Estimação do estado de carga em baterias de Lítio-Íon baseada em filtro de Kalman Unscented
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/20750 |
Resumo: | The batteries have become a subject widely studied in different scientific areas after the increase of applications dependent on energy systems in different sectors of society and industry. In order to guarantee the safety and efficiency of energy storage, it is necessary to monitor and control the batteries continuously with robust and accurate algorithms, based on a model of the system. The State of Charge (SoC) is one of the most important parameters of the battery, as it represents its remaining capacity in relation to its nominal capacity. Among the most widely used algorithms there is the Extended Kalman Filter (EKF) method, which estimates parameters of the nonlinear dynamic system model using a complex but effective linearization process. However, there is the Unscented Kalman Filter (UKF) method capable of estimating the model parameters from the Unscented transform, having greater computational efficiency than the linearization performed by EKF. Thus, in this work, SoC lithium-ion battery estimation is performed based on UKF to identify the implementation complexity, considering the influence of temperature variation during the system operation. A battery model was also developed based on a second-order equivalent circuit, capable of representing the system behaviour without compromising the use of the UKF. The SoC estimation using UKF showed better results than the SoC estimation via EKF, under all the different temperature conditions considered in this work, being, for the UKF, the maximum Root-Mean Square Error equals to 4,51 % and maximum Mean Absolute Error equals to 3,69 %. To assist in the implementation of the algorithms and to develop the battery model, the tools available in Matlab/Simulink® were used. |
id |
UFPB_903521801990b94ba05a1c460f01b5d6 |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:repositorio.ufpb.br:123456789/20750 |
network_acronym_str |
UFPB |
network_name_str |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
repository_id_str |
|
spelling |
Estimação do estado de carga em baterias de Lítio-Íon baseada em filtro de Kalman UnscentedUKFEstimação de SoCModelagem de bateriaBateria de Lítio-ÍonSoC estimationBattery modellingLithium-Ion batteriesCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAThe batteries have become a subject widely studied in different scientific areas after the increase of applications dependent on energy systems in different sectors of society and industry. In order to guarantee the safety and efficiency of energy storage, it is necessary to monitor and control the batteries continuously with robust and accurate algorithms, based on a model of the system. The State of Charge (SoC) is one of the most important parameters of the battery, as it represents its remaining capacity in relation to its nominal capacity. Among the most widely used algorithms there is the Extended Kalman Filter (EKF) method, which estimates parameters of the nonlinear dynamic system model using a complex but effective linearization process. However, there is the Unscented Kalman Filter (UKF) method capable of estimating the model parameters from the Unscented transform, having greater computational efficiency than the linearization performed by EKF. Thus, in this work, SoC lithium-ion battery estimation is performed based on UKF to identify the implementation complexity, considering the influence of temperature variation during the system operation. A battery model was also developed based on a second-order equivalent circuit, capable of representing the system behaviour without compromising the use of the UKF. The SoC estimation using UKF showed better results than the SoC estimation via EKF, under all the different temperature conditions considered in this work, being, for the UKF, the maximum Root-Mean Square Error equals to 4,51 % and maximum Mean Absolute Error equals to 3,69 %. To assist in the implementation of the algorithms and to develop the battery model, the tools available in Matlab/Simulink® were used.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESAs baterias se tornaram um assunto amplamente estudado em diferentes áreas científicas após o aumento do número de aplicações dependentes de sistemas de energia em diferentes setores da sociedade e indústria. Com o intuito de aumentar a segurança e a eficiência do armazenamento de energia, é necessário monitorar e controlar as baterias continuamente com algoritmos robustos e precisos, baseados em um modelo do sistema. O Estado de Carga (State of Charge - SoC) é um dos mais importantes parâmetros da bateria, pois ele representa a sua capacidade restante com relação à sua capacidade nominal. Dentre os algoritmos mais utilizados para este fim, tem-se o método de Filtro de Kalman Estendido (EKF), que permite estimar parâmetros do modelo do sistema dinâmico não-linear da bateria a partir de um processo de linearização complexo, mas eficaz. Contudo, existe o filtro de Kalman Unscented (UKF) capaz de estimar os parâmetros do modelo a partir da transformada Unscented, apresentando uma maior eficácia computacional do que a linearização feita pelo EKF. Assim, neste trabalho, é realizada a estimação do SoC de baterias de lítio-íon com base no algoritmo UKF para identificar seu desempenho, analisando sua complexidade de implementação e considerando a influência da variação da temperatura durante a operação do sistema. Foi, também, desenvolvido um modelo de bateria com base em um circuito equivalente de segunda ordem, capaz de representar o comportamento do sistema sem comprometer o funcionamento dos métodos de estimação usados. Com o UKF foram obtidas melhores estimações de SoC do que as feitas pelo EKF, sob todas as diferentes condições de temperatura consideradas neste trabalho, sendo, para o UKF, o Erro Médio Quadrático Máximo de 4,51 % e Erro Médio Absoluto máximo de 3,69 %. Para auxiliar na implementação dos algoritmos e na modelagem da bateria, foram utilizadas ferramentas disponíveis no ambiente Matlab/Simulink®.