```html
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 מחברים: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 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 תקציר אומדן מהיר ומדויק של מצב בריאות (SOH) של סוללות שנגרזו הוא טיפול מקדים חיוני לשימוש חוזר ומיחזור. עם זאת, שיטות מונחות-נתונים דורשות פיקוח נתונים ממצה בתנאי פרישה אקראיים של SOH ומצב טעינה (SOC). כאן, אנו מראים שאומדן SOH בסיוע למידה יצירתית מבטיח בהקלת אתגרי מחסור נתונים הטרוגניות, שאומתו באמצעות מערך נתונים של הזרקת פולסים של 2700 דגימות סוללות ליתיום-יון שנגרזו, המכסים 3 סוגי חומרים קתודיים, 3 פורמטים פיזיים, 4 עיצובי קיבולת ו-4 שימושים היסטוריים עם 10 רמות SOC. באמצעות נתונים שנוצרו, רגרסור מבצע אומדני SOH מדויקים, עם שגיאות אחוז מוחלטות ממוצעות מתחת ל-6% תחת SOC שלא נצפה. אנו צופים שלא assuming deployment uniform של הטכניקה המוצעת, זה יחסוך 4.9 מיליארד דולר בעלויות חשמל ו-35.8 מיליארד ק"ג פליטות CO2 על ידי הפחתת עלויות פיקוח נתונים עבור תרחיש פרישה עולמי של סוללות לשנת 2030. מאמר זה מדגיש ניצול נתונים מוגבלים לחקר מרחב נתונים מורחב באמצעות שיטות יצירתיות, בהינתן שנתונים יכולים להיות גוזלים זמן, יקרים ומזהמים לאחזור עבור משימות אומדן וחיזוי רבות. מבוא אלקטריפיקציה של תחבורה, מגזר קריטי במעבר אנרגיה דל-פחמן , עיצב מחדש באופן חסר תקדים את פרדיגמת התחבורה מבוססת הדלקים המאובנים. סוללות ליתיום-יון חיוניות למעבר זה בכך שהן מספקות אספקת אנרגיה משתלמת, עמידה ובטוחה לכלי רכב חשמליים (EVs) , . הקיבולת הכוללת של סוללות EV בשימוש וסוף-חיים תעלה על 32–62 טרה-וואט עד 2050, גבוה משמעותית מהערכה בתרחישי הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה מתחדשת ומעבדת האחסון . עם זאת, סוללות EV שנגרזו מווסתות בקפדנות עם ערך קיבולת שיורי גדול שאינו מנוצל, בדרך כלל מעל 80% מהקיבולת המדורגת , . אם לא יטופלו כראוי, זה יוביל לעומסים כלכליים  עבור יצרנים ומשתמשים, כמו גם סוגיות סביבתיות וחברתיות נלוות , כולל בזבוז משאבים, סיכוני שרשרת אספקה ופליטות פחמן , , . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 אסטרטגיות מבטיחות להתמודדות עם דאגות בנוגע לגידול הפתאומי של גריזת סוללות הן שימוש חוזר , ,  ומיחזור . בשימוש חוזר, סוללות שנגרזו מיועדות מחדש ליישומים כגון מערכות אחסון אנרגיה המחוברות לרשת , אספקת חשמל ביתית , וכלי רכב איטיים. עם זאת, שימוש חוזר דורש טיפולים מקדימים, כולל סינון עקביות , מיון קיבולת , וקיבוץ מחדש ,  כדי לעמוד בדרישות היישום . למרות תחילת תוכניות פיילוט , , , היעדר תקנים מחמירים לתרחישי שימוש ומסלולי פרישה מעכב את השימוש הרציונלי בקיבולת השיורית . מיחזור משתמש לחילופין בערכים השיוריים של סוללות שנגרזו באמצעות מיצוי חומרים או תיקון מבני , , מתאים לסוללות שנגרזו עם ירידה בלתי הפיכה. בהשוואה לפירומטלורגיה והידרומטלורגיה , , מיחזור ישיר בולט ברווחיות עדיפה, צריכת אנרגיה נמוכה יותר ופליטות פחמן מופחתות , , . מינוף חידוש ליתיום ועיבוד משני של