
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Autors: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 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 Resum L'estimació ràpida i precisa de l'estat de salut (SOH) de les bateries retirades és un preprocés crucial per a la seva reutilització i reciclatge. No obstant això, els mètodes basats en dades requereixen una curació exhaustiva de les dades sota condicions de jubilació aleatòries de SOH i estat de càrrega (SOC). Aquí, demostrem que l'estimació de SOH assistida per aprenentatge generatiu és prometedora per alleujar els reptes d'escassetat i heterogeneïtat de dades, validada mitjançant un conjunt de dades d'injecció de pols de 2700 mostres de bateries de ions de liti retirades, que cobreixen 3 tipus de material de càtode, 3 formats físics, 4 dissenys de capacitat i 4 usos històrics amb 10 nivells de SOC. Utilitzant dades generades, unressor aconsegueix estimacions precises de SOH, amb errors percentuals absoluts mitjans inferiors al 6% sota SOC desconegut. Predim que, assumint un desplegament uniforme de la tècnica proposada, això estalviaria 4.900 milions de dòlars en costos d'electricitat i 35.800 milions de kg d'emissions de CO2 al mitigar els costos de curació de dades per a un escenari mundial de jubilació de bateries de 2030. Aquest article posa de manifest l'aprofitament de dades limitades per explorar l'espai de dades estès mitjançant mètodes generatius, tenint en compte que les dades poden ser tediós, costoses i contaminants de recuperar per a moltes tasques d'estimació i predictives. Introducció L'electrificació del transport, un sector crític en una transició energètica baixa en carboni , ha remodelat sense precedents el paradigma del transport basat en combustibles fòssils. Les bateries de ions de liti són vitals per a aquesta transició proporcionant subministraments d'energia assequibles, duradors i segurs als vehicles elèctrics (VE) , . La capacitat total de les bateries de VE en ús i al final de la seva vida útil superarà els 32–62 terawatts per 2050, considerablement superior a l'estimació en els escenaris de l'Agència Internacional d'Energies Renovables i Storage Lab . No obstant això, les bateries de VE retirades estan fortament regulades amb un gran valor de capacitat restant infrautilitzat, típicament superior al 80% de la capacitat nominal , . Si no es gestionen adequadament, comporta càrregues econòmiques  per als fabricants i usuaris, així com problemes socials i ambientals posteriors , incloent el malbaratament de recursos, els riscos de la cadena de subministrament i les emissions de carboni , , . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Les estratègies prometedores per abordar les preocupacions sobre el flux intermitent de jubilació de bateries són la reutilització , ,  i el reciclatge . En la reutilització, les bateries retirades es reutilitzen per a aplicacions com ara sistemes d'emmagatzematge d'energia connectats a la xarxa , subministraments elèctrics residencials , i vehicles de baixa velocitat. No obstant això, la reutilització requereix preprocés preliminars, incloent cribratge de consistència , classificació de capacitat , i reagrupació ,  per complir els requisits de l'aplicació . Malgrat la iniciació de programes pilot , , , l'absència d'estàndards rigorosos per als escenaris d'ús i les vies de jubilació dificulten l'ús racional de la capacitat residual . El reciclatge utilitza alternativament valors residuals de bateries retirades mitjançant l'extracció de materials o la reparació estructural , , adequat per a bateries retirades irreversiblement degradades. Comparat amb la pirometal·lúrgia i la hidrometal·lúrgia , , el reciclatge directe destaca per una rendibilitat superior, un menor consum d'energia i unes menors emissions de carboni , , . Aprofitant la reposició de liti i el postprocés dels materials del càtode, el reciclatge directe aconsegueix una reparació eficient de l'estructura material i una restauració del rendiment . No obstant això, l'estat de salut (SOH) determina el reagent químic requerit i les dosis previstes de suplementació de liti en la formulació de la estratègia de reciclatge directe , , . Una dosi insuficient pot comportar una reparació incompleta, mentre que una dosi excessiva pot portar a la generació d'àlcali residual a la superfície del càtode, deteriorant el rendiment de la restauració , . Malauradament, la recuperació del SOH requereix una caracterització material invasiva ,  i proves de calibració de capacitat llargues, l'adquisició de SOH no invasiva, ràpida i sostenible segueix sent un repte pendent. 