There has been an increase in the carbon dioxide (CO2) emissions in the last 3 decades. A large share of these emissions is produced by the transport sector. In 2010 alone, global transport accounted for 7 GtCO2 eq and approximately 23% of total energy-related CO2 emissions. In order for the decarbonisation of the transport sector, one of the most important strategies is to reduce the use of fossil fuels. Fossil fuel consumption can be reduced by rolling out more battery electric vehicles (BEVs) on public roads. This is one of the methods by which the concept of electromobility is promoted. In order to increase the share of EVs, many countries have implemented different policies that promote the electrification of the transport sector. With respect to freight transport, electric commercial vans are one of the feasible choices.  This Master thesis involves a quantitative study which focus on the “total cost of ownership” (TCO) of light commercial vehicles (LCVs). Two diesel vans currently used in Curitiba, Brazil were selected - the Sprinter van by Mercedes-Benz and the Master van by Renault. In addition, their electric counterparts were also chosen; in conjunction, a sensitivity analysis with respect to fuel prices and annual distance driven was conducted. The results showed that the TCO of the electric LCVs is around 1.6 to 1.7 times higher than their diesel versions. As far as the two van model types were concerned, the Mercedes-Benz Sprinter had a higher TCO than the Renault Master over the chosen vehicle lifetime for both the diesel and electric versions, with the difference around 7.5% for the diesel versions and approximately 13% for the electric versions.  Based on the results of the TCO study, possible economic policies and fiscal instruments were recommended with regards to light commercial freight transport for Curitiba. / Det har skett en ökning av koldioxidutsläppen (CO2) under de senaste 3 decennierna. En stor del av dessa utsläpp produceras av transportsektorn. Bara 2010 svarade, global transport för 7 GtCO2 ekvivalenter och cirka 23% av de totala energirelaterade koldioxidutsläppen. För att avkolning av transportsektorn är en av de viktigaste strategierna att minska användningen av fossila bränslen. Fossil bränsleförbrukning kan minskas genom att rulla ut fler elektriska fordon (EF) på allmänna vägar när det gäller transportsektorn i allmänhet. Detta är en av metoderna som begreppet elektromobilitet främjas. För att öka andelen elbilar har många länder genomfört olika policyer som främjar elektrifiering av transportsektorn. När det gäller godstransport, är elektriska kommersiella lastbilar och skåpbilar två av de möjliga valen.  Detta examensarbete involverar en kvantitativ studie som fokuserar på “totala ägandekostnaderna” (TÄK) för lätta nyttofordon. Två dieselbilar som för närvarande används i Curitiba, Brasilien valdes - Sprinter-skåpbilen från Mercedes-Benz och Master-skåpbilen av Renault. Dessutom valdes deras elektriska motsvarigheter; i samband med detta genomfördes en känslighetsanalys avseende bränslepriser och årlig körd distans. Resultaten visade att T för elektriska LCV är cirka 1.6 till 1.7 gånger högre än deras dieselversioner. När det gäller de två typerna av skåpbilar hade Mercedes-Benz Sprinter en högre TCO än Renault Master under den valda fordonstiden för både diesel - och elektriska versioner, med skillnaden cirka 7.5% för dieselversionerna och cirka 13% för de elektriska versionerna.  Baserat på resultaten av TCO-studien rekommenderades möjlig ekonomisk politik och finanspolitiska instrument när det gäller lätt kommersiell godstransport för Curitiba.

Transportation in Sweden currently accounts for one-third of domestic GHG emissions. Thereof more than 90 % are allocated to road traffic with passenger cars being the largest contributor. Hence, the Swedish government adopted stringent climate policies to cut transport emissionsby 70 % (compared to 2010) latest until 2030. Electrification is seen as one of the key strategies to mitigate climate change and to accomplish set climate goals. Hence, estimation and quantification of electric vehicle life cycle carbon footprints is of major interest to understand their environmental performance. As part of this study lifetime burdens for gasoline, diesel and battery electric vehicles were contrasted. Nominal end of life was assumed to be reached after 200.000 km. The life cycle inventory was conducted based on market and literature data and by employing the open-source LCA tool carculator. Impacts on material resources were assessed by various materialization models for vehicle glider, combustion powertrain and electric powertrain. Additional impact categories such as formation of fine particles, freshwater use and terrestrial ecotoxicity were included. Results showed that lifetime carbon footprints of electric vehicles in Sweden are 45-51 % lower compared to conventional diesel and gasoline drives. Per driven kilometer, electric vehicles caused 137,46 g CO2-eq./km, diesel vehicles 249,28 g/km and gasoline vehicles 282,75 g/km. Savings of electric drives mainly originate from vehicle operation (zero tailpipe emissions) and low carbon electricity generation (predominantly hydropower, nuclear energy and wind energy). Lifetime battery charging according to the Swedish energy system was found to provoke 1,03 t of GHG emissions. This is ten times lower compared to average EU loads. Modeling results for electric vehicle manufacturing disclosed a total carbon footprint of 17,63 t CO2-eq. with a significant portion of 5,99 t originating from lithium-ion batteries. This is 57-63 % higher than estimated production footprints for fossil fuel vehicles with the same amount of 8,63 t CO2-eq. allocated to the glider. However, performed sensitivity studies revealed significant potential to cut emissions from battery manufacturing with transition