The purpose of the project was to carry out a study of a potential solar cell facility at Västergårdsgymnasiet. Previous studies have established that there is the greatest potential for electricity production during the summer period, which coincides with the load at its lowest. The aim of the project was therefore to investigate a solar cell plant with energy storage and how the surplus of the electricity produced can be stored.The modeling was performed with an installed capacity of 1231 kW solar panels and evaluated with the software Homer Pro, which is designed to simulate and optimize local energy systems. The execution of the project was divided into four main steps, the first being to check the solar-power plant's potential by calculating the theoretical electricity production against the property load. From this, the theoretical surplus could also be calculated, which is the cornerstone of the other main elements. The simulation resulted in the annual electricity production level being approximately 1.2 GWh and the theoretical surplus was estimated to be 0.5 GWh. The surplus in the system is sold to the electricity grid with a financial compensation based on Nordpool's spot prices. The financial result showed that it was not profitable with the conditions that the facility has and sensitivity analysis depending on the spot price was performed. The remaining three main steps are based on different types of energy storage methods, these are storage with lithium-ion batteries, flow batteries and hydrogen storage. The purpose of these energy storage methods was to reduce the proportion of electricity sold to increase the economic profitability and contribute to a higher degree of self-sufficiency.The systems with battery storage resulted in an increased degree of self-sufficiency but did not contribute to any increased economic profitability. The last storage method that was investigated was hydrogen storage, this was done with three different applications. The first application was based on the surplus of the produced solar energy being used to produce hydrogen. The produced hydrogen gas was then stored until the system has a shortage of energy and was then supplied to the fuel cell that produces both electricity and heat that were used in the property. The study showed that the method would not contribute to any economic profitability. The second application that was investigated was of the same basic structure as before but has been supplemented with a flow battery. The simulation of the system showed an increased degree of self-sufficiency but with a higher cost. The last method of application that was investigated was that the surplus energy is used to produce hydrogen, which was then used for an internal vehicle fleet or alternatively sold. The application gave promising results with the possibility of financial profitability.

The automotive market is currently undergoing a historical change where stricter emission legislations and ever increasing fuel costs have intensified the search for effective alternatives to the conventional internal combustion engine, which has resulted in a substantial trend towards electrification of powertrains. Storage of electrical energy is the fundamental component in this technology where the lithium-ion batteries are currently considered as the most appropriate solution. Lithium-ion batteries, however, as other types of batteries, can only be used efficiently and durably within a specific temperature range.This Master thesis has been carried out in collaboration with Electroengine in Sweden AB, situated in Uppsala, which has an ongoing project regarding development of a modular battery system for electric powertrains. The project is at a stage where an initial prototype has been developed which provides the foundation for this thesis. The study has addressed the battery system performance from a thermal perspective, in order to validate the ability of the system to create a thermally serviceable environment for the lithium-ion battery cells. The work has therefore been focused on verifying whether the existing structure provides sufficient heating and cooling functions. Based on the validation review, the current prototype's performance is presented and suggestions for improvements are submitted.Knowledge in the relevant area has been acquired through an extensive pre study concerning competing temperature management systems, basic thermodynamics, potential pathways for heat transfer and temperature-related characteristics for battery cells. Further, testing was conducted to obtain cell-generated heat power at varying load, state of charge and temperature. Henceforth the test data was used for the creation of simulation models in (COMSOL, 2012) and numerical analysis in (MATLAB, 2011) regarding the battery system's thermal behavior for various operating conditions in order to verify the system's temperature-regulating sustainability and to design the required cooling and heating functions.The conclusion of the study indicates that the existing design possesses acceptable dimensioning of cooling and heating properties. For further development of the battery system's temperature regulatory functions, a number of system improvement measures are necessary. Prioritized improvements are adaptive cooling which is only activated when needed, and cooling through the connecting plates of the battery cells. Implementation of improvement measures will result in an extended lifespan of the battery cells, and higher overall efficiency of the battery system. / Fordonsmarknaden genomgår idag en historisk förändring där striktare utsläppslagstiftningar och ständigt ökande bränslekostander har intensifierat sökandet efter effektiva alternativ till den konventionella förbränningsmotorn, vilket medfört en omfattande trend mot elektrifiering av drivlinor. Lagring av elektrisk energi utgör den fundamentala komponenten inom denna teknologi där litium-jon-batterier idag anses som den mest adekvata lösningen. Litium-jon-batterier är dock, såsom andra typer av batterier, temperatursensibla och kan endast brukas effektivt och durabelt inom ett specifikt temperaturområde.Detta examensarbete har genomförts i samarbete med Electroengine in Sweden AB i Uppsala som har ett pågående projekt där ett modulärt batterisystem för elektriska drivlinor utvecklas. Projektet befinner sig i ett stadie där en initial prototyp framtagits vilken utgör fundamentet för ifrågavarande examensarbete. Genomförd studie har behandlat batterisystemets prestanda ur ett termiskt perspektiv med syfte att validera systemets förmåga att skapa en termiskt tjänlig miljö för ingående litium-jon-battericeller. Arbetet har följaktligen fokuserats på att verifiera huruvida den befintliga konstruktionen tillgodoser satisfierande värmnings- och kylningsfunktioner. Utifrån valideringsgranskningen har den befintliga prototypens prestanda presenterats och förbättringsförslag framlagts.Via en omfattande förstudie berörande konkurrerande temperaturhanteringsystem, grundläggande termodynamik, potentiella vägar för värmetransport och battericellernas temperaturrelaterade egenskaper inhämtades en solid kunskapsbas inom berört område. Vidare genomfördes tester för erhållande av cellgenererad värmeeffekt vid varierande last, laddningsstatus och temperatur. Fortsättningsvis brukades testdata för upprättande av simuleringsmodeller i (COMSOL, 2012) och numerisk analys i (MATLAB, 2011) gällande batterisystemets termiska beteende för olika driftförhållanden för att därigenom verifiera systemets temperaturreglerande bärkraftighet och dimensionera erforderlig kylning och värmning.Slutsaten av genomförd studie är att den befintliga konstruktionen innehar godtagbar dimensionering av kyl- respektive värmningsfunktion för tilltänkt applikation. För vidareutveckling av batterisystemets temperaturreglerande funktion återfinns ett flertal systemförbättrande åtgärder där prioriterade förbättringar utgörs av adaptiv kylning som endast aktiveras vid behov och kylning via battericellernas kontaktbleck. Implementering av förbättringsförslag resulterar i förlängd livslängd för battericellerna samt högre total verkningsgrad för batterisystemet.

Examensarbetet gjordes på Volvo Group Trucks Technology. Målet med arbetet var att studeravärmeutveckling i Li-jon cell för hybrid- och elbilar, HEV och EV. Battericeller undersöktesunder sina normala arbetsförhållanden och vid förstörande prov. Undersökningen baserades påcellernas yttemperatur. Arbetet beskrev cellernas beteende och syftade att vara ett underlag förkonstruktörer av batterisystem.En litteraturstudie gjordes för att studera faktorer som påverkar värmeutvecklingen. Sedananalyserades källor till samtliga faktorer. En moduleringsmetod för analys av cellensvärmeeffektivitet togs fram. Miljöpåverkan och ekonomiska aspekter av batterier undersöktes.Tre tester togs fram för att undersöka värmeutvecklingsfaktorer på fem celler. De flestafaktorerna var externa såsom laddning och urladdning, puls och kontinuerlig ström ochomgivningstemperatur. En infraröd kamera användes vid experimenten.Testerna visade hur olika faktorer påverkade cellernas temperatur. Vidare analys av källor visadekritiska områden i cellernas konstruktion.Förstörande värmeprov gjordes på tre par av celler. Dessa värmdes upp till 300°C vilketorsakade ”thermal runaway”. I vissa fall gick temperaturen över 600°C och celler fattade eld.Olika kemiska sammansättningar och uppbyggnad av cellerna gjorde att de betedde sig olika vidgenomförda tester.Testerna visade att olika celler presterade olika vid liknande testförhållanden. Därför är detviktigt att ta fram specifikationer för användningsförhållanden för att välja ut en cell för ettbatterisystem. Sedan kan prestandan av olika celler jämföras och effektivitet kan utvärderas församma belastningscyklar.Thermal Management System kan förhöja batteriets effektivitet och måste designas medanvändningsförhållanden i åtanke. Batteriernas säkerhet är väldigt viktig och människor får inteskadas av batterier. Därför måste säkerheten finnas i åtanke i alla steg av batteridesign.Arbetets resultat blev en sammanfattning av viktiga faktorer och specifikationer för batteridesignsom baserades på värmeutvecklingen. Samtliga riktlinjer sammanfattades i Appendix 5. / Master thesis work was done at Volvo Group Trucks Technology. Aim of the project was tostudy thermal behaviour of Li-ion battery for hybrid and electric vehicles, HEVs and EVs.Battery cells were tested in regular working conditions and abuse conditions. Surfacetemperature of cells was chosen for studying heat evolution.A literature study was conducted to research factors that influence cell temperature. Analysis ofsources of these factors was then performed. A modelling method for analyzing cell thermalefficiency was designed. Sustainability and economics aspects of batteries were also studied.When factors were established three tests were designed to study their effects. Five cells werestudied. Tests mainly examined external factors such as charge and discharge, pulse andcontinuous current, ambient temperature to name a few. An infrared camera was used.Study showed how different factors influenced cell temperature. Further analysis of sourcespointed out some hot spots of cell designs.Thermal abuse test were performed on three pairs of cells. Cells were heated up to 300°C andwent through thermal runaway which in some cases increased temperatures up to 660°C in lessthan a second and caused fire. Different cell chemistries and cell designs reacted differently tothe abuse conditions.A conclusion was reached that cells performed differently in similar test conditions. Whendesigning a battery system a set of specifications for usage conditions is crucial for choosing acell. When conditions and load cycles are known cells can be tested and their thermal andelectrical efficiency evaluated.Thermal Management System TMS can largely enhance cell efficiency and lifecycle. Suchsystem must also be designed according to usage conditions and particular cell’s performance.Battery safety showed to be a very important factor of designing a battery system. Humans shallnot be injured by systems with batteries which must be kept in mind during design.Work resulted in summary of important factors and specifications for designing a battery systembased on cell thermal behaviour. These guidelines are presented in Appendix 5.

