由于在 MEXT Q-LEAP 旗艦項目中與東京工業(yè)大學和矢崎公司的研究人員共同開發(fā)的金剛石量子傳感器原型，由于電池充電測量不準確而導致的電動汽車電池使用效率低下的問題最終可能會得到解決。該傳感器可以測量大范圍的電流，也可以在嘈雜的環(huán)境中檢測毫安級電流，將檢測精度從 10% 提高到 1% 以內(nèi)。

圖片來源：東京科技

作為傳統(tǒng)汽油車的環(huán)保替代品，電動汽車 (EV) 越來越受歡迎。這導致了針對開發(fā)高效電動汽車電池的研究工作。但是，電動汽車的主要效率低下是由于對電池電量的不準確估計造成的。EV 電池的充電狀態(tài)是根據(jù)電池的電流輸出來測量的。這提供了對車輛剩余行駛里程的估計。

通常，電動汽車中的電池電流可以達到數(shù)百安培。然而，能夠檢測此類電流的商用傳感器無法測量毫安級電流的微小變化。這導致電池充電估計的模糊性約為 10%。這意味著電動汽車的續(xù)駛里程可以延長 10%。反過來，這將減少低效的電池使用。

幸運的是，由東京工業(yè)大學（Tokyo Tech）的 Mutsuko Hatano 教授領(lǐng)導的日本研究團隊現(xiàn)在已經(jīng)提出了解決方案。在他們發(fā)表在《科學報告》上的研究中，該團隊報告了一種基于金剛石量子傳感器的檢測技術(shù)，該技術(shù)可以在測量電動汽車典型的高電流時以 1% 的準確度估計電池電量。

“我們開發(fā)了對毫安電流敏感且足夠緊湊的金剛石傳感器，可以在汽車中實施。此外，我們測量了大范圍的電流，并在嘈雜的環(huán)境中檢測到了毫安級電流，”波多野教授解釋說。

在他們的工作中，該團隊使用兩個金剛石量子傳感器制作了一個原型傳感器，這些傳感器放置在汽車母線的兩側(cè)（用于輸入和輸出電流的電接頭）。然后，他們使用一種稱為“差分檢測”的技術(shù)來消除兩個傳感器檢測到的共同噪聲，只保留實際信號。這反過來又使他們能夠在背景環(huán)境噪聲中檢測到 10 mA 的小電流。

接下來，該團隊使用混合模擬-數(shù)字控制兩個微波發(fā)生器產(chǎn)生的頻率來跟蹤 1 GHz 帶寬上的量子傳感器的磁共振頻率。這允許 ±1000 A 的大動態(tài)范圍（檢測到的最大電流與最小電流之比）。此外，確認 - 40 至 + 85 °C 的寬工作溫度范圍可涵蓋一般車輛應用。

最后，該團隊對該原型進行了全球統(tǒng)一輕型車輛測試循環(huán) (WLTC) 駕駛測試，這是一項電動汽車能耗的標準測試。該傳感器準確地跟蹤了從-50 A 到130 A 的充電/放電電流，并展示了1% 以內(nèi)的電池充電估計精度。

這些發(fā)現(xiàn)的含義是什么？波多野教授表示：“將電池使用效率提高 10% 將使電池重量減少 10%，這將使 2030 年全球 2000 萬輛新電動汽車的運行能量和生產(chǎn)能量減少 3.5% 和 5%。反過來，這相當于2030 年 WW 運輸領(lǐng)域的 CO 2排放量減少 0.2%�！�

我們當然希望這一突破能讓我們更接近碳中和社會！