新方法將電動(dòng)汽車電池測(cè)試時(shí)間縮短 75%

密歇根大學(xué)的研究人員表明，采用流線型方法測(cè)試新電動(dòng)汽車電池設(shè)計(jì)的壽命可能會(huì)快四倍。 

他們的優(yōu)化框架可以大大降低評(píng)估電池配置長(zhǎng)期性能的成本。

“目標(biāo)是設(shè)計(jì)更好的電池，傳統(tǒng)上，業(yè)界一直試圖通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)來(lái)做到這一點(diǎn)，”UM 機(jī)械工程教授和框架背后的研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人 Wei Lu 說(shuō)，該框架發(fā)表在Patterns-細(xì)胞出版社?！霸u(píng)估需要這么長(zhǎng)時(shí)間?！?/p>

由于電動(dòng)汽車 (EV) 電池制造商正在努力應(yīng)對(duì)里程焦慮和對(duì)充電可用性的擔(dān)憂，盧的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的優(yōu)化系統(tǒng)可以將新電池和更好電池的模擬和物理測(cè)試時(shí)間縮短約 75%。這種速度可以極大地推動(dòng)電池開(kāi)發(fā)商尋找正確的材料和配置組合，以確保消費(fèi)者始終有足夠的容量到達(dá)目的地。 

密歇根大學(xué)機(jī)械工程教授、研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人陸偉

電池設(shè)計(jì)中涉及的參數(shù)包括從使用的材料到電極的厚度到電極中顆粒的大小等等。測(cè)試每種配置通常意味著幾個(gè)月的完全充電，然后完全放電 - 或循環(huán)電池 - 1,000 次以模擬十年的使用。通過(guò)大量可能的電池設(shè)計(jì)重復(fù)此測(cè)試以發(fā)現(xiàn)更好的設(shè)計(jì)非常耗時(shí)。

“我們的方法不僅減少了測(cè)試時(shí)間，而且可以自動(dòng)生成更好的設(shè)計(jì)，”Lu 說(shuō)。“我們使用早期反饋來(lái)丟棄沒(méi)有前途的電池配置，而不是循環(huán)使用它們直到最后。這不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)，因?yàn)樵谠缙谥芷诒憩F(xiàn)平庸的電池配置可能在以后表現(xiàn)良好，反之亦然。

“我們系統(tǒng)地制定了早停過(guò)程，使系統(tǒng)能夠從積累的數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，從而產(chǎn)生新的有前途的配置?！?nbsp;

為了大幅減少時(shí)間和成本，UM 工程師利用最新的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)創(chuàng)建了一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)既知道何時(shí)退出，又知道如何在運(yùn)行過(guò)程中變得更好。

該框架使用稱為異步連續(xù)減半算法和 Hyperband 的數(shù)學(xué)技術(shù)來(lái)停止沒(méi)有開(kāi)始有希望的循環(huán)測(cè)試，以節(jié)省資源。同時(shí)，它從以前的測(cè)試中獲取數(shù)據(jù)，并建議使用 Parzen 估計(jì)樹(shù)進(jìn)行研究的新的有希望的參數(shù)集。

除了切斷缺乏希望的測(cè)試之外，UM 系統(tǒng)中一個(gè)關(guān)鍵的省時(shí)元素是它生成多個(gè)電池配置以同時(shí)進(jìn)行測(cè)試的方式，稱為異步并行化。如果任何配置完成測(cè)試或被丟棄，算法會(huì)立即計(jì)算一個(gè)新的配置進(jìn)行測(cè)試，而無(wú)需等待其他測(cè)試的結(jié)果。

U-M 的框架可以有效地測(cè)試所有類型的電池設(shè)計(jì)，從幾十年來(lái)用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)汽車的電池，到為我們的手表和手機(jī)供電的小型產(chǎn)品。但電動(dòng)汽車電池可能代表了該技術(shù)最緊迫的用途。

“當(dāng)結(jié)合性能預(yù)測(cè)模型時(shí)，可以調(diào)整該框架以提高效率，”UM 機(jī)械工程博士生、該論文的第一作者 Changyu Deng 說(shuō)?！拔覀兿Ｍ@項(xiàng)工作能夠激發(fā)改進(jìn)的方法，使我們能夠使用最佳電池來(lái)制造更好的電動(dòng)汽車和其他改善生活的設(shè)備?！?/p>

Mobility Consumer Index 最近進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查顯示，52% 的消費(fèi)者現(xiàn)在正在考慮在下次購(gòu)買汽車時(shí)使用電動(dòng)汽車。盡管態(tài)度發(fā)生了變化，但人們?nèi)匀粚?duì)車輛續(xù)航里程（電池容量）和可供駕駛員使用的充電站數(shù)量感到擔(dān)憂。

因此，電池性能在將電動(dòng)汽車推向大眾以抵消氣候變化影響方面發(fā)揮著核心作用。 

“通過(guò)顯著縮短測(cè)試時(shí)間，我們希望我們的系統(tǒng)能夠幫助加快開(kāi)發(fā)更好的電池，加快各種應(yīng)用電池的采用或認(rèn)證，并加快電池管理系統(tǒng)模型參數(shù)的量化，”盧說(shuō)。

該研究由 LG 能源解決方案資助。