由于在 MEXT Q-LEAP 旗舰项目中与东京工业大学和矢崎公司的研究人员共同开发的金刚石量子传感器原型，由于电池充电测量不准确而导致的电动汽车电池使用效率低下的问题最终可能会得到解决。该传感器可以测量大范围的电流，也可以在嘈杂的环境中检测毫安级电流，将检测精度从 10% 提高到 1% 以内。

图片来源：东京科技

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。

幸运的是，由东京工业大学（Tokyo Tech）的 Mutsuko Hatano 教授领导的日本研究团队现在已经提出了解决方案。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。

“我们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，我们测量了大范围的电流，并在嘈杂的环境中检测到了毫安级电流，”波多野教授解释说。

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，只保留实际信号。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。

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来跟踪 1 GHz 带宽上的量子传感器的磁共振频率。这允许 ±1000 A 的大动态范围（检测到的最大电流与最小电流之比）。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？波多野教授表示：“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%。反过来，这相当于2030 年 WW 运输领域的 CO 2排放量减少 0.2%。”

我们当然希望这一突破能让我们更接近碳中和社会！