电动汽车(EV)作为传统汽油内燃机汽车的环保替代品，其受欢迎程度一直在上升。这就引发了针对开发高效EV电池的主要研究工作。然而电动汽车的一个重要低效率则是由对电池电量的不准确估计造成。通过测量电池的电流输出以评估电动车电池的充电状态这种方法被用来计算车辆的剩余驾驶里程的估计值。
通常情况下，EV的电池电流可以达到数百安培。然而能够检测这种电流的商业传感器无法测量毫安级的电流的微小变化。这导致了电池电量估算中约10%的不确定性。这意味着，EV的行驶里程可以延长10%。这反过来将减少电池的低效使用。
幸运的是，一个科学家团队现在已经想出了一个解决方案。在他们的研究中，他们报告了一种基于钻石量子传感器的检测技术，在测量EV典型的高电流时可以在1%的精度内估计电池电量。来自日本东京工业大学的研究团队由的Mutsuko Hatano教授领导，他们的研究报告已于今日发表在《Scientific Reports》上。
“我们开发了对毫安级电流敏感的钻石传感器，其结构紧凑并可以在汽车中实施。此外，我们测量了大范围的电流并在嘈杂的环境中检测到了毫安级的电流，”Hatano教授说道。
据悉，研究人员开发了一个使用了两个钻石量子传感器的原型传感器，它们被放置在汽车的母线（输入和输出电流的电气连接点）的两侧。然后他们使用一种叫做“差分检测”的技术消除了两个传感器检测到的共同噪音，只保留实际信号。这反过来使他们能在背景环境噪声中检测到10毫安的小电流。
接下来，科学家团队使用两个微波发生器产生的频率的模拟-数字混合控制以在1千兆赫兹的带宽内追踪量子传感器的磁共振频率。这使得大动态范围（检测到的最大电流与最小电流之比）达到±1000A。此外，-40至+85℃的宽工作温度范围被确认为涵盖了常规车辆应用。
最后，研究小组在全球统一轻型汽车测试周期(WLTC)驾驶中测试了该原型，这是EV能源消耗的标准测试。该传感器准确地追踪了从-50A到130A的充/放电电流，另外还证明了电池电量估计的准确性在1%以内。
那么这些发现有什么意义呢？Hatano教授说道：“将电池使用效率提高10%将使电池重量减轻10%，这将使2030年WW的2000万辆新EV减少3.5%的运行能量和5%的生产能量。而这又相当于在2030年WW交通领域减少0.2%的二氧化碳排放。”
我们当然希望这一突破使我们离碳中性社会更近一步！"。