La popolarità dei veicoli elettrici (EV) come alternativa ecologica ai tradizionali veicoli a benzina è in aumento. Ciò ha portato a sforzi di ricerca diretti allo sviluppo di batterie per veicoli elettrici ad alta efficienza. Ma una grave inefficienza nei veicoli elettrici deriva da stime imprecise della carica della batteria. Lo stato di carica di una batteria EV viene misurato in base alla corrente di uscita della batteria. Ciò fornisce una stima dell'autonomia residua dei veicoli.

In genere, le correnti della batteria nei veicoli elettrici possono raggiungere centinaia di ampere. Tuttavia, i sensori commerciali in grado di rilevare tali correnti non possono misurare piccoli cambiamenti nella corrente a livelli di milliampere. Ciò porta a un'ambiguità di circa il 10% nella stima della carica della batteria. Ciò significa che l'autonomia dei veicoli elettrici potrebbe essere estesa del 10%. Questo, a sua volta, ridurrebbe l'utilizzo inefficiente della batteria.

Ora, un team di ricercatori dal Giappone, guidato dal professor Mutsuko Hatano del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), ha ora trovato una soluzione. Nel loro studio pubblicato su Rapporti scientifici , il team ha segnalato una tecnica di rilevamento basata su sensori quantistici diamantati in grado di stimare la carica della batteria con una precisione dell'1% misurando le correnti elevate tipiche dei veicoli elettrici.

"Abbiamo sviluppato sensori al diamante che sono sensibili alle correnti in milliampere e sufficientemente compatti per essere implementati nelle automobili. Inoltre, abbiamo misurato correnti in un'ampia gamma e rilevato correnti a livello di milliampere in un ambiente rumoroso", spiega il Prof. Hatano.

Nel loro lavoro, il team ha realizzato un prototipo di sensore utilizzando due sensori quantistici diamantati che sono stati posizionati su entrambi i lati della sbarra (giunzione elettrica per le correnti in entrata e in uscita) nell'auto. Hanno quindi utilizzato una tecnica chiamata "rilevamento differenziale" per eliminare il rumore comune rilevato da entrambi i sensori e conservare solo il segnale effettivo. Questo, a sua volta, ha permesso loro di rilevare una piccola corrente di 10 mA in mezzo al rumore ambientale di fondo.

Successivamente, il team ha utilizzato un controllo misto analogico-digitale delle frequenze generate da due generatori di microonde per tracciare le frequenze di risonanza magnetica del sensore quantistico su una larghezza di banda di 1 gigahertz. Ciò ha consentito un'ampia gamma dinamica (rapporto tra la corrente più grande e quella più piccola rilevata) di ±1000 A. Inoltre, è stato confermato che un'ampia gamma di temperature di esercizio da −40 a + 85 °C copre applicazioni veicolari generali.

Infine, il team ha testato questo prototipo per la guida WLTC (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle), un test standard per il consumo di energia nei veicoli elettrici. Il sensore ha tracciato accuratamente la corrente di carica/scarica da -50 A a 130 A e ha dimostrato l'accuratezza della stima della carica della batteria entro l'1%.

Quali sono le implicazioni di questi risultati? Il Prof. Hatano afferma:"Aumentare l'efficienza di utilizzo della batteria del 10% ridurrebbe il peso della batteria del 10%, il che ridurrà del 3,5% l'energia in esecuzione e del 5% l'energia di produzione di 20 milioni di nuovi veicoli elettrici nel 2030 WW. Questo, a sua volta, corrisponde a un 0,2% di riduzione di CO₂ emissioni nel settore dei trasporti WW 2030." + Esplora ulteriormente

Misurare le correnti nel cuore con una risoluzione millimetrica con un sensore quantistico diamantato