Популярность электромобилей (EV) как экологически чистой альтернативы обычным бензиновым автомобилям находится на подъеме. Это привело к исследовательским усилиям, направленным на разработку высокоэффективных электромобильных батарей. Но основная неэффективность электромобилей связана с неточными оценками заряда батареи. Состояние заряда батареи EV измеряется на основе выходного тока батареи. Это дает оценку оставшегося запаса хода транспортных средств.

Как правило, ток батареи в электромобилях может достигать сотен ампер. Однако коммерческие датчики, которые могут обнаруживать такие токи, не могут измерять небольшие изменения тока на уровне миллиампер. Это приводит к неоднозначности примерно на 10% в оценке заряда батареи. Это означает, что дальность хода электромобилей может быть увеличена на 10%. Это, в свою очередь, уменьшило бы неэффективное использование батареи.

К счастью, команда исследователей из Японии, возглавляемая профессором Муцуко Хатано из Токийского технологического института (Tokyo Tech), теперь нашла решение. В своем исследовании, опубликованном в Научные отчеты Команда сообщила о методе обнаружения на основе алмазного квантового датчика, который может оценить заряд батареи с точностью до 1% при измерении высоких токов, типичных для электромобилей.

"Мы разработали алмазные датчики, чувствительные к миллиамперным токам и достаточно компактные, чтобы их можно было устанавливать в автомобилях. Кроме того, мы измеряли токи в широком диапазоне, а также регистрировали токи на уровне миллиампер в шумной среде", - объясняет профессор. Хатано.

В своей работе команда создала прототип датчика, используя два алмазных квантовых датчика, которые были размещены по обе стороны от шинопровода (электрического соединения для входящих и исходящих токов) в автомобиле. Затем они использовали метод, называемый "дифференциальным обнаружением", чтобы устранить общий шум, обнаруживаемый обоими датчиками, и сохранить только фактический сигнал. Это, в свою очередь, позволило им обнаружить небольшой ток в 10 мА на фоне шума окружающей среды.

Затем команда использовала смешанное аналого-цифровое управление частотами, генерируемыми двумя микроволновыми генераторами, для отслеживания частот магнитного резонанса квантового датчика в полосе пропускания 1 гигагерц. Это позволило обеспечить большой динамический диапазон (отношение наибольшего обнаруженного тока к наименьшему) ±1000 А. Кроме того, было подтверждено, что широкий диапазон рабочих температур от -40 до + 85 °C охватывает общие области применения в автомобилях.

Наконец, команда протестировала этот прототип для вождения во Всемирном согласованном цикле испытаний легких транспортных средств (WLTC), стандартном тесте на потребление энергии в электромобилях. Датчик точно отслеживал ток заряда/разряда от -50 А до 130 А и продемонстрировал точность оценки заряда батареи в пределах 1%.

Каковы последствия этих выводов? Профессор Хатано отмечает: "Повышение эффективности использования батареи на 10% приведет к снижению веса батареи на 10%, что снизит на 3,5% рабочую энергию и на 5% производственную энергию 20 миллионов новых электромобилей в 2030 году. WW. Это, в свою очередь, соответствует снижению содержания CO на 0,2%₂ выбросы в области транспорта WW в 2030 году".