A popularidade dos veículos elétricos (EVs) como uma alternativa ecológica aos veículos convencionais a gasolina está em ascensão. Isso levou a esforços de pesquisa direcionados ao desenvolvimento de baterias EV de alta eficiência. Mas, uma grande ineficiência em EVs resulta de estimativas imprecisas da carga da bateria. O estado de carga de uma bateria EV é medido com base na saída atual da bateria. Isso fornece uma estimativa da autonomia restante dos veículos.
Normalmente, as correntes da bateria nos EVs podem atingir centenas de amperes. No entanto, sensores comerciais que podem detectar tais correntes não podem medir pequenas mudanças na corrente em níveis de miliamperes. Isso leva a uma ambiguidade de cerca de 10% na estimativa de carga da bateria. O que isso significa é que a autonomia dos EVs pode ser estendida em 10%. Isso, por sua vez, reduziria o uso ineficiente da bateria.

Agora, uma equipe de pesquisadores do Japão, liderada pela professora Mutsuko Hatano, do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech), apresentou uma solução. Em seu estudo publicado em Relatórios Científicos , a equipe relatou uma técnica de detecção baseada em sensor quântico de diamante que pode estimar a carga da bateria com precisão de 1% enquanto mede altas correntes típicas de EVs.

"Desenvolvemos sensores de diamante que são sensíveis a correntes de miliamperes e compactos o suficiente para serem implementados em automóveis. Além disso, medimos correntes em uma ampla faixa, bem como detectamos correntes de nível de miliamperes em um ambiente ruidoso", explica o Prof. Hatano.

Em seu trabalho, a equipe fez um protótipo de sensor usando dois sensores quânticos de diamante que foram colocados em ambos os lados do barramento (junção elétrica para correntes de entrada e saída) no carro. Eles então usaram uma técnica chamada "detecção diferencial" para eliminar o ruído comum detectado por ambos os sensores e reter apenas o sinal real. Isso, por sua vez, permitiu que detectassem uma pequena corrente de 10 mA em meio ao ruído ambiental de fundo.

Em seguida, a equipe usou um controle misto analógico-digital das frequências geradas por dois geradores de microondas para rastrear as frequências de ressonância magnética do sensor quântico em uma largura de banda de 1 gigahertz. Isso permitiu uma grande faixa dinâmica (relação da maior para a menor corrente detectada) de ±1000 A. Além disso, uma ampla faixa de temperatura operacional de − 40 a + 85 °C foi confirmada para cobrir aplicações veiculares em geral.

Por fim, a equipe testou este protótipo para a condução do Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle (WLTC), um teste padrão para consumo de energia em veículos elétricos. O sensor rastreou com precisão a corrente de carga/descarga de -50 A a 130 A e demonstrou a precisão da estimativa de carga da bateria em 1%.

Quais são as implicações dessas descobertas? O Prof. Hatano diz:"Aumentar a eficiência de uso da bateria em 10% reduziria o peso da bateria em 10%, o que reduziria 3,5% de energia de operação e 5% de energia de produção de 20 milhões de novos EVs em 2030 WW. Isso, por sua vez, corresponde a um redução de 0,2% no CO₂ emissões no campo de transporte WW 2030." + Explore mais

Medindo correntes no coração em resolução milimétrica com um sensor quântico de diamante