人工智能助力改善電動(dòng)汽車電池的使用壽命 應(yīng)用將逐步廣泛

電池性能可以決定電動(dòng)汽車的使用體驗(yàn)，從行駛里程到充電時(shí)間再到汽車的使用壽命?，F(xiàn)在，人工智能已經(jīng)使像在加油站給電動(dòng)車充電這樣的夢(mèng)想更有可能成為現(xiàn)實(shí)，并可能有助于改善電池技術(shù)的其他方面。

幾十年來(lái)，電動(dòng)汽車電池的發(fā)展一直受到一個(gè)主要瓶頸的限制:評(píng)估時(shí)間。在電池開發(fā)過(guò)程的每個(gè)階段，新技術(shù)都必須經(jīng)過(guò)數(shù)月甚至數(shù)年的測(cè)試，才能確定它們的壽命。但是現(xiàn)在，由斯坦福大學(xué)教授斯特凡諾埃爾蒙和威廉覺領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，可以將這些測(cè)試時(shí)間減少98%。研究小組測(cè)試了他們的電池充電速度的方法，他們說(shuō)，該方法可以應(yīng)用于電池開發(fā)管道的許多其他部分，甚至非能源技術(shù)。

“在電池測(cè)試中，你必須嘗試大量的東西，因?yàn)槟愕玫降男阅軙?huì)有很大的不同，”計(jì)算機(jī)科學(xué)助理教授埃爾蒙說(shuō)?！坝辛巳斯ぶ悄埽覀兡軌蜓杆僬页鲎钣星巴镜姆椒ǎ⑹∪ピS多不必要的實(shí)驗(yàn)?！?/p>

這項(xiàng)研究發(fā)表在2月19日的《自然》雜志上，是斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院和豐田研究院科學(xué)家之間更大規(guī)模合作的一部分。他們的目標(biāo)是:找到在10分鐘內(nèi)為電動(dòng)汽車電池充電的最佳方法，使電池的整體壽命最大化。研究人員編寫了一個(gè)程序，根據(jù)幾個(gè)充電周期預(yù)測(cè)電池對(duì)不同充電方式的反應(yīng)。該軟件還可以實(shí)時(shí)決定關(guān)注或忽略哪些收費(fèi)方式。通過(guò)縮短試驗(yàn)時(shí)間和次數(shù)，研究人員將試驗(yàn)時(shí)間從近兩年縮短到16天。

彼得阿提亞是這項(xiàng)研究的聯(lián)合負(fù)責(zé)人，當(dāng)時(shí)他還是一名研究生。然而，真正令人興奮的是這種方法。我們可以把這種方法應(yīng)用到其他許多問(wèn)題上，而這些問(wèn)題目前正阻礙電池的發(fā)展達(dá)數(shù)月或數(shù)年之久。”

更智能的電池測(cè)試方法

設(shè)計(jì)超高速充電電池是一個(gè)主要的挑戰(zhàn)，主要是因?yàn)樗茈y持久。快速充電的強(qiáng)度會(huì)給電池帶來(lái)更大的壓力，這通常會(huì)導(dǎo)致電池過(guò)早失效。電池組的成本占電動(dòng)汽車總成本的很大一部分，為了防止電池組受損，電池工程師必須測(cè)試一系列詳盡的充電方法，以找到最有效的充電方法。

新的研究試圖優(yōu)化這一過(guò)程。在一開始，團(tuán)隊(duì)就發(fā)現(xiàn)快速充電的優(yōu)化意味著要進(jìn)行很多的反復(fù)試驗(yàn)——這對(duì)人類來(lái)說(shuō)是低效的，但對(duì)機(jī)器來(lái)說(shuō)是毫無(wú)問(wèn)題的。

