Tokyo Tech ve Yazaki Corporation’dan araştırmacılarla MEXT Q-LEAP Flagship Projesini yürütüyorlar Bu proje kapsamında oluşturulan elmas kuantum sensör prototipi, elektrikli araçlarda hatalı akü şarj ölçümünden kaynaklanan akü kullanım verimsizliği sorununa nihayet bir son verebilir. Sensör, gürültülü bir ortamda miliamper seviyesindeki akımları tespit edebilir ve geniş bir aralıktaki akımları ölçerek tespit doğruluğunu %10’dan %1’e çıkarabilir.
Elektrikli otomobiller (EV’ler), geleneksel yakıtlı otomobillerin çevre açısından faydalı bir alternatifi olarak giderek daha fazla tercih ediliyor. Sonuç olarak, yüksek verimli elektrikli araç bataryaları oluşturmak için araştırmalar yapılmaktadır. Ancak EV’ler, yanlış batarya şarj tahminlerinin bir sonucu olarak önemli ölçüde verimsizlikten muzdariptir. Bataryanın mevcut çıkışına dayanarak, bir EV bataryasının şarj durumu belirlenir. Bu, araçların kalan sürüş menzili hakkında bir tahmin verir.
Elektrikli araçlardaki akü akımları sıklıkla yüzlerce ampere yaklaşabilir. Bununla birlikte, ticari sensörler, miliamper seviyelerinde akımdaki küçük değişiklikleri ölçemez. Sonuç olarak, batarya şarjında tahmini %10’luk bir belirsizlik söz konusudur.
Bu, elektrikli araçların sürüş menzilinin %10 oranında artırılabileceğini göstermektedir. Böylece daha az verimsiz batarya kullanımı ortaya çıkacaktır.
Neyse ki, Tokyo Teknoloji Enstitüsü’nden (Tokyo Tech) Profesör Mutsuko Hatano yönetiminde Japonya’dan bir grup bilim insanı yakın zamanda bir çare keşfetti. Bilim insanları, Scientific Reports’ta yayınlanan makalelerinde, elektrikli araçlara özgü güçlü akımları ölçebilen ve akü şarjını %1 doğrulukla tahmin edebilen elmas kuantum sensörlerine dayalı bir algılama yöntemi tanımladılar.
“Otomobillerde kullanılabilecek kadar küçük ve miliamper akımlara duyarlı elmas sensörler yarattık. Ayrıca, yüksek sesli bir ortamda miliamper seviyesindeki akımları tespit ettik ve geniş bir aralıktaki akımları ölçtük” diyor Profesör Hatano.
Baranın (arabaya gelen ve giden akımlar için elektrik bağlantısı) her iki tarafına yerleştirilen iki elmas kuantum sensörü, araştırmacılar tarafından çalışmaları için bir prototip sensör oluşturmak üzere kullanıldı. Her iki sensör tarafından alınan ortak gürültü daha sonra “diferansiyel algılama” olarak bilinen bir yöntem kullanılarak ortadan kaldırıldı ve geriye yalnızca gerçek sinyal kaldı. Sonuç olarak 10 mA’lik küçük bir akımı çevredeki gürültüden ayırt edebildiler.
Daha sonra bilim insanları, iki mikrodalga jeneratörü tarafından üretilen frekansların hibrit bir analog-dijital kontrolünü kullanarak kuantum sensörünün manyetik rezonans frekanslarını 1 gigahertz bant genişliği boyunca izledi. Bu sayede yaklaşık 1000 A’lik (tespit edilen en büyük akımın en küçük akıma oranı) geniş bir dinamik aralık elde edildi.
Ayrıca, 40 ila +85°C’lik geniş bir çalışma sıcaklığı aralığının çoğu araç uygulamasını kapsayacağı tespit edilmiştir.
Son olarak, grup bu prototipi elektrikli araçların enerji tüketimi için bir ölçüt testi olan WLTC’ye (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle) tabi tuttu. Sensör, -50 A ile 130 A arasındaki şarj/deşarj akımını hassas bir şekilde takip ederek %1 dahilinde batarya şarj tahmin doğruluğu sergilemiştir.
Bu bulgulardan ne gibi sonuçlar çıkarılabilir? Profesör Hatano şöyle diyor: “Batarya ağırlığının %10 azaltılması ve batarya tüketim verimliliğinin %10 arttırılmasıyla, 2030 yılında 20 milyon yeni elektrikli aracın çalıştırılması için %3,5 ve üretilmesi için %5 daha az enerjiye ihtiyaç duyulacaktır. Sonuç olarak bu, 2030 yılında ulaşım sektöründeki CO2 emisyonlarında %0,2’lik bir azalmaya yol açacaktır.”
Kaynak: titech.ac.jp/
