Azionamento per la propulsione elettrica basato su convertitore modulare multilivello con sistemi di accumulo integrati

This thesis presents the development of a drive system based on a Modular Multilevel Converter integrated with supercapacitors for fully electric propulsion applications. Although batteries are capable of providing the required energy, they present limitations related to cost, thermal management, and lifespan, particularly in high-power contexts. In this scenario, hybrid systems that combine batteries and supercapacitors offer a promising solution, as they merge the high energy density of batteries with the rapid charge and discharge capabilities of supercapacitors. The latter, thanks to their ability to quickly absorb and deliver power, are effective in handling power peaks, thereby improving overall system efficiency. Specifically, this thesis investigates the integration of supercapacitors within a Modular Multilevel Converter (SC-ESS-MMC) and proposes a control scheme validated through MATLAB/Simulink/Simscape, demonstrating the potential of this configuration for electric propulsion applications.

L'elaborato di tesi consiste nello sviluppo di un azionamento basato su convertitore modulare multilivello con integrazione di supercondensatori per applicazioni di propulsione completamente elettrica. Le batterie, pur essendo in grado di fornire l’energia necessaria, presentano limiti relativi ai costi, alla gestione termica e alla durata, specialmente quando si tratta di applicazioni ad alta potenza. In questo contesto, i sistemi ibridi che combinano batterie e supercondensatori rappresentano una soluzione promettente, poiché uniscono l’alta densità di energia delle batterie con la rapida capacità di carica-scarica dei supercondensatori. Questi ultimi, assorbendo e fornendo potenza con estrema rapidità, sono in grado di fronteggiare picchi di domanda, migliorando così l’efficienza complessiva. Nello specifico, questa tesi studia l’integrazione di supercondensatori all'interno di un convertitore modulare multilivello (SC-ESS-MMC) e presenta uno schema di controllo validato tramite MATLAB/Simulink/Simscape, dimostrando le potenzialità di questa configurazione per le applicazioni di propulsione elettrica.