Surveillance de batterie de véhicule électrique de haute précision avec des capteurs quantiques en diamant pour l’extension de l’autonomie


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  • Le problème de l’inefficacité de l’utilisation de la batterie dans les véhicules électriques résultant d’une mesure inexacte de la charge de la batterie pourrait enfin être résolu, grâce à un prototype de capteur quantique en diamant développé dans le cadre du projet phare MEXT Q-LEAP avec des chercheurs de Tokyo Tech et de Yazaki Corporation. Le capteur peut mesurer des courants dans une large plage ainsi que détecter des courants de niveau milliampère dans un environnement bruyant, améliorant la précision de détection de 10 % à 1 %.

    La popularité des véhicules électriques (VE) en tant qu’alternative écologique aux véhicules à essence conventionnels est en hausse. Cela a conduit à des efforts de recherche orientés vers le développement de batteries EV à haut rendement. Mais une inefficacité majeure des véhicules électriques résulte d’estimations inexactes de la charge de la batterie. L’état de charge d’une batterie EV est mesuré en fonction de la sortie de courant de la batterie. Cela fournit une estimation de l’autonomie restante des véhicules.

    En règle générale, les courants de batterie dans les véhicules électriques peuvent atteindre des centaines d’ampères. Cependant, les capteurs commerciaux qui peuvent détecter de tels courants ne peuvent pas mesurer de petits changements dans le courant à des niveaux de milliampères. Cela conduit à une ambiguïté d’environ 10% dans l’estimation de la charge de la batterie. Cela signifie que l’autonomie des véhicules électriques pourrait être allongée de 10 %. Ceci, à son tour, réduirait l’utilisation inefficace de la batterie.

    Heureusement, une équipe de chercheurs japonais, dirigée par le professeur Mutsuko Hatano de l’Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech), a maintenant trouvé une solution. Dans leur étude publiée dans Rapports scientifiquesl’équipe a signalé une technique de détection basée sur un capteur quantique au diamant qui peut estimer la charge de la batterie avec une précision de 1 % tout en mesurant les courants élevés typiques des véhicules électriques.

    « Nous avons développé des capteurs diamantés sensibles aux courants milliampères et suffisamment compacts pour être implémentés dans les automobiles. De plus, nous avons mesuré des courants dans une large plage ainsi que des courants de niveau milliampère détectés dans un environnement bruyant », explique le professeur Hatano.

    Dans leur travail, l’équipe a réalisé un prototype de capteur à l’aide de deux capteurs quantiques en diamant qui ont été placés de chaque côté du jeu de barres (jonction électrique pour les courants entrants et sortants) dans la voiture. Ils ont ensuite utilisé une technique appelée « détection différentielle » pour éliminer le bruit commun détecté par les deux capteurs et ne conserver que le signal réel. Ceci, à son tour, leur a permis de détecter un petit courant de 10 mA au milieu du bruit ambiant de fond.

    Ensuite, l’équipe a utilisé un contrôle mixte analogique-numérique des fréquences générées par deux générateurs de micro-ondes pour tracer les fréquences de résonance magnétique du capteur quantique sur une bande passante de 1 gigahertz. Cela a permis une large plage dynamique (rapport du plus grand au plus petit courant détecté) de ± 1000 A. De plus, une large plage de températures de fonctionnement de – 40 à + 85 ° C a été confirmée pour couvrir les applications véhiculaires générales.

    Enfin, l’équipe a testé ce prototype pour la conduite WLTC (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle), un test standard pour la consommation d’énergie des véhicules électriques. Le capteur a tracé avec précision le courant de charge/décharge de -50 A à 130 A et a démontré la précision de l’estimation de la charge de la batterie à moins de 1 %.

    Quelles sont les implications de ces découvertes ? Le professeur Hatano fait remarquer :  » L’augmentation de l’efficacité d’utilisation de la batterie de 10 % réduirait le poids de la batterie de 10 %, ce qui réduirait l’énergie de fonctionnement de 3,5 % et l’énergie de production de 5 % de 20 millions de nouveaux véhicules électriques en 2030 WW. Cela, à son tour, correspond à un 0,2 % de réduction de CO2 émissions dans le domaine des transports WW 2030. »

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Institut de technologie de Tokyo. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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