حرائق البطاريات مصدر قلق بسبب تبني السيارات الكهربائية – هل يمكن للذكاء الاصطناعي مساعدة منع الهروب الحراري؟

يقود فريق من المهندسين بقيادة طالب دكتوراه في جامعة أريزونا طريقة جديدة لمنع بطاريات السيارات الكهربائية من ارتفاع درجة حرارتها. تستخدم هذه الطريقة خوارزميات الذكاء الاصطناعي لتوقع المناطق التي تثير القلق قبل أن تصبح خطيرة. يرى العديد من الأشخاص أن هذه الدراسة هي اختراق في الصناعة، خاصة مع الطلب المتزايد على السيارات الكهربائية. هنا كل ما تحتاج إلى معرفته حول دور الذكاء الاصطناعي في المستقبل لمنع الهروب الحراري.

بطاريات الليثيوم الأيونية (LIBs)

هناك بعض النقاط الرئيسية التي يجب فهمها لاستيعاب حجم هذا البحث. أولاً، بطاريات الليثيوم الأيونية (LIBs) هي أكثر البطاريات شيوعًا المستخدمة في السيارات الكهربائية اليوم. هذه البطاريات تدمج أيونات الليثيوم المشحونة لنقل الطاقة عبر الوحدة، مما ينتج تيارًا لاحتياجاتك الكهربائية. ما يجعل LIBs شائعًا هو أنه يمكن شحنه عن طريق عكس القطبية مؤقتًا وإرسال الأيونات إلى قطب سالب الوحدة.

تعتمد السيارات الكهربائية اليوم على هذه الأجهزة لعدة أسباب، بما في ذلك أنها تتمتع بأعمار افتراضية معقولة، وتكون خفيفة الوزن نسبيًا مقارنة بالبديل، وتوفر كثافة طاقة استثنائية. ويتميز استخدام هذه البطاريات بأنها تستخدم خلايا يتم تجميعها لإنشاء حزمة السيارة الكهربائية الكاملة. ويتميز معظم حزم بطاريات السيارات الكهربائية بأنها تحتوي على آلاف الخلايا.

ما هو الهروب الحراري؟

يساعد هيكل البطاريات المتعددة الخلايا الحالي في شحن البطاريات بشكل أسرع وزيادة عمرها. ومع ذلك، يمكن أن يخلق هذا الهيكل مناطق ساخنة داخل حزمة البطارية التي يمكن أن تؤدي إلى فشل كارثي. عندما يبدأ خلية واحدة في الفشل، يمكن أن ترتفع درجة حرارتها بسرعة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الخلايا المحيطة وربما يؤدي إلى المزيد من الفشل. هذا التأثير الدومينو يسمى الهروب الحراري، وهو واحد من المشاكل الرئيسية التي تواجهها السيارات الكهربائية اليوم.

يمكن أن يؤدي الهروب الحراري إلى تدهور الأداء وتسبب تدهور البطارية وربما انفجارات. وبالتالي، فهو قلق حقيقي اليوم لمالكي السيارات الكهربائية. يمكن أن يحدث الهروب الحراري بسبب عدة عوامل، بما في ذلك فشل البطارية مثل انصهار الفاصل، أو تدهور الكاثود، أو تفاعل لي-الكهربائي غير المواتي.

مخاوف أمنية

يمكن أن تحدث الدوائر القصيرة بسرعة وتنجم عن إصابة المارة القريبين بسبب الحرائق والانفجارات. هناك العديد من القصص عن أشخاص يستيقظون على حرائق منازل أو لحظات مخيفة أخرى بسبب اشتعال بطارية سيارتهم الكهربائية. وبالتالي، أصبح حل هذه المشكلة مصدر قلق رئيسي للباحثين على مستوى العالم.

ارتفاع درجة الحرارة

أصبح الحاجة إلى تقليل الهروب الحراري أكثر أهمية خلال السنوات القليلة الماضية بسبب عدة عوامل. زيادة استخدام السيارات الكهربائية ودرجات الحرارة العالمية جعلت سيناريو خطيرًا مع تعرض المزيد من الأرواح للخطر أكثر من أي وقت مضى. هذه العوامل تجعل الحفاظ على برودة البطاريات أمرًا ضروريًا لتحقيق مستقبل أخضر.