“機(jī)器學(xué)習(xí)是一種反復(fù)嘗試的過(guò)程，但它們更聰明，”參與領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的計(jì)算機(jī)科學(xué)研究生阿蒂亞格羅弗說(shuō)。“在何時(shí)探索——嘗試新的和不同的方法——以及何時(shí)開發(fā)(或瞄準(zhǔn))最有前途的方法方面，計(jì)算機(jī)比我們做得好得多?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)在兩個(gè)關(guān)鍵方面采用了機(jī)器學(xué)習(xí)。首先，他們用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)減少每次循環(huán)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。在之前的一項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以預(yù)測(cè)電池在第一次充電100次后的續(xù)航時(shí)間。這是因?yàn)闄C(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)在接受了幾次電池循環(huán)失靈的訓(xùn)練后，可以從早期數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)電池壽命的模式。

第二，機(jī)器學(xué)習(xí)減少了他們必須測(cè)試的方法的數(shù)量。計(jì)算機(jī)從以往的經(jīng)驗(yàn)中吸取教訓(xùn)，迅速找到最佳的協(xié)議進(jìn)行測(cè)試，而不是對(duì)每一種可能的充電方法都進(jìn)行同等的測(cè)試，或者依靠直覺。

通過(guò)在更少的周期內(nèi)測(cè)試更少的方法，研究團(tuán)隊(duì)很快找到了一種最優(yōu)的超高速充電方案。埃爾蒙說(shuō)，除了顯著加快測(cè)試過(guò)程之外，這臺(tái)計(jì)算機(jī)的解決方案也比電池科學(xué)家可能設(shè)計(jì)出的方案更好，而且更不尋常。

埃爾蒙說(shuō):“它給我們帶來(lái)了一種意想不到的簡(jiǎn)單充電協(xié)議?！痹撍惴ǖ慕鉀Q方案不是在充電開始時(shí)以最高電流充電，而是在充電過(guò)程中使用最高電流。“這就是人與機(jī)器的區(qū)別:機(jī)器不受人類直覺的影響，雖然人類直覺是強(qiáng)大的，但有時(shí)會(huì)誤導(dǎo)人?！?/p>

更廣泛的應(yīng)用

研究人員表示，他們的方法可以加速電池開發(fā)的幾乎每一個(gè)環(huán)節(jié):從設(shè)計(jì)電池的化學(xué)成分，到確定電池的大小和形狀，再到尋找更好的制造和存儲(chǔ)系統(tǒng)。這不僅會(huì)對(duì)電動(dòng)汽車產(chǎn)生廣泛影響，還會(huì)對(duì)其他類型的能源存儲(chǔ)產(chǎn)生廣泛影響，而這是全球范圍轉(zhuǎn)向風(fēng)能和太陽(yáng)能的關(guān)鍵要求。

“這是一種進(jìn)行電池開發(fā)的新方法，”該研究的作者之一、豐田研究院的科學(xué)家帕特里克赫林說(shuō)?！澳憧梢耘c學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的許多人共享數(shù)據(jù)，并自動(dòng)分析這些數(shù)據(jù)，這將大大加快創(chuàng)新的速度?！?/p>

赫林補(bǔ)充說(shuō)，這項(xiàng)研究的機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)以后將供電池科學(xué)家免費(fèi)使用。他說(shuō)，通過(guò)使用這個(gè)系統(tǒng)來(lái)優(yōu)化機(jī)器學(xué)習(xí)過(guò)程的其他部分，電池的發(fā)展——以及更新更好的技術(shù)的到來(lái)——可能會(huì)加快一個(gè)數(shù)量級(jí)甚至更多。

埃爾蒙說(shuō)，這項(xiàng)研究方法的潛力甚至超出了電池領(lǐng)域。其他大數(shù)據(jù)測(cè)試問(wèn)題，從藥物開發(fā)到優(yōu)化x射線和激光的性能，也可以通過(guò)使用機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。最終，他說(shuō)：”隨著我們得到越來(lái)越好的算法，我們希望整個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程能夠大大加快?！?/p>