Detta examensarbete riktar sig in på att undersöka olika typer av solceller, batterier och lampor för att ta fram och jämföra två system av solcellsdriven gatubelysning i Stockholm och Kiruna. Sverige befinner sig väldigt norr ut på jordklotet vilket innebär en stor kontrast i soltimmar under sommar- och vinterhalvåret. Arbetets huvudsyfte är att ta fram ett solcellsdrivet system där energi genererad under sommaren kan lagras i ett batteri och sedan kompensera för energiunderskottet under vintern. Resultaten visar att skillnaden av genererad energi är stor beroende på vilken solcell som används. Beroende på val av solceller skiljer sig även kravet på batterikapaciteten för respektive ort. Energiupptaget från solceller i Stockholm och Kiruna skiljer sig markant, detta beror på olikheten av globalstrålningen.  Resultaten från kostnadsberäkningen visar att belysningssystemen som studeras i arbetet är dyrare i Kiruna än i Stockholm, detta beror på skillnaden i krav på batterikapacitet utifrån genererad energi från solcellerna. Val av batteri- och solcellstyp har även en påverkan på kostnaden. / This thesis focuses on examining different types of solar cells, batteries, and lamps to develop and compare two systems of solar-powered street lighting in Stockholm and Kiruna. Sweden is located very north of the globe, which means a great contrast in sunny hours during the summer and winter months. The main purpose of the study is to develop a solar-powered system where energy generated during the summer can be stored in a battery and then compensate for the energy deficit during the winter. The results show that the difference in generated energy is large depending on which solar cell is used. Depending on the choice of solar cells, the requirement for battery capacity for each location also differs. The energy uptake from solar cells in Stockholm and Kiruna differs significantly, this is due to the difference in global radiation. The results from the cost calculations show that the lighting systems studied in the thesis are more expensive in Kiruna than in Stockholm, this is due to the difference in requirements for battery capacity based on the energy generated from the solar cells. The choice of battery and solar cell type also has an impact on the cost.

The mining industry of the future has a strong focus on sustainability, which for example is reflected in the Swedish mining industry association Swemin´s goal of a mining industry free of carbon dioxide in 2035. To make this possible, a broad investment is now being made in the electrification of mining machines, which is believed to have great potential for reducing emissions. Epiroc Rock Drills AB is a driving force in the transition to battery-driven vehicles and has had electric machines in its product catalog for several years. From 2022, they have started to assemble batteries in-house that were previously assembled by the supplier. This thesis investigates the streamlining opportunities for the assembly process for the batteries ST14, MT42, ST1030 and MLE regarding lead time. First, a description and analysis of the current situation were carried out where five areas were identified to have an impact on the assembly process. This resulted in several proposed general improvements: developing a system for handling proposed improvement, more distinct communication of the quality philosophy, better resource efficiency and improvement of kitting and 5S.  In addition, three new layout proposals were developed which were analyzed and weighted to select the most suitable proposal under the current conditions. The result was a layout where ST14 and MT42 models are assembled in two mixed model assembly lines and ST1030 and MLE are assembled by fixed position. Continued research includes making data collection when the processes are more mature and to apply the data on the study´s suggested improvements. / Framtidens gruvindustri har ett stort fokus på hållbarhet vilket bl.a. speglas i den svenska branschorganisationen Svemins målsättning om en koldioxidfri gruvdrift år 2035. För att detta ska vara möjligt sker nu en bred satsning på elektrifiering av gruvmaskiner vilket bedöms ha en enorm potential för att minska utsläppen. Epiroc Rock Drills AB är drivande i omställningen till batteridrift och har haft elmaskiner i sitt sortiment ett antal år. Från och med 2022 har de även tagit över montering av tillhörande batterier som tidigare monterats av leverantör. För att klara av att möta framtidens efterfrågan undersöker detta examensarbete vilka möjligheter det finns till effektivisering av monteringsprocessen för batterierna ST14, MT42, ST1030 och MLE med avseende på ledtid. Först genomfördes en nulägesbeskrivning och nulägesanalys där fem områden identifierades ha inverkan på monteringsprocessen. Det mynnade sedan ut i ett antal generella förbättringsförslag: utvecklat system för hantering av förbättringsförslag, tydligare kommunikation av kvalitetsfilosofi, bättre resurseffektivitet samt förbättring av kittning och 5S.  Dessutom togs tre nya layoutförslag fram som analyserades och viktades för att välja ut det under förutsättningarna mest lämpade förslaget. Det resulterade i en layout där ST14 och MT42 monteras på två blandflödeslinor och ST1030 och MLE monteras genom fast position. Fortsatt arbete inkluderar att göra ny datainsamling när processerna är mer mogna och applicera det på studiens förbättringsförslag.

