你了解使用數(shù)據(jù)和AI預(yù)測電池的使用壽命嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-02 11:34
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如果手機電池制造商能夠確定哪些電池可以使用至少兩年，那么他們只能向手機制造商銷售這些產(chǎn)品，并將其余產(chǎn)品發(fā)送給要求較低的設(shè)備制造商。新的研究表明制造商如何做到這一點。該技術(shù)不僅可用于對制造的電池進行分類，還可用于幫助新電池設(shè)計更快地進入市場。
斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院和豐田研究所的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，結(jié)合全面的實驗數(shù)據(jù)和人工智能，可以準確預(yù)測鋰離子電池在其容量開始減弱之前的使用壽命。在研究人員用幾億個電池充電和放電數(shù)據(jù)點訓(xùn)練他們的機器學(xué)習(xí)模型之后，該算法根據(jù)電壓下降和早期周期中的一些其他因素預(yù)測每個電池將持續(xù)多少個周期。
預(yù)測值在細胞實際持續(xù)的周期數(shù)的9%以內(nèi)。另外，該算法基于前五個充電/放電循環(huán)將電池分類為長壽命或短壽命。在這里，預(yù)測在95%的時間是正確的。
3月25日在Nature Energy上發(fā)布，這種機器學(xué)習(xí)方法可以加速新電池設(shè)計的研究和開發(fā)，并減少生產(chǎn)的時間和成本，以及其他應(yīng)用。研究人員已經(jīng)公布了數(shù)據(jù)集 - 同類中最大的數(shù)據(jù)集。
“測試新電池設(shè)計的標準方法是對電池進行充電和放電，直到電池失效。由于電池使用壽命長，這個過程可能需要數(shù)月甚至數(shù)年，”聯(lián)合主要作者Peter Attia說道，斯坦福大學(xué)博士候選人材料科學(xué)與工程。“這是電池研究中的一個昂貴的瓶頸。”
這項工作是在電池數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計中心進行的，這是一個集理論，實驗和數(shù)據(jù)科學(xué)于一體的學(xué)術(shù) - 工業(yè)合作。斯坦福大學(xué)的研究人員，由材料科學(xué)與工程助理教授William Chueh領(lǐng)導(dǎo)，進行了電池實驗。麻省理工學(xué)院的團隊由化學(xué)工程教授Richard Braatz領(lǐng)導(dǎo)，負責(zé)機器學(xué)習(xí)工作。該研究的共同主要作者克里斯汀·謝弗森去年春天在麻省理工學(xué)院完成了化學(xué)工程博士學(xué)位。
優(yōu)化快速充電
該項目的一個重點是找到一種更好的方法，在10分鐘內(nèi)為電池充電，這一功能可以加速電動汽車的大規(guī)模采用。為了生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，該團隊對電池進行充電和放電，直到每個電池達到其使用壽命，他們將其定義為容量損失20%。在優(yōu)化快速充電的途中，研究人員希望了解是否有必要將電池放入地下。可以在早期周期的信息中找到電池問題的答案嗎?
“計算能力和數(shù)據(jù)生成的進步最近使機器學(xué)習(xí)能夠加速各種任務(wù)的進展。這些包括預(yù)測材料特性，”Braatz說。“我們的結(jié)果顯示了我們?nèi)绾文軌蝾A(yù)測未來復(fù)雜系統(tǒng)的行為。”
通常，鋰離子電池的容量穩(wěn)定一段時間。然后急轉(zhuǎn)彎。正如大多數(shù)21世紀的消費者所知，墜落點差異很大。在這個項目中，電池持續(xù)150到2,300個周期。這種變化部分是測試快速充電的不同方法的結(jié)果，但也是由于電池之間的制造可變性。
研究報告的共同作者，豐田研究所的科學(xué)家帕特里克·赫林說：“花費在電池開發(fā)上的所有時間和金錢，仍然可以在幾十年內(nèi)取得進展。”“在這項工作中，我們正在減少一個最耗時的步驟 - 電池測試 - 一個數(shù)量級。”
可能的用途
Attia說，新方法有許多潛在的應(yīng)用。例如，它可以縮短驗證新型電池的時間，這對于材料的快速發(fā)展尤為重要。通過分選技術(shù)，確定具有短壽命的電動車輛電池 - 對于汽車來說太短 - 可以用來為街燈或備份數(shù)據(jù)中心供電?；厥丈炭梢詮亩諩V電池組中找到具有足夠容量的電池，以便再次使用。
另一種可能性是優(yōu)化電池制造。“制造電池的最后一步被稱為'形成'，可能需要數(shù)天到數(shù)周，”Attia說。“使用我們的方法可以顯著縮短這一點并降低生產(chǎn)成本。”
