由于在 MEXT Q-LEAP 旗艦項目中與東京工業(yè)大學(xué)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(zhǔn)確而導(dǎo)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(dǎo)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(zhǔn)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(dá)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(dǎo)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(xué)（Tokyo Tech）的 Mutsuko Hatano 教授領(lǐng)導(dǎo)的日本研究團(tuán)隊現(xiàn)在已經(jīng)提出了解決方案。在他們發(fā)表在《科學(xué)報告》上的研究中，該團(tuán)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(zhǔn)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(tuán)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(tuán)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(rèn) - 40 至 + 85 °C 的寬工作溫度范圍可涵蓋一般車輛應(yīng)用。

最后，該團(tuán)隊對該原型進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)測試。該傳感器準(zhǔn)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(dāng)于2030 年 WW 運輸領(lǐng)域的 CO 2排放量減少 0.2%�！�

我們當(dāng)然希望這一突破能讓我們更接近碳中和社會！