Artikel III) führte zu einer positiveren Bewertung von Beschleunigung und Fahrspaß, Geräuschlosigkeit, Sicherheit und Reliabilität, Umweltfreundlichkeit sowie des Rufs von Elektrofahrzeugen. Die Bewertung von Reichweite und Laden blieb unverändert. Das dritte, übergeordnete Ziel dieser Dissertation bestand darin, akzeptanzbeeinflussende Faktoren zu identifizieren, die als Ansatzpunkte für zukünftige Weiterentwicklungen und Strategien zur Erhöhung der Akzeptanz genutzt werden können. Dazu wurde das Potential der Bewertung verschiedener Elektrofahrzeugattribute, der Faktoren der Theorie des geplanten Verhaltens (Ajzen, 1991) sowie der Erfahrung mit Elektrofahrzeugen zur Vorhersage der Akzeptanz im Rahmen der beiden Studien in Artikel III untersucht. Der soziale Faktor (subjektive Norm) und die Bewertung von ‚Reichweite und Laden‘ wirkten sich am stärksten auf die Vorhersage von Einstellungs- und Verhaltensakzeptanz aus. In der Onlinestudie mit between-subjekt Design, zeigte sich zudem ein starker Erfahrungseffekt auf die Kaufabsicht. Zudem erwies sich auch der Faktor ‚Beschleunigung und Fahrspaß‘ als relevante Größe für die Akzeptanz. Vor dem Hintergrund der aktuellen Entwicklungen, im Detail den sinkenden Batteriekosten und damit günstiger werdenden Reichweiteressourcen, eröffnen die Ergebnisse Ansatzpunkte, um die Akzeptanz zu steigern. Die Bewertung der Performanz und das angenehme Fahrgefühl beim elektrischen Fragen weisen einen nicht zu vernachlässigbaren Einfluss auf die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen auf und konnten durch ein kurzzeitiges Erfahrungserlebnis positiv beeinflusst werden. Das letzte Forschungsziel dieser Dissertation fokussierte das intelligente Laden. Die Ergebnisse der 5-monatigen Feldstudie (Artikel IV) zeigten, dass ein intelligentes Ladesystem (mit aktiver Nutzerbeteiligung) nutzbar und akzeptabel ist. Allerdings zeigten die Ergebnisse auch, dass eine positive Kosten-Nutzen-Bilanz für die Nutzer von hoher Relevanz ist. Der zusätzliche Aufwand beim Laden erwies sich als signifikant höher und die finanziellen Anreize durch die Nutzung des Systems als niedriger als erwartet. Zudem fühlten sich die Nutzer durch das System zusätzlich in ihrer Mobilität eingeschränkt. Demnach sollten zukünftige, intelligente Ladesysteme sorgfältig gestaltet werden, so dass der Aufwand und die Reduzierung von Flexibilität und Mobilität nicht so hoch sind, dass die Barriere "Reichweite und Laden" für die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen erhöht wird. Basierend auf den Ergebnissen wurden verschiedene Implikationen abgeleitet. Die Weiterentwicklung des Elektromobilitätssystems sollte sich darauf konzentrieren, die Barrieren bezüglich Reichweite und Laden zu reduzieren sowie die positiven Aspekte des elektrischen Fahrens zu vermitteln. Zudem sollten zukünftige Akzeptanzmodelle, vor allem für bisher eher unbekannte Objekte oder Technologien, einen Erfahrungsfaktor und die Bewertung verschiedener, objekt-/technologie-spezifischer Attribute enthalten, da dadurch wichtige Aspekte zur Verbesserung des Forschungsobjektes identifiziert werden können. Die Ergebnisse zeigten außerdem, dass der soziale Einfluss in zukünftigen Strategien zur Akzeptanzförderung von Elektrofahrzeugen adressiert werden sollte und eine Testfahrt mit einem Elektrofahrzeug, das dem aktuellen Entwicklungsstand entspricht, ein strategisches Werkzeug zur Akzeptanzsteigerung darstellt.

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.

