Modular multilevel converter for electric vehicles

A new advanced type of modular multilevel converters (MMCs) will be presented in this thesis. This kind of MMCs plays an important role to extend battery life, reduce harmonic distortion and lessen space. An important advantage of using this kind of MMC is the possibility to operate as an inverter, a battery management system (BMS) as well as to recharge embedded batteries. The proposed topology will embed a series connection of several low voltage battery cells within the half bridge converters. This thesis will describe the MMC embedded with electrochemical cells using four different modulation techniques. The MMC will be studied with RL load under unbalanced voltage condition across all batteries. The MMC is capable of producing the symmetric three phase voltage. During this thesis analysis of voltage and current harmonic distortion levels across a wide range of frequencies using all the four modulation techniques will be done. Cell balancing algorithm will also be presented for balancing the cells. As well as, calculation of average power loss in the MMC using different arm inductance values and frequencies will be presented. Finally, implementation of Field Oriented control (FOC) of permanent magnet of synchronous machines and calculation of the machine losses using all modulation techniques will be done.

In questa tesi verrà presentato un nuovo tipo avanzato di convertitori multilivello modulari (MMC). Questo tipo di MMC svolge un ruolo importante per estendere la durata della batteria, ridurre la distorsione armonica e ridurre lo spazio. Un importante vantaggio dell'utilizzo di questo tipo di MMC è la possibilità di operare come un inverter, un sistema di gestione della batteria (BMS) oltre a ricaricare le batterie incorporate. La topologia proposta incorporerà una serie di connessioni di più celle di batteria a bassa tensione all'interno dei convertitori a mezzo ponte. Questa tesi descriverà la MMC incorporata con celle elettrochimiche usando quattro diverse tecniche di modulazione. La MMC verrà studiata con carico RL in condizioni di tensione sbilanciata su tutte le batterie. L'MMC è in grado di produrre la tensione trifase simmetrica. Durante questa analisi di tesi verranno eseguiti i livelli di distorsione armonica di tensione e corrente attraverso un'ampia gamma di frequenze utilizzando tutte e quattro le tecniche di modulazione. Sarà anche presentato l'algoritmo di bilanciamento delle cellule per il bilanciamento delle cellule. Inoltre, verrà presentato il calcolo della perdita di potenza media nella MMC utilizzando diversi valori di induttanza del braccio e frequenze. Infine, l'implementazione del controllo Field Oriented (FOC) del magnete permanente delle macchine sincrone e il calcolo delle perdite della macchina utilizzando tutte le tecniche di modulazione saranno eseguite.