灵敏的传感器(EV续航变相提高约10%？钻石量子传感器更准确监测电池电量)

Posted 2023-06-01

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财联社上海9月7日讯（编辑黄君芝）随着电动汽车的普及度越来越高，科学家也在不断加紧研发更高效的EV电池。除了本身的设计外，还有一项重要的因素会影响电池效率，即对电池电量的不准确估计。

电池的充电状态是基于其电流输出来测量的，据此可估计车辆的剩余行驶里程。一般而言，EV电池的电流可达到数百安培。但能够检测到这种电流的商用传感器无法测量毫安级别电流的微小变化。这导致了电池电量估算中约10%的不确定性，进而意味着EV的行驶里程可以延长10%。

幸运的是，一组来自日本东京工业大学的科学家已经找到了解决办法。他们近期在《科学报告》杂志上报告了一种基于钻石量子传感器的检测技术，该技术可以在测量电动汽车大电流时，以1%的精确度估计电池电量。

领导这项研究的Mutsuko Hatano教授表示，“我们开发了对毫安级电流敏感的钻石传感器，其结构紧凑，可以在汽车中实施。此外，我们测量了大范围的电流，而且在嘈杂的环境中检测到了毫安级的电流。”

在最新研究中，该团队使用两个钻石量子传感器制作了一个传感器原型，并放置在汽车母线（进出电流的电子接头）的两侧。然后，他们使用了“差分检测”技术，消除了两个传感器检测到的共同噪声，只保留了实际信号，从而能在背景环境噪声中检测到10毫安的小电流。

接下来，该团队对两个微波发生器产生的频率进行了模拟—数字混合控制，以在1千兆赫的带宽上追踪量子传感器的磁共振频率。他们发现，磁共振频率可实现±1000安的大动态范围（检测到的最大电流与最小电流之比）。

此外，该传感器工作温度范围也十分广泛（-40℃-85℃），适用于一般车辆。

最后，该团队对这一原型进行了全球统一轻型车辆测试循环（WLTC）驾驶测试，这是一种电动汽车能耗的标准测试。该传感器准确跟踪了-50安到130安的充放电电流，电池电量估计精度在1%以内。

Hatano说，“电池使用效率每提高10%，电池重量就会减少10%。这将使2030年2000万辆新型电动汽车的运行能耗减少3.5%，生产能耗减少5%。这又相当于2030年全球运输领域二氧化碳排放量减少0.2%。”