تمديد نطاق قيادة المركبات الكهربائية باستخدام مستشعرات الكم الماسية
يمكن لتقنية الكشف القائمة على مستشعر الكم المعتمد على الماس تقدير شحن البطارية بدقة أكبر، مما يؤدي إلى توسيع نطاق السيارات الكهربائية.
مراقبة بطارية السيارة الكهربائية عالية الدقة باستخدام مستشعرات الكم الماسية لتمديد نطاق القيادة نحو حيادية الكربون.
تزداد شعبية السيارات الكهربائية (EVs) كبديل صديق للبيئة للمركبات التقليدية التي تعمل بمحركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالبنزين.
وقد أدى ذلك إلى جهود بحثية كبيرة موجهة نحو تطوير بطاريات EV عالية الكفاءة. ومع ذلك، فإن عدم الكفاءة في المركبات الكهربائية ينتج عن التقديرات غير الدقيقة لشحنة البطارية.
يتم قياس الإخراج الحالي للبطارية لتقييم حالة شحن بطارية EV. يستخدم هذا لحساب تقدير نطاق القيادة المتبقي للمركبات.
عادة، يمكن أن تصل تيارات البطارية في المركبات الكهربائية إلى مئات الأمبير. ومع ذلك، لا تستطيع المستشعرات التجارية التي يمكنها اكتشاف مثل هذه التيارات قياس التغيرات الصغيرة في التيار عند مستويات ملي أمبير.
هذا يؤدي إلى عدم اليقين بحوالي 10٪ في تقدير شحن البطارية. ما يعنيه هذا هو أنه يمكن زيادة نطاق قيادة المركبات الكهربائية بنسبة 10٪. وهذا بدوره سيقلل من الاستخدام غير الفعال للبطارية.
لحسن الحظ، توصل فريق من العلماء الآن إلى حل. في دراستهم، أبلغوا عن تقنية اكتشاف تعتمد على المستشعر الكمومي يمكنها تقدير شحن البطارية بدقة 1 ٪ أثناء قياس التيارات العالية النموذجية للمركبات الكهربائية.
قاد فريق الباحثين من اليابان البروفيسور موتسوكو هاتانو من معهد طوكيو للتكنولوجيا (Tokyo Tech) ونشروا دراستهم اليوم (6 سبتمبر) في التقارير العلمية.
الائتمان: طوكيو تك
لقد طورنا مستشعرات ماسية حساسة لتيارات المللي أمبير ومدمجة بدرجة كافية ليتم استخدامها في السيارات.
علاوة على ذلك، قمنا بقياس التيارات في نطاق واسع وكذلك اكتشفنا تيارات بمستوى ملي أمبير في بيئة صاخبة “، يوضح البروفيسور هاتانو.
في عملهم، طور الباحثون نموذجًا أوليًا لجهاز الاستشعار باستخدام مستشعرين كميين من الماس تم وضعهما على جانبي قضيب التوصيل (تقاطع كهربائي للتيارات الواردة والصادرة) في السيارة.
ثم استخدموا تقنية تسمى “الكشف التفاضلي” للتخلص من الضوضاء الشائعة التي يكتشفها كل من المستشعرات والاحتفاظ بالإشارة الفعلية فقط.
وهذا بدوره مكّنهم من اكتشاف تيار صغير قدره 10 مللي أمبير وسط ضوضاء بيئية في الخلفية.
بعد ذلك، استخدم فريق العلماء تحكمًا رقميًا تناظريًا مختلطًا للترددات الناتجة عن مولدين للميكروويف لتتبع ترددات الرنين المغناطيسي لجهاز الاستشعار الكمومي على عرض نطاق يبلغ 1 جيجاهيرتز.
سمح ذلك بمدى ديناميكي كبير (نسبة أكبر إلى أصغر تيار تم اكتشافه) من 1000 ألف. علاوة على ذلك، تم تأكيد نطاق درجة حرارة تشغيل واسع من – 40 إلى + 85 درجة مئوية لتغطية تطبيقات المركبات العامة.
أخيرًا، اختبر الفريق هذا النموذج الأولي لدورة اختبار المركبات الخفيفة المنسقة عالميًا (WLTC)، وهو اختبار قياسي لاستهلاك الطاقة في المركبات الكهربائية.
قام المستشعر بتتبع تيار الشحن / التفريغ بدقة من -50 A إلى 130 A وأظهر دقة تقدير شحن البطارية في حدود 1٪.
ما هي الآثار المترتبة على هذه النتائج؟ يلاحظ البروفيسور هاتانو ، “زيادة كفاءة استخدام البطارية بنسبة 10٪ ستقلل من وزن البطارية بنسبة 10٪، الأمر الذي سيقلل 3.5٪ من الطاقة الجارية و5٪ من طاقة الإنتاج لـ 20 مليون مركبة كهربائية جديدة في 2030 WW. وهذا بدوره يتوافق مع انخفاض بنسبة 0.2٪ في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في مجال النقل لعام 2030 WW. “
نأمل بالتأكيد أن يأخذنا هذا الاختراق خطوة واحدة أقرب إلى مجتمع محايد للكربون!
المصدر: scitechdaily
شاهد ايضا:
