Grafén alapú érzékelők

Amikor elektromos járművekről van szó, a fogyasztóknak az angol terminológiában a „3R” betűszóba tömörített elvárásokat – range, reliability, rechargable, azaz hatótávolság, megbízhatóság és (gyors) utántölthetőség - támasztják. Az akkumulátorrendszer minden esetben kritikus szerepet játszik ezen végfelhasználói elvárások teljesítésében. A probléma azonban, hogy az elektromos járművek teljesítményét a fejlesztési szakaszban hátráltatják a meglévő HV akkumulátorok korlátai.

A HV akkumulátorok fejlesztéséhez szükséges mérések közül az egyik legfontosabb az egyes cellák áramsűrűség mérése. Jelenleg csak a hőmérsékletmérés módszerével készíthető el egy cella áramsűrűség-térképe. A legtöbb hőmérséklet-érzékelő bizonyos fokú késéssel dolgozik a hőmérséklet-változások mérése során, ami csökkenti a mérések és elemzések pontosságát. Pontosabb módszert kínálnak az áramsűrűség mérésére a mágneses térérzékelők. A jelenlegi szilícium-alapú mágneses érzékelési módszerek azonban nem kínálják azt a felbontást, ami HV akkumulátorok celláinak fejlesztéséhez szükséges.

A grafént 2004-ben fedezték fel; az anyagot izoláló kutatók 2010-ben fizikai Nobel-díjat kaptak találmányukért. A nanotechnológiai alapanyag világszerte a tudósok, vállalkozók és modern technológiákat alkalmazó vállalatok figyelmének központjában áll különleges tulajdonságainak köszönhetően. A grafén tulajdonképpen egy egyetlen atom vastagságú grafitréteg. A becslések szerint 3 millió grafénréteg ad(na) ki 1 milliméter vastagságot. Nyúlékony, rugalmas, ugyanakkor nagyon kemény és jóval erősebb az acélnál. Jó elektromos vezető, olvadáspontja meghaladja a 3000  C-ot.

A grafén számos egyedi műszaki jellemzőt kínál, amelyek jelentős előnyökkel járnak a meglévő akkumulátortesztelési technológiákkal szemben. Például egy atom vastagságú összetétele lehetővé teszi az egy síkban történő mérést, ami pontosabb méréseket és egyszerűbb rendszertervezést eredményez. A grafén érzékelők alacsony terepi környezetre és normál környezeti hőmérsékletre is optimalizálhatók, kis helyigényük pedig jó térbeli felbontást tesz lehetővé.

A Paragraf ezeket a tulajdonságokat az új GHS-A sorozatú Hall-érzékelők kifejlesztésében realizálta, amelyekről kimutatták, hogy kivételes, jellemzően 10 ppm-nél jobb érzékelési felbontást, valamint a meglévő Hall-effektus érzékelőtechnológiákhoz képest szélesebb körű mágneses tér-érzékelést mutatnak. Az érzékelők teljesen mentesek a hiszterézis hatásától, így nem áll fenn a mágneses tér túlzott expozíciójának veszélye.

A szabványos felületre szerelhető, 20 tűs kerámia félvezető csomagban található GHS-A a mért mágneses térerősséggel arányos jelfeszültséget biztosít. A kimeneti feszültség tartományában a linearitás jobb, mint 0,2%. Mivel az érzékelő rendkívül vékony, mindössze egy atom vastagságú 2D grafénrétegből áll, csak az egyik tengelyen érzékeli a mágneses mezőket, amely merőleges az érzékelő síkjára. Kiválóan védi a tengelyen kívüli szórt mágneses mezőket és más tengelyen kívüli mezőkomponenseket.

Egy tesztkörnyezeten belül több GHS-érzékelő képes számos különböző cellaparamétert felügyelni, és betekintést nyújtani több kulcsfontosságú területre:

• Rugalmasabb árammérés
• Mélyebb betekintés az áram áramlási irányába
• Lehetővé teszi a cellák újrafelhasználását, újrahasznosítását
• A hibamódok gyorsabb azonosítása
• Sűrűség leképezés valós időben
• Ösztönzi a cellatervezés optimalizálását
• Fokozza a minőség-ellenőrzést

A grafén érzékelők segítenek az akkumulátorcella-gyártóknak abban, hogy hatékonyabban reagálhassanak az autóipar igényeire a HV akkumulátor cellák és fejlesztése során.