This thesis evaluates the energy system effects off co-localizing solar photovoltaics (PV)  production with a filling station for compressed vehicle gas. A MATLAB model was constructed based on gas and electricity consumption data from three actual filling stations for vehicle gas in Sweden. The model was used to simulate how the introduction of a PV  and PVB (photovoltaic battery) system would affect the amount of electricity bought from  and sold to the grid as well as the economic implications connected to this. The results show that a self-consumption of 42 % can be reach already without available energy  storage for an installed power of PV panels matching the power of the gas compressor. A battery storage with capacity corresponding to one hour of electricity generation doubles the self-consumption. The increased self-sufficiency has the potential to decrease the strain on the electricity grid, depending on spatial and temporal factors. The simplistic economic model in this project shows that the return of investment is just over 15 years for a PV system, and less than 21 years for a small battery storage with capacity to store less than one hour of electricity production, however, this should be examined in greater detail if the system is to be implemented.  Since transport has an important societal function, the access to fuel is key from an energy  security point of view. Filling stations require access to electricity to operate, meaning fuel can’t be obtained in case of an interruption. Therefore, the possibility of self-sufficiency during the summer months (May through September) through the added PVB system was evaluated, resulting in enough electric energy to supply 31 % of the current fuel volume supplied yearly at normal conditions. This corresponds to 145 tons of vehicle gas, which could power a private car around 3 220 000 kilometers. The connection between the electricity and transport sectors could be furthered integrated by installing the proposed system which turns the filling station into a prosumer, ideally with some opportunity of self-sufficiency if needed. The modelled filling station handles gaseous fuel, however the conceptual design applies also to liquid fuels. To cover an even larger portion of the fleet, charging of electric vehicles at the filling station could also be examined.

I arbetet som har utförts i samarbete med företaget Kalmarglobal undersöks om tunga truckar kan drivas med eldrift istället för diesel. Dynamiska laddning undersöks vilket innebär att fordonet ska kunna laddas medan det rör sig. Induktiv laddning ställs mot konduktiv laddning. Med målet att göra batteriernas kapacitet så liten som möjligt jämförs dynamisk och statisk laddning. Rapporten avslutas med en diskussion om olika scenarion vad gäller batteristorlek och effekter.

Utveckling av det moderna samhället och den fortsatt accelererande energiintensiva tillvaro människan lever i sätter stor press på klimatet. För att nå de hållbarhetsmål FN satt upp som bland annat innebär minskade utsläpp och effektivare energianvändning krävs krafttag i det globala energisystemet. För att öka andelen modern och ren energi krävs att sol- och vindkraft prioriteras. Ett stort problem med dessa energikällor är dess intermittenta produktion vilken alstrar oregelbunden elektricitet och ställer nya krav på elnätet. För att underlätta implementering av förnybara energikällor på det nationella elnätet och i mindre energisystem undersöks i den här rapporten de förutsättningar som finns för att integrera batterienergilagringssystem i kombination med intermittenta energikällor. Rådande förutsättningar redogörs för i en omfattande litteraturundersökning där bland annat elnätets funktion, lovande batteriteknologier, ekonomiska incitament för batterienergilagring och framtidspotential undersöks. Ett globalt engagemang för att öka andelen förnybar energi med hjälp av batterienergilagring i det globala energisystemet identifieras. Vidare visas batterienergilagringssystem har stor potential att minimera den belastning intermittenta energikällor har på elnätet. Potentialen begränsas i nuläget av rådande politiska styrmedel och elmarknadens utformning då en småskalig elproducent idag gynnas av att direkt mata ut överskottsel på elnätet istället för att använda energilagring. Med en växande andel intermittent elproduktion förväntas minskade begränsningar och batterienergilagring kopplat till elproduktion bli mer lönsamt. / The development of the modern society and the global continuously accelerating energy intensive way of living is putting stress on the climate. In order to achieve the UNs set of sustainability goals, including reduced emissions and more efficient use of energy, vigorous actions in the global energy system is required. To increase the share of clean and modern energy generation a larger quantity of solar and wind power is required. Due to weather dependency these resources generate intermittent electricity which will put new challenges on the grid.   To facilitate the implementation of intermittent energy sources on the national grid and in smaller energy systems this report aims to investigate current prerequisites on integrating battery energy storage systems and intermittent resources to increase the share of clean energy sources in the power system. Current prerequisites are presented as the result of an extensive literature study where the electrical grid, promising battery technologies, financial incentives for battery energy storage and future potential is examined.   A global commitment to increase the share of renewable energy sources using battery energy storage system in the global energy system is identified. Furthermore, battery energy storage systems are shown to have great potential in limiting the negative impact of intermittent energy sources on the electrical grid. This potential is currently being limited by existing political control means and the design of the electricity market such that small producers are benefitted by directly supplying the grid with excess electricity instead of using energy storage. With a growing share of intermittent power generation these limitations are expected to ease and battery energy storage systems in connection with power production becoming more profitable.​

