ANÁLISE COMPARATIVA DE MODELOS ANALÍTICOS PARA SIMULAÇÃO DAS DESCARGAS DE BATERIAS DE LI-PO UTILIZADAS EM DISPOSITIVOS MÓVEIS

Autores

  • Julia Giehl Zart Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - Unijuí
  • Livia Bittencourt Gomes Universidade Regional do Rio Grande do Sul - Unijuí
  • Douglas Joziel Bitencourt Freitas Universidade Regional do Rio Grande do Sul - Unijuí
  • Airam Teresa Zago Romcy Sausen Universidade Regional do Rio Grande do Sul - Unijuí
  • Paulo Sérgio Sausen Universidade Regional do Rio Grande do Sul - Unijuí

Resumo

Neste artigo é realizado o estudo e a aplicação de modelos analíticos, como, o modelo Linear, a Lei de Peukert, a Lei de Peukert Estendida, o modelo Cinético de Manwell-McGowan e o modelo de difusão de Rakhmatov e Vrudhula, com o objetivo de realizar uma análise comparativa considerando o mesmo cenário de simulação para perfis de descargas constantes e assim verificar qual modelo analítico é de fácil implementação e realiza a predição do tempo de vida de baterias com acurácia. Este mesmo cenário de simulação, significa que, para todos os modelos é utilizado os mesmos perfis de descarga, a implementação na ferramenta computacional Matlab é realizada considerando o mesmo método de estimação de parâmetros, assim como, a estrutura dos algoritmos segue o mesmo padrão. Para a realização das simulações dos modelos, é utilizado um conjunto de dados experimentais proveniente do processo de descarregamento de baterias de Lítio Íon Polímero (Li-Po) obtido através de uma plataforma de testes. A partir da avaliação dos resultados, observa-se que todos os modelos são considerados acurados, com erro médio menor que 5%, valor considerado pela literatura de boa precisão, por outro lado, o modelo Lei de Peukert Estendida obteve melhor acurácia com erro médio de 1,08%, obtendo rendimento 66% superior quando realizada a comparação com os dados obtidos pelas simulações, com os dados experimentais e entre os modelos.

Biografia do Autor

Julia Giehl Zart, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - Unijuí

Mestranda do Programa de Pós Graduação em Modelagem Matemática na Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - Unijuí

Livia Bittencourt Gomes, Universidade Regional do Rio Grande do Sul - Unijuí

Mestranda do Programa de Pós Graduação em Modelagem Matemática na Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - Unijuí

Douglas Joziel Bitencourt Freitas, Universidade Regional do Rio Grande do Sul - Unijuí

Doutorando do Programa de Pós Graduação em Modelagem Matemática na Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - Unijuí

Airam Teresa Zago Romcy Sausen, Universidade Regional do Rio Grande do Sul - Unijuí

Professora Doutora do Programa de Pós Graduação em Modelagem Matemática na Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - Unijuí

Paulo Sérgio Sausen, Universidade Regional do Rio Grande do Sul - Unijuí

Professor Doutora do Programa de Pós Graduação em Modelagem Matemática na Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - Unijuí

Referências

AGUIRRE, L. A. Introdução à Identificação de Sistemas: técnicas lineares e não lineares aplicadas a sistemas reais. 3. ed. Belo Horizonte: UFMG, 2007. 730 p.

BRONDANI, M. F. Modelagem matemática do tempo de vida de baterias de lítio íon polímero utilizando algoritmos genéticos. 2015. 102 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Matemática) - Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul, Ijuí-RS. 2015.

CHEN, M.; RINCÓN-MORA, G., Accurate electrical battery model capable of predicting runtime and i-v performance. IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 21, No. 2, pp. 504–511. 2006.

ERICKSON, R. W.; MAKSIMOVIC, D. Fundamentals of power electronics. 3. ed. Kluwer Academic, New York: Springer, 2004.

FREITAS, D. J. B. Estudo e Aplicação de Modelos Analíticos na Predição do Tempo de Vida de Baterias Utilizadas em Dispositivos Móveis: Proposição de Extensões aos Modelos Tradicionais. 2015. 88 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Matemática) - Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul, Ijuí-RS. 2015

IGLESIAS, R. et al. Modelado y simulación de una batería de ion-litio comercial multicelda. In: Seminário anual de automática, electrónica industrial e instrumentación, 19, 2012. Guimarães – Portugal.

JONGERDEN, M. R.; HAVERKORT, B. Battery modeling. Technical report, Faculty Electrical Engineering. 2008a.

JONGERDEN, M.R.; HAVERKORT, B. Which battery model to use? Technical report, Imperial College London. 2008b.

KIM, T. A hybrid battery model capable of capturing dynamic circuit characteristics and nonlinear capacity effects. 2012. 62 f. Master’s thesis (Electrical & Computer Engineering) - University of Nebraska, Lincoln-NE. 2012.

LAHIRI, S. D. K.; RAGHUNATHAN, A.; PANIGRAHI, D. Battery-driven system design: a new frontier in low power design. In: Proceedings of the 2002 Asia and South Pacific Design Automation Conference. IEEE Computer Society, pp. 261–267. 2002.

MANWELL, J.; MCGOWAN, J. Lead acid battery storage model for hybrid energy systems. Solar Energy, Vol. 50, pp. 399–405. 1993.

NONEMACHER, H. B. et al. Desenvolvimento de um testbed para avaliação de modelos matemáticos utilizados na predição do tempo de vida de baterias. In: Congresso Regional de Iniciação Científica e Tecnológica em Engenharia. XXIV CRICTE. Rio Grande-RS. 2010.

OLIVEIRA, A. V. Análise comparativa de metodologias de estimação de parâmetros aplicada a modelos analíticos utilizados na predição do tempo de vida de uma bateria. 2012. 77 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Matemática) - Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul, Ijuí-RS. 2012

PANIGRAHI, D. et al. Battery life estimation of mobile embedded systems. In Fourteenth International Conference on VLSI Design. Bangalore. 2001.

RAKHMATOV, D.; VRUDHULA, S. An analytical high-level battery model for use in energy management of portable electronic systems. In Proceedings of the International Conference on Computer Aided Design (ICCAD’01). IEEE Press, Piscataway, pp. 488–493. 2001.

ROMIO, L.C. et al. Aplicação de identificaccão de sistemas no tempo de vida de baterias de dispositivos móveis. VETOR - Revista de Ciência Exatas e Engenharias, Vol. 22. 2012

SAUSEN, P. S. Gerenciamento integrado de energia e controle de topologia em redes de sensores sem fio. 2008. 111 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande-PB. 2008.

SCHNEIDER, K. K. Modelos matemáticos na predição do tempo de vida de baterias utilizadas em dispositivos móveis. 2011. 62 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Matemática) - Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul, Ijuí-RS. 2011.

Downloads

Publicado

2017-07-21