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作为传统汽油车的环保替代品,电动汽车 (EV) 越来越受欢迎。这导致了针对开发高效电动汽车电池的研究工作。但是,电动汽车的主要效率低下,是由于对电池电量的不准确估计造成的。EV 电池的充电状态是根据电池的电流输出来测量的。这提供了对车辆剩余行驶里程的估计。


通常,电动汽车中的电池电流可以达到数百安培。然而,能够检测此类电流的商用传感器,目前还无法测量毫安级电流的微小变化。这导致电池充电估计的模糊性约为 10%。这意味着电动汽车的续驶里程可以延长 10%。反过来,这将减少低效的电池使用。


现在,由东京工业大学(Tokyo Tech)的 Mutsuko Hatano 教授领导的一组日本研究人员,现在已经提出了一个解决方案。在他们发表在《科学报告》上的研究中,该团队报告了一种基于金刚石量子传感器的检测技术,该技术可以在测量电动汽车典型的高电流时以 1% 的准确度估计电池电量。


研究人员开发了对毫安电流敏感且足够紧凑的金刚石传感器,可以在汽车中实施。此外,我们测量了广泛范围内的电流,并在嘈杂的环境中检测到了毫安级电流。


在他们的工作中,该团队使用两个金刚石量子传感器制作了一个原型传感器,这些传感器放置在汽车母线的两侧(用于输入和输出电流的电接头)。然后,他们使用一种称为“差分检测”的技术来消除两个传感器检测到的共同噪声并仅保留实际信号。这反过来又使他们能够在背景环境噪声中检测到 10 mA 的小电流。

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接下来,该团队使用混合模拟-数字控制两个微波发生器产生的频率,在 1 GHz 的带宽上跟踪量子传感器的磁共振频率。这允许 ±1000 A 的大动态范围。此外,确认 - 40 至 + 85 °C 的宽工作温度范围可涵盖一般车辆应用。


最后,该团队对该原型进行了全球统一轻型车辆测试循环 (WLTC) 驾驶测试,这是一项电动汽车能耗的标准测试。该传感器准确地跟踪了从-50 A 到130 A 的充电/放电电流,并展示了1% 以内的电池充电估计精度。


这些发现的含义是什么?


将电池使用效率提高 10% 将使电池重量减少 10%,这将使 2030 年全球 2000 万辆新电动汽车的运行能量和生产能量减少 3.5% 和 5%。这反过来又对应于2030年,交通领域 CO 2排放减少0.2%的目标 。”


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