隨著電動(dòng)汽車的普及度越來越高，科學(xué)家也在不斷加緊研發(fā)更高效的EV電池。除了本身的設(shè)計(jì)外，還有一項(xiàng)重要的因素會(huì)影響電池效率，即對(duì)電池電量的不準(zhǔn)確估計(jì)。

電池的充電狀態(tài)是基于其電流輸出來測(cè)量的，據(jù)此可估計(jì)車輛的剩余行駛里程。一般而言，EV電池的電流可達(dá)到數(shù)百安培。但能夠檢測(cè)到這種電流的商用傳感器無法測(cè)量毫安級(jí)別電流的微小變化。這導(dǎo)致了電池電量估算中約10%的不確定性，進(jìn)而意味著EV的行駛里程可以延長(zhǎng)10%。

幸運(yùn)的是，一組來自日本東京工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)找到了解決辦法。他們近期在《科學(xué)報(bào)告》雜志上報(bào)告了一種基于鉆石量子傳感器的檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)可以在測(cè)量電動(dòng)汽車大電流時(shí)，以1%的精確度估計(jì)電池電量。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的Mutsuko Hatano教授表示，“我們開發(fā)了對(duì)毫安級(jí)電流敏感的鉆石傳感器，其結(jié)構(gòu)緊湊，可以在汽車中實(shí)施。此外，我們測(cè)量了大范圍的電流，而且在嘈雜的環(huán)境中檢測(cè)到了毫安級(jí)的電流。”

在最新研究中，該團(tuán)隊(duì)使用兩個(gè)鉆石量子傳感器制作了一個(gè)傳感器原型，并放置在汽車母線(進(jìn)出電流的電子接頭)的兩側(cè)。然后，他們使用了“差分檢測(cè)”技術(shù)，消除了兩個(gè)傳感器檢測(cè)到的共同噪聲，只保留了實(shí)際信號(hào)，從而能在背景環(huán)境噪聲中檢測(cè)到10毫安的小電流。

接下來，該團(tuán)隊(duì)對(duì)兩個(gè)微波發(fā)生器產(chǎn)生的頻率進(jìn)行了模擬—數(shù)字混合控制，以在1千兆赫的帶寬上追蹤量子傳感器的磁共振頻率。他們發(fā)現(xiàn)，磁共振頻率可實(shí)現(xiàn)±1000安的大動(dòng)態(tài)范圍(檢測(cè)到的最大電流與最小電流之比)。

此外，該傳感器工作溫度范圍也十分廣泛(-40℃-85℃)，適用于一般車輛。

最后，該團(tuán)隊(duì)對(duì)這一原型進(jìn)行了全球統(tǒng)一輕型車輛測(cè)試循環(huán)(WLTC)駕駛測(cè)試，這是一種電動(dòng)汽車能耗的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。該傳感器準(zhǔn)確跟蹤了-50安到130安的充放電電流，電池電量估計(jì)精度在1%以內(nèi)。

Hatano說，“電池使用效率每提高10%，電池重量就會(huì)減少10%。這將使2030年2000萬輛新型電動(dòng)汽車的運(yùn)行能耗減少3.5%，生產(chǎn)能耗減少5%。這又相當(dāng)于2030年全球運(yùn)輸領(lǐng)域二氧化碳排放量減少0.2%。”