Увеличение срока службы и эффективности литий-ионных аккумуляторов — ИИ технологии мониторинга, продлевающие срок службы аккумуляторов
Увеличение срока службы и эффективности литий-ионных аккумуляторов — ИИ технологии мониторинга, продлевающие срок службы аккумуляторов
Глазгоское соглашение по климату было принято на 26-й Конференции сторон (COP26) Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИК ООН) и включало в себя ряд мер по ограничению повышения средней глобальной температуры к 2100 году в пределах 1,5 градусов по Цельсию от доиндустриального уровня. Наиболее реальный способ добиться этого — ускорить переход на возобновляемые источники энергии.
Климатическое соглашение COP26 в Глазго повышает спрос на возобновляемые источники энергии и перезаряжаемые батареи
«Аккумуляторы, используемые для электроснабжения и другой общественной инфраструктуры, нельзя рассматривать так же, как какой-нибудь смартфон, о котором можно сказать: «Ну, батарея не продержалась и дня, но неважно», — говорит Такахиро Ямамото из Лаборатории системного ИИ в Корпоративном центре исследований и разработок Toshiba, который разрабатывает технологию для мониторинга аккумуляторных систем.
Возобновляемая энергия необходима для достижения углеродной нейтральности, и перезаряжаемые батареи будут играть ключевую в ее широком распространении. Однако, если они не используются должным образом, по стечению срока службы они буду выброшены, будет произведена замена и потребление продолжится, что приведет к постоянному росту нагрузки на глобальную окружающую среду.
"Выработка электроэнергии из возобновляемых источников подвержена сильным колебаниям в зависимости от погодных условий", - говорит Ямамото, - "Такой дисбаланс между подачей и потреблением электроэнергии вызывает изменения в частоте тока. При подаче такого электричества в сеть, возникает нестабильность. Важно иметь систему батарей, которая будет регулировать и стабилизировать сеть, накапливая и отдавая энергию." Однако, производство и установка аккумуляторных батарей стоит больших денег, что замедляет продвижение их более широкого использования. Наиболее идеальным выходом будет должным образом осматривать и обслуживать аккумуляторные системы с самого момента их установки, а также использовать батареи полный срок службы и снизить издержки."
Есть также ряд других проблем, которые необходимо решить, включая методы утилизации отходов и трудности с приобретением лития и других ресурсов, необходимых для производства батарей. Как объясняет Ямамото, для преодоления этих проблем и ускорения внедрения возобновляемых источников энергии, чрезвычайно важно обслуживать и проверять батареи, чтобы повысить их эффективность и срок службы как системы. Техническое обслуживание и осмотр кажутся простой задачей, но это очень тонкий и сложный процесс, требующий высокого уровня технических знаний.
Технология мониторинга перезаряжаемых батарей повышает эффективность и срок службы аккумуляторных систем
Toshiba работает над различными аккумуляторными системами, в которых используется SCiB™, высокопроизводительная перезаряжаемая литий-ионная батарея. Он также разрабатывает ряд технологий мониторинга для обнаружения износа и неисправностей аккумуляторных батарей. Это связано с тем, что мониторинг позволяет полностью использовать перезаряжаемые батареи в течение всего срока их службы и максимизирует эффективность аккумуляторных систем.
Мониторинг аккумуляторных систем требует выбора и сочетания соответствующих методов оценки в соответствии с доступным временем измерения и точностью требуемых измерений. По этой причине Toshiba разработала несколько технологий мониторинга для самых разных ситуаций и использует индекс состояния работоспособности (SoH) для оценки состояния емкости аккумулятора и внутреннего сопротивления. Ямамото объясняет значение SoH:
«Аккумуляторные системы строятся путем объединения большого количества аккумуляторных элементов в аккумуляторные модули и установки модулей в корпусе системы. Хотя мы не можем продлить срок службы каждой отдельной батареи сверх указанного в спецификации, но, если мы проверим SoH всей системы и обнаружим локально поврежденные компоненты, требующие обслуживания и осмотра, мы сможем принять меры до того, как конкретный модуль батареи выйдет из строя, что приведет к повышению эффективности использования и более длительному сроку службы аккумуляторной системы в целом».
