حريق البطاريات يثير القلق بسبب اعتماد السيارات الكهربائية – هل يمكن للذكاء الاصطناعي المساعدة في منع الانفجار الحراري؟

قامت مجموعة من المهندسين بقيادة طالب دكتوراه في جامعة أريزونا بتقديم طريقة جديدة لمنع بطاريات السيارات الكهربائية من السخونة الزائدة. تستخدم الطريقة خوارزميات الذكاء الاصطناعي لتوقع المناطق التي قد تشكل خطرًا قبل أن تصبح خطرة. يرى الكثيرون هذه الدراسة كاختراق في الصناعة، خاصةً مع الطلب المتزايد على السيارات الكهربائية. إليكم كل ما تحتاجون إلى معرفته حول الدور المستقبلي للذكاء الاصطناعي في منع الانفجار الحراري.

بطاريات الليثيوم أيون (LIBs)

هناك بعض النقاط الأساسية التي يجب فهمها لاستيعاب حجم هذه الأبحاث. أولاً، بطاريات الليثيوم أيون (LIBs) هي الأكثر استخدامًا في سيارات الكهرباء اليوم. تدمج هذه البطاريات أيونات الليثيوم المشحونة لنقل الطاقة عبر الوحدة، مما ينتج التيار لاحتياجاتكم الكهربائية. ما يجعل بطاريات LIBs شائعة هو أنها يمكن شحنها عن طريق عكس القطبية مؤقتًا وإعادة الأيونات إلى القطب السالب للوحدة.

تعتمد سيارات الكهرباء اليوم على هذه الأجهزة لعدة أسباب بما في ذلك أنها تتمتع بعمر افتراضي جيد، وخفة وزن نسبية مقارنة بالبدائل، وتوفر كثافة طاقة استثنائية. ومن الجدير بالذكر أن هذه البطاريات غالبًا ما تستخدم خلايا مجمعة لتكوين حزمة السيارة الكهربائية الكاملة. كما أن معظم حزم بطاريات السيارات الكهربائية تحتوي على آلاف الخلايا.

ما هو الانفجار الحراري؟

يساعد هيكل الخلايا المتعددة الحالي لبطاريات LIBs على شحن البطاريات بسرعة أكبر وتحقيق عمر أطول. ومع ذلك، يمكن أن يخلق نقاط ساخنة داخل حزمة البطارية قد تؤدي إلى فشل كارثي. عندما تبدأ خلية واحدة في التعطل، يمكن أن تسخن بسرعة، مما يسبب ارتفاع درجة حرارة الخلايا المجاورة وقد يؤدي إلى مزيد من الفشل. يُطلق على هذا التأثير المتسلسل اسم الانفجار الحراري، وهو أحد المشكلات الرئيسية التي تواجه سيارات الكهرباء اليوم.
يمكن للانفجار الحراري (TR) أن يقلل من الأداء، ويسبب تحلل البطارية، وحتى الانفجارات. وبالتالي، فهو مصدر قلق حقيقي اليوم لأصحاب سيارات الكهرباء. يمكن أن يحدث الانفجار الحراري بسبب عدة عوامل تشمل فشل البطارية مثل ذوبان الفاصل، تحلل القطب الموجب، أو تفاعل سلبي بين الليثيوم والإلكتروليت.

مخاوف السلامة

يمكن أن تحدث هذه الدوائر القصيرة بسرعة وتؤدي إلى إصابة الأشخاص القريبين بسبب الحرائق والانفجارات. هناك العديد من القصص التي يوقظ فيها الناس على حرائق منزلية أو لحظات مرعبة أخرى بسبب اشتعال بطارية سيارتهم الكهربائية. وبالتالي، أصبح حل هذه المشكلة مصدر قلق أساسي للباحثين حول العالم.

ارتفاع الحرارة

أصبح الحاجة إلى تقليل الانفجار الحراري أكثر أهمية خلال السنوات القليلة الماضية بسبب عوامل متعددة. أدى ارتفاع استخدام السيارات الكهربائية وارتفاع درجات الحرارة العالمية إلى خلق سيناريو خطر يهدد المزيد من الأرواح أكثر من أي وقت مضى. تجعل هذه العوامل الحفاظ على برودة البطاريات أمرًا أساسيًا لتحقيق مستقبل أكثر خضرة.

