点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:人工智能大模型“拿捏”电池寿命
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

人工智能大模型“拿捏”电池寿命

来源:中国科学报2024-09-25 09:22

  ■记者 孙丹宁

  从清晨唤醒我们的闹钟,到随身携带的手机,再到电动汽车、无人机等新兴产品,无一不依赖于电池提供的稳定电力。

  然而,随着电池使用时间的增长,其容量会逐渐衰减,造成供电时间缩短,影响设备的正常功能。如果能及时检测电池寿命,用户就能在电池性能明显下降前采取相应措施,从而避免因电池问题导致的设备故障或数据丢失,延长电池整体使用寿命。

  近日,中国科学院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所)研究员陈忠伟、副研究员毛治宇团队,联合西安交通大学教授冯江涛,在电池健康管理领域取得新进展。他们开发了一种新型的深度学习模型,有效解决了传统方法对大量充电测试数据的依赖问题,为电池实时寿命预估提供了新思路,实现了锂电池寿命的端到端评估。同时,该模型作为团队开发的第一代电池数字大脑PBSRD Digit核心模型的重要组成部分,为电池智能管理提供了解决方案。相关成果发表于《电气电子工程师学会交通电气化学报》。

  难以预测的电池寿命

  电池的循环寿命是指电池在规定的充放电条件下,经历多次完全充放电循环后,容量或性能下降到初始值的某一规定百分比所能经历的充放电次数。通常以电池容量衰减到初始值的80%作为循环寿命的“终点”。

  假如一部手机的电池循环寿命是500次,这就意味着,如果每天把手机电量完全用完再充满,那么大约500天后,你就会感觉手机电量没有以前那么耐用了,因为电池的循环寿命到了。

  由于电池容量退化是一个受多种因素影响的动态过程,包括充放电循环次数、充放电深度、环境温度、电池老化等,这些因素相互作用,使得电池寿命预测变得尤为复杂。

  此前,电池寿命预测都在实验室内进行。比如让电池加速循环,在高温45℃下高倍率运行,以此推断它在实际应用场景中的使用寿命。但是,不同的应用场景和运行条件会对锂电池寿命产生显著影响,以致无法实现对电池的精准预测。

  目前,很多团队正积极投身于人工智能领域的探索。“遗憾的是,当前的人工智能技术及其学习深度,以及有限的人力资源,不能完全满足对电池寿命进行精确检测的需求。”毛治宇说,“基于这一现状,我们萌生了一个设想——设计一个能够直接且高效检测电池寿命的创新模型。这一模型致力于突破现有技术的局限,为电池健康管理提供更为可靠和智能的解决方案。”

  人工智能模型让电池“透视”

  2017年,毛治宇在加拿大滑铁卢大学读博士,陈忠伟是他的导师。当时,人工智能刚刚起步,他们想尝试一下,用它能否解决电池寿命检测这一难题。

  “实际上,电池包括正极、负极、隔膜、电极液等,是一个复杂的电化学系统。但是,那时候的模型还停留在简单的神经网络学习,人工智能检测刚刚开始,我们就用自己的电池尝试测试,并纳入此前未被考虑到的电池老化问题,最终检测出来的电池寿命与实际寿命相比,精度有了很大提高。”毛治宇回忆当初第一次尝试时说。

  这次初步尝试开启了毛治宇在人工智能应用于电池智能管理方向的科研之路。后来,二人先后归国工作,毛治宇又加入了陈忠伟的团队。

  陈忠伟团队有一个方向是智能电池,包括人工智能应用于科学、人工智能应用于工程,毛治宇想在这里圆梦。而目前科技领域已有多个人工智能的计算模型,他们“借风使船”结合多个模型,实现了优势互补。

  “我们利用了Vision Transformer结构,它可以进行并行计算,同时处理多个任务。”论文第一作者、在大连化物所从事博士后研究的刘云鹏介绍,“还有一个空间流加时间流的双流框架,可提取多维时间尺度信息,同时借助高效自注意力机制减少计算复杂度。我们根据不同的优势将这两种算法进行了结合。”

  这项研究提出了一种基于少量充电周期数据的深度学习模型,该模型通过带有双流框架的Vision Transformer结构和高效自注意力机制,捕捉并融合多时间尺度隐藏特征,实现对电池当前循环寿命和剩余使用寿命的准确预测。

  该模型在仅使用15个充电周期数据的情况下,能够将上述两种预测误差分别控制在5.40%和4.64%以内。并且,在面对训练数据集内未出现的充电策略时,仍能保持较低的预测误差,证明了其zero-shot泛化能力。

  打造“电池数字大脑”

  同时,该电池寿命预测模型是第一代电池数字大脑PBSRD Digit的重要组成部分。通过将模型整合到该系统中,进一步提高了系统的准确性。目前,该电池数字大脑系统作为大规模工商业储能和电动汽车的能量管理核心,可部署于云端服务器和客户端嵌入式设备。

  “现在新能源特别是储能是热点话题,很多厂家都想开发全生命周期的电池智能管理系统。我们希望建设一个完整的电池数字大脑,能够更好地管理电池,像大脑一样控制电池的各个方面,让电池效率更高、寿命更长。这是我们未来的一个智能化发展方向。”毛治宇介绍说。

  事实上,陈忠伟、毛治宇、刘云鹏正好是一个团队内的“师徒三代”。经过多年发展,团队在电化学、电催化、人工智能方面都有着深厚的积累。他们的目标是打造从基础研究到关键技术开发再到产业应用示范的全链条模式,以应用为导向真正走向产业化,乃至对整个领域产生影响。