De façon à réduire l'impact du réchauffement climatique, la Commission Européenne a décidé dans le prolongement du protocole de Kyoto de réduire drastiquement les émissions de gaz à effet de serre. En la matière, le remplacement progressif des véhicules thermiques par des véhicules électriques est considéré comme un objectif clé. Dans ce but, plusieurs prérequis doivent être pris en compte pour le déploiement rapide des véhicules électriques sur le marché européen. Le premier de ces prérequis consiste en la conception d'une nouvelle génération de batteries avec une efficacité énergétique accrue, une plus grande capacité et une robustesse améliorée. Le second prérequis est la conception et le déploiement rapide et économique d'infrastructures de recharge. Enfin, l'émergence de normes européennes dans tous ces domaines est une impérieuse nécessité pour la viabilité économique du marché européen des véhicules électriques. Cette thèse se focalise essentiellement sur le second de ces trois prérequis. Il est largement admis qu'à court terme, l'usage des véhicules électriques sera essentiellement limité aux zones urbaines avant d'être étendu à tout le territoire. Tel que cela est pris en compte par le projet de recherche national TELEWATT dans lequel nous avons été impliqués, les réseaux d'éclairage publics en zones urbaines peuvent être utilisés judicieusement pour déployer à court terme des infrastructures de recharge bon marché. Le principe de base de ce projet consiste à connecter à chaque candélabre une ou deux stations de recharge pour véhicule électrique si une ou deux places de parking sont disponibles dans l'environnement proche. Diverses contraintes électriques spécifiées dans le projet TELEWATT doivent être satisfaites pour permettre la recharge de véhicules électriques sans perturber la qualité de l’éclairage. Dans cette thèse, nous commençons par démontrer la faisabilité d’une telle opération. Pour cela, nous avons développé un simulateur permettant de décrire le comportement dynamique du système global. La force et l’originalité de ce simulateur réside dans sa capacité à déterminer en temps-réel et avec laprécision nécessaire si un véhicule électrique peut effectivement être connecté à une borne. La réponse à cette question dépend des caractéristiques statiques et dynamiques du réseau d’éclairage et de l’état de charge des véhicules déjà connectés comme des véhicules candidats. La dynamique du processus de recharge de chaque véhicule électrique dépend fortement de la puissance instantanée consommée par l’infrastructure globale. Le second objectif original de cette thèse consiste en la conception de politiques d’ordonnancement d’activation des diverses bornes de recharge. Notre objectif est de proposer, via ces politiquesd’ordonnancement, divers types de qualité de service (QoS) garanties aux usagers. De telles garanties peuvent par exemple se décliner en termes d’état de charge attendu pour une certaine durée de stationnement. / In order to reduce the impact of global warming, the European Commission has decided in the continuation of the Kyoto protocol to reduce drastically greenhouse gas emissions. In this matter, the progressive replacement of thermal vehicles by electric ones is considered as a key objective. For that purpose, several prerequisites must be considered for the rapid deployment of Electrical Vehicles (EV) in the European market. The first of these prerequisites consists in the design of a new generation of batteries with higher energy efficiency, larger capacity and improved robustness. The second one is the design and rapid deployment of cost effective charging infrastructures. At last, the emergence of European standards in all these matters is an imperious necessity for the viability of the EVs European market. This thesis is mainly focused on the second of these three prerequisites. It is widely admitted that in the short term, EVs usage will be essentially limited to urban areas before being extended to the whole territory. As it is considered by the French National TELEWATT research project to which we have contributed, street lighting networks can be used judiciously to deploy in the short term low cost charging infrastructures. The basic principle of this project consists in coupling to each street light one or two EV's charging stations if one or two parking spots are located nearby. Various electrical constraints specified in the TELEWATT project must be satisfied to enable EVs' charging without degrading the quality of the lighting system. In this thesis, we begin to demonstrate the feasibility of such an operation. For that purpose, we have developed a simulator enablingto depict the dynamic behavior of the global system. The strength and originality of this simulator resides in its capacity to determine in real-time and with the necessary precision if an EV can effectively be connected to a charging station. The response to this question depends on static and dynamic characteristics of the street lighting network and on the state of charge of the batteries of both the connected and candidate EVs. The dynamism of the charging process of each EV strongly depends on the instantaneous power consumed by the global infrastructure. The second original result of this thesis consists in the design of scheduling policies to activate the various charging stations. Our objective is to propose via these scheduling policies, various types of guaranteed Quality of Service (QoS) to the end-users. Such guarantees can be declined for instance in terms of expected state of charge for a given parking term

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.