電動汽車(EV)作為傳統汽油內燃機汽車的環保替代品，其受歡迎程度一直在上升。這就引發了針對開發高效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確估計造成。通過測量電池的電流輸出以評估電動車電池的充電狀態這種方法被用來計算車輛的剩餘駕駛里程的估計值。
通常情況下，EV的電池電流可以達到數百安培。然而能夠檢測這種電流的商業傳感器無法測量毫安級的電流的微小變化。這導致了電池電量估算中約10%的不確定性。這意味着，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。
幸運的是，一個科學家團隊現在已經想出了一個解決方案。在他們的研究中，他們報告了一種基於鑽石量子傳感器的檢測技術，在測量EV典型的高電流時可以在1%的精度內估計電池電量。來自日本東京工業大學的研究團隊由的Mutsuko Hatano教授領導，他們的研究報告已於今日發表在《Scientific Reports》上。
“我們開發了對毫安級電流敏感的鑽石傳感器，其結構緊湊並可以在汽車中實施。此外，我們測量了大範圍的電流並在嘈雜的環境中檢測到了毫安級的電流，”Hatano教授說道。
據悉，研究人員開發了一個使用了兩個鑽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）的兩側。然後他們使用一種叫做“差分檢測”的技術消除了兩個傳感器檢測到的共同噪音，只保留實際信號。這反過來使他們能在背景環境噪聲中檢測到10毫安的小電流。
接下來，科學家團隊使用兩個微波發生器產生的頻率的模擬-數字混合控制以在1千兆赫茲的帶寬內追蹤量子傳感器的磁共振頻率。這使得大動態範圍（檢測到的最大電流與最小電流之比）達到±1000A。此外，-40至+85℃的寬工作溫度範圍被確認為涵蓋了常規車輛應用。
最後，研究小組在全球統一輕型汽車測試周期(WLTC)駕駛中測試了該原型，這是EV能源消耗的標準測試。該傳感器準確地追蹤了從-50A到130A的充/放電電流，另外還證明了電池電量估計的準確性在1%以內。
那麼這些發現有什麼意義呢？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%的運行能量和5%的生產能量。而這又相當於在2030年WW交通領域減少0.2%的二氧化碳排放。”
我們當然希望這一突破使我們離碳中性社會更近一步！”。