دراسة الهروب الحراري بالذكاء الاصطناعي

تظهر دراسة نشرت في مجلة مصادر الطاقة كيف يمكن أن يكون الخوارزمية المتقدمة للذكاء الاصطناعي مع الحساسات هو المفتاح لمنع الهروب الحراري مرة واحدة وإلى الأبد. تُجرى الدراسة، بقيادة باساب جوسوامي، باستخدام محاكاة بيانات السائق لتمثيل استخدام بطارية السيارة الكهربائية في ظروف القيادة اليومية.

استخدمت نماذج الفيزياء المتعددة والتعلم الآلي التي استفادت من نماذج حرارية وكهربائية وكيميائية لتحديد اللحظات الرئيسية عندما يصبح الهروب الحراري ملحوظًا. ومن هناك، عززت أنظمة الذكاء الاصطناعي البيانات، مما يسمح لها بتوقع وتحديد الخلايا الساخنة بشكل أسرع من أي حل بصرية.

اختبار الهروب الحراري بالذكاء الاصطناعي

سعى الباحثون إلى الحصول على فهم أفضل لطريقة تدهور واجهة الإلكتروليت الصلبة على القطب السالب في ظروف مختلفة. استخدم الفريق بيانات السائق الحقيقي وحالات البطارية مثل الشحن والتفريغ المستمر ودورات القيادة لاختبار توقيع حرارة البطارية. لتحقيق هذه المهمة، أنشأ الفريق بطارية ذات حساسات حرارية خاصة ملفوفة حولها.

قدمت حساسات درجة الحرارة بيانات تفصيلية حول درجة الحرارة المكانية والزمنية التي تم دمجها مع البيانات التاريخية وتم تغذيتها إلى خوارزمية الذكاء الاصطناعي. وشملت هذه البيانات مواقف رئيسية وبيئات وفعاليات السائق ومشاكل فنية.

خوارزمية جوسوامي

تتميز خوارزمية جوسوامي بطرق عديدة. أولاً، إنها أول نموذج للتعلم الآلي للذكاء الاصطناعي يستخدم لتوقع الهروب الحراري. تمكن هذا النموذج المتعدد الفيزياء من خلال أنظمة الذكاء الاصطناعي الجديدة مثل نمذجة المتجه. هذه الأنظمة المتقدمة يمكنها تحليل كميات هائلة من البيانات وبيان الارتباطات أو الأنماط المعقدة بعيدًا عن قدرات الإنسان. وبالتالي، سمحت طريقة النمذجة الفريق بإنشاء بيانات واقعية حول سلوك قيادة السيارات الكهربائية.

نتائج اختبار الهروب الحراري بالذكاء الاصطناعي

النتائج المثيرة للإعجاب. أولاً، نجح الفريق في هدفهم لتوقع الهروب الحراري بدقة وموثوقية في بطاريات الليثيوم الأيونية. كان الذكاء الاصطناعي دقيقًا جدًا ويمكنه حتى تحديد مكان بداية الهروب الحراري، مما يحذر من الخطر ويلغي المزيد من الضرر. الآن، يسعى الفريق إلى توسيع بحثه، الذي يمكن أن يساعد في خلق سيارات كهربائية أكثر أمانًا للجميع في يوم من الأيام.

فوائد الهروب الحراري بالذكاء الاصطناعي

هناك العديد من الفوائد التي يأتي بها هذا البحث إلى السوق. أولاً، خوارزمية الذكاء الاصطناعي أقل تكلفة من استخدام طرق أخرى لمنع الهروب الحراري. في الماضي، قدم مهندسون، بما في ذلك أولئك في هذه الدراسة، طرقًا لقياس البصريات. كانت هذه الإجراءات فعالة ولكنها تتطلب كاميرات باهظة الثمن ومراقبة مستمرة. الذكاء الاصطناعي يحرر جهود الفريق ويقدم نتائج أفضل.

دقة عالية

القدرة على توقع درجة حرارة الثرموكوبل وموقع المناطق الساخنة بدقة هي خطوة حاسمة لإنشاء بطاريات أكثر متانة وقدرة في المستقبل. يمكن للمهندسين استخدام هذا النهج لمساعدتهم في تحديد أين يمكن تحسين منتجاتهم وأي أجزاء تحتاج إلى تحديث أو تعديل لمنع الهروب الحراري في المستقبل.

تحقيق انبعاثات صافي الصفر

فائدة أخرى من هذا البحث هي أن它 تجعل الهدف العالمي لتقليل الكربون والملوثات أسهل. السيارات الكهربائية هي أحد الطرق لمساعدة تقليل انبعاثات السيارات، وأي طريقة لتحسين كفاءتها وفعاليتها سيكون لها تأثير كبير على سوق السيارات في المستقبل. في عام 2023، زادت مبيعات السيارات الكهربائية بنسبة 35٪ على مستوى العالم. يتوقع المحللون استمرار هذا النمو، مما يجعل سلامة الهروب الحراري أولوية لجميع المصنعين.

