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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36740
Tipo: Dissertação
Título: Desenvolvimento de um sistema de gerenciamento de baterias em nuvem
Autor(es): França, Allan Alex de
Primeiro Orientador: Macêdo, Euler Cássio Tavares de
Resumo: As baterias são vitais em muitas aplicações modernas, desde dispositivos eletrônicos portá- teis até veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia. Seu funcionamento correto é essencial para garantir a segurança, o desempenho otimizado, a eficiência energé- tica e a redução de custos ao longo do tempo. Para isso, o Sistema de Gerenciamento de Bateria (BMS - Battery Management System) desempenha um papel fundamental, reali- zando monitoramento das células, estimativa do estado, balanceamento de carga, controle térmico e atividades de controle de carga e descarga. No entanto, a baixa capacidade de processamento e armazenamento de dados desses dispositivos é uma limitação significativa. Para resolver esse problema, uma nova abordagem de hardware e software foi desenvolvida e utilizada em sistemas de gerenciamento, o BMS em nuvem ou cloud BMS. Nessa nova arquitetura, a disponibilidade de capacidade de processamento e armazenamento de dados cresce exponencialmente. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma solução de hardware e software para um sistema de gerenciamento de bateria baseado em nuvem, utilizando o módulo IoT ESP32 e a plataforma AWS IoT. O sistema projetado visa superar as limitações dos sistemas tradicionais ao aproveitar a computação em nuvem para proporcionar um maior poder de processamento e capacidades de armazenamento de dados. A solução proposta inclui um sistema formado por uma placa BMS especialmente projetada, software embarcado a esta placa que permite o monitoramento, estimativa de estado, balanceamento de carga, controle térmico e controle de carga/descarga, um dashboard hospedado num servidor remoto e uma aplicação python executando na nuvem um algoritmo de rede neural para estimação do estado de carga da bateria. Para valida- ção desse sistema, um ensaio foi realizado inicialmente conectando à entrada do BMS projetado um pack de 48V formado por 13 células de íons de lítio e à saída uma carga resistiva de aproximadamente 50 ω para gerar consumo de corrente. O monitoramento da tensão do pack, tensão das células individuais, corrente do pack, temperatura das células e temperatura das FETS de controle durante o ensaio é realizado por meio do dashboard e a estimativa do estado de carga do pack é realizada por dois métodos distintos, o coulomb counting (SoC local) e por uma rede neural previamente treinada (SoC remoto). Ao final do ensaio a comparação entre os resultados dos dois métodos de estimação retornou um valor MSE de 7,82 com um MAPE de 6,57% e um índice MAE de 2,33, indicando que a estimação remota do SoC por rede neural se aproxima com boa exatidão ao valor do SoC local.
Abstract: Batteries are vital in many modern applications, from portable electronic devices to electric vehicles and energy storage systems. Their correct operation is essential to ensure safety, optimized performance, energy e!ciency, and cost reduction over time. To achieve this, the BMS (Battery Management System) plays a fundamental role, performing cell monitoring, state estimation, charge balancing, thermal management, and charge/discharge control activities. However, the low processing and data storage capacity of these devices is a significant limitation. To address this problem, a new hardware and software approach has been developed and utilized in management systems, the cloud BMS. In this new architecture, the availability of processing and data storage capacity grows exponentially. This work presents the development of a hardware and software solution for a cloud-based battery management system, using the ESP32 IoT module and the AWS IoT platform. The designed system aims to overcome the limitations of traditional BMS by leveraging cloud computing for greater processing power and data storage capabilities. The proposed solution includes a system composed of a specially designed BMS (Battery Management System) board, embedded software that enables monitoring, state estimation, charge balancing, thermal control, and charge/discharge management, a dashboard hosted on a remote server, and a Python application running in the cloud that executes a neural network algorithm for battery state-of-charge (SoC) estimation. For system validation, an initial test was conducted by connecting a 48V battery pack, consisting of 13 lithium-ion cells, to the input of the designed BMS, while a resistive load of approximately 50 ω was connected to the output to generate current consumption. The monitoring of pack voltage, individual cell voltage, pack current, cell temperature, and the temperature of the control FETs during the test is carried out via the dashboard. The estimation of the pack’s state of charge (SoC) is performed using two distinct methods: Coulomb counting (local SoC) and a previously trained neural network (remote SoC). At the end of the test, the comparison between the results of the two estimation methods returned an MSE value of 7.82, a MAPE of 6.57%, and an MAE index of 2.33, indicating that the remote SoC estimation by the neural network closely approximates the local SoC value with good accuracy.
Palavras-chave: Baterias - sistema de gerenciamento
Internet das Coisas
Armazenamento de energia
Cloud BMS
Sistema de baterias.
Internet of Things
Battery System
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Engenharia Elétrica
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Tipo de Acesso: Acesso aberto
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36740
Data do documento: 28-Fev-2025
Aparece nas coleções:Centro de Energias Alternativas e Renováveis (CEAR) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

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