חומרי קתודה, מיחזור ישיר משיג תיקון מבנה חומרים יעיל, ושיקום ביצועים . עם זאת, מצב הבריאות (SOH) קובע את הכימיקל הנדרש ואת מינוני תוספת הליתיום הצפויים בניסוחים של אסטרטגיית מיחזור ישירה , , . מינון לא מספק יכול להוביל לתיקון לא מלא, בעוד מינון יתר עלול להוביל ליצירת אלקלי שיורי על פני הקתודה, ולהרעת ביצועי השיקום , . למרבה הצער, אחזור SOH דורש אפיון חומרים פולשני ,  ומבחני כיול קיבולת ארוכים, רכישת SOH לא פולשנית, מהירה ובת-קיימא נותרה אתגר בולט. 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 כדי לאבטח מידע עקבי על SOH, סוללות EV מנוטרות, ונתוני תפעול נרשמים על ידי פלטפורמות ענן  ועוד דרכוני סוללה . הפרלמנט האירופי אימץ את דירקטיבת הסוללות ב-14 ביוני 2023, כדי להבטיח שסוללות שנגרזו יוכלו להיות בשימוש חוזר, משופצות או ממוחזרות בסוף חיי השירות . עם זאת, הליך הניטור והרישום הנדרש נגיש רק בשלב השירות של EV, סוללות שנגרזו אינן מחוברות יותר ליחידת הניטור ברכב. לפיכך, מאתגר לאחזר נתוני SOH זמינים בשטח. שלמות נתוני החיים נותרה אתגר מרכזי, הדורש אומדן SOH תוך שימוש בנתונים מהשטח בלבד, בניגוד לנתונים היסטוריים או בתנאים ניתנים לשליטה , , . פתרון אחד הוא לבצע מבחן כיול קיבולת בשטח איסוף הסוללות שנגרזו, כלומר, התניה של מצב טעינה (SOC), שהיא פשוטה, אולם, היא דורשת זמן בדיקה יקר ועלויות חשמל נוספות. מבחן אפיון הספק פולס היברידי הוא חלופה לאומדן SOH באמצעות הזרקת פולסים דינמית, אך רצף הבדיקה המלא לוקח מעל 12 שעות. טאו ועמיתיו השתמשו בפולסים קצרים לאומדן SOH של סוללות שנגרזו, בהנחה שבוצעה התניה של SOC ל-5% SOC, אשר היה תואם בקושי לתנאי פרישה אקראיים של SOC . התקדמות אחרונות במדידות מבוססות חיישנים כוללות הדמיית רנטגן , עכבה אלקטרוכימית , , חישת סיבים אופטיים , , חישת אקוסטיקה , , טעינה חלקית , , והזרקת פולסים , . טכניקות מבוססות חישה נמצאות בשלב המעבדה עקב פלישה, בעוד הזרקת פולסים כוללת פתרון הדרגתי של דגרגציית הסוללה ללא נזק פיזי, בו-זמנית מהיר יותר משיטות טעינה חלקית ועכבה אלקטרוכימית , , , , , . עם זאת, הזרקת פולסים היא שיטה מונחת-נתונים שהיא רלוונטית רק תחת ההנחה האידיאלית שהנתונים הנמדדים פיזית מכסים את תנאי הפרישה של שלב פריסת המודל, הידוע כאתגר נפוץ של שינוי תחום בקהילת הלמידה החישובית. למרות התקדמות בשיטות למידת העברה והסתגלות תחום , , , אתגרים נמשכים מכיוון שהתחום היעד ליישור עדיין דורש מידע קודם עם פריסתו, ושיטות למידה קיימות בקושי ניתנות לעדכון עבור תנאי פרישה אקראיים . חלופה היא כיסוי קנה המידה של בדיקות נתונים תחת תנאי פרישה שטרם נחקרו כדי להקל על מחסור נתונים והטרוגניות בעוד שזה יכול להוביל להגדלת עלויות. וואנג ועמיתיו הציעו שיטת חפירת טמפרטורה לאינטרפולציה של העדפות קינטיות תגובתיות במצבים ביניים שונים במהלך תהליך תרמוכימי, המאפשר בניית מסדי נתונים אימוניים נרחבים בקנה מידה ועלות ניסויים תרמוכימיים מינימליים כהגברת נתונים לאימון מודל למידה חישובית . בנוסף, למידה יצירתית גם מציגה את האפשרויות של אומדן SOH עם נתונים מוגברים