تكامل سهل

يمكن تطبيق هذه التكنولوجيا في خطوط الإنتاج والعمليات التصنيعية بجهود mínima. سيتحسن نموذج الذكاء الاصطناعي مع إدخال المزيد من البيانات وحساسات أفضل ونمذجة إضافية إلى نظام إدارة بطارية كل سيارة كهربائية.

الباحثون

أجريت الدراسة في جامعة أريزونا بواسطة فيتالي يوركيف، وفرزاد مشايك، وياسامان عبد الصببوهي، وهوي دو، وتود أ. كينغستون. تم تمويل المشروع من خلال منحة بقيمة 599,808 دولار من برنامج الدفاع لتطوير البحث التنافسي. ويُلاحظ أن جوسوامي ويوركيف نشرا ورقة أخرى في يناير من هذا العام تظهر طريقة بصرية لاكتشاف المناطق الساخنة. هذه الدراسة هي تجميع لهذا البحث ويريد تقديم خيار أكثر ملاءمة وميسور التكلفة.

شركتان قد تستفيدان من هذا البحث

يمكن لشركات عديدة أن ترى فوائد فورية من هذه الدراسة. الطلب على السيارات الكهربائية في ارتفاع، والشركات تصنع السيارات لملء هذا الحاجة. القدرة على تقديم بديل أكثر أمانًا مقارنة بالخيارات الحالية سيساعد هذه الشركات على الصعود إلى قمة السوق. هنا شركتان قد تطبق هذه التكنولوجيا اليوم وترى زيادة في أرباحها.

1. ريفيان

(RIVN )

تأسست ريفيان في عام 2009 باسم موتورز مينستريم. بعد عدة سنوات وتغييرات في الاسم، أصبحت الشركة رسميًا ريفيان في عام 2011. اليوم، تظل ريفيان واحدة من أكبر مصنعي السيارات الكهربائية في أمريكا الشمالية. تتخصص الشركة في سيارات الرياضة الكهربائية ومركباتها متعددة الاستخدامات، ومقرها في كاليفورنيا مع عمليات تصنيع في إلينوي.

أفادت ريفيان عن إيرادات بقيمة 4.43 مليار دولار في عام 2023، مع أصول إجمالية تبلغ 16 مليار دولار. في السنوات الأخيرة، بذلت الشركة جهودًا كبيرة لتحقيق انبعاثات صفرية من الكربون بحلول عام 2040. هذه العوامل، بالإضافة إلى الطلب المتزايد على منتجاتها، تجعل ريفيان مشروعًا قويًا للمستثمرين الذين يبحثون عن بديل لشركة تيسلا.

2. شاومي

تُعتبر شركة شاومي الصينية لتصنيع السيارات الكهربائية منافسًا كبيرًا لشركة تيسلا موتورز في سباق السيارات الكهربائية. تواصل شاومي استحواذها على حصة السوق على مستوى العالم بسبب عدة عوامل. أولاً، العلامة التجارية شاومي مشهورة وموثوقة في قطاع الإلكترونيات منذ عقود. وبالتالي، هناك ولاء قوي للمستهلكين وثقة مقارنة بالخيارات الجديدة.

تملك شاومي سوقًا بقيمة 462.55 مليار دولار، وتظهر هامش ربح يبلغ 6.12٪ حاليًا. تواصل شاومي توسيع حصة سوق السيارات الكهربائية وتكنولوجياها، مما يؤدي إلى استمرار الطلب على أسهمها على مستوى العالم. أولئك الذين يبحثون عن سهم تصنيع سيارات كهربائية سريع النمو يجب أن يعتبروا شاومي.

الهروب الحراري ولا يعود أبدًا

يجب الإشادة بهذا الفريق على إنشاء طريقة موثوقة ودقيقة لتحديد الخطوات الدقيقة المشاركة في سيناريو الهروب الحراري. الآن، يمكن تحسين هذه البيانات وتحسينها لتحسين الكشف بشكل أكبر. في الأشهر القليلة القادمة، قد تعتمد سيارتك الكهربائية على تكنولوجيا مماثلة بناءً على الجهد الكبير الذي بذله هؤلاء المهندسون. وبالتالي، من الحكمة متابعة هذا الاكتشاف في المستقبل.

تعلم المزيد عن مشاريع الذكاء الاصطناعي المثيرة الآن.