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Gestione di un sistema di accumulo attraverso un convertitore multilivello

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Gestione di un sistema di accumulo attraverso un convertitore multilivello

Il documento descrive le attività svolte per lo sviluppo di un convertitore modulare multilivello che incorpora le batterie all’interno dello stesso in modo da poter effettuare azioni di bilanciamento tra i differenti moduli senza dover ricorrere a un Battery Management System. Inoltre, nel documento viene descritta la progettazione e la realizzazione elettronica dei moduli del convertitore che potranno essere utilizzati nelle future attività di ricerca.

I sistemi di accumulo elettrochimico stanno trovando sempre maggiore applicazione a supporto del sistema elettrico grazie all’elevata flessibilità che possono offrire. La domanda di sistemi di accumulo è in forte crescita e una buona parte dell’offerta potrà arrivare, nel caso di applicazioni stazionarie, dal riutilizzo di batterie veicolari non ancora a fine vita. Il cosiddetto 2nd-life rappresenta un’importante opportunità per il futuro, ma pone differenti sfide tecnologiche. Lo sviluppo di sistemi di bilanciamento, in grado di poter gestire in modo efficiente batterie con prestazioni differenti, è un aspetto di cruciale importanza per queste applicazioni.
In tale contesto, i convertitori modulari multilivello (in inglese Modular Multilevel Converter – MMC) potranno giocare un ruolo di rilievo, grazie alla possibilità di gestire moduli di batteria con prestazioni anche disomogenee. Nonostante questa tecnologia rappresenti lo stato dell’arte nelle applicazioni in corrente continua in alta tensione, il loro grado di sviluppo in abbinamento a sistemi di accumulo non ha ancora raggiunto la maturità. Per tale ragione, in questa attività sono state sviluppate e analizzate in ambiente di simulazione le funzioni di bilanciamento necessarie a poter gestire Sistemi di Accumulo (SdA) con differenti stati di carica e differenti prestazioni, installati all’interno di un MMC. Con questa prima attività si è verificato come, mediante opportuni sistemi di controllo, sia possibile gestire lo sbilanciamento di carica iniziale dei moduli e lavorare anche con moduli con differente capacità in termini di Ah e/o differente resistenza interna. Le simulazioni hanno evidenziato come questa tipologia di convertitore si presti ad essere impiegato in applicazioni 2nd-life senza dover ricorrere a ulteriori sistemi di bilanciamento, apportando ulteriori vantaggi come, ad esempio, la possibilità di lavorare escludendo quei moduli di batteria che hanno raggiunto il fine vita.
Inoltre, durante l’attività sono stati progettati, realizzati e verificati sperimentalmente i moduli di elettronica di potenza del MMC. Questo componente, che è l’elemento base del convertitore, potrà essere utilizzato in future applicazioni e sperimentazioni di questa tipologia di convertitori applicati a differenti casi d’uso.31

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