電動汽車(EV)作為傳統(tǒng)汽油內(nèi)燃機(jī)汽車的環(huán)保替代品，其受歡迎程度一直在上升。這就引發(fā)了針對開發(fā)高效EV電池的主要研究工作。然而電動汽車的一個重要低效率則是由對電池電量的不準(zhǔn)確估計(jì)造成。通過測量電池的電流輸出以評估電動車電池的充電狀態(tài)這種方法被用來計(jì)算車輛的剩余駕駛里程的估計(jì)值。

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通常情況下，EV的電池電流可以達(dá)到數(shù)百安培。然而能夠檢測這種電流的商業(yè)傳感器無法測量毫安級的電流的微小變化。這導(dǎo)致了電池電量估算中約10%的不確定性。這意味著，EV的行駛里程可以延長10%。這反過來將減少電池的低效使用。

幸運(yùn)的是，一個科學(xué)家團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)想出了一個解決方案。在他們的研究中，他們報(bào)告了一種基于鉆石量子傳感器的檢測技術(shù)，在測量EV典型的高電流時可以在1%的精度內(nèi)估計(jì)電池電量。來自日本東京工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)由的Mutsuko Hatano教授領(lǐng)導(dǎo)，他們的研究報(bào)告已于今日發(fā)表在《Scientific Reports》上。

“我們開發(fā)了對毫安級電流敏感的鉆石傳感器，其結(jié)構(gòu)緊湊并可以在汽車中實(shí)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的電流，”Hatano教授說道。

據(jù)悉，研究人員開發(fā)了一個使用了兩個鉆石量子傳感器的原型傳感器，它們被放置在汽車的母線（輸入和輸出電流的電氣連接點(diǎn)）的兩側(cè)。然后他們使用一種叫做“差分檢測”的技術(shù)消除了兩個傳感器檢測到的共同噪音，只保留實(shí)際信號。這反過來使他們能在背景環(huán)境噪聲中檢測到10毫安的小電流。

接下來，科學(xué)家團(tuán)隊(duì)使用兩個微波發(fā)生器產(chǎn)生的頻率的模擬-數(shù)字混合控制以在1千兆赫茲的帶寬內(nèi)追蹤量子傳感器的磁共振頻率。這使得大動態(tài)范圍（檢測到的最大電流與最小電流之比）達(dá)到±1000A。此外，-40至+85℃的寬工作溫度范圍被確認(rèn)為涵蓋了常規(guī)車輛應(yīng)用。

最后，研究小組在全球統(tǒng)一輕型汽車測試周期(WLTC)駕駛中測試了該原型，這是EV能源消耗的標(biāo)準(zhǔn)測試。該傳感器準(zhǔn)確地追蹤了從-50A到130A的充/放電電流，另外還證明了電池電量估計(jì)的準(zhǔn)確性在1%以內(nèi)。

那么這些發(fā)現(xiàn)有什么意義呢？Hatano教授說道：“將電池使用效率提高10%將使電池重量減輕10%，這將使2030年WW的2000萬輛新EV減少3.5%的運(yùn)行能量和5%的生產(chǎn)能量。而這又相當(dāng)于在2030年WW交通領(lǐng)域減少0.2%的二氧化碳排放。”

我們當(dāng)然希望這一突破使我們離碳中性社會更近一步！"。

關(guān)鍵詞： 研究人員利用鉆石量子傳感器延長了EV續(xù)航里程