With an increasing demand for sustainable transport solutions, there is a demand for electrified vehicles. One way to store energy on board an electrified vehicle is to use a lithium-ion battery (LIB). This battery technology has many advantages, such as being rechargeable and enabling reasonably high power output and capacity. To ensure reliable operation of LIB:s, the battery management system (BMS) must be designed with regards to the electrochemical dynamics of the battery. However, since the battery ages over time, the dynamics changes as well. It is possible to predict ageing, but some ageing mechanisms can occur randomly, e.g. due to variations of circumstances during manufacturing, and variations of battery user choices. Hence, by monitoring ageing mechanisms in situ, the BMS can adapt accordingly, similar to a closed loop control system. One ageing mechanism in LIB:s is lithium plating. This mechanism signifies when Li ions are electrochemically deposited as metal onto the negative electrode of the LIB during charging, and can induce other ageing mechanisms, such as gassing or electrolyte reduction. The present project has investigated a method for detecting Li plating in situ after its occurrence by both analysing the voltage change over time during open-circuit voltage (OCV) periods after charging and monitoring battery swelling forces. Results show a correlation between a high probability of Li plating and the appearance of a swelling force peak and an OCV plateau. However, results also show a possible correlation between the onset of Li plating and the onset of the swelling force peak, while also showing a greater detectability of the force signal compared to the electrochemical signal. Furthermore, the present results show that the magnitudes of both signals are probably related to the amount of plated Li. The amount of irreversibly lost Li from plating is shown to have a possible correlation with accumulation of swelling pressure. However, to further validate the feasibility of these two signals, more advanced analysis is required, which was not available during this project. / Med en ökande efterfråga på hållbara transportlösningar så finns det ett behov av elektrifierade fordon. Ett sätt att lagra energi ombord ett elektrifierat fordon är att använda et litium-jon-batteri. Denna batteriteknologi har många fördelar: t.ex. är dessa batterier återladdningsbara, och de kan leverera höga uteffekter samtidigt som de kan ha ett stort energiinnehåll. för att säkerställa en säker drift av litium-jon-batterier måste batteriets styrsystem vara designat med hänsyn till den elektrokemiska dynamiken inuti batteriet. Dock åldras batteriet med tiden, vilket innebär att denna dynamik ändras med tiden, vilket innebär att styrningen av batteriet måste anpassa sig till denna föråldring. Det är möjligt att förutspå åldring av batterier, men vissa åldringsmekanismer kan ske slumpartat, t.ex. via slumpmässiga förändringar i tillverkningsprocessen av batteriet, eller variationer i användningen av batteriet. Genom att därmed bevaka dessa åldringsmekanismer in situ så kan styrsystemets algoritm anpassa sig utmed batteriåldringen, trots dessa slumpartade effekter. En åldringmekanism hos litium-jon-batterier är s.k. litiumplätering. Denna mekanism innebär att litium-joner elektrokemiskt pläteras i form av metalliskt litium på ytan av litium-jon-batteriets negativa elektrod. Mekanismen kan också inducera andra åldringsmekanismer, t.ex. gasutveckling eller elektrolytreduktion. Detta projekt har undersökt en metod för att detektera litiumplätering in situ efter att plätering har skett, genom att både analysera öppencellspänningens (OCV) förändring med tiden direkt efter uppladdning samt analysera de svällande krafterna som uppstår under uppladdning av batteriet. Resultaten visar på en korrelation mellan en hög sannolikhet för litiumplätering och observationen av en topp i svällningskraft och en platå i OCV-kurvan. resultaten visar också en möjlig korrelation mellan påbörjandet av litium-plätering och påbörjandet av toppen i svällningskraft. Vidare visar även resultaten ett troligt samband mellan signalernas magnitud och mängden pläterat litium. Slutligen visar resultaten också ett möjligt samband mellan irreversibelt pläterat litium och ett svällningstryck som ackumuleras med varje uppladdningscykel. Dock krävs det en validering med mer avancerade analysmetoder för att säkerställa användningsbarheten av dessa två signaler, vilket ej var möjligt inom detta projekt.

