
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Auteurs: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Shengyu Tao Ruifei Ma Zixi Zhao Guangyuan Ma Lin Su Heng Chang Yuou Chen Haizhou Liu Zheng Liang Tingwei Cao Haocheng Ji Zhiyuan Han Minyan Lu Huixiong Yang Zongguo Wen Jianhua Yao Rong Yu Guodan Wei Yang Li Xuan Zhang Tingyang Xu Guangmin Zhou Opsomming Vinnige en akkurate skatting van gesondheidstatus (SOH) van afgedankte batterye is 'n deurslaggewende voorbehandeling vir hergebruik en herwinning. Data-gedrewe metodes vereis egter uitputtende datakurasie onder lukratiewe SOH en laai status (SOC) aftree-toestande. Hier wys ons dat generatiewe leer-gesteunde SOH-skatting belowend is om datatekorte en heterogeniteit-uitdagings te verlig, gevalideer deur 'n puls-inspuitingsdataset van 2700 afgedankte litium-ioon batterymonsters, wat 3 katodemateriaal tipes, 3 fisiese formate, 4 kapasiteitsontwerpe en 4 historiese gebruike met 10 SOC-vlakke dek. Deur gegenereerde data te gebruik, verwesenlik 'n regressor akkurate SOH-skattings, met gemiddelde absolute persentasiefoute onder 6% onder ongekende SOC. Ons voorspel dat hierdie tegniek, indien uniform ontplooi, 4,9 miljard USD in elektrisiteitskoste en 35,8 miljard kg CO2-vrystellings sal spaar deur datakurasiekoste vir 'n wêreldwye battery-aftree-scenario van 2030 te versag. Hierdie artikel beklemtoon die benutting van beperkte data vir die ondersoek van uitgebreide dataspace met generatiewe metodes, gegewe dat data tydrowend, duur en besoedelend kan wees om vir baie skattings- en voorspellingstake te verkry. Inleiding Vervoer-elektrifisering, 'n kritieke sektor in 'n lae-koolstof energie-oorgang , het die fossielbrandstof-gebaseerde vervoerparadigma ongekend hervorm. Litium-ioon batterye is van kardinale belang vir hierdie oorgang deur bekostigbare, duursame en veilige energievoorrade aan elektriese voertuie (EV's) te verskaf , . Die totale kapasiteit van in-gebruik en einde-van-lewe EV-batterye sal 32–62 terawatt teen 2050 oorskry, aansienlik hoër as die skatting in die Internasionale Hernubare Energie Agentskap en Storage Lab-scenario's . Afgedankte EV-batterye is egter sterk gereguleer met 'n groot oorblywende kapasiteitswaarde wat onder-benut word, tipies meer as 80% van die gegradeerde kapasiteit , . Indien dit nie korrek hanteer word nie, lei dit tot ekonomiese laste  vir vervaardigers en gebruikers, asook daaropvolgende omgewings- en maatskaplike kwessies , insluitend hulpbronvermorsing, toevoerkettingrisiko's en koolstofvrystellings , , . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Belowende strategieë om bekommernisse rakende die intermitterende styging van battery-aftrede aan te spreek, is hergebruik , ,  en herwinning . In hergebruik word afgedankte batterye herdoel vir toepassings soos rooster-gekoppelde energiewaardesisteme , residensiële kragtoevoere , en stadige voertuie. Hergebruik vereis egter preliminêre voorbehandelings, insluitend konsistensie-sifting , kapasiteit sortering , en hergroepering ,  om aan toepassingsvereistes te voldoen . Ondanks die begin van loodsprogramme , , , belemmer die afwesigheid van streng standaarde vir gebruiks-scenario's en aftree-paaie die rasionele gebruik van die residuele kapasiteit . Herwinning gebruik alternatiewelik residuele waardes van afgedankte batterye deur materiaal-ekstraksie of strukturele herstel , , geskik vir onomkeerbaar-gedegradeerde afgedankte batterye. In vergelyking met pirometallurgie en hidrometallurgie , , staan direkte herwinning uit vir beter winsgewendheid, laer energieverbruik en verminderde koolstofvrystellings , , . Deur litium-aanvulling en post-verwerking van katodemateriaal te benut, bereik direkte herwinning doeltreffende materiaalstruktuurherstel en prestasieherstel . Die gesondheidstatus (SOH) bepaal egter die benodigde chemiese reagens en verwagte litium-aanvullingsdosering in direkte herwinningstrategie-formulering , , . Onvoldoende dosering kan lei tot onvolledige herstel, terwyl oormatige dosering kan lei tot die generering van residuele alkali op die katode-oppervlak, wat die herstelprestasie versleg , . Ongelukkig vereis SOH-herwinning indringende materiaalkarakterisering ,  en lang kapasiteit kalibrasie toetse, die nie-indringende, vinnige en volhoubare SOH-verkryging bly 'n uitstaande uitdaging. 