Быстрая зарядка является важной опорой для распространения электромобилей, но в то же время считается скрытой платой за ущерб сроку службы аккумуляторов. Теперь исследовательская группа из Чалмерского технологического университета в Швеции и Веллингтонского университета Виктории в Новой Зеландии разработала стратегию быстрой зарядки на основе искусственного интеллекта (ИИ), которая позволяет корректировать процесс зарядки в реальном времени в зависимости от состояния аккумулятора, продлевая срок его службы почти на 23% без увеличения времени зарядки. Результаты исследования опубликованы в последнем номере журнала «IEEE Transactions on Transportation Electrification».
Срок службы аккумуляторов электромобилей обычно составляет от 8 до 15 лет в зависимости от интенсивности использования и привычек зарядки. Современные основные системы быстрой зарядки обычно используют фиксированные параметры тока и напряжения, и способ зарядки практически одинаков, независимо от того, новый ли аккумулятор или он используется уже много лет. На самом деле, по мере старения аккумулятора его внутренняя электрохимическая среда постоянно меняется, и способность выдерживать высокие токи также снижается. Если продолжать использовать единую стратегию зарядки, это может легко привести к дополнительному износу.
Одной из самых сложных проблем при этом является явление «осаждения лития». При быстрой зарядке большой ток быстро проталкивает ионы лития внутрь аккумулятора, и часть ионов лития не успевает внедриться в структуру электродного материала, а непосредственно осаждается на поверхности электрода, образуя металлический литий. При многократном повторении этого явления не только снижается емкость и сокращается запас хода, но и могут образовываться дендриты, прокалывающие сепаратор, что создает риск короткого замыкания.
Чтобы решить эту проблему, команда использовала алгоритм обучения с подкреплением для обучения модели ИИ. Они создали цифровую модель распространенных на рынке аккумуляторов для электромобилей и смоделировали ключевые параметры, влияющие на скорость зарядки и срок службы аккумулятора, позволив ИИ постоянно пробовать различные стратегии зарядки в виртуальной среде. Система постепенно научилась находить оптимальный баланс между скоростью и износом.
После обучения ИИ способен в реальном времени определять величину зарядного тока на основе текущего остаточного заряда аккумулятора, срока его эксплуатации и общего состояния. Результаты испытаний показали, что новый метод продлевает срок службы аккумулятора примерно на 23%, при этом время зарядки изменяется всего на несколько секунд, чем можно практически пренебречь.
Преимущество этой технологии заключается в низком пороге внедрения. В принципе, ее можно развернуть просто путем обновления программного обеспечения системы управления аккумулятором автомобиля, без необходимости добавления нового аппаратного обеспечения.