The electrical grid balances production capacity and demand in real-time. With an increased demand for renewable energy sources, challenges such as stability of the grid, the balance between generation and demand, and power quality occur. One way to deal with the variability is by introducing Battery Energy Storage System (BESS) to the electric grid. To ensure a stable connection, the BESS must be reliable, and much research has been carried out on the BESS reliability. However, the previous studies have mainly focused on the DC reliability of the system and little research has been conducted on the AC side of a BESS. This thesis aims to provide a reliability-based maintenance strategy for the AC-side of a BESS. First, the reliability index of each AC component is calculated with established models, and based on the results, the maintenance strategy is developed. It is shown that the load current and ambient temperature are the two main parameters that affect a BESS’s reliability. For longer periods of continuous operation, the reliability declines with time and the failure rate increases. The most suitable maintenance strategy is a combination of preventive and predictive. The frequency of the scheduled preventive maintenance differs between the AC components since the schedule is based on the results from individual reliability indices. The preventive maintenance uses the condition monitoring method to observe some key elements such as DC-bus neutral current and junction temperature. / Det elektriska distributionsnätet balanserar produktionskapacitet och efterfrågan i realtid. I samband med den ökade efterfrågan av förnyelsebara energikällor uppstår nya utmaningar, såsom nätstabilitet, balans mellan produktion och efterfrågan och kvaliteten. Ett sätt att hantera variationen är att introducera Batterienergilagringssystem (BESS) till distributionsnätet. För att säkerställa en stabil anslutning måste BESS vara tillförlitlig och mycket forskning har utförts kring BESS tillförlitlighet. Fokus från de tidigare studierna har dock främst varit på DC-sidan av systemet och nästintill ingen forskning har fokuserats på den AC-sidan och dess tillförlitlighet. Denna masteruppsats syftar till att tillhandahålla en tillförlitlighetsbaserad underhållsstrategi för AC-sidan av en BESS. Först beräknas tillförlitlighetsindexet för varje AC-komponent från etablerade modeller och den underhållsstrategin utvecklas senare baserats på resultaten från tillförlighetsindex. Det visar sig att strömmen och omgivningstemperaturen är de två huvudparametrarna som påverkar tillförlitligheten. Vid längre perioder av kontinuerlig drift minskar tillförlitligheten med tiden och felfrekvensen ökar. Den mest lämpliga underhållsstrategin är en kombination av förebyggande och förutsägande. Frekvensen av det schemalagda förebyggande underhållet skiljer sig mellan AC-komponenterna eftersom schemat är baserat på resultaten från individuella tillförlitlighetsindex. Det förebyggande underhållet använder tillståndsövervakningsmetoden för att observera några nyckelelement såsom likström och kopplingstemperatur.

The battery energy storage system (BESS) is crucial for the energy transition and decarbonisation of the energy sector. However, reliability assessment and capital cost challenges can hinder their widespread deployment. Reliability and cost-benefit analysis help address these challenges and assess BESS adoption's feasibility and viability, which is the aim of this project. A BESS contains various components such as battery packs, inverters, a DC/DC converter, a Battery Thermal Management System (BTMS), electrical protection devices, a transformer, and an Energy Management System (EMS). All these fundamental components must be considered to obtain a complete reliability prediction. Most previous studies focused on the reliability analysis of individual components, but few consider all the abovementioned components in collective reliability analysis. In this thesis, each component is mathematically modelled to estimate failure rates and then used to predict the reliability of the overall BESS system. The model accuracy is verified by comparing the computed reliability indices with the values from standards/references, showing that the proposed reliability prediction methods provide reasonable outcomes. Different scenarios to enhance BESS reliability through component redundancy are explored in this project. It is proved that applying component redundancy can boost the overall BESS reliability at the price of an increased capital cost. However, the enhancement in reliability and lifespan due to component redundancy can also curtail maintenance costs. A cost-benefit analysis assesses each scenario's profitability, considering manufacturers' and owners' perspectives. It helps determine the optimal balance between reliability and profitability. Redundancy applied to components with higher failure rates and lower costs improves the reliability and profitability of the BESS. The finding highlights the importance of strategic component selection for enhancing BESS reliability. Careful reliability and cost analysis should be performed simultaneously to find the most optimised BESS scenario. / Batterienergilagringssystemet (BESS) är avgörande för energiomställningen och avkarboniseringen av energisektorn. Tillförlitlighetsbedömning och utmaningar med kapitalkostnader kan dock hindra deras utbredda användning. Tillförlitlighet och kostnads-nyttoanalys hjälper till att hantera dessa utmaningar och utvärdera BESS-antagandets genomförbarhet och genomförbarhet, vilket är syftet med detta projekt. Ett BESS innehåller olika komponenter som batteripaket, växelriktare, en DC/DC-omvandlare, ett Battery Thermal Management System (BTMS), elektriska skyddsanordningar, en transformator och ett energiledningssystem (EMS). Alla dessa grundläggande komponenter måste beaktas för att få en fullständig tillförlitlighetsförutsägelse. De flesta tidigare studier fokuserade på tillförlitlighetsanalys av enskilda komponenter, men få beaktar alla ovan nämnda komponenter i kollektiv tillförlitlighetsanalys. I denna avhandling modelleras varje komponent matematiskt för att uppskatta felfrekvensen och används sedan för att förutsäga tillförlitligheten hos det övergripande BESS-systemet. Modellens noggrannhet verifieras genom att jämföra de beräknade tillförlitlighetsindexen med värdena från standarder/referenser, vilket visar att de föreslagna metoderna för tillförlitlighetsprediktion ger rimliga resultat. Olika scenarier för att förbättra BESS-tillförlitligheten genom komponentredundans utforskas i detta projekt. Det är bevisat att tillämpning av komponentredundans kan öka den övergripande BESS-tillförlitligheten till priset av en ökad kapitalkostnad. Förbättringen av tillförlitlighet och livslängd på grund av komponentredundans kan dock också minska underhållskostnaderna. En kostnads-nyttoanalys bedömer varje scenarios lönsamhet, med hänsyn till tillverkarnas och ägarnas perspektiv. Det hjälper till att bestämma den optimala balansen mellan tillförlitlighet och lönsamhet. Redundans som tillämpas på komponenter med högre felfrekvens och lägre kostnader förbättrar tillförlitligheten och lönsamheten för BESS. Resultatet belyser vikten av strategiskt komponentval för att förbättra BESS-tillförlitligheten. Noggrann tillförlitlighets- och kostnadsanalys bör utföras samtidigt för att hitta det mest optimerade BESS-scenariot.