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 Per assegurar informació consistent de SOH, els VE monitoritzen les bateries i es registren dades operacionals per plataformes al núvol  i passaports de bateries . El Parlament Europeu va adoptar la Directiva de bateries el 14 de juny de 2023, per garantir que les bateries retirades puguin ser reutilitzades, recondicionades o reciclades al final de la seva vida útil . No obstant això, el procediment de monitoratge i enregistrament requerit només és accessible durant la fase de servei del VE, les bateries retirades ja no estan connectades a la unitat de monitoratge del vehicle. Per tant, és difícil recuperar dades de SOH disponibles al camp. La integritat de les dades de vida útil segueix sent un repte important, demanant una estimació de SOH utilitzant només dades de camp, en contra de dades històriques o sota condicions controlables , , . Una solució és realitzar una prova de calibració de capacitat al camp de recollida de bateries retirades, és a dir, condicionament de l'estat de càrrega (SOC), que és senzill, però requereix un temps de prova inassequible i costos elèctrics addicionals. La prova de caracterització de potència de pols híbrida és una alternativa per a l'estimació de SOH mitjançant injecció dinàmica de pols, però la seqüència de prova completa triga més de 12 hores. Tao et al. van utilitzar polsos curts per a l'estimació de SOH de bateries retirades, assumint que es realitzava un condicionament SOC al 5% SOC, que era poc compatible amb les condicions aleatòries de jubilació SOC . Els avenços recents en mesures basades en sensors inclouen imatges de raigs X , impedància electroquímica , , detecció per fibra òptica , , detecció acústica , , càrrega parcial , , i injecció de pols , . Les tècniques basades en la detecció estan en fase de laboratori a causa de la invasió, mentre que la injecció de pols presenta l'avantatge de desembolicar la degradació de la bateria sense danys físics, sent simultàniament més ràpida que els mètodes de càrrega parcial i basats en la impedància electroquímica , , , , , . No obstant això, la injecció de pols és un mètode centrat en dades que només és factible sota l'assumpció ideal que les dades mesurades físicament engloben les condicions de jubilació de la fase de desplegament del model, conegut com el desafiament comú del canvi de domini en la comunitat d'aprenentatge automàtic. Malgrat els avenços en aprenentatge per transferència i mètodes d'adaptació de domini , , , persisteixen els reptes ja que el domini objectiu a alinear encara requereix informació prèvia en el moment del desplegament, i els mètodes d'aprenentatge existents difícilment es poden actualitzar per a condicions de jubilació aleatòries . Una alternativa és abastar l'escala de proves de dades sota condicions de jubilació inexplorades per mitigar l'escassetat i l'heterogeneïtat de dades, tot i que pot comportar costos incrementats. Wang et al. van proposar un mètode d'excavació de temperatura per interpolar preferències cinètiques de reacció a diferents estats intermedis durant un procés termoquímic, permetent la construcció de bases de dades d'entrenament extenses a una escala i cost experimental termoquímic mínims com a augment de dades per a l'entrenament de models d'aprenentatge automàtic . A més, l'aprenentatge generatiu també demostra les possibilitats d'estimar el SOH amb dades augmentades de perfils parcialment ciclades, estalviant dades físicament provades , . No obstant això, l'escassetat i