Modular multilevel converter with distributed battery energy storage system for traction drive applications

A modular multilevel converter (MMC) with distributed battery energy storage system for traction drive applications is presented in this thesis. Battery cells are connected directly to the halfbridge choppers of the modules, replacing the floating capacitors of traditional MMCs. The battery is distributed throughout the converter. This converter topology is of interest because it is possible to balance the state of charge (SOC) of the cells in the modules through the control the converter during operation, greatly reducing battery management system (BMS) requirements. The batteries in the converter can be recharged by single phase AC, three phase AC, and DC power sources. The modular design ensures a high degree of redundancy, low total harmonic distortion and low voltage drop over the switches. Simulations in Matlab/Simulink TM were used to evaluate different modulation techniques, and verify the performance of the proposed converter and its cell balancing capabilities. The model was then used to simulate field oriented control (FOC) of an induction motor supplied by the proposed converter. Following this a prototype was designed and assembled to assess the viability of the proposed converter

In questa tesi è presentato un modular multilevel converter (MMC) con batterie distribuite per applicazioni di trazione elettrica. Le celle della batteria sono collegate direttamente ai halfbridge choppers dei moduli, sostituendo i condensatori di un MMC tradizionale. La batteria è distribuita in tutto il convertitore. Questa topologia di convertitore è di interesse perché è possibile bilanciare lo stato di carica (SOC) delle celle nei moduli tramite il controllo del convertitore durante l’operazione, riducendo notevolmente i requisiti del sistema di gestione della batteria (BMS). Le batterie nel convertitore possono essere ricaricate tramite fonti AC monofase, AC trifase, e DC. La topologia modulare garantisce un alto grado di ridondanza, bassa distorsione armonica totale e bassa caduta di tensione sui semiconduttori. Sono state utilizzate simulazioni in Matlab/Simulink TM per valutare diverse tecniche di modulazione, e verificare le prestazioni del convertitore proposto e le sue capacità di bilanciamento delle celle. Il modello è stato usato per simulare il field oriented control (FOC) di un motore a induzione alimentato dal convertitore proposto. Successivamente è stato progettato e assemblato un prototipo per valutare la fattibilità del convertitore proposto.