6 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 26 27 30 31 32 33 34 27 35 36 37 Om konsekwente SOH-inligting te verseker, word EV-batterye gemonitor, en operasionele data word aangeteken deur wolkplatforms  en battery-paspoorte . Die Europese Parlement het op 14 Junie 2023 die Batterydirektief aangeneem om te verseker dat afgedankte batterye hergebruik, herstel of herwin kan word aan die einde van hul dienslewe . Die vereiste monitor- en rekordprosedure is egter slegs toeganklik in die EV-diensfase; afgedankte batterye is nie meer aan die in-voertuig monitor-eenheid gekoppel nie. Daarom is dit uitdagend om veld-beskikbare SOH-data op te spoor. Die integriteit van lewensdata bly 'n groot uitdaging, wat vra vir SOH-skatting slegs met velddata, in teenstelling met historiese data of onder kontroleerbare toestande , , . Een oplossing is om 'n kapasiteit kalibrasie toets by die afgedankte batteryversamelingveld uit te voer, d.w.s. laai-status (SOC) kondisionering, wat eenvoudig is, maar onbekostigbare toets tyd en ekstra elektrisiteitskoste vereis. Die baster puls krag karakterisering toets is 'n alternatief vir SOH-skatting deur dinamiese puls inspuiting, maar die volledige toetsvolgorde neem meer as 12 uur. Tao et al. het kort pulsies vir SOH-skatting van afgedankte batterye gebruik, met die aanname dat 'n SOC-kondisionering tot 5% SOC uitgevoer is, wat skaars versoenbaar was met lukratiewe aftree SOC-toestande . Onlangse vooruitgang in sensories-gebaseerde metings sluit in X-straal beelding , elektrochemiese impedansie , , optiese vesel sensoring , , akoestiese sensoring , , gedeeltelike laai , , en puls inspuiting , . Senseringsgebaseerde tegnieke is in die laboratorium stadium weens indringing, terwyl puls inspuiting ontrafeling van batterydegradasie sonder fisiese skade vertoon, gelyktydig vinniger as gedeeltelike laai en elektrochemiese impedansie-gebaseerde metodes , , , , , . Puls inspuiting is egter 'n data-gesentreerde metode wat slegs haalbaar is onder die ideale aanname dat fisies gemete data die aftree-toestande van die modelontplooiingsfase omvat, bekend as die algemene uitdaging van domeinskof in die masjienleer-gemeenskap. Ondanks vooruitgang in oordragleer en domeinaanpassingsmetodes , , , bly uitdagings voortdurend aangesien die teikendomein wat in lyn gebring moet word, steeds voorafgaande inligting benodig by ontplooiing, en bestaande leer-metodes skaars opgedateer kan word vir lukratiewe aftree-toestande . 'n Alternatief is om die dataspektoets skaal onder onontdekte aftree-toestande uit te brei om datatekorte en heterogeniteit te versag, terwyl dit kan lei tot verhoogde koste. Wang et al. het 'n temperatuur-opgrawingmetode voorgestel om reaksie-kinetiese voorkeure by verskillende intermediêre state tydens 'n termochemiese proses te interpoleer, wat die konstruksie van uitgebreide opleidingsdatabasisse by minimale termochemiese eksperimentele skaal en koste moontlik maak as dataversterking vir masjienleer-modelopleiding . Daarbenewens toon generatiewe leer ook die moontlikhede om SOH te skat met versterkte data van gedeeltelik gesyferde profiele, wat benodigde fisies getoetste data bespaar , . Die datatekorte en heterogeniteit in die battery hergebruik en herwinning konteks is egter selfs meer kompleks as gevolg van 'n mengsel van katodemateriaal tipes, fisiese formate, kapasiteitsontwerpe en historiese gebruike, wat die potensiële integrasie van toestands-spesifieke kennis van degradasies in masjienleer-modelle beperk. Daarom is dit redelik om die afhanklikheidsverhouding tussen aftree-toestande en puls-spanningreaksies vir data-generasie te oorweeg, sonder om lang tydreeks kapasiteit kalibrasie en ekstra fisiese eksperimente gelyktydig te doen, om SOH-skattingsprestasie te verhoog. 