電池性能可以決定電動汽車的使用體驗，從行駛里程到充電時間再到汽車的使用壽命。現(xiàn)在，人工智能已經(jīng)使像在加油站給電動車充電這樣的夢想更有可能成為現(xiàn)實，并可能有助于改善電池技術的其他方面。
幾十年來，電動汽車電池的發(fā)展一直受到一個主要瓶頸的限制:評估時間。在電池開發(fā)過程的每個階段，新技術都必須經(jīng)過數(shù)月甚至數(shù)年的測試，才能確定它們的壽命。但是現(xiàn)在，由斯坦福大學教授斯特凡諾埃爾蒙和威廉覺領導的一個團隊開發(fā)了一種基于機器學習的方法，可以將這些測試時間減少98%。研究小組測試了他們的電池充電速度的方法，他們說，該方法可以應用于電池開發(fā)管道的許多其他部分，甚至非能源技術。
“在電池測試中，你必須嘗試大量的東西，因為你得到的性能會有很大的不同，”計算機科學助理教授埃爾蒙說?！坝辛巳斯ぶ悄?，我們能夠迅速找出最有前途的方法，并省去許多不必要的實驗?！?/p>
這項研究發(fā)表在2月19日的《自然》雜志上，是斯坦福大學、麻省理工學院和豐田研究院科學家之間更大規(guī)模合作的一部分。他們的目標是:找到在10分鐘內(nèi)為電動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程序，根據(jù)幾個充電周期預測電池對不同充電方式的反應。該軟件還可以實時決定關注或忽略哪些收費方式。通過縮短試驗時間和次數(shù)，研究人員將試驗時間從近兩年縮短到16天。
彼得阿提亞是這項研究的聯(lián)合負責人，當時他還是一名研究生。然而，真正令人興奮的是這種方法。我們可以把這種方法應用到其他許多問題上，而這些問題目前正阻礙電池的發(fā)展達數(shù)月或數(shù)年之久?！?/p>
更智能的電池測試方法
設計超高速充電電池是一個主要的挑戰(zhàn)，主要是因為它很難持久。快速充電的強度會給電池帶來更大的壓力，這通常會導致電池過早失效。電池組的成本占電動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)化這一過程。在一開始，團隊就發(fā)現(xiàn)快速充電的優(yōu)化意味著要進行很多的反復試驗——這對人類來說是低效的，但對機器來說是毫無問題的。
“機器學習是一種反復嘗試的過程，但它們更聰明，”參與領導這項研究的計算機科學研究生阿蒂亞格羅弗說。“在何時探索——嘗試新的和不同的方法——以及何時開發(fā)(或瞄準)最有前途的方法方面，計算機比我們做得好得多?！?/p>
該團隊在兩個關鍵方面采用了機器學習。首先，他們用機器學習來減少每次循環(huán)實驗的時間。在之前的一項研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以預測電池在第一次充電100次后的續(xù)航時間。這是因為機器學習系統(tǒng)在接受了幾次電池循環(huán)失靈的訓練后，可以從早期數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)預測電池壽命的模式。
第二，機器學習減少了他們必須測試的方法的數(shù)量。計算機從以往的經(jīng)驗中吸取教訓，迅速找到最佳的協(xié)議進行測試，而不是對每一種可能的充電方法都進行同等的測試，或者依靠直覺。
通過在更少的周期內(nèi)測試更少的方法，研究團隊很快找到了一種最優(yōu)的超高速充電方案。埃爾蒙說，除了顯著加快測試過程之外，這臺計算機的解決方案也比電池科學家可能設計出的方案更好，而且更不尋常。
埃爾蒙說:“它給我們帶來了一種意想不到的簡單充電協(xié)議?！痹撍惴ǖ慕鉀Q方案不是在充電開始時以最高電流充電，而是在充電過程中使用最高電流?！斑@就是人與機器的區(qū)別:機器不受人類直覺的影響，雖然人類直覺是強大的，但有時會誤導人?！?/p>
更廣泛的應用
研究人員表示，他們的方法可以加速電池開發(fā)的幾乎每一個環(huán)節(jié):從設計電池的化學成分，到確定電池的大小和形狀，再到尋找更好的制造和存儲系統(tǒng)。這不僅會對電動汽車產(chǎn)生廣泛影響，還會對其他類型的能源存儲產(chǎn)生廣泛影響，而這是全球范圍轉(zhuǎn)向風能和太陽能的關鍵要求。
“這是一種進行電池開發(fā)的新方法，”該研究的作者之一、豐田研究院的科學家帕特里克赫林說?！澳憧梢耘c學術界和工業(yè)界的許多人共享數(shù)據(jù)，并自動分析這些數(shù)據(jù)，這將大大加快創(chuàng)新的速度?！?/p>
赫林補充說，這項研究的機器學習和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)以后將供電池科學家免費使用。他說，通過使用這個系統(tǒng)來優(yōu)化機器學習過程的其他部分，電池的發(fā)展——以及更新更好的技術的到來——可能會加快一個數(shù)量級甚至更多。
埃爾蒙說，這項研究方法的潛力甚至超出了電池領域。其他大數(shù)據(jù)測試問題，從藥物開發(fā)到優(yōu)化x射線和激光的性能，也可以通過使用機器學習優(yōu)化技術來實現(xiàn)。最終，他說：”隨著我們得到越來越好的算法，我們希望整個科學發(fā)現(xiàn)過程能夠大大加快?！?/p>
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