주행 거리 확장을 위한 다이아몬드 양자 센서로 고정밀 전기차 배터리 모니터링

[아름이]

주행 거리 확장을 위한 다이아몬드 양자 센서로 고정밀 전기차 배터리 모니터링
날짜:
2022년 9월 6일
원천:
도쿄공업대학
요약:
다이아몬드 양자 센서 프로토타입 덕분에 부정확한 배터리 충전 측정으로 인한 전기 자동차의 배터리 사용 비효율 문제가 마침내 해결될 수 있습니다. 이 센서는 넓은 범위의 전류를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 시끄러운 환경에서 밀리암페어 수준의 전류를 감지할 수 있어 감지 정확도를 10%에서 1% 이내로 향상시킵니다.

그는 Tokyo Tech 및 Yazaki Corporation의 연구원과 함께 MEXT Q-LEAP 플래그십 프로젝트에서 개발한 다이아몬드 양자 센서 프로토타입 덕분에 부정확한 배터리 충전 측정으로 인한 전기 자동차의 배터리 사용 비효율 문제가 마침내 해결될 수 있습니다. 이 센서는 넓은 범위의 전류를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 시끄러운 환경에서 밀리암페어 수준의 전류를 감지할 수 있어 감지 정확도를 10%에서 1% 이내로 향상시킵니다.

기존 가솔린 차량을 대체할 친환경 자동차로 전기차(EV)의 인기가 높아지고 있다. 이는 고효율 EV 배터리 개발을 위한 연구 노력으로 이어졌습니다. 그러나 EV의 주요 비효율은 배터리 충전량의 부정확한 추정에서 비롯됩니다. EV 배터리의 충전 상태는 배터리의 전류 출력을 기반으로 측정됩니다. 이것은 차량의 남은 주행 거리의 추정치를 제공합니다.

일반적으로 EV의 배터리 전류는 수백 암페어에 이를 수 있습니다. 그러나 이러한 전류를 감지할 수 있는 상용 센서는 밀리암페어 수준에서 전류의 작은 변화를 측정할 수 없습니다. 이것은 배터리 충전 추정에서 약 10%의 모호성을 초래합니다. 전기차의 주행거리를 ​​10% 늘릴 수 있다는 뜻이다. 이는 차례로 비효율적인 배터리 사용을 줄입니다.

다행히도 Tokyo Institute of Technology(Tokyo Tech)의 Mutsuko Hatano 교수가 이끄는 일본 연구원 팀이 이제 해결책을 내놓았습니다. Scientific Reports 에 발표된 연구 에서 팀은 EV의 일반적인 고전류를 측정하면서 1% 정확도 내에서 배터리 충전을 추정할 수 있는 다이아몬드 양자 센서 기반 감지 기술을 보고했습니다.

"우리는 밀리암페어 전류에 민감하고 자동차에 구현하기에 충분히 컴팩트한 다이아몬드 센서를 개발했습니다. 또한 우리는 넓은 범위의 전류를 측정할 뿐만 아니라 시끄러운 환경에서 밀리암페어 수준의 전류를 감지했습니다."라고 하타노 교수는 설명합니다.

그들의 작업에서 팀은 자동차의 버스바(입력 및 출력 전류에 대한 전기 접합)의 양쪽에 배치된 두 개의 다이아몬드 양자 센서를 사용하여 프로토타입 센서를 만들었습니다. 그런 다음 그들은 "차동 감지"라는 기술을 사용하여 두 센서에서 감지한 공통 노이즈를 제거하고 실제 신호만 유지했습니다. 이를 통해 배경 환경 소음 속에서 10mA의 작은 전류를 감지할 수 있었습니다.

다음으로, 팀은 2개의 마이크로파 발생기에서 생성된 주파수의 혼합 아날로그-디지털 제어를 사용하여 1GHz 대역폭에서 양자 센서의 자기 공명 주파수를 추적했습니다. 이를 통해 ±1000A의 넓은 동적 범위(검출된 최대 전류 대 최소 전류의 비율)가 가능했습니다. 또한 -40 ~ +85°C의 넓은 작동 온도 범위가 일반 차량 애플리케이션을 포괄하는 것으로 확인되었습니다.

마지막으로, 팀은 EV의 에너지 소비에 대한 표준 테스트인 WLTC(Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle) 주행을 위해 이 프로토타입을 테스트했습니다. 이 센서는 -50A ~ 130A의 충방전 전류를 정확하게 추적했으며 1% 이내의 배터리 충전 추정 정확도를 보여주었습니다.

이러한 발견의 의미는 무엇입니까? 하타노 교수는 “배터리 사용 효율을 10% 높이면 배터리 무게를 10% 줄여 2030년 WW에 2천만 대의 전기차가 생산할 때 주행 에너지를 3.5%, 생산 에너지를 5% 줄일 수 있다. 2030년 WW 운송 분야 에서 CO 2 배출량 0.2% 감소"

출처 : https://www.sciencedaily.com/