https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/21188| File | Description | Size | Format | |
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| viniciusathouguiagama.pdf | PDF/A | 6.62 MB | Adobe PDF | ![]() View/Open |
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor1 | Oliveira, Janaína Gonçalves de | - |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7072017865332999 | pt_BR |
| dc.contributor.advisor-co1 | Oliveira, Leonardo Willer de | - |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9223644407644508 | pt_BR |
| dc.contributor.referee1 | Passos Filho, João Alberto | - |
| dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/0004473428354479 | pt_BR |
| dc.contributor.referee2 | Barros, Rodrigo Cassio de | - |
| dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/1328308564593137 | pt_BR |
| dc.creator | Gama, Vinicius Athouguia | - |
| dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/6800468611359162 | pt_BR |
| dc.date.accessioned | 2026-09-04T13:20:57Z | - |
| dc.date.available | 2026-09-03 | - |
| dc.date.available | 2026-09-04T13:20:57Z | - |
| dc.date.issued | 2026-04-29 | - |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/21188 | - |
| dc.description.abstract | Accurate battery degradation modeling is a prerequisite for the cost-effective operation of Battery Energy Storage Systems (BESS). However, existing approaches often face a tradeoff between the extrapolative robustness of semi-empirical equations and the flexibility of data-driven methods. This paper proposes a physics-guided Hybrid Exponential-Gaussian Process Regression (GPR) framework to predict the capacity fade of Samsung INR21700- 50E lithium-ion cells. Leveraging a comprehensive dataset encompassing 71 distinct aging conditions, three modeling strategies are evaluated: a baseline Semi-Empirical Model, a Hybrid GPR, and Hybrid Exponential-GPR model. The results reveal that calendar aging exhibits complex, non-monotonic fluctuations with State of Charge (SoC) that traditional semi-empirical models fail to capture. While standard data-driven methods resolve this local nonlinearity, they are prone to physical inconsistencies, such as predicting capacity recovery in untrained regions. The proposed Hybrid Exponential-GPR overcomes these limitations by employing a composite kernel architecture—combining Dot-Product and Matérn kernels—to enforce physical consistency while retaining data-driven flexibility. The model statistically confirms the negligible impact of C-rate for this cell chemistry and demonstrates superior generalization capability, reducing the global Normalized Root Mean Square Error (nRMSE) from 14.78% (baseline) to 2.45%. These findings underscore the potential of physics-guided machine learning for reliable lifetime prediction in sparse, multi-dimensional operational spaces. | pt_BR |
| dc.description.resumo | A modelagem precisa da degradação de baterias é um pré-requisito para a operação economicamente viável de Sistemas de Armazenamento de Energia em Baterias (BESS - Battery Energy Storage Systems). No entanto, as abordagens existentes frequentemente enfrentam um compromisso entre a robustez extrapolativa das equações semi-empíricas e a flexibilidade dos métodos baseados em dados. Este trabalho propõe uma estrutura de Regressão de Processo Gaussiano (GPR - Gaussian Process Regression) Híbrida Exponencial guiada pela física para prever a perda de capacidade de células de íons de lítio Samsung INR21700-50E. Aproveitando um conjunto de dados abrangente que engloba 71 condições distintas de envelhecimento, três estratégias de modelagem são avaliadas: um Modelo Semi-Empírico de referência (baseline), um modelo GPR Híbrido e um modelo GPR Híbrido Exponencial. Os resultados revelam que o envelhecimento calendário exibe flutuações complexas e não monotônicas com o Estado de Carga (SoC - State of Charge) que os modelos semi-empíricos tradicionais falham em capturar. Embora os métodos padrão baseados em dados resolvam essa não linearidade local, eles são propensos a inconsistências físicas, como a previsão de recuperação de capacidade em regiões não treinadas. O GPR Híbrido Exponencial proposto supera essas limitações empregando uma arquitetura de kernel composto — combinando os kernels Dot-Product e Matérn — para impor consistência física ao mesmo tempo em que retém a flexibilidade dos métodos baseados em dados. O modelo confirma estatisticamente o impacto insignificante da taxa de carga/descarga (C-rate) para a química desta célula e demonstra uma capacidade de generalização superior, reduzindo a Raiz do Erro Quadrático Médio Normalizado (nRMSE) global de 14,78% (baseline) para 2,45%. Essas descobertas ressaltam o potencial do aprendizado de máquina guiado pela física para a previsão confiável da vida útil em espaços operacionais esparsos e multidimensionais. | pt_BR |
| dc.language | eng | pt_BR |
| dc.publisher | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) | pt_BR |
| dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
| dc.publisher.department | Faculdade de Engenharia | pt_BR |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica | pt_BR |
| dc.publisher.initials | UFJF | pt_BR |
| dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
| dc.rights | Attribution 3.0 Brazil | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/ | * |
| dc.subject | Bateria de íons de lítio | pt_BR |
| dc.subject | Sistemas de armazenamento de energia em baterias | pt_BR |
| dc.subject | Operação ciente do envelhecimento | pt_BR |
| dc.subject | Modelagem de degradação | pt_BR |
| dc.subject | Regressão de processo gaussiano | pt_BR |
| dc.subject | Aprendizado de máquina | pt_BR |
| dc.subject | Modelo semi-empírico | pt_BR |
| dc.subject | Lithium-ion battery | pt_BR |
| dc.subject | Battery energy storage systems | pt_BR |
| dc.subject | Aging-aware operation | pt_BR |
| dc.subject | Degradation modeling | pt_BR |
| dc.subject | Gaussian process regression | pt_BR |
| dc.subject | Machine learning | pt_BR |
| dc.subject | Semi-empirical model | pt_BR |
| dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA | pt_BR |
| dc.title | Improving state-of-health prediction of li-ion batteries: a hybrid semi-empirical gaussian process regression approach | pt_BR |
| dc.type | Dissertação | pt_BR |
| Appears in Collections: | Mestrado em Engenharia Elétrica (Dissertações) | |
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