38 24 39 30 40 41 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 17 41 17 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 In hierdie studie voer ons afgedankte battery voorbehandeling, d.w.s. SOH-skatting, uit met die puls-spanningreaksie data gegenereer deur 'n attentiewe variasie-outo-enkodeerder teen 'n bespaarde fisiese metingstyd en koste. Die hoë-vlak proses van algemene voorbehandelingstappe, generatiewe model-opleiding, en praktiese modelontplooiingstappe word geïllustreer in Fig. 1. Die navorsingsidee is om generatiewe leer te gebruik om reeds gemete data te benut vir die puls-spanningreaksies ondersoek in deurlopende aftree-toestande, d.w.s. SOC-verspreiding in die afgedankte batteryversameling stadium. Afwaartse SOH-skatting word geïmplementeer sonder fisies gemete pulsreaksie data, wat voorbehandeling elektrisiteitskoste en koolstofvrystellings bespaar wat andersins benodig word van die kondisionering van SOC na die verwagte vlak. In vergelyking met die ampère-uur integrale metode en die masjienleer-puls inspuiting, onderstreep generatiewe leer 'n vinniger generasie spoed en akkurate skatting. Met gegenereerde data, skat 'n eenvoudige regressor suksesvol die SOH met lae fout onder ongekende of ontoeganklike SOC aftree-toestande in die databasis, 'n uitdagende uit-of-distribution (OOD) kwessie. Die OOD-kwessie word opgelos deur die geërfde fisiese patroon tussen die SOC-toestand en spanningreaksie wat deur die vinnige puls veroorsaak word, te leer. Ons demonstreer die algemeenheid van ons metode deur verifikasie deur 2700 fisies gemete monsters, wat 3 katodemateriaal tipes, 3 fisiese formate, 4 kapasiteitsontwerpe, en 4 historiese gebruike (1 laboratorium versnelde veroudering, 1 suiwer battery EV-bestuur, en 2 baster EV-bestuur) dek. Generatiewe leer pas by interpolasie en ekstrapolasie deur voorafgaande kennis van aftree-toestande in die latente ruimte skaal van die modelparameters te integreer, metingstyd, elektrisiteitskoste en gevolglike koolstofvrystellings bespaar sonder om SOH-skattingsakkuraatheid in te boet. 'n konserwatiewe wêreldwye gevalstudie van battery-aftrede in 2030 beklemtoon die belangrikheid van vinnige en volhoubare SOH-skatting in pirometallurgiese, hidrometallurgiese en direkte herwinning-omstandighede. Deur tegnies-ekonomiese analise, kan generatiewe leer-gesteunde SOH-skatting $4.9 miljard elektrisiteitskoste en 35.8 miljard kg CO2-vrystellings teen 2030 wêreldwyd bespaar. Ons bespreek model interpretasie, herwinningsvoorbehandeling implikasies, en breër aspekte van toekomstige slim herwinning voorbehandeling rigting geïntegreer met masjienleer.    Die afgedankte battery voorbehandelingstappe sluit SOC kondisionering, fisiese metings, masjienleer vir SOH-diagnose, en die tweede-lewe besluitnemingsproses voor hergebruik of herwinning in. SOC kondisionering verwys na die aanpassing van die SOC waardes van die afgedankte batterye na verlangde vlakke met behulp van die tradisionele konstante stroom konstante spanning (CCCV) metode.   Die skema van attentiewe variasie-outo-enkodeerder vir puls-spanningreaksie data generasie.   Die praktiese gebruik van die data generasie model vir SOH-skatting vereis geen ekstra SOC kondisionering nie. Die opgeleide masjienleer model word deur die gegenereerde data onderrig en ontvang onmiddellike puls-spanningreaksies wanneer dit in die ontplooiingsfase is.   Die ekonomiese en omgewingsvoordele en vinnige generasie spoed van ons generatiewe leer metodologie deur SOC kondisioneringskoste te bespaar in die 2030 battery aftree-scenario wêreldwyd. a b c d Resultate Dataverkryging Datatekorte en heterogeniteit is groot uitdagings in data-gedrewe batterydiagnose en prognose, veral vir afgedankte batterye. Ons het 2700 monsters van 270 fisies afgedankte batterye versamel oor wye SOC-vlakke, d.w.s. van 5% tot 50% met 'n 5% grein. In Fig. 2a dek die dataset 3 heersende katodemateriaal tipes, insluitend 119 fisies versamelde NMC (nikkel mangaan kobaltoksied), 56 LFP (litium yster fosfaat), en 95 LMO (litium mangaanoksied) afgedankte batterye, wat 3 fisiese formate (silindries, sak, prismatiese) en 4 historiese gebruiks-patrone (1 laboratorium versnelde toets, 3 EV gebruike, insluitend 1 suiwer geëlektrifiseerde aandrywingslyn-modus en 2 baster aandrywingslyn-modusse) dek. Ons beklemtoon dat die insluiting van hoogs heterogeniese toetsmonsters ons dataset die grootste vinnige puls-gebaseerde dataset vir SOH-skatting van afgedankte batterye tot op datum maak, wat die model algemeenheid buite die fisies gemete datasets fasiliteer.    