to European sites. Replacement and conversion of vehicles from the Swedish fleet was assessed according to both, a fixed lifetime perspective of 200.000 km and year-by-year scenario models. Three different paths projecting development of the vehicle stock until 2030 are presented. Results of this work showed that vehicle conversion offers potential to save about 1.191 kg of material resources (thereof 728 kg ferrous metals, 104 kg aluminum, 149 kg plastics and 210 kg other materials). Corresponding savings in production emissions comprise 8,63 t CO2-eq. through reuse of the vehicle glider. From a nationwide perspective, up to 34 % of annual GHG emissions and up to 60 % of the annual material demand could be saved. Results further suggest a target value of around 3,8 millionelectric vehicles by 2030 to achieve aspired emission limits. / Kurzzusammenfassung - Siehe angehängtes Dokument / <p>NOT KTH STUDENT (INTERNSHIP AT ITRL)</p> / International collaboration with University of Stuttgart

A common architecture for electric vehicles is to have two electric machines one each on the front and rear axle. Despite the redundancy, this configuration ensures performance. Being energy efficient is equally important for electric vehicles to deliver a sufficiently high range. Hence, operating a single machine at low to medium torque requirement is desirable. A clutch can be implemented on the front axle and its engagement dynamically controlled to reduce the magnetic drag losses in the front machine. With clutch disengaged, the entire torque will be delivered by the rear machine causing it to heat up quickly. As electric machine and inverter losses are also temperature dependent, this work attempts to derive an optimal torque split strategy between the two machines considering thermal effects. An upper-temperature limit for both electric machine and inverter is imposed for component protection. Thermal models for the electric machine, inverter and coolant circuit are simplified using system identification and model order reduction approach. Dynamic optimal torque split is realized by minimizing the energy loss over the entire drive cycle. Dynamic programming is used to investigate the benefits of including thermal losses and to generate a benchmark solution for optimal torque split strategy. Further, two online controllers are developed, one based on non-linear model predictive control and the other being a static controller with added heuristic rules to prevent temperatures of critical components to exceed the limits. A high-fidelity plant model was developed using VSIM as master and GT-Suite thermal model as slave to compare the performance of these controllers. The results show that it is possible to obtain decent thermal performance of electric motor and inverter with one node lumped parameter thermal model and a five-node lumped parameter model for the coolant circuit. Including thermal dynamics in the controller can constraint the temperature within the limits and give an optimal torque split. The benefit of adding temperature-dependent thermal maps is found to be limited to certain operating regions. The static controller with torque split based on instantaneous power loss also performed well for the given configuration. The major contribution to energy saving was obtained by dynamic disengagement of clutch in the form of reduced magnetic drag losses. / En vanlig arkitektur för elfordon är att ha två elmaskiner en vardera på fram- och bakaxeln. Trots redundansen säkerställer denna konfiguration prestanda. Att vara energieffektiv är lika viktigt för att elfordon ska leverera en tillräckligt hög räckvidd. Det är därför önskvärt att driva en enda maskin med lågt till medelhögt vridmoment. En koppling kan implementeras på framaxeln och dess ingrepp kan styras dynamiskt för att minska de magnetiska motståndsförlusterna i den främre maskinen. Med kopplingen urkopplad kommer hela vridmomentet att levereras av den bakre maskinen vilket gör att den snabbt värms upp. Eftersom förluster av elektriska maskiner och växelriktare också är temperaturberoende, försöker detta arbete härleda en optimal vridmomentsdelningsstrategi mellan de två maskinerna med tanke på termiska effekter. En övre temperaturgräns för både elektrisk maskin och växelriktare är införd för komponentskydd. Termiska modeller för den elektriska maskinen, växelriktaren och kylvätskekretsen förenklas med hjälp av systemidentifiering och modellbeställningsreduktion. Dynamisk optimal vridmomentdelning realiseras genom att minimera energiförlusten under hela körcykeln. Dynamisk programmering används för att undersöka fördelarna med att inkludera termiska förluster och för att generera en benchmarklösning för optimal vridmomentsdelningsstrategi. Vidare utvecklas två online-styrenheter, en baserad på icke-linjär modell för prediktiv styrning och den andra är en statisk styrenhet med tillagda heuristiska regler för att förhindra att temperaturer på kritiska komponenter överskrider gränserna. En högfientlig anläggningsmodell utvecklades med VSIM som master och GT-Suite termisk modell som slav för att jämföra prestandan hos dessa styrenheter. Resultaten visar att det är möjligt att erhålla hyfsad termisk prestanda för elmotor och växelriktare med en termisk modell med en nodklumpad parameter och en femnodsmodell med klumpparametrar för kylvätskekretsen. Att inkludera termisk dynamik i regulatorn kan begränsa temperaturen inom gränserna och ge en optimal vridmomentfördelning. Fördelen med att lägga till temperaturberoende termiska kartor har visat sig vara begränsad till vissa driftsområden. Den statiska styrenheten med vridmomentdelning baserad på momentan effektförlust fungerade också bra för den givna konfigurationen. Det största bidraget till energibesparingen erhölls genom dynamisk urkoppling av kopplingen i form av minskade magnetiska motståndsförluster.