새로운 양자 센서는 기존 장치보다 훨씬 더 정확하게 전기 자동차 배터리에 저장된 에너지를 측정할 수 있습니다. 하타노 무츠코 Tokyo Institute of Technology와 일본의 동료들. 그들의 센서는 다이아몬드의 질소 공석(NV) 센터를 사용하며 전기 자동차의 범위와 에너지 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
전기 자동차(EV)는 온실 가스 배출을 제거하기 위한 전 세계적인 노력의 중요한 요소로 널리 인식되고 있습니다. 효율성에 대한 한 가지 한계는 배터리에 남아 있는 에너지의 양을 추정하는 EV의 능력입니다.
현재는 전기차가 주행하면서 배터리에서 흐르는 전류를 측정해 남은 에너지를 추정한다. 이러한 전류는 최대 수백 암페어에 이를 수 있지만 평균 값은 일반적으로 약 10A에 불과합니다. 결과적으로 전류 센서는 넓은 동적 범위에서 작동해야 하므로 주변 환경의 노이즈에 매우 민감합니다.
안전 여유
이 소음은 배터리의 남은 에너지가 약 10%의 정확도 내에서만 추정될 수 있음을 의미합니다. 따라서 EV 배터리는 에너지 용량의 10% 이하로 떨어지면 안전을 위해 충전해야 합니다. 이것은 EV의 주행 범위에 상당한 제한을 가하고 목표 범위를 달성하기 위해 더 무거운 배터리가 필요함을 의미합니다.
이 정확도를 개선하기 위해 Hatano의 팀은 NV 센터를 기반으로 한 한 쌍의 다이아몬드 양자 센서를 사용하여 전류를 측정했습니다. NV 중심은 다이아몬드 격자의 두 탄소 원자가 단일 질소 원자와 인접한 빈 공간으로 대체된 불순물입니다.
NV 센터는 외부 자기장에 매우 민감한 작은 스핀 자기 모멘트로 동작합니다. 이 필드는 빛과 마이크로파를 사용하여 NV 센터를 조사하여 매우 정확하게 측정할 수 있습니다.
차동 측정
그들의 연구에서 연구원들은 EV 배터리를 모터 및 기타 전기 부품에 연결하는 두꺼운 금속 스트립인 EV 버스바의 양쪽에 한 쌍의 다이아몬드 센서를 배치했습니다. 전류가 부스바를 통과할 때 두 다이아몬드 센서에 의해 측정되는 자기장이 생성됩니다. 센서가 버스바의 양쪽에 있기 때문에 한 센서는 자기장에 대해 양의 값을 측정하고 다른 센서는 음의 값을 측정합니다. 결정적으로 둘 다 동일한 수준의 잡음을 측정하므로 다른 측정값에서 하나의 측정값을 빼면 잡음이 제거됩니다.
고해상도 다이아몬드 센서는 심장의 전류를 매핑합니다.
이 차동 기술을 사용하여 팀은 잡음이 많은 환경에서도 최대 130A, 최저 10mA의 버스바 전류를 측정했습니다. 그런 다음 팀은 전류를 ±1000A로 높이고 -45°C–85°C 온도 범위에서 센서를 작동하여 우수한 측정 성능을 관찰했습니다.
팀은 센서가 EV 배터리의 무게를 10% 줄일 수 있으며, 이는 EV를 실행하고 생산하는 데 필요한 에너지를 낮출 수 있다고 말합니다. 그들은 센서의 상업적 출시가 궁극적으로 0.2년까지 운송 산업에서 배출되는 이산화탄소를 약 2030% 감소시킬 수 있으며 잠재적으로 순 탄소 배출량 목표에 한 걸음 더 다가갈 수 있다고 추정합니다.
연구는 다음에 설명되어 있습니다. 과학 보고서.
