Estimation of Lithium-Ion Battery State of Charge: A Comparative Study of Four Variants of Kalman Filters Based on Equivalent Circuit Model

Abstract

State of Charge (SoC) adalah parameter kritis dalam Sistem Manajemen Baterai (BMS) lithium-ion, karena mempengaruhi keselamatan, kerahasiaan, dan efisiensi operasional. Studi ini membandingkan empat metode berbasis Filter Kalman, yaitu Extended Kalman Filter (EKF), Extended Kalman–Bucy Filter (EKBF), Unscented Kalman Filter (UKF), dan Unscented Kalman–Bucy Filter (UKBF), untuk estimasi SoC. Model baterai ekivalen Thevenin orde kedua diimplementasikan dalam MATLAB/Simulink menggunakan data eksperimental dari uji pelepasan arus konstan 1,5 A pada suhu 30 °C, 40 °C, dan 50 °C. Penghitungan Coulomb digunakan sebagai metode referensi, sementara akurasi estimasi dievaluasi menggunakan MAE, RMSE, dan MAPE. Hasil menunjukkan bahwa EKF dan EKBF dapat mengikuti tren SoC tetapi menghasilkan kesalahan yang lebih besar karena keterbatasan linearisasi. Sebaliknya, UKF dan terutama UKBF memberikan estimasi yang lebih akurat dan stabil. Oleh karena itu, UKBF dianggap sebagai metode yang andal untuk memperkirakan SoC dalam aplikasi BMS.