The ocean has tremendous potential in terms of energy generation, and wave energy is especially promising. However, wave energy technology is still non-commercial. Along with ambitious renewable energy targets and investments, much is happening within the field and the wave energy converter developers CorPower Ocean intend to have their technology proven in the upcoming years. This study aims at investigating the value of commercial wave energy in an energy system. This is fulfilled by the possibilities of achieving 24/7 Carbon-free Energy with the wave energy technology from CorPower Ocean at the stage of commercialization. An energy system is modeled with wave energy, floating offshore wind energy, lithium-ion battery storage and the Portuguese national grid, supplying Northvolt’s and Galp’s future lithium conversion facility in Portugal. Different system configurations are compared based on three Key Performance Indicators: 24/7 Carbon-free Energy performance, system emission, and cost for the electricity consumer. In addition, a review of available financial support mechanisms for renewable energy technologies and especially wave energy is done to understand how such mechanisms can affect the economic feasibility of the energy system modeled. The wave energy technology from CorPower Ocean shows to have a high power output and 24/7 carbon-free Energy performance in this study. Although a combination of wave and floating offshore wind energy better ensure energy security with generation profiles that peak at different times, the modeling shows that a system with wave energy alone is preferred for supplying the facility with electricity both from an environmental and economic perspective. The economic feasibility of Lithium-ion battery storage in the system is uncertain and to achieve 24/7 Carbon-free Energy supply of the facility a longer duration storage solution is needed. The price for wave energy in this study is higher than for other commercial renewable energy technologies such as solar PV. However, based on the available financial support structures from governments and other stakeholders, wave energy technology has the potential to be competitive as soon as the technology is proven. / Energigenerering från våra hav har stor potential, inte minst från vågkraft. Trots att vågkraftstekniken ännu inte har nått ett kommersiellt stadie händer det mycket inom området i takt med fler ambitiösa miljökrav och investeringar. CorPower Ocean utvecklar vågkraftsteknik och planerar att ha sin teknik bevisad inom några år. Den här studien syftar till att undersöka värdet av kommersiell vågkraft, vilket uppfylls genom möjligheterna till förnybar el 24 timmar om dygnet med CorPower Ocean’s vågenergiomvandlare. Ett energisystem modelleras med vågkraft, flytande vindkraft, litium-jon batterier och det portugisiska elnätet för att försörja Northvolts och Galps planerade anläggning för litiumkonvertering i Portugal. Olika systemkonfigurationer är jämförda utifrån tre parametrar: 24/7 förnybar el prestation, systemutsläpp och elkostnad för konsumenten. I tillägg utförs en studie om vilka finansiella supportmekanismer som finns för hållbar energiteknik och speciellt för utvecklingen av vågkraft. Detta för att få insikt i om vågkraft kan få finansiellt stöd och konkurrera med andra förnybara energitekniker. Studien visar att vågkraftstekniken presenterar bra utifrån de tre parametrarna. Trots att en kombination av våg och flytande vindkraft ger bättre elsäkerhet med alternerande produktionskurvor visar modelleringen att ett system med endast vågkraft är att föredra både från ett ekonomiskt och ett miljöperspektiv. En investering av litium-jon batterier i energisystemet är tveksam och för att uppnå förnybar elförsörjning av anläggningen 24 timmar om dygnet krävs en energilagringsteknik som möjliggör lagring över längre perioder. Priset för vågkraft i studien är högre än för andra kommersiella förnybara energitekniker så som solpaneler. Baserat på det finansiella stöd som finns från myndigheter och andra intressenter så är det möjligt för vågkraften att bli konkurrenskraftig så fort tekniken är bevisad.

