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

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Corrêa, Paulo Henrique Strauss
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Ponta Grossa
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36910
Resumo: 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.
id UTFPR-12_c17cbccbe25b036df1654f2c127584cc
oai_identifier_str oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/36910
network_acronym_str UTFPR-12
network_name_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository_id_str
spelling 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 híbridosEstimation of State of Charge (SoC) and State of Health (SoH) by extended Kalman filter considering capacity fade in electric and hybrid vehicle batteriesVeículos elétricosBaterias elétricasLítioControle de perdasKalman, Filtragem deElectric vehiclesElectric batteriesLithiumLoss controlKalman filteringCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAEngenharia/Tecnologia/GestãoThis 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.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.Universidade Tecnológica Federal do ParanáPonta GrossaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUTFPRFont, Carlos Henrique Illahttps://orcid.org/0000-0002-8206-7617http://lattes.cnpq.br/3453361830000042Font, Carlos Henrique Illahttps://orcid.org/0000-0002-8206-7617http://lattes.cnpq.br/3453361830000042Silva, Cynthia Thamires dahttps://orcid.org/0000-0002-0677-4870http://lattes.cnpq.br/7055109517218362Galvão, José Rodolfohttps://orcid.org/0000-0001-6826-4676http://lattes.cnpq.br/3927277046492765Corrêa, Paulo Henrique Strauss2025-05-23T16:01:18Z2025-05-23T16:01:18Z2025-04-02info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfCORRÊA, 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.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36910porhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2025-05-24T06:11:21Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/36910Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2025-05-24T06:11:21Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
dc.title.none.fl_str_mv 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
Estimation of State of Charge (SoC) and State of Health (SoH) by extended Kalman filter considering capacity fade in electric and hybrid vehicle batteries
title 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
spellingShingle 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
Corrêa, Paulo Henrique Strauss
Veículos elétricos
Baterias elétricas
Lítio
Controle de perdas
Kalman, Filtragem de
Electric vehicles
Electric batteries
Lithium
Loss control
Kalman filtering
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Engenharia/Tecnologia/Gestão
title_short 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
title_full 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
title_fullStr 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
title_full_unstemmed 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
title_sort 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
author Corrêa, Paulo Henrique Strauss
author_facet Corrêa, Paulo Henrique Strauss
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Font, Carlos Henrique Illa
https://orcid.org/0000-0002-8206-7617
http://lattes.cnpq.br/3453361830000042
Font, Carlos Henrique Illa
https://orcid.org/0000-0002-8206-7617
http://lattes.cnpq.br/3453361830000042
Silva, Cynthia Thamires da
https://orcid.org/0000-0002-0677-4870
http://lattes.cnpq.br/7055109517218362
Galvão, José Rodolfo
https://orcid.org/0000-0001-6826-4676
http://lattes.cnpq.br/3927277046492765
dc.contributor.author.fl_str_mv Corrêa, Paulo Henrique Strauss
dc.subject.por.fl_str_mv Veículos elétricos
Baterias elétricas
Lítio
Controle de perdas
Kalman, Filtragem de
Electric vehicles
Electric batteries
Lithium
Loss control
Kalman filtering
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Engenharia/Tecnologia/Gestão
topic Veículos elétricos
Baterias elétricas
Lítio
Controle de perdas
Kalman, Filtragem de
Electric vehicles
Electric batteries
Lithium
Loss control
Kalman filtering
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Engenharia/Tecnologia/Gestão
description 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.
publishDate 2025
dc.date.none.fl_str_mv 2025-05-23T16:01:18Z
2025-05-23T16:01:18Z
2025-04-02
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 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.
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36910
identifier_str_mv 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.
url http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36910
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Ponta Grossa
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
UTFPR
publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Ponta Grossa
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
UTFPR
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron:UTFPR
instname_str Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron_str UTFPR
institution UTFPR
reponame_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
collection Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
repository.mail.fl_str_mv riut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.br
_version_ 1850498278839287808