تقوم شركة Porsche Engineering بضبط البطارية الرقمية المزدوجة
في العام الماضي، بدأت شركة بورشه للهندسة في تطوير توائم رقمية للبطاريات عالية الجهد. تعلن الشركة الهندسية التابعة لشركة صناعة السيارات الفاخرة الألمانية عن تقدم سريع، بما في ذلك وظيفة أولية تسمى "التنبؤ بالإصلاح".
Porsche Engineering هي شركة فرعية مملوكة بالكامل لشركة Porsche AG ويقع مقرها الرئيسي في Weissach بألمانيا، وتقدم، مثل Porsche Consulting، خدمات لأطراف ثالثة. مثل شقيقتها الاستشارية، تتمتع شركة Porsche Engineering بجذورها داخل الشركة ولكنها تخصصت في خدمات التطوير الفني لمجموعة واسعة من العملاء لسنوات عديدة.
وبالنظر إلى عصر الكهرباء الناشئ، تصف شركة بورشه للهندسة البطاريات بأنها العنصر الحاسم في السيارات الكهربائية - من بين أمور أخرى، لأن لها تأثيرًا كبيرًا على القيمة المتبقية. لفهم كيفية تقادم خلايا البطارية وأنظمتها بالتفصيل وتأثير سلوك الاستخدام على مدة خدمتها، تعمل الشركة على تطوير ما يسمى بالتوأم الرقمي منذ عام 2023 – وتعلن الآن عن النتائج المؤقتة الأولى.
يوضح يواكيم شابر، رئيس قسم الذكاء الاصطناعي والبيانات الضخمة في الشركة: "نحن بحاجة إلى فهم كيف ستتصرف الخلايا في الميدان على المدى الطويل، دون أن نكون قادرين على الاستفادة من سنوات عديدة من الخبرة، كما هو الحال بالنسبة لمحرك الاحتراق". هندسة بورش. لذلك، يهدف التوأم إلى تقديم لمحة عن المستقبل، حيث يعمل التمثيل الرقمي للبطارية تمامًا مثل البطارية الأصلية، وبالتالي يوفر معلومات حول عملية التقادم المتوقعة. وتقول الشركة الهندسية الفرعية إنه يمكن استخدام التوأم الرقمي أيضًا لتحسين عمر الخدمة وأداء البطارية.
أفاد خبراء الذكاء الاصطناعي في شركة Porsche Engineering في ألمانيا وجمهورية التشيك أنهم قاموا الآن بإنشاء نماذج أولية للنماذج الكهروكيميائية والحرارية التي يتم دمجها الآن مع تحليلات الذكاء الاصطناعي. لقد أدى العمل على Digital Battery Twin بالفعل إلى وظيفة أولية للتنبؤ بالإصلاح، استنادًا إلى خوارزمية التعلم الآلي التي تراقب بيانات البطارية وتحذر من علامات التآكل أو الحالات الشاذة.
لإنشاء توأم رقمي للبطارية، يلزم توفر عدة مصادر للبيانات. تعمل ما يسمى بوحدة الأداء كأساس لوصف السلوك الكهربائي للبطارية بطريقة مبسطة ويمكن البناء على الأساليب المعمول بها (مثل نموذج المقاوم والمكثف). بالإضافة إلى ذلك، هناك نموذج كهروكيميائي أكثر تعقيدًا يحاكي العمليات في خلية البطارية. هناك ركيزة أخرى وهي النموذج الحراري، والذي يمكن استخدامه للتنبؤ بكيفية تفاعل البطارية مع البرد أو الحرارة.
