発明者によると、新しい量子センサーは、電気自動車のバッテリーに蓄えられたエネルギーを既存のデバイスよりもはるかに正確に測定できます。 波多野睦子 東京工業大学と日本の同僚で。 彼らのセンサーは、ダイヤモンドの窒素空孔 (NV) センターを使用しており、電気自動車の航続距離とエネルギー効率の大幅な改善につながる可能性があります。
電気自動車 (EV) は、温室効果ガスの排出をなくすための世界的な取り組みの重要な要素と広く見なされています。 効率の限界の XNUMX つは、EV がバッテリーに残っているエネルギー量を推定する能力です。
現在、EV の走行中にバッテリーから流れる電流を測定することで、残りのエネルギーを推定しています。 これらの電流は最大で数百アンペアに達することがありますが、その平均値は通常約 10 A です。その結果、電流センサーは広いダイナミック レンジで動作する必要があり、周囲の環境からのノイズの影響を非常に受けやすくなっています。
安全マージン
このノイズは、バッテリーの残りのエネルギーが約 10% の精度でしか推定できないことを意味します。 したがって、安全のために、EV バッテリーはエネルギー容量の 10% まで低下したら再充電する必要があります。 これにより、EV の航続距離が大幅に制限され、目標の航続距離を達成するにはより重いバッテリーが必要になります。
この精度を向上させるために、波多野氏のチームは、NV センターに基づく一対のダイヤモンド量子センサーを使用して電流を測定しました。 NV センターは、ダイヤモンド格子内の XNUMX つの炭素原子が XNUMX つの窒素原子と隣接する空きスペースに置き換えられた不純物です。
NV センターは、外部磁場に非常に敏感な小さなスピン磁気モーメントとして振る舞います。 これらのフィールドは、光とマイクロ波を使用して NV 中心を調べることにより、非常に正確に測定できます。
微分測定
彼らの研究では、研究者は EV のバッテリーをモーターや他の電気部品に接続する金属の厚いストリップである EV バスバーの両側に一対のダイヤモンド センサーを配置しました。 電流がバスバーを通過すると、両方のダイヤモンド センサーで測定される磁場が発生します。 センサーはバスバーの両側に配置されているため、一方のセンサーは磁場の正の値を測定し、もう一方のセンサーは負の値を測定します。 重要なのは、どちらも同じレベルのノイズを測定することです。したがって、一方の測定値を他方の測定値から差し引くと、ノイズが除去されます。
高解像度のダイヤモンド センサーが心臓の電流をマッピング
この微分技術を使用して、チームはバスバーの電流を 130 A まで測定し、ノイズの多い環境でも 10 mA まで測定しました。 その後、チームは電流を ±1000 A に上げ、センサーを -45°C ～ 85°C の温度範囲で動作させ、良好な測定性能を観察しました。
チームは、センサーによって EV バッテリーの重量を 10% 減らすことができ、EV の走行と生産の両方に必要なエネルギーを削減できると述べています。 彼らは、センサーの商業展開により、最終的に輸送業界が排出する二酸化炭素を 0.2 年までに約 2030% 削減できると見積もっており、正味ゼロの二酸化炭素排出という目標に一歩近づく可能性があります。
研究はで説明されています 科学的なレポート.
