"ابتكار جديد: كيف يمكن لتقنيات الذكاء الاصطناعي منع حوادث البطاريات الكهربائية"

حلول مبتكرة لمشكلة السلامة في بطاريات المركبات الكهربائية

تُعتبر السلامة واحدة من أبرز القضايا التي تواجه المركبات الكهربائية، حيث يشكل الحفاظ على برودة بطارياتها تحديًا كبيرًا. يمكن أن تؤدي الارتفاعات الكبيرة في درجات الحرارة إلى عواقب خطيرة، ولكن أبحاثًا جديدة قادها طالب دكتوراه من جامعة أريزونا تقدم حلولًا واعدة لهذه المشكلة. فقد طوّر الباحث باساب جوسوامي، تحت إشراف أستاذ الهندسة الجوية والميكانيكية فيتالي يوركيف، طريقة مبتكرة للتنبؤ ومنع ارتفاع درجات الحرارة في بطاريات الليثيوم أيون، التي تُستخدم بشكل شائع في هذه المركبات.

تم نشر البحث الذي يحمل عنوان “تعزيز سلامة البطاريات” في مجلة Journal of Power Sources، وقد حصل على دعم قدره 599,808 دولار من برنامج الدفاع التنافسي التابع لوزارة الدفاع الأمريكية. ويعرض البحث إطار عمل يعتمد على نماذج متعددة الفيزياء والتعلم الآلي، يهدف إلى استشعار وتوقع ومنع ظاهرة تُعرف بالهروب الحراري، التي تعد من أبرز المخاوف المتعلقة ببطاريات الليثيوم أيون.

التنبؤ بالهروب الحراري باستخدام التعلم الآلي

وفي حديثه عن البحث، قال جوسوامي: “نحن بحاجة إلى الانتقال إلى الطاقة النظيفة، ولكن هناك مخاوف تتعلق بسلامة بطاريات الليثيوم أيون.” وأضاف: “الهروب الحراري يمكن أن يكون خطيرًا للغاية وصعب التنبؤ به، حيث قد يتسبب في نشوب حريق.”

تتكون حزمة بطارية المركبة الكهربائية من خلايا بطارية متصلة بشكل وثيق، وقد تحتوي المركبات الحديثة على أكثر من 1,000 خلية في كل حزمة. إذا حدث الهروب الحراري في إحدى الخلايا، يمكن أن تسخن الخلايا المجاورة، مما يؤدي إلى تأثير الدومينو. وإذا تفاقمت المشكلة، قد تنفجر حزمة البطارية بالكامل، مما يشكل خطرًا على سلامة المركبة والركاب.

للحد من هذه المخاطر، يقترح الباحثون استخدام حساسات حرارية ملفوفة حول خلايا البطارية، التي توفر بيانات تاريخية عن درجات الحرارة لخوارزمية تعلم آلي. هذه الخوارزمية تتنبأ بمكان وزمان حدوث الهروب الحراري، مما يتيح اتخاذ إجراءات وقائية لمنع البطارية من الوصول إلى المرحلة الحرجة. قال جوسوامي: “إذا كنا نعرف موقع النقطة الساخنة، يمكننا إيجاد حلول لإيقاف البطارية قبل أن تصل إلى تلك المرحلة.”

دقة التنبؤ باستخدام التعلم الآلي

أشاد يوركيف بدقة الخوارزمية التي طورها جوسوامي، مشيرًا إلى أنه قبل هذا البحث، لم تُستخدم نماذج التعلم الآلي للتنبؤ بالهروب الحراري. وقال يوركيف: “لم نتوقع أن يكون التعلم الآلي متفوقًا جدًا في التنبؤ بدرجة حرارة الثيرموكوبل وموقع النقاط الساخنة بدقة بهذه الطريقة. لا يمكن لأي إنسان أن يفعل ذلك.”

هذا البحث يبني على ورقة بحثية سابقة نشرت في يناير، والتي تناولت استخدام التصوير الحراري للتنبؤ بالهروب الحراري. وكان هذا النهج يتطلب معدات تصوير ثقيلة. الحل المبتكر الذي قدمه جوسوامي ويوركيف في ورقتهما الأخيرة هو أخف وزنًا وأكثر فعالية من حيث التكلفة.

تلبية الطلب المتزايد على المركبات الكهربائية

جاء بحث جوسوامي في توقيت مهم بالنسبة لصناعة السيارات الأمريكية. ففي يوليو، أعلنت إدارة بايدن عن استثمار بقيمة 1.7 مليار دولار في صناعة المركبات الكهربائية عبر ثماني ولايات. كما زادت مبيعات المركبات الكهربائية عالميًا بنسبة 35% في عام 2023 مقارنةً بعام 2022.

مع تزايد الطلب، تعتبر تدابير السلامة أمرًا أساسيًا في حركة المركبات الكهربائية، وفقًا لجوسوامي. وأضاف: “لا يزال العديد من الناس مترددين في اعتماد البطاريات بسبب المخاوف الأمنية.” وأكد: “لتحقيق القبول الواسع، من الضروري أن يعرف الجمهور أن الأبحاث الجارية تعالج بنشاط هذه القضايا الأمنية الحرجة.”