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日本用量子传感器延长电动汽车续航

日经中文网       2023-12-08

一次充电的续航里程越长,纯电动汽车使用起来就越方便。虽然搭载更多电池可以延长续航里程,但车内空间将变得狭小,同时成本也会变高。因此,各方正在推进提高电池性能的技术开发。

除了这些技术开发之外,还有其他方法可提高续航里程。车载电池如果充电超过规定容量,会有发生损坏的风险。但是,由于难以准确测量充电量,因此会设置富余量,使充电量比实际可存储容量少10%左右。

如果拥有能以高精度测量充电量的传感器,就能充分发挥车载电池的性能。东京工业大学和大型汽车零部件企业矢崎总业(Yazaki Corporation)瞄准的是使用钻石的钻石量子传感器。量子是原子级以下的极小的能量和物质单位。量子传感器利用量子的特殊性质,能够以较高的灵敏度测量电流和磁力等。

钻石量子传感器在钻石的部分结晶中设置了特殊结构。这种钻石具有在绿色激光照射下发出红色荧光的性质,荧光的强度会随着内部电子的量子状态发生变化。

电子的量子状态会因周围的电流、磁力、温度的影响而发生变化,因此只要检测荧光的强度,就可以计算出磁力等。

目前已经实用化的量子传感器包括超导量子干涉仪(SQUIDSQUID使用超导材料,能够以较高精度检测磁力。但是,由于维持量子状态需要制冷机,因此很难实现小型化。

钻石量子传感器则受到坚固的钻石结构的保护,即使在室温条件下量子状态也不易被破坏。有望实现设备小型化和低成本化。

东京工业大学等开发出的钻石量子传感器,可以安装在被称为母线(Busbar的金属零部件上。母线是从蓄电池输送电力的通道。传统传感器以1安培为单位测量电流的大小,新开发的传感器则以10毫安为单位,精度提高至之前的100倍。

因此,可以让充电量接近电池的实际可存储容量,无需预留10%的富余量。除了能以同样的电池延长续航距离之外,如果减少电池搭载量,还可以降低成本。

矢崎总业力争最快2030年使钻石量子传感器实现实用化,面向汽车厂商和零部件厂商供货。虽然目前周边设备较大,但通过使用小型半导体激光等,将把尺寸缩小至10厘米见方。该公司表示,成本也与以往的电流传感器处于相同水平

东京工业大学教授波多野睦子表示:最大的成本因素是钻石。用于量子传感器的钻石是人工合成的。这与从矿山中开采出来、用于珠宝首饰等的天然钻石不同。为了大幅降低制造成本,将使用便宜的基板,采用从常见的甲烷气体制造钻石等适合量产的制造方法。

除了测量蓄电量之外,量子传感器还被期待用于其他各种用途。德国大型汽车零部件企业博世通过2022年成立的内部初创公司进行研究。通过测量地磁,可以推算出汽车、飞机等目前所处的位置。博世正在与法国空中客车进行相关合作。此外,美国飞机制造商洛克希德马丁也在开发类似技术。

量子传感器还可以测量生物体内发出的磁力和温度的微小变化,因此也可能在医疗和生命科学领域带来创新。


关键词:量子传感器;EV;续航