In this thesis, a simulation model developed in MATLAB® in consideration of system losses based on lithium ion-battery is presented. The purpose of the simulation model is to investigate peak shaving potential in the residential distribution network. In other word to determine an optimal threshold limit and battery capacity depending on if the battery system is placed at the transformer or household level. In the report there were economic calculations executed showing that profitability of investing in a battery system depends on the threshold limit and battery capacity. / I denna rapport presenteras analys av toppeffektreducering med ett simuleringsprogram baserad på litium-jon batteri med hänsyn till systemförlust. Simuleringsmodellen är uppbyggd i MATLAB® där metoder som Coulomb counting implementerades. Syftet med simuleringsprogrammet är att definiera en optimal tröskelgräns samt batterikapacitet på transformator- och hushållsnivån. I rapporten utfördes ekonomiska beräkningar som tyder på att lönsamheten för investering av ett batterisystem beror på tröskelgräns och batterikapacitet.

Strukturella batterier är multifunktionella; de tillhandahåller lagring av elektrokemisk energi samtidigt som de bidrar med en lastbärande funktion. Tillsammans möjliggör detta att batteriet kan integreras i karossen hos ett elektriskt fordon eller apparat. Denna multifunktionalitet möjliggör således en avsevärd reducering i fordonets vikt. Kompositmaterialet är förstärkt av kolfiberelektroder, innesluten i en elektrolytstruktur. För att förverkliga detta koncept måste batteriets elektrolyt kunna motstå mekanisk belastning, samtidigt som den transporterar joner mellan batteriets elektroder. Denna studie syftar till att bygga vidare på konceptet av fas-separerade polymerelektrolyter, skapade från polymerisationsinducerad fasseparation via termisk härdning, vilket är en teknik utvecklad av Schneider et al. och Ihrner et al. Vidare undersöks effekten av att dels använda en elektrolytlösning baserad på EC:PC, men även att inkorporera tioler till polymernätverket. Tvärbindningsmolekylerna som användes i denna studie inkluderade trimetylolpropan tris(3-merkaptopropionat) (3TMP), pentaerythritol tetrakis(3-merkaptopropionat) (4PER), och dipentaerythritol hexakis-(3-merkaptopropionat) (6DPER). Dessa skiljer sig i antal funktionella tiolgrupper. Konduktivitet, termo-mekanisk prestanda och strukturberoende egenskaper undersöktes genom tre laborativa faser. Den första fasen behandlade inverkan på elektrolytsystemet av ändrat lösningsmedel, tiol-funktionalitet samt tiolgruppförhållandet gentemot allyl gruppen på den primära monomeren. Sampolymeren innehållandes 6DPER uppvisade bäst multifunktionalitet, varpå denna utvecklades vidare i fas två där en optimal sammansättning fastställdes som bestod utav 45 viktprocent jonlösning. I den slutliga fasen konstruerades en halv-cell baserat på den tidigare optimerade elektrolytkompositionen; den uppmätta kapaciteten visar tydlig förbättring jämfört med tidigare forskning. Resultatet som erhölls i denna studie bidrar till förståendet av strukturella batteri-elektrolyter samt den forskning som en dag kan komma att förverkliga strukturella batterier och dess tillämpningskrav. / Structural batteries are multifunctional; providing electrochemical energy storage synergistically with a load-bearing function that enables their integration into the body panels of electric devices and vehicles. Thus, massless energy can be achieved. As a composite material, it is composed of reinforcing carbon fibre electrodes embedded in an electrolyte matrix. To realize this concept, the electrolyte must simultaneously transfer mechanical load and transport ions between electrodes. The following study builds on a phase-separated polymer electrolyte, created using polymerization-induced phase separation via thermal curing, formulated by Schneider et al. and Ihrner et al.. The impact of the incorporation of thiols for copolymerization and as cross-linking agents for the polymer network was researched along with use of an EC:PC-based solvent. The three thiols studied were: trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate) (3TMP), pentaerythritol tetrakis(3-mercaptopropionate) (4PER), and dipentaerythritol hexakis-(3-mercaptopropionate) (6DPER). These differed in regard to the amount of thiol functional groups present. Ionic conductivity, thermo-mechanical performance and structure-property relationships were studied across 3 laboratory phases. The first phase concerned the effect of thiol-functionality, the thiol functional group ratio relative to the allyl group present in the primary monomer, and the solvent interaction. 6DPER was concluded to be the most promising cross-linking agent. During the second phase, the effect of electrolyte content was evaluated with an optimum of 45 weight% determined. The third phase concluded the study, wherein a half-cell was assembled with the optimized electrolyte formulation showing improved capacity relative to previous studies. The results developed here contribute to the understanding of structural battery electrolyte systems and their continued research to meet application demands.