Commercial Potential of Battery Energy Storage Systems to Charge the Electric Vehicle Market

Abstract (Swedish)

Denna masteruppsats undersöker den snabbt växande europeiska marknaden för laddning av elbilar, med fokus på integrationen av batterienergilagringssystem vid laddningsstationer, särskilt för snabbladdning med likström. Genom intervjuer med branschintressenter och experter, samt en omfattande litteraturgenomgång, identifierar studien en eskalerande efterfrågan på batterisystemlösningar. Denna efterfrågan påskyndas av den snabba expansionen av infrastruktur för laddning av elbilar, befintliga begränsningar i elnätets kapacitet, och en övergång till förnybar energi. Efterfrågan varierar beroende på kundprofiler och den hastighet med vilken tekniken antas. Bland de olika kundprofilerna framträder operatörer av laddningspunkter som en primär kundgrupp, om än med varierande adoptionstakt och motiv.

Uppsatsen detaljerar de funktionella kraven för batterisystem, inklusive behovet av att balansera kapacitet, effekt, mobilitet, anslutning, hållbarhet och kostnad. Den noterar en potentiell förskjutning i preferens från mobila Den noterar en potentiell förskjutning i preferens från mobila till stationära batterisystem i takt med att marknaden mognar, och betonar betydelsen av mångsidighet och skalbarhet som svar på föränderliga marknadsbehov. Ett skalbart batterisystem med parallella anslutningar, som startar från en kapacitet på 300-500 kWh och kan utökas till upp till fem enheter, rekommenderas. En optimal laddnings-/urladdningshastighet (C-rate) på 0,5 C föreslås för att maximera livslängd, cykelbarhet och effektkapacitet, vilket motsvarar en effektutgång på 150-250 kW per enhet.

Analysen pekar på differentiering som en kritisk konkurrensstrategi för premium integratörer av batterisystem som går in på e-mobilitetsmarknaden, med betoning på unika säljargument som teknologisk överlägsenhet, modularitet och avancerade kontrollfunktioner. Avhandlingen framställer batterisystem-marknaden inom sektorn för snabbladdning av elbilar som attraktiv, med betydande tillväxtpotential
som understryks av det brådskande behovet av mer omfattande laddningsinfrastruktur och utmaningarna som otillräcklig infrastruktur för elnätet medför.

Dock är inte batterisystem-marknaden utan sina risker. Risker inkluderar takten på teknologisk förändring, marknadsosäkerhet, komplexitet i försörjningskedjor och etableringen av effektiva distributions- och försäljningskanaler. För att bibehålla konkurrenskraften måste leverantörer och integratörer av batterisystem närma sig dessa utmaningar med en blandning av innovativa lösningar och strategisk anpassningsförmåga.

Uppsatsen ger en djupgående analys av de tekniska och strategiska dimensionerna av batterisystems-marknaden inom sektorn för laddning av elbilar. Den betonar vikten av att förstå marknadskrav, utvecklande funktionella krav och strategisk positionering för integratörer av batterisystem i en sektor som kännetecknas av snabb tillväxt och förändring.

Popular Abstract

The surge in electric vehicle (EV) popularity is reshaping the automotive landscape, steering us towards a greener energy future. However, this transformation is not without its hurdles. A significant challenge lies in developing efficient EV charging infrastructure. Faced with limited grid capacity and extended lead times for grid connections, the rapid expansion of this infrastructure demands innovative solutions. This is where small-scale battery energy storage systems (BESS) enter the picture, offering a promising avenue to streamline the EV charging infrastructure setup, mitigate the impact of EV charging on the power grid and support the move from fossil fuels to renewable energy.

The master’s thesis report, Commercial Potential of Battery Energy Storage Systems to Charge the Electric Vehicle Market, by Lea Öberg, delves into the European fast public EV charging industry, particularly focusing on the demand for BESS solutions. The study analyzes what different stakeholders need and demand from BESS solutions in the e-mobility sector, and explores potential technologies that can meet these demands. Moreover, it examines the market outlook for a Nordic BESS integrator, such as Northvolt, to be competitive in this arena.

The study shows that the EV charging market is intrinsically linked with the broader automotive and energy sectors. The global shift from fossil fuels to renewable energy parallels the automotive industry’s move from conventional internal combustion engines to battery-powered EVs. This transition is challenging the power grid to adapt to increasing fluctuations in electricity generation and consumption, particularly with the rise of intermittent renewable energy sources and high-power EV charging demands. In this context, the market for BESS in the EV charging industry is expected to see substantial growth, playing a crucial role in enabling the electrification of the automotive industry within a broader green energy transition.

The study finds the BESS market in the EV charging sector attractive, particularly for established small-scale BESS integrators looking to expand into new markets. This market is expected to grow significantly in the coming decade, driven by the need for extensive EV charging infrastructure development coupled with grid capacity limitations. BESS integrators can enter this market either by 1) expanding their current product market, 2) developing a new versatile BESS solution with a broader market reach or 3) creating a specialized BESS solution for e-mobility.

Competitors in the BESS market for e-mobility offer a variety of solutions, with two primary functional architectures: 1) integrated system solutions and 2) separate setups with a distinct power control system module. These solutions primarily differ in material costs, scalability and system integration. Opportunities for differentiation in the BESS market are multiple, with integrators poised to leverage technological innovation, tailored solutions, and superior quality.

In the dynamic market of fast EV charging, the key players – charge point operators – seek BESS solutions seamlessly integrated into their setups, offering flexibility and adaptability. The recommended BESS includes a separate power conversion system and scalable energy capacity, beginning from 300-500 kWh and a 0.5 C-rate. This approach mirrors the changing market demands, where today’s preference for smaller, mobile systems for cost efficiency, may soon give way to larger, more stationary systems as the market blooms and usage increases. In essence, a versatile BESS solution, capable of adapting to the constantly evolving EV charging needs is the golden ticket.

To stay competitive, BESS integrators must focus on differentiation, emphasising unique selling propositions like technological superiority, modularity, and advanced control capabilities. However, they must also navigate challenges such as rapid technological change, market uncertainty, supply chain complexities, and the need for effective distribution and sales channels. Adaptability is crucial in this ever-changing environment, with a strong emphasis on technological innovation being a vital component for staying ahead.

The development of the BESS market is closely aligned with European climate goals, aiming to limit the global average temperature increase to 1.5°C. The expansion of EV charging infrastructure, supported by battery energy storage, plays a vital role in this endeavour, enabling the widespread adoption of EVs and facilitating the shift to renewable energy sources. As we move towards a greener future, the synergy between EVs and small-scale BESS stands as a cornerstone of this transition, promising to address the challenges of today and power the innovations of tomorrow.

• author: Öberg, Lea
• supervisor: Bertil Nilsson
• organization: Production Management
• alternative title: Market demand, solution alternatives and commercial outlook from the perspective of a European battery system original equipment manufacturer
• course: MIOM05 20231
• year: 2023
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: BESS, EV, EVCI, DCFC, battery system integrator, CPO, charge post manufacturer, charge post owner, e-mobility market
• report number: 23/5723
• language: English
• id: 9141968
• date added to LUP: 2023-12-12 08:21:42
• date last changed: 2024-03-25 11:11:03