Pós-Graduação em Ciência da Computação – UFPE
Defesa de Dissertação de Mestrado Nº 2.245
Aluno: Marcelo José Alves de Santana
Orientador: Prof. Paulo Romero Martins Maciel
Título: Stochastic Battery Degradation Modeling Considering Cell-to-Cell
Current Interactions
Data: 25/08/2025
Hora/Local: 10h – Sala E-132
Banca Examinadora:
Prof. Jamilson Ramalho Dantas (UFPE / Centro de Informática)
Prof. Gustavo Rau de Almeida Callou (UFRPE / Departamento de Computação)
Prof. Francisco Fernando Roberto Pereira (UFPE/Depto de Engenharia Mecânica
Prof. Paulo Romero Martins Maciel (UFPE / Centro de Informática)
RESUMO:
Esta dissertação de mestrado propõe modelos estocásticos para a caracterização da degradação de baterias, fundamentados em Redes de Petri Estocásticas (SPNs) e Diagramas de Bloco de Confiabilidade (RBDs), organizados sob uma estrutura modular e hierárquica. Esses modelos capturam a dinâmica da degradação sob múltiplos regimes operacionais, contemplando variáveis como correntes de descarga, topologias arquiteturais, limiares de estado de saúde (SoH), configurações k-out-of-n (KooN) e níveis de desbalanceamento entre células. A originalidade da proposta reside na incorporação de dados de células individuais à análise de confiabilidade, abrangendo parâmetros como desbalanceamento e interações intrínsecas entre células, ampliando a fidelidade da modelagem em contextos reais de operação. Nos estudos de caso, foi empregado um conjunto de dados disponibilizado pela NASA, contemplando diferentes padrões de degradação de células sob variados níveis de corrente de descarga. As distribuições de probabilidade que modelam o decaimento do SoH foram integradas aos modelos, permitindo a realização de simulações que exploram o comportamento de baterias e packs ao longo dos ciclos. Os resultados evidenciam que os modelos propostos capturam adequadamente os padrões de degradação críticos à confiabilidade. Em particular, a arquitetura Paralelo-Série (PS) demonstrou superioridade em relação à Série-Paralelo (SP), apresentando maiores índices de confiabilidade sob todas as condições simuladas—tanto na variação dos limiares de SoH quanto nos parâmetros da distribuição Normal que representa o decaimento. Ademais, constatou-se que a arquitetura SP é significativamente mais sensível ao desbalanceamento. Por fim, verificou-se que configurações PS alcançam um número médio de ciclos até a falha (MCTF) até 20% superior sob alto desbalanceamento e aproximadamente 2,5% superior sob condições balanceadas, corroborando a robustez e aplicabilidade dos modelos propostos para análise de confiabilidade em sistemas de armazenamento de energia (ESS).
Palavras-chave: degradação de baterias; estado de saúde; modelagem estocástica; análise de confiabilidade; desbalanceamento de células.
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