撰文?/ 马晓蕾
编辑?/ 涂彦平
设计?/ 赵昊然
来源?/ Wall Street Journal以色列电动汽车电池，作者：Suzanne Oliver
人工智能（AI）不仅是自动驾驶领域的主角，在电动车电池的研发过程中也是功不可没。
通用汽车工程集团经理丹尼尔・科里（Danielle Cory）表示：“如果没有人工智能，我们的电动车就不会有强大的充电性能和不断延长的电池寿命。”
电池占电动汽车总成本的25%，而其中一半的成本来自原材料。利用人工智能（AI），电池研究人员可以加快探索和测试可能用于电池生产的新型材料。在AI的协助下，研发方面的进展正呈现前所未有的惊人速度。曾经需要数年时间才能实现的新发现，如今在某些情况下，几周内就有可能实现。
研究人员表示，电动汽车工程师和营销人员强烈要求功能改进的电池已经研发得差不多了，很快便可以交付。与正在广泛应用的这一代锂离子电池相比，新电池更安全、充电速度更快、更符合可持续的理念。专家表示，五年内，电动汽车将达到与传统内燃机汽车同等的价格，这部分得益于人工智能所发挥的作用。
AI如何帮助打造更好的电池？
为实现充电更快、更安全、动力更强的电动汽车而努力，电池研究人员正在利用人工智能加快优质替代材料的寻找和测试过程。
如图所示，数字1代表阳极（Anode），负责储存锂，并在电池放电时释放锂离子。隔膜（Separator）允许锂离子通过，而电子则被迫分开行驶，产生电流。AI可以帮助研究人员更快地识别出合成的有机化合物，这些化合物可以提高阳极容纳锂离子的能力。
数字2代表阴极（Cathode），当电池充电时，锂离子和电子会通过各自的路径回到阳极。在AI的帮助下，研究人员开发出一种可以替代钴的碘化物（钴是一种昂贵且难以回收的重金属，用于大多数锂离子电池）。
数字3代表电解液（Electrolyte），通常是盐和溶剂的混合体，促进锂离子的移动。在AI的帮助下，研究人员可以更快地测试新的电解质配方，确定增加电压的同时还能提高闪点（指挥发性物质所挥发出的气体与火源接触下会闪出火花点燃的最低温度）的最佳组合。
数字4代表充电（Recharge）过程。快速充电通常会损坏隔膜，减少电池的使用寿命，并有可能导致火灾。AI帮助研究人员找到平衡充电速度、充电电流、充电频率和电池寿命的最佳点。
寻找电池替代原材料的时间
从几年缩短到几天
“从历史上看，我们是靠人类的直觉和经验来操作的，对过去行之有效的东西进行小的改变。”美国能源部在芝加哥大学阿尔贡实验室成立的储能研究联合中心主任乔治・克拉布特里（George Crabtree）说，该中心旨在加速电池研究。“机器学习将这种材料发现过程的速度提升了几个量级。”
要了解正在发生的变化，看看当前的电池研究是如何进行的。锂离子电池，一种将大量能量装入小包装的电池类型，它为家电和电动汽车的革命提供了动力。
锂离子电池有三种基本成分，但每种成分都由多种材料组成，当科学家们想要改进它以降低成本、提高安全性或性能时，可能的替代材料几乎是一个无限大的宇宙。在有AI之前，寻找新材料是通过传统的统计分析来完成的，这受到计算能力和研究人员从数据中收集信息的能力的限制。
AI，或者说机器学习，改变了这一切。经过训练以识别特定模式的快速计算机正在筛选存储在云端的大量数据，挖掘材料数据库、实验结果和多年的科学文献，进行高能搜索，以确定哪些电池化学成分可能表现优异，哪些可能失败。
在IBM位于加州阿尔马登的研究实验室，科学家们利用人工智能加速开发一种快速充电且不含重金属的锂离子电池。IBM表示，它没有使用价格昂贵、供应有限且难以回收的镍和钴，而是发现了一种使用碘化物材料的方法，这种材料可以从盐水中获得，有可能使这种电池的生产成本比今天的锂离子配方便宜得多。
最近的一组可能用于电解液的材料，有大约2万种潜在化合物。使用传统的计算方法来筛选这些候选材料可能需要五年时间。机器学习在9天内就对它们进行了评估。
“人工智能现在变得更加核心，因为我们调整了溶剂和电解质，让电池在容量和生命周期方面更加出色，因为我们有更多的时间来训练它。”阿尔马登实验室主任杰夫・韦乐森（Jeff Welser）说。
电池测试时间缩短了六倍
除了帮助材料研究外，人工智能还有助于缩短实验电池的测试时间。在过去，优化新的电芯设计是一个经常需要花费数年时间对电池进行数千次充电和放电的过程。现在，人工智能能够快速分析电池测试过程中收集到的海量数据，让科学家能够更快地对性能进行预测，减少需要进行的测试次数。
在特斯拉的“电池日”活动上，埃隆・马斯克（Elon Musk）概述了使用更便宜、更强大的电池的2.5万美元电动汽车的计划。该公司设定了一个远大目标，即每年生产2000万辆电动汽车。
在为特斯拉和福特生产电池的松下公司，该公司能源技术中心总经理中浦健介表示，机器学习大大减少了测试新设计时必须对电池进行充电和放电的次数。“以前需要考虑三年左右的时间。”中浦说，“在最快的情况下，已经减少到大约六个月。”
总部位于以色列的电池制造商StoreDot的研究人员正在利用AI创造一种电池，以削减电动汽车的充电时间，根据条件和车辆型号，这个过程可能需要几个小时。去年，该公司的合作伙伴包括BP、戴姆勒股份公司、TDK和三星，展示了一种用于两轮车的电池，可以在五分钟内充电。它希望在2022年在四轮电动车上展示这种电池。
来自斯坦福大学、麻省理工学院和丰田研究院的研究团队正在应用AI确定电动汽车电池10分钟内充电的最佳方法，以最大限度地延长电池的使用寿命。传统的方法需要500天的充电和放电，但他们使用一个训练有素的算法，在16天内在224个候选方案中确定了最佳的充电协议。
斯坦福大学材料科学与工程副教授、该研究的合著者威廉（William Chueh）说：“我们致力于人工智能就是要加快研发周期，这样我们就能更快地迭代。”该研究今年发表在《自然》杂志上。
在卡内基梅隆大学，机器学习软件使一个名为Otto的机器人发现了一种新的水基电解质溶液，其性能比当前的标准电压更高。Otto每隔7分钟就制作一种新的水和四种盐的混合物，测试混合物的电压稳定性，并将结果发送到云端。
在40个小时内，Otto利用人工智能找到了一种电解质的配方，“比最先进的电解质更好。”卡内基梅隆大学机械工程副教授文卡特・维斯瓦纳阿森（Venkat Viswanathan）说，他是这项研究的合著者。他说，要用标准方法找到同样的配方，需要花费数年时间。
本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。