Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/21188
Files in This Item:
File Description SizeFormat 
viniciusathouguiagama.pdfPDF/A6.62 MBAdobe PDFView/Open
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisor1Oliveira, Janaína Gonçalves de-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7072017865332999pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Oliveira, Leonardo Willer de-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9223644407644508pt_BR
dc.contributor.referee1Passos Filho, João Alberto-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0004473428354479pt_BR
dc.contributor.referee2Barros, Rodrigo Cassio de-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/1328308564593137pt_BR
dc.creatorGama, Vinicius Athouguia-
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/6800468611359162pt_BR
dc.date.accessioned2026-09-04T13:20:57Z-
dc.date.available2026-09-03-
dc.date.available2026-09-04T13:20:57Z-
dc.date.issued2026-04-29-
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/21188-
dc.description.abstractAccurate 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.resumoA 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.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentFaculdade de Engenhariapt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Elétricapt_BR
dc.publisher.initialsUFJFpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/*
dc.subjectBateria de íons de lítiopt_BR
dc.subjectSistemas de armazenamento de energia em bateriaspt_BR
dc.subjectOperação ciente do envelhecimentopt_BR
dc.subjectModelagem de degradaçãopt_BR
dc.subjectRegressão de processo gaussianopt_BR
dc.subjectAprendizado de máquinapt_BR
dc.subjectModelo semi-empíricopt_BR
dc.subjectLithium-ion batterypt_BR
dc.subjectBattery energy storage systemspt_BR
dc.subjectAging-aware operationpt_BR
dc.subjectDegradation modelingpt_BR
dc.subjectGaussian process regressionpt_BR
dc.subjectMachine learningpt_BR
dc.subjectSemi-empirical modelpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICApt_BR
dc.titleImproving state-of-health prediction of li-ion batteries: a hybrid semi-empirical gaussian process regression approachpt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Elétrica (Dissertações)



This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons