据其发明者称，一种新的量子传感器可以比现有设备更准确地测量电动汽车电池中存储的能量 波多野睦子 在东京工业大学和她在日本的同事。 他们的传感器使用金刚石中的氮空位 (NV) 中心，可以显着提高电动汽车的续航里程和能源效率。
电动汽车 (EV) 被广泛视为全球消除温室气体排放努力的关键要素。 其效率的一个限制是电动汽车能够估计其电池剩余多少能量。
今天，剩余能量是通过测量电动汽车行驶时从电池流出的电流来估算的。 尽管这些电流可以达到数百安培，但它们的平均值通常仅为 10 A 左右。因此，电流传感器必须在较大的动态范围内工作，这使得它们极易受到周围环境噪声的影响。
安全边际
这种噪声意味着电池的剩余能量只能估计在 10% 左右的精度范围内。 因此，为了安全起见，电动汽车电池在电量降至其能量容量的 10% 时必须进行充电。 这极大地限制了电动汽车的行驶里程，并意味着需要更重的电池才能达到目标里程。
为了提高这种准确性，波多野的团队使用一对基于 NV 中心的金刚石量子传感器测量电流。 NV中心是一种杂质，其中金刚石晶格中的两个碳原子被单个氮原子和相邻的空白空间所取代。
NV 中心表现为对外部磁场非常敏感的微小自旋磁矩。 通过使用光和微波探测 NV 中心，可以非常精确地测量这些场。
差分测量
在他们的研究中，研究人员将一对金刚石传感器放置在 EV 母线的两侧，这是一条将 EV 电池连接到其电机和其他电气元件的厚金属条。 当电流通过母线时，它会产生一个由两个金刚石传感器测量的磁场。 由于传感器位于母线的任一侧，一个传感器测量磁场的正值，另一个测量负值。 至关重要的是，它们都测量相同水平的噪声——因此从另一个测量值中减去一个测量值可以消除噪声。
高分辨率钻石传感器映射心脏中的电流
使用这种差分技术，该团队测量了母线中高达 130 A 和低至 10 mA 的电流——即使在嘈杂的环境中也是如此。 然后，该团队将电流提高到 ±1000 A，并在 -45°C 至 85°C 的温度范围内操作传感器，并观察到了良好的测量性能。
该团队表示，传感器可以将电动汽车电池的重量减少 10%，这将降低运行和生产电动汽车所需的能量。 他们估计，到 0.2 年，传感器的商业推广最终可以将运输行业排放的二氧化碳减少约 2030%，这可能使净零碳排放的目标更近一步。
该研究描述于 Scientific Reports.