Uppsala is growing at a fast rate and todays powergrid cannot support the increase in population hence the power grid must be relieved. We can accomplish this through peak shaving.  The mobility house Dansmästaren in Rosendal was built with the purpose of serving as a test bed for technical systems that have the task of relieving the power grid. It does this by applying the peak shaving technique to reduce the energy use, which mainly comes from the electric car chargers that is in Dansmästaren. Uppsala Parkering AB (UPAB), which runs Dansmästren is currently building a second mobility house in Rosendal called Brandmästaren. This report presents a comprehensive analysis of what kind of energy storage system Brandmästaren should have to streamline it's peak shaving.  The results showed that there are many ways to improve the energy storage system. But a detailed cost estimate is needed to know which of the alternatives is the most cost-effective.

Många batteriers användningsområden kräver att batterierna har hög upp- och urladdningshastighet samt låg kostnad. För dessa användningsområden är vattenbaserade laddningsbara batterier (ARB) ett möjligt alternativ i och med att de är svårantändliga, har god jonledningsförmåga, lägre inre resistans, billigare elektrolytlösning och tillverkning och har potentiellt högre upp- och urladdningshastigheter.  Genom att utgå från en cell med LiMn2O4 och V2O5 som katod respektive anod, utvecklades en cell med en spänning på 1 V och prestanda för 2 mol/L LiTSFI i organisk respektive vattenlöslig lösning jämfördes i ett SEI-fritt system. Prestandan kvantifierades med avseende på urladdningskapaciteten vid olika urladdningshastigheter samt fördelningen av de interna överpotentialerna. Vid C/4 behöll den organiska elektrolyten 88,3% av den initiala kapaciteten efter 10 cykler medan den vattenlösliga behöll 98,8%. En gräns på 20 °C påvisades för den organiska elektrolyten och vid försök att gå över denna hastighet svällde pouch cellen upp. Den vattenlösliga elektrolyten, å andra sidan, bevarade 37 mAh/g vid 50 °C.  Skillnaden i potentialfördelning i de två systemen analyserades även genom att använda tunnare elektroder. Den organiska elektrolyten visade då en förbättring av prestandan vid höga hastigheter, med en urladdningskapacitet på 8,8 mAh/g vid 50 °C, jämfört med 30 mAh/g för den vattenlösliga elektrolyten. IR-fallet var 7 gånger högre för den organiska elektrolyten. Eventuell skillnad i laddningsöverföring och por-resistans kunde inte analyseras då flera processer ägde rum på samma gång i systemen, vilket gav ett impedansspektrum med en komplex associerad ekvivalent krets. / For several battery applications, high dis-/charge rate and low cost are imperatives. It is for these applications that aqueous rechargeable batteries (ARB) rise as potential candidates given the non-flammability, potentially higher ionic conductivity and dis-/charge rates, lower internal resistances and lower price of the electrolyte solvents and manufacture. By benchmarking a cell with LiMn2O4 and V2O5 as cathode and anode, respectively, a cell with an operating voltage window of 1 V was developed and the performance of 2 mol/L LiTFSI in organic and aqueous solvent compared in a SEI-free system. This performance was quantified in terms of discharge capacity at different rates of discharge and the distribution of internal overpotentials. At C/4, the organic electrolyte held 88.3% of the initial capacity after 10 cycles while the aqueous, 98.8%. A limit of 20 °C for the organic electrolyte was seen, and at the attempt of cycling above this rate, swelling of the pouch cell took place. The aqueous electrolyte, on the other hand, conserved 37 mAh/g at 50 °C. The difference of overpotentials distribution in both systems was also assessed by employing thinner electrodes. The organic electrolyte showed then an improvement on high-rate performance, reaching 50 °C, but with a discharge capacity of 8.8 mAh/g, against 30 mAh/g for the aqueous electrolyte. The IR-drop was 7 times higher for the organic electrolyte. The differentiation between charge-transfer and pore resistance, however, was not possible, because of the presence of several processes taking place at similar time-scales in both systems, yielding an impedance spectra with a complex associated equivalent circuit.