دراسة الذكاء الاصطناعي للانفجار الحراري

تظهر دراسة نُشرت في مجلة مصادر الطاقة كيف يمكن لخوارزمية ذكاء اصطناعي متقدمة مقترنة بأجهزة استشعار أن تكون المفتاح للقضاء على الانفجار الحراري نهائيًا. قاد الدراسة باساب جوسوامي، واستخدمت محاكاة بيانات السائق لتقليد استخدام بطارية السيارة الكهربائية تحت ظروف القيادة اليومية.
اُستخدمت نماذج متعددة الفيزياء وتعلم الآلة التي استفادت من نماذج فرعية حرارية، كيميائية كهربائية، وتحلل لتحديد اللحظات الحرجة التي يصبح فيها الانفجار الحراري ملحوظًا. من هناك، عززت أنظمة الذكاء الاصطناعي البيانات، مما مكنها من توقع وتحديد الخلايا التي تسخن بسرعة أكبر من أي حل بصري.

اختبار الذكاء الاصطناعي للانفجار الحراري

سعى الباحثون إلى فهم أفضل لكيفية تدهور واجهة الإلكتروليت الصلبة على القطب السالب تحت ظروف مختلفة. استخدم الفريق بيانات سائق حقيقية وحالات بطارية مثل الشحن/التفريغ المستمر ودورات القيادة لاختبار توقيع الحرارة للبطارية. لتحقيق ذلك، أنشأ الفريق بطارية مزودة بأجهزة استشعار حرارية خاصة ملفوفة حولها.
قدمت أجهزة الاستشعار الحرارية بيانات درجة حرارة مكانية وزمنية مفصلة تم دمجها بعد ذلك مع البيانات التاريخية وتغذيتها إلى خوارزمية الذكاء الاصطناعي. شملت هذه البيانات مواقف رئيسية، بيئات، أنشطة السائق، ومشكلات تقنية.

خوارزمية جوسوامي

تتميز خوارزمية جوسوامي بطرق متعددة. أولاً، هي أول نموذج تعلم آلي للذكاء الاصطناعي يُستخدم لتوقع الانفجار الحراري. لم يكن هذا النموذج المتعدد الفيزياء ممكنًا إلا بفضل أنظمة الذكاء الاصطناعي الجديدة مثل النمذجة المتجهية. يمكن لهذه الأنظمة المتقدمة تحليل كميات هائلة من البيانات وتحديد الارتباطات أو الأنماط المعقدة التي تتجاوز قدرات الإنسان. وبالتالي، مكنت طريقة النمذجة الفريق من إنشاء بيانات واقعية لسلوك القيادة بالسيارات الكهربائية.

نتائج اختبار الذكاء الاصطناعي للانفجار الحراري

نتائج الدراسة مثيرة للإعجاب. أولاً، نجح الفريق في هدفه المتمثل في توقع الانفجار الحراري في بطاريات LIBs بدقة وثبات. كان الذكاء الاصطناعي دقيقًا للغاية ويمكنه حتى تحديد مكان بدء الانفجار الحراري، مما يُنبه إلى الخطر ويمنع حدوث أضرار إضافية. الآن، يسعى الفريق لتوسيع أبحاثه، والتي قد تساعد يومًا ما في إنشاء سيارات كهربائية أكثر أمانًا للجميع.

فوائد الذكاء الاصطناعي للانفجار الحراري

تقدم هذه الأبحاث العديد من الفوائد للسوق. أولاً، خوارزمية الذكاء الاصطناعي أقل تكلفة بكثير من استخدام طرق أخرى لمنع الانفجار الحراري. في الماضي، استخدم المهندسون، بما في ذلك الذين شاركوا في هذه الدراسة، طرق قياس بصرية. كانت هذه الأساليب فعّالة لكنها تتطلب كاميرات باهظة الثمن ومراقبة مستمرة. يحرر الذكاء الاصطناعي جهود الفريق ويوفر نتائج أفضل.

دقة عالية

القدرة على توقع درجة حرارة الثرموكوبل وموقع النقاط الساخنة بدقة تُعد خطوة حيوية لإنشاء بطاريات أكثر متانة وقدرة في المستقبل. يمكن للمهندسين استخدام هذا النهج لتحديد أين يمكن تحسين منتجاتهم وأي أجزاء تحتاج إلى ترقية أو تعديل لمنع حدوث انفجار حراري مستقبلي.

تحقيق صافي الانبعاثات الصفرية

فائدة أخرى لهذه الأبحاث هي أنها تسهل تحقيق الهدف العالمي لتقليل الكربون والملوثات. تُعد السيارات الكهربائية وسيلة للمساعدة في خفض انبعاثات السيارات، وأي طريقة لتحسين كفاءتها وفعاليتها سيكون لها تأثير كبير على سوق السيارات في المستقبل. في عام 2023، ارتفعت مبيعات السيارات الكهربائية بنسبة 35٪ عالميًا. يتوقع المحللون استمرار هذا النمو، مما يجعل سلامة الانفجار الحراري أولوية لمعظم الشركات المصنعة.