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia ElétricaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFPBMacêdo, Euler Cássio Tavares dehttp://lattes.cnpq.br/1567664152355721Villanueva, Juan Moisés Mauríciohttp://lattes.cnpq.br/1446817462218646Tertuliano, Filippe José Gadelha2021-08-16T15:46:47Z2021-03-302021-08-16T15:46:47Z2021-01-29info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/20750porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2022-08-10T10:46:49Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/20750Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2022-08-10T10:46:49Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false |
dc.title.none.fl_str_mv |
Estimação do estado de carga em baterias de Lítio-Íon baseada em filtro de Kalman Unscented |
title |
Estimação do estado de carga em baterias de Lítio-Íon baseada em filtro de Kalman Unscented |
spellingShingle |
Estimação do estado de carga em baterias de Lítio-Íon baseada em filtro de Kalman Unscented Tertuliano, Filippe José Gadelha UKF Estimação de SoC Modelagem de bateria Bateria de Lítio-Íon SoC estimation Battery modelling Lithium-Ion batteries CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
title_short |
Estimação do estado de carga em baterias de Lítio-Íon baseada em filtro de Kalman Unscented |
title_full |
Estimação do estado de carga em baterias de Lítio-Íon baseada em filtro de Kalman Unscented |
title_fullStr |
Estimação do estado de carga em baterias de Lítio-Íon baseada em filtro de Kalman Unscented |
title_full_unstemmed |
Estimação do estado de carga em baterias de Lítio-Íon baseada em filtro de Kalman Unscented |
title_sort |
Estimação do estado de carga em baterias de Lítio-Íon baseada em filtro de Kalman Unscented |
author |
Tertuliano, Filippe José Gadelha |
author_facet |
Tertuliano, Filippe José Gadelha |
author_role |
author |
dc.contributor.none.fl_str_mv |
Macêdo, Euler Cássio Tavares de http://lattes.cnpq.br/1567664152355721 Villanueva, Juan Moisés Maurício http://lattes.cnpq.br/1446817462218646 |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Tertuliano, Filippe José Gadelha |
dc.subject.por.fl_str_mv |
UKF Estimação de SoC Modelagem de bateria Bateria de Lítio-Íon SoC estimation Battery modelling Lithium-Ion batteries CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
topic |
UKF Estimação de SoC Modelagem de bateria Bateria de Lítio-Íon SoC estimation Battery modelling Lithium-Ion batteries CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
description |
The batteries have become a subject widely studied in different scientific areas after the increase of applications dependent on energy systems in different sectors of society and industry. In order to guarantee the safety and efficiency of energy storage, it is necessary to monitor and control the batteries continuously with robust and accurate algorithms, based on a model of the system. The State of Charge (SoC) is one of the most important parameters of the battery, as it represents its remaining capacity in relation to its nominal capacity. Among the most widely used algorithms there is the Extended Kalman Filter (EKF) method, which estimates parameters of the nonlinear dynamic system model using a complex but effective linearization process. However, there is the Unscented Kalman Filter (UKF) method capable of estimating the model parameters from the Unscented transform, having greater computational efficiency than the linearization performed by EKF. Thus, in this work, SoC lithium-ion battery estimation is performed based on UKF to identify the implementation complexity, considering the influence of temperature variation during the system operation. A battery model was also developed based on a second-order equivalent circuit, capable of representing the system behaviour without compromising the use of the UKF. The SoC estimation using UKF showed better results than the SoC estimation via EKF, under all the different temperature conditions considered in this work, being, for the UKF, the maximum Root-Mean Square Error equals to 4,51 % and maximum Mean Absolute Error equals to 3,69 %. To assist in the implementation of the algorithms and to develop the battery model, the tools available in Matlab/Simulink® were used. |
publishDate |
2021 |
dc.date.none.fl_str_mv |
2021-08-16T15:46:47Z 2021-03-30 2021-08-16T15:46:47Z 2021-01-29 |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
format |
masterThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/20750 |
url |
https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/20750 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ info:eu-repo/semantics/openAccess |
rights_invalid_str_mv |
http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal da Paraíba Brasil Engenharia Elétrica Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica UFPB |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal da Paraíba Brasil Engenharia Elétrica Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica UFPB |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB instname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB) instacron:UFPB |
instname_str |
Universidade Federal da Paraíba (UFPB) |
instacron_str |
UFPB |
institution |
UFPB |
reponame_str |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
collection |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
repository.name.fl_str_mv |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB) |
repository.mail.fl_str_mv |
diretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.br |
_version_ |
1801842979072114688 |