Оценка SoH также находится в центре внимания в области повторного использования перезаряжаемых батарей, и компании автомобильной промышленности Японии стремятся развивать эту технологию. В США многие стартапы занимаются перепрофилированием использованных автомобильных аккумуляторов в качестве перезаряжаемых батарей для энергетических компаний. В свете этой ситуации более 100 компаний и организаций, в том числе Ford и Denso, в настоящее время находятся в процессе установления «индекса мониторинга деградации» - стандарта для расчета стоимости автомобильных аккумуляторов с учетом их повторного использования.
Мониторинг аккумуляторной системы - ежегодный физический осмотр, или скорее ежедневный контроль состояния здоровья?
Как производитель аккумуляторных систем, Toshiba также предлагает различные технологии оценки SoH. Из них метод отклонения напряжения, над которым работает Ямамото, особенно хорошо подходит для оценки SoH аккумуляторных систем, используемых в электрических сетях. Преимущество этого метода заключается в том, что даже при объединении в систему большого количества аккумуляторных элементов, каждый аккумуляторный модуль может оцениваться индивидуально.
Ямамото объясняет, чем такой подход отличается от других: «Некоторые технологии мониторинга включают временное отключение аккумуляторной системы и оценку SoH путем подачи тестового тока для проверки емкости и внутреннего сопротивления. Это подход, который включает в себя регулярное техническое обслуживание, независимо от наличия неисправности, аналогично ежегодному медицинскому осмотру. А метод отклонения напряжения, напротив, определяет SoH на основе данных, полученных в рабочих условиях. Этот подход включает в себя мониторинг рабочих данных машин и оборудования, их анализ и осуществление технического обслуживания. Можно сказать, что это внешнее устройство, которое ежедневно анализирует ваше физическое состояние и выявляет признаки болезни».
Эта технология стала возможной благодаря искусственному интеллекту Toshiba и огромным объемам данных, хранящихся в ее подразделении аккумуляторов. Toshiba работает со многими типами перезаряжаемых батарей, в том числе SCiB™, и обладает большим объемом данных оценки перезаряжаемых батарей, которые в процессе разработки подверглись износу в различных условиях. «Обучаемая база данных» создается с использованием перезаряжаемых батарей с известными условиями деградации.
В будущем, когда возобновляемые источники энергии получат гораздо более широкое распространение, а перезаряжаемые батареи будут использоваться более широко, будет собираться все больше и больше практических данных. Чем больше данных будет собрано, тем легче будет делать прогнозы, отражающие фактическое состояние использования перезаряжаемых батарей, например, скорость деградации, с высокой степенью точности. Ямамото возлагает большие надежды на эту сферу и продолжает исследования и разработки.
Успешные демонстрации доказывают успешность мониторинга батарей; теперь задача в том, чтобы предоставить его как услугу
Как уже отмечалось, у Toshiba есть ряд технологий мониторинга перезаряжаемых батарей, в том числе метод отклонения напряжения, который собирает данные SoH с демонстрационной установки мегаваттного класса в Северной Америке. Фактически, Toshiba может точно определить, какие батареи необходимо заменить в больших системах батарей, установленных в США, и включающих 800 модулей батарей.
Анализ изменений SoH также проводится для аккумуляторных систем, используемых в автобусах, кораблях и других транспортных средствах с электроприводом. Например, данные, полученные удаленно от электробуса, оснащенного аккумулятором SCiB TM , который эксплуатировался в Малайзии в рамках демонстрационного проекта NEDO * для большого электробуса с использованием 10-минутной быстрой зарядки, были проанализированы с использованием метода отклонения напряжения. Подтверждено, что значения SoH, близкие к значениям на момент установки, сохраняются, что служит доказательством для проверки срока службы батарей.