l'heterogeneïtat de dades en el context de reutilització i reciclatge de bateries són encara més complexes a causa d'una barreja de tipus de material de càtode, formats físics, dissenys de capacitat i usos històrics, restringint la integració potencial de coneixements específics de condicions de degradació en models d'aprenentatge automàtic. Per tant, és raonable considerar la relació de dependència entre les condicions de jubilació i les respostes de tensió de pols per a la generació de dades, sense provocar llargs temps de calibració de capacitat ni experiments físics addicionals simultàniament, per millorar el rendiment de l'estimació de SOH. 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 En aquest estudi, realitzem el preprocés de bateries retirades, és a dir, l'estimació de SOH, utilitzant les dades de resposta de tensió de pols generades per un autoencoder variacional atencional en un temps i cost de mesura física estalviats. El procés d'alt nivell dels passos generals de preprocés, entrenament del model generatiu i passos pràctics de desplegament del model s'il·lustra a la Fig.  . La idea de la recerca és utilitzar l'aprenentatge generatiu per explotar les dades ja mesurades per a l'exploració de respostes de tensió de pols en condicions de jubilació contínues, és a dir, la distribució de SOC en l'etapa de recollida de bateries retirades. L'estimació de SOH downstream s'implementa sense dades de resposta de pols mesurades físicament, estalviant costos d'electricitat de preprocés i emissions de carboni que altrament es requeririen del condicionament del SOC al nivell anticipat. En comparació amb el mètode d'integral ampere-hora i la injecció de pols d'aprenentatge automàtic, l'aprenentatge generatiu subratlla una velocitat de generació més ràpida i una estimació precisa. Amb dades generades, un simple regressor estima amb èxit el SOH amb baix error sota condicions de jubilació SOC desconegudes o inaccessibles a la base de dades, un problema desafiant fora de distribució (OOD). El problema OOD es resol aprenent el patró físic heretat entre la condició SOC i la resposta de tensió induïda pel pols ràpid. Demostrem la generalització del nostre mètode verificant-lo mitjançant 2700 mostres mesurades físicament, que abasten 3 tipus de material de càtode, 3 formats físics, 4 dissenys de capacitat i 4 usos històrics (1 enenvelliment accelerat de laboratori, 1 conducció pura de VE, i 2 modes de conducció de VE híbrids). L'aprenentatge generatiu s'adapta a la interpolació i extrapolació integrant el coneixement previ de les condicions de jubilació a l'escala de l'espai latent del model, estalviant temps de mesura, costos d'electricitat i emissions de carboni conseqüents sense comprometre la precisió de l'estimació de SOH. Un estudi de cas mundial conservador de la jubilació de bateries el 2030 destaca la importància de l'estimació de SOH ràpida i sostenible en circumstàncies de reciclatge pirometal·lúrgic, hidrometal·lúrgic i directe. Mitjançant l'anàlisi tècnic-econòmica, l'estimació de SOH assistida per aprenentatge generatiu podria estalviar 4.900 milions de dòlars en costos d'electricitat i 35.800 milions de kg d'emissions de CO2 per 2030 a nivell mundial. Discutim la interpretabilitat del model, les implicacions del preprocés de reciclatge, i els aspectes més amplis de les futures direccions de preprocés de reciclatge intel·ligent integrades amb aprenentatge automàtic. 1    Els passos de preprocés de bateries retirades inclouen el condicionament del SOC, les mesures físiques, l'aprenentatge automàtic per al diagnòstic de SOH i el procés de presa de decisions de segona vida abans de la reutilització o reciclatge. El condicionament del SOC es refereix a l'ajust dels valors de SOC de les bateries retirades a nivells desitjats utilitzant el mètode tradicional de corrent constant i tensió constant (CCCV).   L'esquema d'un autoencoder variacional atencional per a la generació de dades de resposta de tensió de pols.   