Die Sankey-plot vir afgedankte batteryverspreiding, wat katodemateriaal tipes, fisiese formate, kapasiteitsontwerpe en historiese gebruike omvat.   Pulsstroom en die daaropvolgende spanningsreaksie van die afgedankte batterye, waar die kenmerke onttrek word uit die draaipunte, d.w.s. die punte met nul tweede-orde afgeleide van die spanningsreaksie-kurwe. Die 21 kenmerkpunte, van U1 tot U21, word onttrek. Die opname-frekwensie vir die rou data is 100 Hz. Die res-tyd is 25 sekondes tussen elke puls in C-koers. Let op dat die term C staan vir laai (ontlaai) koers wanneer 'n 1 uur laai (ontlaai) uitgevoer word. Die omgewingstemperatuur word op 25°C beheer.   Die gesondheidstatus (SOH) verspreiding (Gaussiese pasvorm) van die 2.1 Ah en 21 Ah afgedankte batterye vir illustrasie, onderskeidelik. Vir SOH-verspreiding van ander batterye tipes, verwys na aanvullende Fig. 1.   Die verhouding tussen gemete puls-spanningreaksie en gekalibreerde SOH van kapasiteit kalibrasie toets, met wisselende laai status (SOC) toestande. Die eerste kenmerk dimensie, U1, word geïllustreer.   Die interpolasie en ekstrapolasie data generasie geval illustrasie onder verskillende battery aftree SOC verspreidings. Gedetailleerde toetsinstellings is in Aanvullende Notas 1 en 2, let op dat die C-koers instelling identies is oor katodemateriaal tipes. Bron data word voorsien as 'n Bron Data lêer. a b c d e In teenstelling met gereelde konstante stroom konstante spanning (CCCV) toetsing, veroorsaak die puls toets geen lang toets tyd en ekstra skade aan die afgedankte batterye nie. Daarom gebruik ons die CCCV-resultate as die SOH-maatstaf kapasiteit waardes. Puls toetsdata word gebruik as opleidingsdata vir die generatiewe leer model. Selfs al wissel die battery katodemateriaal tipe, voer ons gestandaardiseerde en toeganklike kenmerking-ingenieurswese uit, wat versoenbaarheid in praktiese gebruik verseker. Figuur 2b demonstreer die kenmerk onttrekking na puls stroom inspuiting. Die CCCV en puls inspuiting eksperimentele instellings kan gevind word in Aanvullende Nota 1. Vir die eerste vyf ingespuit pulsies, word die draaipunte, d.w.s. die punte met nul tweede-orde afgeleide van die spanningsreaksies, as kenmerke aangeteken, wat lei tot 21-dimensionele kenmerke. Ten spyte van puls tyd op 'n 5 s vlak, voer ons ook sensititeitsmeting op puls breedte uit met die dubbele doel om puls robuustheid te verifieer en toets tyd verder te verkort, wat wissel van 30 ms tot 5 s. Ons oorweeg versnelde veroudering in laboratoriumtoetse (Aanvullende Nota 2) en werklike EV-bestuur veroudering, hoewel agnosties tot die eksplisiete bestuurs-profiele weens databeskermingsbeperkings. In Fig. 2c word die SOH-verspreiding van versnelde verouderingsbatterye (NMC, 2.1 Ah) en suiwer battery EV-bestuursverouderingsbatterye (NMC, 21 Ah) geïllustreer. Let op dat SOH waardes aanvullend is in 'n wye SOH-streek, van 0.6 tot 1, die versamelde data is verteenwoordigend van battery-aftree-scenario's, ook met uiterste vroeë aftree-gevalle. S

Part of HackerNoon's growing list of open-source research papers, promoting free access to academic material.

Hierdie oudio word in die oorspronklike taal van die storie vervaardig!

Generatiewe KI Dryf Volhoubare Hergebruik van Afgetrede Litiumioonbatterye

About Author

KOMMENTAAR

HANG TAGS

HIERDIE ARTIKEL IS AANGEBIED IN

Related Stories

The #bitcoin Writing Contest by Rootstock and HackerNoon: Final Round Results🎉

How to Vote in the HackerNoon 2021 Noonies Awards #Noonies2021

"Walk Down the Road of Life Without Fearing Anything" Max Azarov, CEO and Co-Founder, Novakid

Top Actionable Tips to Grow a Community: More Tips to Monetize

The #bitcoin Writing Contest by Rootstock and HackerNoon: Final Round Results🎉

How to Vote in the HackerNoon 2021 Noonies Awards #Noonies2021

"Walk Down the Road of Life Without Fearing Anything" Max Azarov, CEO and Co-Founder, Novakid

Top Actionable Tips to Grow a Community: More Tips to Monetize

Light-Mode

Classic

Newspaper

Minty

Dark-Mode

Neon Noir

Minty

HN StartUps