سهولة التكامل

يمكن تنفيذ هذه التقنية في سلاسل التوريد وعمليات التصنيع بجهد قليل. سيتحسن نموذج الذكاء الاصطناعي مع توافر المزيد من البيانات، وأجهزة استشعار أفضل، ونماذج إضافية تُدمج في نظام إدارة بطارية كل سيارة كهربائية.

الباحثون

أُجريت الدراسة في جامعة أريزونا بواسطة فيتالي يوركيف، فرزاد مشايك، ياسمين أبديصوبوهى، هوي دو، وتود أ. كينغستون. تم تمويل المشروع بمنحة قدرها 599,808 دولار من برنامج الدفاع القومي للبحوث التنافسية التابع لوزارة الدفاع. ومن الجدير بالذكر أن جوسوامي ويوركيف نشروا ورقة أخرى في يناير من هذا العام توضح طريقة بصرية لاكتشاف النقاط الساخنة. تُعد هذه الدراسة الأخيرة تتويجًا لتلك الأبحاث ورغبةً في تقديم خيار أكثر تكلفة وإتاحة.

شركتان قد تستفيدان من هذه الأبحاث

يمكن للعديد من الشركات أن تشهد فوائد فورية من هذه الدراسة. الطلب على السيارات الكهربائية في تزايد، وتدخل الشركات المصنعة إلى السوق لتلبية هذا الطلب. سيساعد توفير بدائل أكثر أمانًا مقارنة بالخيارات الحالية هذه الشركات على الصعود إلى صدارة السوق. إليكم شركتان يمكنهما تطبيق هذه التقنية اليوم وتحقيق تحسينات في الأرباح.

1. Rivian

RIVN مخطط السعر

تأسست Rivian في عام 2009 تحت اسم Mainstream Motors. بعد عدة سنوات وتغييرات في الاسم، أصبحت الشركة رسميًا Rivian في عام 2011. اليوم، تظل Rivian واحدة من أكبر مصنعي السيارات الكهربائية في أمريكا الشمالية. تتخصص الشركة في سيارات الدفع الرباعي الكهربائية ومقرها في كاليفورنيا مع عمليات تصنيع في إلينوي.
سجلت Rivian إيرادات بقيمة 4.43 مليار دولار في عام 2023 مع أصول إجمالية تبلغ 16 مليار دولار. في السنوات الأخيرة، بذلت الشركة جهودًا كبيرة لتحقيق صافي الانبعاثات الصفرية بحلول عام 2040. هذه العوامل، إلى جانب الطلب المتزايد على منتجاتها، تجعل من Rivian خيارًا قويًا “احتفاظ” للمتداولين الباحثين عن بدائل لتسلا.

2. Xiaomi

تُعتبر شركة Xiaomi المصنعة للسيارات الكهربائية ومقرها الصين أكبر منافس لتسلا موتورز في سباق السيارات الكهربائية. تستمر الشركة في الاستحواذ على حصة سوقية عالمية بفضل عوامل متعددة. أولاً، علامة XIAMI معروفة وقد كانت قوة في قطاع الإلكترونيات لعقود. وبالتالي، تتمتع الشركة بولاء وثقة المستهلكين مقارنة بالخيارات الأحدث.
تبلغ القيمة السوقية لشركة Xiaomi 462.55 مليار دولار وتظهر هامش ربح بنسبة 6.12٪ حاليًا. تواصل الشركة توسيع حصتها في سوق السيارات الكهربائية وتقنياتها، مما يؤدي إلى بقاء السهم مطلوبًا عالميًا. يجب على المستثمرين الباحثين عن سهم تصنيع سيارات كهربائية سريع النمو أن يأخذوا Xiaomi في الاعتبار.

الانفجار الحراري ولا عودة

يجب أن نثني على هذا الفريق لإنشاء طريقة موثوقة ودقيقة لتحديد الخطوات الدقيقة المتضمنة في سيناريو الانفجار الحراري. الآن، يمكن تحسين هذه البيانات واستخدامها لتعزيز الكشف بشكل أكبر. في الأشهر القادمة، قد تعتمد سيارتك الكهربائية على تقنية مشابهة بناءً على الجهد الكبير الذي بذله هؤلاء المهندسون. لذا، من الحكمة متابعة هذه الاكتشافات في المستقبل.

تعرف على مشاريع أخرى رائعة للذكاء الاصطناعي الآن.