Sự phổ biến ngày càng tăng của xe điện (EV) là một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường cho các phương tiện giao thông sử dụng động cơ đốt trong chạy bằng xăng. Sự phổ biến này thúc đẩy những nỗ lực nghiên cứu phát triển pin EV hiệu suất cao. Theo các nhà khoa học, sự kém hiệu quả khai thác sử dụng EV là do ước tính không chính xác về mức sạc pin. Đầu ra hiện tại của pin cần được đo chính xác, đánh giá trạng thái sạc của pin EV, giúp tính toán phạm vi hành trình của các phương tiện.
Thông thường, dòng điện pin trong EV lên tới hàng trăm ampe. Các cảm biến thương mại có thể phát hiện những dòng điện lớn những không thể đo những thay đổi nhỏ của dòng điện ở mức miliampe. Do đó, sẽ có sai số trong khoảng 10% ước tính lượng pin. Xác định được chính xác sai số này làm tăng phạm vi lái xe của EV thêm 10% và sử dụng pin hiệu quả hơn.
Một nhóm các nhà khoa học Nhật Bản đã có được giải pháp giải quyết tình trạng này. Trong nghiên cứu gần đây, nhóm nhà khoa học báo cáo về một kỹ thuật giám sát trên cơ sở cảm biến lượng tử kim cương, có thể ước tính mức sạc pin với độ chính xác đến 1% khi đo dòng điện cao điển hình của EV. Nhóm nhà khoa học do GS Mutsuko Hatano thuộc Viện Công nghệ Tokyo (Tokyo Tech) dẫn đầu công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Scientific Reports.
GS Hatano giải thích, nhóm nhà khoa học đã phát triển các cảm biến kim cương nhạy cảm với dòng điện miliampe, đủ nhỏ gọn để lắp đặt trên ô tô. Thiết bị đo dòng điện trong một phạm vi rộng cũng như phát hiện dòng điện mức miliampe trong môi trường nhiễu điện.
Giám sát dòng điện trên xe điện (EV) với độ chính xác cao. Đồ họa thông tin
Trong công trình nghiên cứu này, các nhà khoa học phát triển một nguyên mẫu cảm biến sử dụng hai cảm biến lượng tử kim cương được đặt ở hai đầu cực (điểm đấu dòng điện vào ra) trong ô tô.
Nhóm nghiên cứu sử dụng kỹ thuật "phát hiện vi sai" loại bỏ nhiễu phổ biến được phát hiện bởi cả hai cảm biến và chỉ giữ lại tín hiệu thực tế. Giải pháp này cho phép phát hiện một dòng điện nhỏ 10 mA giữa nhiễu điện từ môi trường xung quanh.
Các nhà khoa học tiếp tục sử dụng điều khiển hỗn hợp analog - kỹ thuật số của các tần số, được tạo ra từ hai máy phát vi sóng để theo dõi tần số cộng hưởng từ của cảm biến lượng tử trên băng thông 1 gigahertz. Kỹ thuật cho phép đo trên phạm vi động lớn (tỷ lệ giữa dòng điện lớn nhất và dòng điện nhỏ nhất phát hiện được) là ± 1000 A. Phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng từ - 40 đến + 85 ° C để đáp ứng tất cả các ứng dụng của xe thông thường.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm nguyên mẫu này trong khuôn khổ Kiểm tra xe hạng nhẹ phù hợp trên toàn thế giới (WLTC), bài kiểm tra tiêu chuẩn về mức tiêu thụ năng lượng trong xe điện. Cảm biến theo dõi chính xác dòng sạc / xả từ -50 A đến 130 A, chứng minh được độ chính xác ước tính lượng pin trong vòng 1%.
GS Hatano nhận xét, tăng hiệu suất sử dụng pin lên 10% sẽ giảm 10% trọng lượng pin, làm giảm 3,5% năng lượng chạy và 5% năng lượng sản xuất cho 20 triệu EV mới vào năm 2030 trên toàn thế giới. Tương ứng với giảm 0,2% lượng khí thải CO 2 trong lĩnh vực giao thông vận tải trên thế giới năm 2030.