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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36910| Título: | Estimação do Estado de Carga (SoC) e do Estado de Saúde (SoH) por filtro de Kalman estendido considerando a perda de capacidade em baterias de veículos elétricos e híbridos |
| Título(s) alternativo(s): | Estimation of State of Charge (SoC) and State of Health (SoH) by extended Kalman filter considering capacity fade in electric and hybrid vehicle batteries |
| Autor(es): | Corrêa, Paulo Henrique Strauss |
| Orientador(es): | Font, Carlos Henrique Illa |
| Palavras-chave: | Veículos elétricos Baterias elétricas Lítio Controle de perdas Kalman, Filtragem de Electric vehicles Electric batteries Lithium Loss control Kalman filtering |
| Data do documento: | 2-Abr-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Ponta Grossa |
| Citação: | CORRÊA, Paulo Henrique Strauss. Estimação do Estado de Carga (SoC) e do Estado de Saúde (SoH) por filtro de Kalman estendido considerando a perda de capacidade em baterias de veículos elétricos e híbridos. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2025. |
| Resumo: | Este trabalho apresenta uma metodologia simples para a estimativa do estado de carga e do estado de saúde de uma célula de lítio-ferro-fosfato (LFP) utilizada no desenvolvimento de um veículo urbano leve híbrido-flex (VHF-Urbano) do Programa ROTA 2030. Esta metodologia é testada e validada neste trabalho para uma bateria de óxido de alumínio, cobalto e níquel-lítio (NCA) e então aplicada para a célula do VHF-Urbano. Neste trabalho, as baterias são modeladas como circuitos elétricos equivalentes baseados no modelo de Thévenin com dois pares RC para obter um modelo computacional das baterias. Este modelo representa o comportamento dinâmico das baterias sendo equivalente às baterias reais. A metodologia inclui a utilização de filtros de Kalman estendido e do modelo elétrico proposto para a estimativa do estado de carga e do estado de saúde das baterias em ambiente computacional considerando a perda de capacidade da bateria. Inicialmente, o trabalho apresenta uma revisão teórica sobre baterias de íons de lítio e técnicas de modelagem elétrica. Em seguida, o modelo de Thévenin é desenvolvido e validado por meio de simulações no MATLAB e experimentos com baterias reais, demonstrando alta precisão e eficiência computacional. Os resultados destacam a capacidade do modelo elétrico proposto de representar o comportamento dinâmico da bateria e a efetividade do filtro de Kalman estendido na estimativa do estado de carga e do estado de saúde em condições variáveis. Os resultados obtidos em ambiente computacional direcionam a metodologia para a estimativa em tempo real do estado de carga e do estado de saúde das baterias. A aplicação desta abordagem abrange setores como veículos elétricos, dispositivos eletrônicos e sistemas de armazenamento de energia. O trabalho contribui significativamente para o aprimoramento do sistema de gerenciamento de baterias, oferecendo uma base robusta para futuras pesquisas e aplicações industriais. |
| Abstract: | This thesis presents a simple methodology for estimation of the state of charge and state of health of a lithium-iron-phosphate (LFP) cell used in the development of a hybrid-flex urban light vehicle (VHF-Urbano) as part of the ROTA 2030 Program. This methodology is tested and validated in this work for a lithium-nickel-cobalt-aluminum-oxide (NCA) battery and then applied to the VHF-Urbano cell. In this thesis, the batteries are modeled as equivalent electrical circuits based on the Thévenin model with two RC pairs to obtain a computational model of the batteries. This model represents the dynamic behavior of the batteries being equivalent to real batteries. The methodology includes the use of extended Kalman filters and the proposed electrical model for the estimation of the state of charge and state of health of the batteries in a computational environment considering the loss of battery capacity (capacity fade). Initially, this thesis presents a theoretical review on lithium-ion batteries and electrical modeling techniques. The Thévenin model is then developed and validated through simulations in MATLAB and experiments with real batteries, demonstrating high accuracy and computational efficiency. The results highlight the ability of the proposed electrical model to represent the dynamic behavior of the battery and the effectiveness of the extended Kalman filter in estimating the state of charge and state of health under variable conditions. The results obtained in a computational environment guide the methodology for real-time estimation of the state of charge and state of health of batteries. The application of this approach covers sectors such as electric vehicles, electronic devices and energy storage systems. This thesis contributes significantly to the improvement of the battery management system, offering a robust basis for future research and industrial applications. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36910 |
| Aparece nas coleções: | PG - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
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