وفي حالة شركة Porsche Engineering، تعتمد هذه الطرازات بشكل أساسي على اختبارات معملية مع خلايا فردية أو وحدات خلوية، ولا يمكنها التنبؤ إلا إلى حد محدود بكيفية تصرف البطارية في السيارة. ولهذا السبب يتم استخدام البيانات الميدانية الحقيقية من مركبات الاختبار أو من مقاعد الاختبار التي يتم قياس الخلايا عليها. يتم استكمال ذلك ببيانات من الأسطول إذا شارك العملاء في برنامج تبادل البيانات. يتم استخدام البيانات الميدانية لتدريب خوارزميات الذكاء الاصطناعي للتعرف على أنماط سلوك استخدام العميل. على سبيل المثال، يمكن أن تشير انحرافات درجة الحرارة أو الجهد في الخلايا الفردية إلى تآكل مبكر وحالات شاذة.
ومع ذلك، تنص شركة Porsche Engineering على أن الذكاء الاصطناعي لا يمكنه التعرف إلا على الجوانب التي توجد لها قاعدة بيانات في هذا المجال. ولا يمكنها الإدلاء ببيانات حول آثار الشيخوخة على المدى الطويل، حيث لا يكاد يكون عمر أي مركبة كهربائية على الطريق أكبر من أربع سنوات. ولهذا السبب يجمع المهندسون في شركة بورشه الهندسية بين العالمين: "يكمن النجاح في الجمع بين المكونات القائمة على النماذج الحالية وأساليب الذكاء الاصطناعي"، كما يوضح أدريان آيزنمان، مهندس التطوير في شركة بورشه الهندسية.
تركز بعض الشركات الناشئة بالفعل بشكل حصري على تحليل بيانات البطارية. لكن مجرد النظر إلى الخلايا والوحدات لا يكفي من وجهة نظر شركة بورشه للهندسة: "تحتاج أيضًا إلى معرفة شاملة بالعمليات التي تجري في السيارة"، كما يؤكد رئيس الشركة يواكيم شابر، الذي يرى أن شركته في موطنها في كلا العالمين: "على سبيل المثال، ، قام المهندسون بتطوير أجزاء كبيرة من نظام إدارة البطارية لمركبات بورشه الإلكترونية بالإضافة إلى محولات النبض للمحرك. وفي الوقت نفسه، توظف شركة بورشه للهندسة علماء متخصصين للغاية في بيانات البطاريات.
ولا يتمثل هدف الشركة على المدى الطويل في إنشاء بطارية رقمية عامة فحسب، بل أيضًا تمثيل رقمي لبطاريات المركبات الفردية في المستقبل. تقول شركة بورشه للهندسة: "يمكن تشغيلها في السحابة، وعند الطلب، تزويد العملاء بمعلومات حول كيف يمكن لسلوكهم أن يطيل عمر خدمة البطارية دون المساس بأداء القيادة". بعض العوامل التي لها تأثير إيجابي على المتانة معروفة على نطاق واسع: يجب أن تظل حالة الشحن (SoC) ثابتة بين 30 و70 بالمائة ويجب تجنب درجات الحرارة الخارجية القصوى. لكن هذه ليست سوى عدد قليل من عوامل كثيرة، وتشير شركة بورشه للهندسة إلى أن تقادم عمر البطارية هو تفاعل معقد بين العديد من العوامل التي يصعب فصلها، خاصة في هذا المجال.
ومن وجهة نظر مهندسي بورشه، فمن الممكن أيضًا استخدام الشبيه الرقمي لإضفاء طابع شخصي على السيارة في المستقبل. ويقولون: "يمكننا تحليل أسلوب قيادة العميل عند الطلب وتغيير المعلمات في نظام إدارة البطارية لتقليل التآكل والاستهلاك". ومن الممكن أن توفر التوائم الرقمية أيضًا رؤى مهمة لتطوير بطاريات جديدة في المستقبل - وربما حتى خارج صناعة السيارات. كما يتيح جمع البيانات الشاملة حول تآكل البطاريات استخدامًا أفضل في تطبيقات الحياة الثانية مثل التخزين الثابت، مثل تلك التي تقوم بها شركة Voltfang، أو The Mobility House. ويشير شاربر أيضًا إلى أن "المعرفة المتعلقة بالخلايا يمكن أيضًا نقلها إلى الشاحنات والدراجات الإلكترونية والقوارب".