מפרופילים מחזוריים חלקית, חוסך נתונים שנבדקו פיזית נדרשים , . עם זאת, המחסור בנתונים וההטרוגניות בהקשר של שימוש חוזר ומיחזור סוללות מורכבים אף יותר בשל תערובת של סוגי חומרים קתודיים, פורמטים פיזיים, עיצובי קיבולת ושימושים היסטוריים, המגבילים את האינטגרציה הפוטנציאלית של ידע תנאי ספציפי של דגרגציות למודלי למידה חישובית. לפיכך, זה סביר לשקול את תלות בין תנאי פרישה לתגובות מתח פולסים ליצירת נתונים, מבלי לגרום לקלברציית קיבולת ארוכה וניסויים פיזיים נוספים בו-זמנית, כדי לשפר את ביצועי אומדן 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 במחקר זה, אנו מבצעים טיפול מקדים לסוללות שנגרזו, כלומר, אומדן SOH, באמצעות נתוני תגובת מתח פולס שנוצרו על ידי מקודד אוטואנלוגי אטנשיונלי בזמן ועלות מדידה פיזית שנחסכו. התהליך ברמה גבוהה של צעדי טיפול מקדים כלליים, אימון מודל יצירתי, וצעדי פריסת מודל מעשיים מומחשים באיור.  . רעיון המחקר הוא להשתמש בלמידה יצירתית כדי לנצל נתונים שנמדדו כבר לחקר תגובות מתח פולסים במצבי פרישה רציפים, כלומר, התפלגות SOC בשלב איסוף הסוללות שנגרזו. אומדן SOH במורד הזרם מיושם ללא נתוני תגובת מתח פולס שנמדדו פיזית, חוסך עלויות חשמל טיפול מקדים ופליטות פחמן אחרת נדרשות מהתניית SOC לרמה הצפויה. בהשוואה לשיטת אינטגרל אמפר-שעה ושיטת הלמידה החישובית של הזרקת פולסים, למידה יצירתית מדגישה מהירות יצירה מהירה יותר ואומדן מדויק. עם נתונים שנוצרו, רגרסור פשוט מעריך בהצלחה את ה-SOH עם שגיאה נמוכה תחת תנאי פרישה שלא נצפו או נגישים במסד הנתונים, בעיה מאתגרת מחוץ להפצה (OOD). בעיית ה-OOD נפתרת על ידי למידת התבנית הפיזית המורשתת בין תנאי ה-SOC לתגובת המתח הנגרמת על ידי הפולס המהיר. אנו מדגימים את הכלליות של השיטה שלנו באמצעות אימות באמצעות 2700 דגימות שנמדדו פיזית, המכסות 3 סוגי חומרים קתודיים, 3 פורמטים פיזיים, 4 עיצובי קיבולת, ו-4 שימושים היסטוריים (1 הזדקנות מואצת במעבדה, 1 נסיעת EV טהורה, ו-2 נסיעות EV היברידיות). למידה יצירתית מתאימה לאינטרפולציה ואקסטרפולציה על ידי שילוב ידע קודם של תנאי פרישה בקנה מידה של מרחב סמוי, חוסך זמן מדידה, עלויות חשמל, ופליטות פחמן נלוות מבלי לפגוע בדיוק אומדן SOH. מחקר מקרה גלובלי שמרני של גריזת סוללות בשנת 2030 מדגיש את חשיבות אומדן SOH מהיר ובר-קיימא בנסיבות מיחזור פירולוגיות, הידרומטלוגיות וישירות. באמצעות ניתוח טכני-כלכלי, אומדן SOH בסיוע למידה יצירתית יכול לחסוך 4.9 מיליארד דולר בעלויות חשמל ו-35.8 מיליארד ק"ג פליטות CO2 עד 2030 ברחבי העולם. אנו דנים בהסברתיות המודל, השלכות הטיפול המקדים למיחזור, והיבטים רחבים יותר של כיווני טיפול מקדים למיחזור חכם עתידי המשולבים בלמידה חישובית. 1    שלבי הטיפול המקדים לסוללות שנגרזו כוללים התניית SOC, מדידות פיזיות, למידה חישובית לאבחון SOH, ותהליך קבלת החלטות חיים שני לפני שימוש חוזר או מיחזור. התניית SOC מתייחסת להתאמת ערכי ה-SOC של הסוללות שנגרזו לרמות רצויות באמצעות שיטת הזרם הקבוע-מתח קבוע (CCCV) המסורתית.   הסכמה של מקודד אוטואנלוגי אטנשיונלי ליצירת נתוני תגובת מתח פולס.   