據(jù)《日本經濟新聞》11月17日報道,東京工業(yè)大學等開發(fā)出利用量子傳感器將電動汽車續(xù)航里程延長約10%的基礎技術。該技術可以準確測量已儲備電量,讓車載電池性能得到最大限度地發(fā)揮,目標是最早于2030年實現(xiàn)實用化。
一次充電的續(xù)航里程越長,電動汽車使用起來就越方便。雖然若搭載多枚電池可以延長續(xù)航里程,但車內空間會變得狹小,成本也會上升。因此,各方不斷推進提高電池性能的技術開發(fā)活動。
如果充電至超過規(guī)定容量的水平,可能損壞車載電池。由于難以準確測量充電量,電池的設置容量比實際可儲存電量要少10%左右。
如果有能以較高的精度測量充電量的傳感器,就能充分發(fā)揮車載電池的性能。東京工業(yè)大學和汽車零件生產企業(yè)矢崎總業(yè)公司選中了鉆石量子傳感器。量子是原子級以下的極小的能量和物質單位。量子傳感器充分利用量子的特殊性質,能夠以高靈敏度測量電流和磁力等。
鉆石量子傳感器指的是,在鉆石的部分結晶中設計特殊結構。這種鉆石具有在綠色激光照射下發(fā)出紅色熒光的性質。根據(jù)內部電子的量子狀態(tài),熒光的強度會發(fā)生變化。受周圍電流、磁力、溫度的影響,電子的量子狀態(tài)會發(fā)生變化,因此只要調查熒光強度就可以計算出磁力等。
目前已經投入使用的量子傳感器包括超導量子干涉儀(SQUID)。SQUID是使用超導材料制成的,能夠以較高的精度探測磁力。不過,為了維持量子狀態(tài),需要制冷機,因此很難實現(xiàn)小型化。
鉆石量子傳感器則受到堅固鉆石結構的保護,即使在室溫條件下量子狀態(tài)也不易被破壞。有望實現(xiàn)設備小型化和低成本化。
東京工業(yè)大學等開發(fā)出的鉆石量子傳感器,可以安裝在被稱為“母線”的金屬部件上。“母線”是從蓄電池輸送電力的通道。傳統(tǒng)傳感器以1安培為單位測量電流大小,而新開發(fā)的傳感器以10毫安為單位,精度提高至之前的100倍。
因此,可以讓充電量接近電池實際可儲存電量,不用預留10%的空間。同種電池的續(xù)航里程得以延長。除此之外,如果減少電池搭載量,則能夠降低成本。
矢崎總業(yè)公司的目標是,最早于2030年實現(xiàn)鉆石量子傳感器實用化,面向汽車制造商和零部件制造商供貨。雖然現(xiàn)在周邊設備較大,但通過使用小型半導體激光等,可將量子傳感器大小縮小到10厘米見方。成本也“與以往的電流傳感器處于相同水平”。
東京工業(yè)大學教授波多野睦子表示:“最大的成本因素是鉆石。”用于制造量子傳感器的鉆石是人工合成的。這與從礦山開采、用于珠寶首飾的天然鉆石不同。使用廉價線路板,采用從沼氣中提煉鉆石的量產方法,可以大幅降低制造成本。