To enable fast charging of electric vehicles in Stockholm or sites where the electrical energy is limited and the number of chargeable vehicles increases, there is a need to investigate new solutions to comply with the future demand. The goal of this project is to investigate what the conditions are in Stockholm today and investigate what is needed to enable fast chargers in Stockholm city. Both what electrical equipment is necessary and develop a model to simulate the flow for the available energy and the demanded energy from a charging location. The result shows that battery energy storage systems can help the chargers, but to what degree depends on demand and availability. What is shown is, if the total maximum power demand is greater than the available power from the grid, a battery could be beneficial. In the scenarios, it has been enough to have a 150 kWh battery to increase the total charged energy over the day by more than two times what the grid could supply. / För att möjliggöra snabbladdning av elfordon i Stockholm eller platser där elenergin är begränsad och andelen laddbara fordon ökar måste nya lösningar undersökas för att möta framtidens behov. Målet med detta arbete är att undersöka vad det finns för förutsättningar för laddning i Stockholm i dagsläget och undersöka vad som krävs för att införa snabbladdare i Stockholms stad; vilken elektrisk utrustning som krävs samt ta fram en modell för att simulera ett flöde av tillgänglig energi och efterfråga för en laddplats.  Resultatet av studien är att batterienergilagringsystem kan hjälpa laddarna, men de bidrar olika mycket beroende på efterfrågan och energitillgång direkt från nätet. Om det totala maxeffektbehovet från laddgatan är högre än vad elnätet kan leverera kan det vara lönsamt att ha installerade batterier. I dessa scenarion har det räckt med ett batteri på 150 kWh för att kunna öka den energimängd som laddas över till elfordon under ett dygn med mer än dubbla nätets kapacitet.

With the increase of electric vehicles (EVs) on the roads the availability of charging infrastructure becomes more important. Today it is relatively straightforward to install fast chargers in areas with strong power grid connections, such as in urban areas. However, in areas with less available electrical power, the grid is considered to be a weak grid, typically in remote areas, which limits charging speeds. Local peak shaving can be implemented with battery energy storage systems (BESS) to support faster charging at these locations by increasing available power when needed. As the majority of the power is supplied by the BESS there are noticeable conversion losses when converting from the BESS DC voltage to AC in the grid and then back to DC through the fast charger. This thesis investigates DC/DC converters to charge EVs directly from a BESS DC bus by regulating the voltage to the level of the EV, while also supporting safe simultaneous charging capability. It was done through understanding relevant standards’ requirements, converter review, as well as design and simulation of the interesting topologies. The converters selected to simulate were the Buck-Boost and the Dual-Active Bridge (DAB). After analysing the efficiency result in combination with industry requirements, it was concluded that one DAB per output is the preferred option in most use cases. This would potentially also reduce the material usage and carbon footprint of this type of infrastructure compared to the current solution. Furthermore, some suggestions were made for improving the design of DAB converter before making a prototype for real testing. / Denna avhandling har undersökt hur en snabbladdares effektelektronik för en mobil batterienergilagringssystem kan designas för att ladda två elbilar samtidigt. För att göra detta har systemkrav från relevanta standarder sammanställts och olika snabbladdares kapacitet undersökts. Därefter har olika DC/DC-omvandlare identifierats i ändamål att välja ut de mest lämpade för att uppfylla funktionen. De utvalda omvandlarna designades iterativt och simulerades med i verktyget PLECS för att kunna jämföra hur vardera omvandlare presterade under olika scenarior och med olika transistorer. Resultat och slutsatser från detta arbete är att galvanisk isolering krävs mellan de två elbilarna samt att två Dual-Active Bridge (DAB) omvandlare är den mest lämpade utifrån effektivitet, kapacitet och materialanvänding. Det finns även flera områden att fortsätta arbetet på för att förbättra designen och testa med en prototyp.