השימוש המעשי במודל יצירת הנתונים לאומדן SOH אינו דורש התניית SOC נוספת. מודל הלמידה החישובית המאומן מפוקח על ידי הנתונים שנוצרו ומקבל תגובות מתח פולס מיידיות כאשר הוא בשלב הפריסה.   היתרונות הכלכליים והסביבתיים ומהירות היצירה המהירה של מתודולוגיית הלמידה היצירתית שלנו על ידי חיסכון בעלויות התניית SOC בתרחיש גריזת הסוללות העולמי לשנת 2030. א ב ג ד תוצאות רכישת מערך נתונים מחסור נתונים והטרוגניות הם אתגרים מרכזיים באבחון וחיזוי סוללות מונעי נתונים, במיוחד עבור סוללות שנגרזו. אספנו 2700 דגימות מ-270 סוללות שנגרזו פיזית ברמות SOC רחבות, כלומר, מ-5% עד 50% עם גרעין של 5%. באיור.  , מערך הנתונים מכסה 3 סוגי חומרים קתודיים נפוצים, כולל 119 NMC שנאספו פיזית (תחמוצת ניקל מנגן קובלט), 56 LFP (ליתיום ברזל פוספט), ו-95 LMO (ליתיום מנגן תחמוצת) סוללות שנגרזו, המכסים 3 פורמטים פיזיים (גלילי, פאוץ', פריזמטי) ו-4 דפוסי שימוש היסטוריים (1 מבחן מואץ במעבדה, 3 שימושי EV, כולל 1 מצב הנעה חשמלית טהורה ו-2 מצבי הנעה היברידית). אנו מדגישים שהכללת דגימות בדיקה הטרוגניות ביותר הופכת את מערך הנתונים שלנו למערך הנתונים הגדול ביותר מבוסס פולס מהיר לאומדן SOH של סוללות שנגרזו עד כה, המאפשר את הכלליות של המודל מעבר למערכי הנתונים שנמדדו פיזית. 2א    תרשים הסנקי לפיזור סוללות שנגרזו, כולל סוגי חומרים קתודיים, פורמטים פיזיים, עיצובי קיבולת ושימושים היסטוריים.   זרם פולס ותגובת המתח שלאחר מכן של הסוללות שנגרזו, כאשר התכונות מופקות מנקודות הפיתול, כלומר, הנקודות עם נגזרת שניה אפסית של עקומת תגובת המתח. 21 נקודות התכונה, מ-U1 עד U21, מופקות. תדר ההקלטה עבור הנתונים הגולמיים הוא 100 הרץ. זמן המנוחה הוא 25 שניות בין כל פולס בקצב C. שימו לב שהמונח C מייצג קצב טעינה (פריקה) כאשר מבוצעת טעינה (פריקה) של שעה אחת. טמפרטורת הסביבה נשלטת על 25 מעלות צלזיוס.   התפלגות מצב הבריאות (SOH) (התאמה גאוסיאנית) של סוללות שנגרזו של 2.1 אה ו-21 אה להמחשה, בהתאמה. עבור התפלגות SOH של סוגי סוללות אחרים, ניתן לעיין באיור המשלימה.  א ב ג

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

האודיו הזה מופק בשפת המקור של הסיפור!

בינה מלאכותית יוצרת מניעה שימוש חוזר בר-קיימא בסוללות ליתיום-יון שיצאו משימוש

About Author

הערות

תלו תגים

מאמר זה הוצג ב

Related Stories

ברכות עונות מ-HackerNoon: Boost Stories עם תרגומים, דיבור לטקסט ועוד

Fortunate Son From Our Neighborhood

10 Reasons Why Publishing on HackerNoon Will Skyrocket Your Reach and Impact

100 Days of AI, Day 13: How Instruction Finetuning Improves a Pre-trained LLM

ברכות עונות מ-HackerNoon: Boost Stories עם תרגומים, דיבור לטקסט ועוד

Fortunate Son From Our Neighborhood

10 Reasons Why Publishing on HackerNoon Will Skyrocket Your Reach and Impact

100 Days of AI, Day 13: How Instruction Finetuning Improves a Pre-trained LLM

Light-Mode

Classic

Newspaper

Minty

Dark-Mode

Neon Noir

Minty

HN StartUps