* Организация развития новой энергетики и промышленных технологий (NEDO)
Визуализируя срок службы и производительность литий-ионных перезаряжаемых аккумуляторов, технология мониторинга батарей максимизирует производительность и проложит путь к решению проблем, связанных с дефицитом ресурсов и влиянием отходов на окружающую среду. Однако, Ямамото предвидит дальнейшие применения в будущем.
"Когда мы говорим о перезаряжаемых батареек с точки зрения исследования на тех же научных конференциях, мы склонны сосредотачиваться преимущественно на устройствах или принципах. Хотя часто заходит речь о том, какие материалы и методы анализа находятся в разработке, сейчас сложно говорить о внедрении данных батарей в повседневное использование. К примеру, методы, способные проанализировать весь спектр данных об оборудовании, записанных реальными системами батарей, и какие услуги можно предоставить, основываясь на полученных данных. В случае того же Метода Отклонения Напряжения, мы бы хотели предоставить последующее обслуживание посредством ежедневного SoH мониторинга в качестве новой услуги по подписке."
То, что сказал Ямамото, касается сути того, что мы называем киберфизическими системами (КФС). CPS собирает физические данные, фактические данные из реального мира, анализирует их в киберпространстве с использованием цифровых технологий, обрабатывает их в ценную информацию и идеи, и передает их обратно на физическую сторону. Именно это подразумевается под целью Toshiba «создание ценности за счет использования данных (DX)».
«Если мы сможем воплотить CPS для аккумуляторных систем в реальность, мы сможем предоставить функции аккумуляторных систем, которые можно безопасно и надежно использовать в течение неопределенного времени. Это уменьшит бремя реализации, возлагаемое на наших клиентов, и в то же время обеспечит нашу прибыль. Это схоже с работой страховой компании, которая математически анализирует различные данные и разрабатывает продукты и предоставляет услуги с точки зрения клиента.
«Такое мышление необходимо для аккумуляторных систем, используемых в инфраструктуре. Однако, остается ряд препятствий. Я надеюсь, что в будущем мы сможем решить эти проблемы, используя технологии мониторинга перезаряжаемых батарей, такие как Метод Отклонения Напряжения, в различных ситуациях, соответствующих их характеристикам», — с надеждой говорит Ямамото.
В настоящее время ведется разработка по внедрению технологии мониторинга перезаряжаемых аккумуляторов в инфраструктуру IoT, которая объединяет компании группы Toshiba. Как только это будет осуществлено, компании группы смогут легко использовать соответствующие методы мониторинга при развертывании услуг, использующих перезаряжаемые батареи.
Внедрение возобновляемых источников энергии является неотложным требованием для построения безуглеродного общества. С этой целью также важно повысить эффективность и срок службы аккумуляторных систем. Более того, поскольку линейное использование продуктов от производства до утилизации в настоящее время признано проблемой, это может способствовать созданию экономики замкнутого цикла, в большей степени основанной на переработке, в которой продукты используются и повторно используются в течение более длительного периода времени. Технологии Toshiba по мониторингу аккумуляторов играют свою роль в этом процессе и изменят способ ведения бизнеса по производству аккумуляторов.
Задать вопрос
- Тяговые аккумуляторы
- Батарейки, элементы питания
- Промышленные аккумуляторы
- Бытовые аккумуляторы
- Промышленные элементы питания
- Аккумуляторы для лодок, яхт и катеров
- Стартерные аккумуляторы
- Аккумулятор на заказ
- Системы бесперебойного питания
- Зарядные устройства
- Автомобильные инверторы
- Мультиметры
- Тестирующее оборудование
- Адаптеры
- Сварочное оборудование
- Светодиодные фонари
- Светодиодные лампы
- Солнечные панели
- Торговые марки
Новости
Все новости
16 января 2025
Наш интернет-магазин
28 декабря 2024
С новым годом!
25 октября 2024
Приглашаем Вас посетить наш стенд на выставке Sfitex!