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Ampliación de la autonomía de conducción de vehículos eléctricos con sensores Diamond Quantum
Una técnica de detección basada en un sensor cuántico de diamante puede estimar con mayor precisión la carga de la batería, lo que lleva a un rango extendido para los vehículos eléctricos.
Monitoreo de batería de vehículos eléctricos de alta precisión con sensores cuánticos de diamante para la extensión del rango de manejo hacia la neutralidad de carbono.
La popularidad de los vehículos eléctricos (EV) como una alternativa ecológica a los vehículos convencionales con motores de combustión interna alimentados por gasolina ha ido en aumento. Esto ha llevado a importantes esfuerzos de investigación dirigidos al desarrollo de baterías EV de alta eficiencia. Sin embargo, una ineficiencia significativa en los EV resulta de estimaciones inexactas de la carga de la batería. La salida de corriente de la batería se mide para evaluar el estado de carga de una batería EV. Esto se utiliza para calcular una estimación de la autonomía restante de los vehículos.
Por lo general, las corrientes de la batería en los vehículos eléctricos pueden alcanzar cientos de amperios. Sin embargo, los sensores comerciales que pueden detectar tales corrientes no pueden medir pequeños cambios en la corriente a niveles de miliamperios. Esto conduce a una incertidumbre de alrededor del 10% en la estimación de la carga de la batería. Lo que esto significa es que la autonomía de conducción de los vehículos eléctricos podría ampliarse en un 10 %. Esto, a su vez, reduciría el uso ineficiente de la batería.
Afortunadamente, un equipo de científicos ha encontrado una solución. En su estudio, informaron una técnica de detección basada en un sensor cuántico de diamante que puede estimar la carga de la batería con una precisión del 1% mientras mide las altas corrientes típicas de los vehículos eléctricos. El equipo de investigadores de Japón fue dirigido por la profesora Mutsuko Hatano del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) y publicó su estudio hoy (6 de septiembre) en Scientific Reports.
Crédito: Tecnología de Tokio
“Desarrollamos sensores de diamante que son sensibles a las corrientes de miliamperios y lo suficientemente compactos para implementarse en automóviles. Además, medimos corrientes en un amplio rango y detectamos corrientes de nivel de miliamperios en un entorno ruidoso”, explica el profesor Hatano.
En su trabajo, los investigadores desarrollaron un prototipo de sensor utilizando dos sensores cuánticos de diamante que se colocaron a ambos lados de la barra colectora (unión eléctrica para corrientes entrantes y salientes) en el automóvil. Luego utilizaron una técnica llamada "detección diferencial" para eliminar el ruido común detectado por ambos sensores y retener solo la señal real. Esto, a su vez, les permitió detectar una pequeña corriente de 10 mA en medio del ruido ambiental de fondo.
A continuación, el equipo de científicos utilizó un control mixto analógico-digital de las frecuencias generadas por dos generadores de microondas para rastrear las frecuencias de resonancia magnética del sensor cuántico en un ancho de banda de 1 gigahercio. Esto permitió un gran rango dinámico (proporción de la corriente más grande a la más pequeña detectada) de ±1000 A. Además, se confirmó un amplio rango de temperatura de funcionamiento de − 40 a + 85 °C para cubrir aplicaciones vehiculares generales.
Finalmente, el equipo probó este prototipo para la conducción del Ciclo de prueba de vehículos ligeros armonizados a nivel mundial (WLTC), una prueba estándar para el consumo de energía en vehículos eléctricos. El sensor rastreó con precisión la corriente de carga/descarga de -50 A a 130 A y demostró la precisión de estimación de la carga de la batería dentro del 1 %.
¿Cuáles son las implicaciones de estos hallazgos? El Prof. Hatano comenta: “Aumentar la eficiencia del uso de la batería en un 10 % reduciría el peso de la batería en un 10 %, lo que reducirá un 3,5 % la energía de funcionamiento y un 5 % la energía de producción de 20 millones de vehículos eléctricos nuevos en 2030 WW. Esto, a su vez, corresponde a una reducción del 0,2 % en las emisiones de CO2 en el campo del transporte de 2030 WW”.
¡Ciertamente esperamos que este avance nos lleve un paso más cerca de una sociedad neutral en carbono!
Referencia: 6 de septiembre de 2022, Informes científicos.
DOI: 10.1038/s41598-022-18106-x
Financiación: Ministerio de Educación, Cultura, Deporte, Ciencia y Tecnología
Por INSTITUTO DE TECNOLOGÍA DE TOKIO 6 DE SEPTIEMBRE DE 2022
