来源链接：来自杂志网站《国际电动与混合动力汽车技术》

张佳欣

随着环保主义以及全球气候变暖议题的关注日益高涨，越来越多的消费者在出行时倾向于选择电动汽车。但里程焦虑这一长期存在的问题依然困扰着使用者。然而，目前量子领域取得的重大突破可能正为解决电动汽车续航里程难题提供新的解决方案。

据日经新闻近日报道，东京工业大学的研究者们开发出一种新型的钻石量子传感器，它能使电动汽车的续航里程增加约10%，这种新设备能精确测量储存在车载电池中的电量，并以此最大化电动汽车的动力性能，研发者的最终目标是在2030年将这项技术投入实用。

电动车电芯测试存在偏差

通常情况下，电动汽车电池能产生的最大电流可以达到数百安培级别。但是因为难以准确地衡量电池中的充电水平，因此在电池中存储的能量并不像其标称容量一样多，而是少了约10%，大约相当于减少了15至20毫安时的储存能量。

中国山东曲阜的师范学院教授刘晓兵在接受采访时表示，在电动车电池电量不足的情况是，检测出电池电量比实际使用时更少。

比如，当电池中发生的电压或电流微小变化时，会显著影响电量的测定。对于磷酸铁锂LiFePO4这样的电池而言，其放电曲线是较为平缓的，并且在对电芯进行电压测量的时候很难精确控制。因此，哪怕是一些较小程度的误差也可能会导致较大的电量测量误差。

其次，每个电池组通常包含数十个锂离子电池芯，而整套系统性能则很大程度上取决于最劣质电池的状况。要准确估测电池电量水平就需要监测并校准每一个单独的锂离子电池芯的状况，这在空间布局和成本控制方面都面临着巨大挑战。

另外，为了能够在充电或放电期间精确检测到这些变化，电动汽车所需的传感器应具有超快的响应速度。但是，在频繁且急剧的负载变化以及电池快速充电和放电的情况下，这种高速响应可能会超过现有技术所能承受的能力。私家侦探，侦探公司，调查公司，查人找物，商务调查，出轨外遇调查，婚外情调查，私人调查，19209219596

所以如果能设计出高精度的传感器那么便能让车载电池得到最大的利用效率。

钻石在量子传感领域占据重要的地位

多年来，由于相干氮-空位（NV）中心、可调节的自旋以及室温下工作的能力，金刚石一直被用作量子传感领域中的重要元件。刘晓兵指出，与钻石相关联的化学稳定性和耐用性是其他材料无法比拟的，它是硬度最高且导热性能最强的材料之一。这使得使用在恶劣环境中的金刚石量子传感器特别适合长期应用。

东京工业大学和汽车零件生产企业矢崎总业公司正联手研发出一种新型传感器：钻石量子传感器。他们巧妙地利用了钻石结晶的一部分结构，并且通过设计特殊形状来让这部分晶体在激光照射下能发出红色的荧光。电子在其量子状态中，荧光强度会发生变化，根据周围电流、磁力和温度的变化，这些变化也会影响到电子的状态，因此可以据此计算出磁力数值。

据报道，这种传感器可以安装在被称为“母线”的金属部件上。“母线”是蓄电池输送电力的通道。传统测量电流大小的标准传感器每秒只能感应到1安培的电流，但新开发的传感器却以10毫安为单位来测量电流大小，精度提高了100倍。因此，就能让电池放电达到实际容量，并且可以更长时间的使用而不必留有剩余电量的10%，从而使续航里程得到延长。

刘晓兵详细说明了钻石量子传感器的工作原理。他说，NV中心是构成金刚石晶体的碳原子被氮原子所取代，并且伴随一个相邻位置中的空位形成的复合缺陷结构。它能产生可操控和读出的电子自旋态。通过采用光激发的方式，我们能够读取出其自旋态，从而了解外部环境的状态。NV中心对周围环境极其敏感，在空间私家侦探，侦探公司，调查公司，查人找物，商务调查，出轨外遇调查，婚外情调查，私人调查，19209219596分辨率方面非常优越，能够检测到极微弱电场和磁场的变化。这使得钻石量子传感器在测量电池充电量这一领域具有巨大的潜力与应用价值。

各国在争夺量子钻石领地。

相比于现已经实施的应用中的超导量子干涉器，钻石量子传感器提供了更为优秀的检测敏感性以及更高精度的空间分辨能力，并且还拥有易于控制的运作方式、对各种环境条件都能适用以及可应用于更加广泛的领域等优点。

当前，钻石量子传感器也成为了国际上的量子竞争领域之一。美英欧等发达国家都将NV中心的量子调控技术与量子传感技术作为重点研究的方向。

矢崎总业公司的目标是，至2030年实现钻石量子传感器的实用化，以面向汽车制造商和零部件制造厂商供货。尽管现在周边设备较大，但使用小型半导体激光等可以将量子传感器缩小到1立方厘米大小，并且成本与以往的电流传感器相当。

不过东京工业大学教授波多野睦子表示，成本最大的因素在于钻石。用于制造量子传感器的合成钻石比矿石挖掘出的、用作珠宝钻石的天然钻石要便宜得多。以廉价线路板为基础，采用从沼气中提炼合成钻石的方法，就能大幅降低成本

刘晓兵表示，作为全球电动汽车生产和消费的大国，中国对量子级钻石仍依赖进口，这一现象限制了新能源汽车领域的进步与发展。为此，他和他的团队和其他高校和科研机构合作成功制备出人造量子钻石，并已实现大规模量产。山东超晶新材料公司就是其中之一，他们已经实现了厘米级别的量子钻石规模化生产。

刘晓兵认为尽管目前钻石量子传感器面临的成本压力很大，但鉴于其独特的功能性和可能的应用领域以及后续技术改进后可能会显著降低成本，市场发展前景仍然乐观。