  150余人的团队中,会聚了超过50位经验丰富的工程师。他们具有不同的技术背景,不乏在大数据架构与算法领域深耕多年的专家,擅长将前沿的算法研究转化为高效、稳定的系统架构,确保技术成果能够顺利落地。

  正是这种“研究+开发”深度融合的模式,使得团队能够跨越传统界限,促进不同领域知识与技术的交叉融合。工程师们不仅能独立承担项目研发的重任,还能与科研人员紧密合作,将最新研究成果迅速转化为产品功能,从而加速技术创新与产业升级的步伐。

  通过这种高效的协作机制,团队不仅在电池寿命检测等特定领域取得突破,还能灵活应对各种复杂挑战,推动多个项目并行发展,最终实现多元化、全方位的技术创新目标。

  “未来,我们计划利用模型提炼等技术进一步优化模型,以提高资源利用率,打造真正的数字大脑。”陈忠伟说。

[ 责编:宋雅娟 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • “粤车南下”入境香港市区正式实施

  • 国家大剧院举办建院18周年公众开放日艺术节

独家策划

推荐阅读
我国自主设计建造的全球首制甲醇双燃料动力智能超大型油轮“凯拓”轮22日在辽宁大连成功交付。
2025-12-23 09:54
中国科学院大连化学物理研究所副研究员方光宗、研究员潘秀莲团队在乙炔氢氯化制氯乙烯研究领域取得新进展。
2025-12-23 09:53
《自然》杂志网站12月18日刊发文章,展望了2026年值得关注的科学事件,涉及人工智能(AI)、基因编辑和太空探索等多个领域。中国计划于2026年发射嫦娥七号探测器,目标是在布满岩石与陨石坑、着陆难度极大的月球南极附近着陆。
2025-12-23 09:52
9月30日,中国科学院上海应用物理研究所原所长徐洪杰去世半个月后,一场以追思和战略研讨为主题的“务虚会”在研究所召开。
2025-12-23 09:47
种子是“农业芯片”。精准设计育种这盘大棋,在科技工作者手中,正下得风生水起。
2025-12-23 03:05
12月17日,《自然》发布2025年值得关注的七大暖心科学故事,从基因编辑的多项突破,到传染病的快速防控,再到政策层面的重大胜利,都让人们为这一年感到高兴。
2025-12-22 09:57
记者21日从中国科学院大连化学物理研究所获悉,该所研究员李先锋团队在溴基多电子转移液流电池新体系研究方面取得新进展。
2025-12-22 09:56
微波加热,是维持“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)上亿摄氏度高温的核心技术之一。
2025-12-22 09:52
12月19日,《科学》在线发表了这项由中国科学家领衔的重要研究成果。
2025-12-22 09:50
记者了解到,作为农业科技“国家队”,近年来,该院依托西部中心,组建了高品质棉花生产模式、作物生物安全与防控等16支创新团队,把百余项技术成果转化运用到新疆这片热土。
2025-12-22 02:45
由我国多家研发单位联合完成的两项降糖减重药物Ⅲ期临床研究成果,北京时间18日在线发表于国际科学顶级学术期刊《自然》(《Nature》)。
2025-12-19 09:51
一个国际团队12月17日发表于《自然》的研究显示,70岁以上人群中,近1/10患有阿尔茨海默病。
2025-12-19 09:51
近日,“大国重器”中国天眼(FAST)又传来好消息。截至2025年11月5日,它已发现脉冲星1170颗,远超同期其他望远镜发现总数。
2025-12-19 09:48
国家自然科学基金重大非共识项目日前正式启动试点,首批遴选出3项建议资助项目,支持科研人员在国际科技竞争“无人区”开辟研究方向。
2025-12-19 09:47
《物理世界》日前公布“2025年度十大科学突破”榜单,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心张广宇团队主导的“首例二维金属制备”成果成功入选。
2025-12-19 09:45
中国科学技术大学教授潘建伟、张强等组成的研究团队与济南量子技术研究院、中国科学院半导体研究所等单位合作,通过混合集成分布式反馈激光器与薄膜铌酸锂光子芯片,成功实现了电泵浦片上集成的高亮度偏振量子纠缠光源,向集成化量子信息处理迈出重要一步。
2025-12-18 10:02
肺鱼,一种可以“绝境求生”的神奇生物,部分种类能在缺水时躲入泥中使用肺呼吸,直到雨季才复苏。借助高精度CT扫描与三维重建技术,乔妥、崔心东与团队其他成员对云南古嵴鱼展开了细致的关键形态特征观察。
2025-12-18 10:00
气温下降容易影响呼吸系统和循环系统。
2025-12-18 09:59
在这些应用成果中,人工智能大模型赋予机器人“大脑”,具身智能赋予机器人“小脑”与“四肢”,让它们学会像人一样思考和行动。蒸汽机延伸了人类的体能,计算机延伸了人类的智能,具身智能意味着一个“人机共生”的新纪元——机器人不再是冷冰冰的机器,而是生产生活中的得力伙伴。
2025-12-18 09:50
其中,“泛在操作系统”“高性能制造”“深部固体资源流态化开采”“超级微创手术”4项体系化新名词,均为我国科学家率先提出。超级微创手术经由自然腔道、隧道、穿刺通道、多腔隙通道,构建起覆盖全器官系统的技术体系。
2025-12-18 09:49
加载更多