L'ús pràctic del model de generació de dades per a l'estimació de SOH no requereix condicionament addicional de SOC. El model d'aprenentatge automàtic entrenat és supervisat per les dades generades i rep respostes de tensió de pols immediates quan està en fase de desplegament.   Els beneficis econòmics i ambientals i la velocitat de generació ràpida de la nostra metodologia d'aprenentatge generatiu estalviant costos de condicionament de SOC en l'escenari mundial de jubilació de bateries de 2030. a b c d Resultats Adquisició de dades L'escassetat i l'heterogeneïtat de dades són reptes importants en el diagnòstic i pronòstic de bateries basats en dades, especialment per a bateries retirades. Vam recopilar 2700 mostres de 270 bateries físicament retirades en amplis nivells de SOC, és a dir, del 5% al 50% amb un gra de 5%. A la Fig.  , el conjunt de dades cobreix 3 tipus de materials de càtode predominants, incloent 119 bateries retirades NMC (òxid de níquel-manganès-cobalt) recollides físicament, 56 LFP (fosfat de ferro i liti), i 95 LMO (òxid de liti-manganès), abastant 3 formats físics (cilíndric, bossa, prismàtic) i 4 patrons d'ús històric (1 prova accelerada de laboratori, 3 usos de VE, incloent 1 mode de motorització purament electrificat i 2 modes de motorització híbrids). Subratllem que la inclusió de mostres de prova altament heterogènies fa que el nostre conjunt de dades sigui el conjunt de dades més gran basat en pols ràpides per a l'estimació de SOH de bateries retirades fins a la data, facilitant la generalització del model més enllà dels conjunts de dades mesurades físicament. 2a    El gràfic Sankey per a la distribució de bateries retirades, inclou tipus de material de càtode, formats físics, dissenys de capacitat i usos històrics.   Corrent de pols i la resposta de tensió posterior de les bateries retirades, on les característiques s'extreuen dels punts de gir, és a dir, els punts amb derivada segona zero de la corba de resposta de tensió. S'extreuen els 21 punts característics, d'U1 a U21. La freqüència d'enregistrament de les dades brutes és de 100 Hz. El temps de repòs és de 25 segons entre cada pols en C-rate. Tingueu en compte que el terme C representa la taxa de càrrega (descàrrega) quan es realitza una càrrega (descàrrega) d'1 hora. La temperatura ambient es controla a 25 .   La distribució de l'estat de salut (SOH) (ajust Gaussiana) de les bateries retirades de 2.1 Ah i 21 Ah per a il·lustració, respectivament. Per a la distribució de SOH d'altres tipus de bateries, es pot consultar la Figura Suplementària  .   La relació entre la resposta de tensió de pols mesurada i el SOH calibrat a partir de la prova de calibració de capacitat, amb condicions d'estat de càrrega (SOC) variables. S'il·lustra la primera dimensió característica, U1.   Il·lustració del cas d'ús de generació de dades d'interpolació i extrapolació sota diferents distribucions de SOC de jubilació de bateries. La configuració detallada de la prova es troba a les notes suplementàries   i  , tenint en compte que la configuració de C-rate és idèntica entre els tipus de material de càtode. Les dades originals es proporcionen com a fitxer de dades originals. a b c 1 d e 1 2 A diferència de la prova CCCV constant habitual, la prova de pols no infligeix un temps de prova llarg ni dany addicional a les bateries retirades. Per tant, utilitzem els resultats CCCV com a val

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

Aquest àudio és produït a l'idioma original de la història!

La IA generativa impulsa la reutilització sostenible de bateries d'ions de liti retirades

About Author

COMENTARIS

Etiquetes penjant

AQUEST ARTICLE VA SER PRESENTAT A

Related Stories

TON Game ‘BANANA’ Hits 1M Users In 72 Hours

The Jewel Robbery at the Grand Metropolitan

New Features: They're Everything, We're Just Ken

The Fall of OM by Mantra DAO: Accident or Pattern?

TON Game ‘BANANA’ Hits 1M Users In 72 Hours

The Jewel Robbery at the Grand Metropolitan

New Features: They're Everything, We're Just Ken

The Fall of OM by Mantra DAO: Accident or Pattern?

Light-Mode

Classic

Newspaper

Minty

Dark-Mode

Neon Noir

Minty

HN StartUps