ควอนตัมเซนเซอร์ใหม่สามารถวัดพลังงานที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าได้แม่นยำกว่าอุปกรณ์ที่มีอยู่ - ตามที่ผู้ประดิษฐ์กล่าว มุตสึโกะ ฮาตาโนะ ที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งโตเกียวและเพื่อนร่วมงานของเธอในญี่ปุ่น เซ็นเซอร์ของพวกเขาใช้ศูนย์ตำแหน่งว่างไนโตรเจน (NV) ในเพชรและอาจนำไปสู่การปรับปรุงช่วงและประสิทธิภาพการใช้พลังงานของยานพาหนะไฟฟ้าอย่างมาก
รถยนต์ไฟฟ้า (EV) ถูกมองว่าเป็นองค์ประกอบสำคัญของความพยายามระดับโลกในการกำจัดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพอย่างหนึ่งคือความสามารถของ EV ในการประเมินพลังงานที่เหลืออยู่ของแบตเตอรี่
ปัจจุบัน พลังงานที่เหลือถูกประเมินโดยการวัดกระแสไฟฟ้าที่ไหลจากแบตเตอรี่ในขณะที่กำลังขับเคลื่อน EV แม้ว่ากระแสเหล่านี้สามารถเข้าถึงได้ถึงหลายร้อยแอมแปร์ แต่โดยทั่วไปแล้วค่าเฉลี่ยของพวกมันจะอยู่ที่ประมาณ 10 A ด้วยเหตุนี้ เซ็นเซอร์ปัจจุบันจึงต้องทำงานในช่วงไดนามิกขนาดใหญ่ ซึ่งทำให้พวกมันไวต่อสัญญาณรบกวนจากสภาพแวดล้อมโดยรอบเป็นอย่างมาก
ระยะขอบความปลอดภัย
เสียงรบกวนนี้หมายความว่าพลังงานที่เหลืออยู่ของแบตเตอรี่สามารถประมาณได้ภายในความแม่นยำประมาณ 10% เท่านั้น ดังนั้น เพื่อความปลอดภัย แบตเตอรี่ EV ต้องชาร์จใหม่เมื่อแบตเตอรี่เหลือ 10% ของความจุพลังงาน สิ่งนี้ทำให้เกิดข้อจำกัดอย่างมากในช่วงการขับขี่ของ EV และหมายความว่าต้องใช้แบตเตอรี่ที่หนักกว่าเพื่อให้ได้ช่วงเป้าหมาย
เพื่อปรับปรุงความแม่นยำนี้ ทีมของ Hatano วัดกระแสโดยใช้เซ็นเซอร์ควอนตัมเพชรคู่หนึ่งโดยอิงจากศูนย์ NV ศูนย์ NV คือสิ่งเจือปนซึ่งอะตอมของคาร์บอนสองอะตอมในโครงตาข่ายเพชรจะถูกแทนที่ด้วยอะตอมไนโตรเจนเดี่ยวและพื้นที่ว่างที่อยู่ติดกัน
ศูนย์ NV ทำงานเป็นโมเมนต์แม่เหล็กหมุนเล็ก ๆ ที่ไวต่อสนามแม่เหล็กภายนอกมาก ฟิลด์เหล่านี้สามารถวัดได้อย่างแม่นยำมากโดยการตรวจสอบศูนย์ NV โดยใช้แสงและไมโครเวฟ
การวัดส่วนต่าง
ในการศึกษาของพวกเขา นักวิจัยได้วางเซ็นเซอร์เพชรคู่หนึ่งไว้ที่ด้านใดด้านหนึ่งของบัสบาร์ EV ซึ่งเป็นแถบโลหะหนาที่เชื่อมต่อแบตเตอรี่ของ EV กับมอเตอร์และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ เมื่อกระแสไหลผ่านบัสบาร์ จะสร้างสนามแม่เหล็กที่วัดโดยเซ็นเซอร์เพชรทั้งสองตัว เนื่องจากเซ็นเซอร์ตั้งอยู่ด้านใดด้านหนึ่งของบัสบาร์ เซ็นเซอร์ตัวหนึ่งจึงวัดค่าบวกของสนามแม่เหล็ก และอีกตัววัดค่าลบ สิ่งสำคัญที่สุดคือทั้งคู่วัดระดับเสียงรบกวนเท่ากัน ดังนั้นการลบการวัดหนึ่งออกจากอีกค่าหนึ่งจะขจัดเสียงรบกวน
เซ็นเซอร์เพชรความละเอียดสูงแผนที่กระแสไฟฟ้าในหัวใจ
ทีมงานใช้เทคนิคดิฟเฟอเรนเชียลนี้ในการวัดกระแสในบัสบาร์ที่สูงถึง 130 A และต่ำถึง 10 mA แม้ในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดัง จากนั้นทีมจึงเพิ่มกระแสขึ้นเป็น ±1000 A และใช้งานเซ็นเซอร์ในช่วงอุณหภูมิ -45°C–85°C และสังเกตประสิทธิภาพการวัดที่ดี
ทีมงานกล่าวว่าเซ็นเซอร์สามารถลดน้ำหนักของแบตเตอรี่ EV ได้ 10% ซึ่งจะช่วยลดพลังงานที่ต้องใช้ในการวิ่งและผลิต EV พวกเขาประเมินว่าการเปิดตัวเซ็นเซอร์เชิงพาณิชย์ในท้ายที่สุดสามารถลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาจากอุตสาหกรรมการขนส่งได้ 0.2% ภายในปี 2030 ซึ่งอาจทำให้เป้าหมายของการปล่อยคาร์บอนเป็นศูนย์ลดลงอีกขั้นหนึ่ง
งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน รายงานทางวิทยาศาสตร์.