Nearly one fifth of the global population lacks access to electricity and electricity access is essential for economic growth and human well-being. SHSs and micro-grids both have the possibility of increasing the electricity access in developing countries. The decision to choose either SHSs or micro-grids for rural electrification is a complex task that must consider both the technological factors that separate these two systems and the non-technological factors. Separate times of peak load between households (inter-class diversity) has shown to be one major advantage for the use of micro-grids. Studies have shown that the diversity factor present in micro-grids can scale down the necessary capacity of PV modules and energy storage of up to 80%, in comparison to stand-alone systems (e.g. SHSs). These reductions are nevertheless based on assumed diversity factors, not using real load profiles and the necessary capacities are calculated using intuitive methods (known to be inexact). From interviews in a rural community of Nicaragua, the author generated load profiles and determined the diversity factor of the community. The load profiles were generated with a specially designed software to formulate realistic load profiles for off-grid consumers in rural areas. These load profiles were later used in the software HOMER where the diversity’s influence on required capacity and NPC were determined by comparing SHSs to a PV based micro-grid. The study showed that the required capacity and NPC of the inverter and charge controller are clearly decreased as an influence of inter-class diversity. The required PV and battery capacity are also decreased when a micro-grid is utilized, but these reductions are most likely a result from the limited nominal power per component considered in HOMER. / Nästan en femtedel av världens befolkning saknar tillgång till elektricitet. Nicaragua är ett av de länder där en stor del av befolkningen saknar eltillgång och det gäller speciellt hushållen på landsbygden. Utbyggnader av elnätet till dessa områden är ofta låg-prioriterade på grund av höga kostnader för att tillgodose ett många gånger lågt energi och effektbehov. En alternativ lösning för att ge dessa hushåll tillgång till elektricitet är att använda off-grid system, system frikopplade från det nationella elnätet. Två vanligt förekommande off-grid system är solar home systems (SHSs) och micro-grids. Det faktum att flera hushåll ofta använder sin toppeffekt vid olika tillfällen (sammanlagring av effekt) har visat sig vara till stor fördel för micro-grids. Tidigare studier har visat att sammanlagringsfaktorn i ett micro-grid kan reducera nödvändig kapacitet av solceller och energilager upp till 80%, i jämförelse med enskilda system (t.ex. SHSs). Dessa studier bygger dock på antagna sammanlagringsfaktorer, overkliga lastprofiler och nödvändig kapacitet beräknas med intuitiva metoder. Med data från intervjuer i ett landsbygdssamhälle i Nicaragua skapas lastprofiler och en sammanlagringsfaktor beräknas för samhället. Lastprofilerna skapas i en programvara utvecklad för att formulera realistiska lastprofiler för off-grid konsumenter i landsbygdsområden. Lastprofilerna används senare i programvaran HOMER där sammanlagringens påverkan på nödvändig kapacitet och kostnad undersöks genom en jämförelse mellan SHSs och ett solcellsdrivet micro-grid. Studien visar att nödvändig kapacitet och nuvärdeskostnad för växelriktare och laddningsregulator tydligt minskar till följd av sammanlagring. Nödvändig kapacitet på solceller och batterier minskar också när ett micro-grid används. Dock beror detta med stor sannolikhet inte på sammanlagring utan är ett resultat från de begränsade märkeffekter på komponenter som användes i HOMER.

This bachelor thesis investigates what kind of battery system that is suitable for an electric driveline equipped with a mechanical fly wheel, focusing on a battery with high specific energy capacity. Basic battery theory such as the principle of an electrochemical cell, limitations and C-rate is explained as well as the different major battery systems that are available. Primary and secondary cells are discussed, including the major secondary chemistries such as lead acid, nickel cadmium (NiCd), nickel metal hydride (NiMH) and lithium ion (Li-ion). The different types of Li-ion chemistries are investigated, explained and compared against each other as well as other battery technologies. The need for more complex protection circuitry for Li-ion batteries is included in the comparison. Request for quotations are made to battery system manufacturers and evaluated. The result of the research is that the Li-ion NMC energy cell is the best alternative, even if the cost per cell is the most expensive compared to other major technologies. Due to the budget, the LiFeMnPO4 chemistry is used in the realisation of the final system, which is scaled down with consideration to the power requirement.