当前位置 爱咖号首页 液冷电缆5分钟让电车满电上路,如此神奇?

液冷电缆5分钟让电车满电上路,如此神奇?

汽车商业评论 2616浏览 2022-01-26
液冷电缆5分钟让电车满电上路,如此神奇?
液冷电缆5分钟让电车满电上路,如此神奇?

撰文 / 张 鸥
编辑 / 钱亚光
设计 / 赵昊然
来源 / Detroit Free Press,作者:Phoebe Wall Howard

福特汽车公司正与美国印第安纳州普渡大学的科学家们合作,进行一项研究计划,有望将电动汽车在充电站的充电时间从预计25分钟缩短至5分钟。

“毫无疑问,这将是里程碑式的技术革新。”长期从事行业分析的Autoline After Hours播客主持人约翰·麦克罗伊(John McElroy)说,“一旦电动汽车充电时间变得更短,人们的接受度也会更高,将会出现更大的潜在电动汽车市场。”

液冷电缆5分钟让电车满电上路,如此神奇?

液冷电缆

Nerthuz/iStock ▼

液冷电缆5分钟让电车满电上路,如此神奇?

领导这项研究的人是现年66岁的机械工程师伊萨姆·穆达瓦教授(Issam Mudawar),他来自黎巴嫩贝鲁特,毕业于麻省理工学院。穆达瓦教授开发了用于巨型喷气机和宇宙飞船的尖端散热技术,数年来一直在为行业里最棘手的技术挑战提供科学解决方案。

现在,他正在纯电动汽车领域研究如何减少电池充电时间,提高充电效率。这是一堂将所学知识应用于现实世界的物理课。

在2021年,整个项目还在初期阶段的时候,穆达瓦教授预测,这项电动汽车充电技术将需要2年的时间来完成。他的团队正夜以继日地工作,以便在2023年实现这一目标。

但在最近面对《底特律自由报》的采访中,他告诉记者,这项技术可能比预期时间更早实现,目前已经在对特殊充电电缆进行最后测试。

这是一条不太平凡、拥有神奇魔力的电缆。

事实上,由于电池在充电过快时会过热,汽车制造商们一直在努力找出方法来冷却这一过程,这也比从零开始重新设计电池更高效。

福特研究和先进工程一部高级技术负责人迈克尔·德格纳(Michael Degner)在2021年11月的一份福特新闻稿中说:“今天,由于存在过热危险,为电动汽车电池充电的速度受到一定限制。要充电速度更快,就需要加大电流,而电流越大,电缆运行时积聚的热量就越多。”

液冷电缆5分钟让电车满电上路,如此神奇?

核心技术的秘密

萨姆·穆达瓦教授 ▼

液冷电缆5分钟让电车满电上路,如此神奇?

穆达瓦教授在普渡大学花了近40年的时间研究更有效冷却电子产品的办法。

据穆达瓦介绍,普渡大学的实验室已经开发出了一个解决方案,能够解决这个令很多人头痛的问题,目前电子产品产生的热量太大,无法用现有技术处理。

在2021年11月的一份新闻稿中,普渡大学表示,穆达瓦教授和他的团队设计了一种电缆,利用液体冷却的方法,提供比目前市场上最快电动汽车充电器高4.6倍的电流,充电过程将散发24.22千瓦的热量,该项目由福特公司和普渡大学的研究和开发联盟资助。

这种新电缆用液体来进行冷却,然后将液体变成蒸汽。这种用于蒸发液体的元件是革命性的,而用液体冷却,也使线缆保持相对更轻更细。

要将电动汽车充电时间减少到5分钟,需要最低1400安培的电流。而根据普渡大学的新闻稿显示,穆达瓦教授和他的学生已经在实验室里证明,他们的电缆可以经受超过2400安培的电流。作为参考,业界最先进的充电器只能提供高达520安培的电流,而消费者可以使用的大多数充电器所支持的电流都低于150安培。

液冷电缆5分钟让电车满电上路,如此神奇?

消除“充电焦虑”

液冷电缆5分钟让电车满电上路,如此神奇?

开电动汽车时,人们往往会对电池可行驶距离表示担忧,这通常被称为“里程焦虑”,在电动汽车发展的初期,续航能力一直是人们最担忧的问题之一。

而随着电动汽车的普及,充电时间又发展成为新的焦虑,这就是人们常说的“充电焦虑”。假如我们正在享受一段快乐的公路旅行,却因开电动汽车而不得不中途停下来,花30分钟或更长时间进行充电,那实在是太扫兴了。

这项新技术正是为了解决这一问题。它的核心是充电电缆,现在正在实验室里进行测试。在未来几个月里,穆达瓦教授将研究各种电动汽车的充电速度,并尽可能快地将产品推向市场。

虽然以特斯拉为首的汽车制造商——包括通用汽车、福特汽车和大众汽车,目前已经在市场上推出了多款纯电动汽车,但伴随着美国对基建设施的投入,美国人最爱的皮卡电动版的推出,公共充电站预计将在美国激增。

福特汽车将在2022年春季将向客户交付全电动的F-150 Lightning,通用汽车也计划在2023年秋季交付其全电动的Silverado,这都将大大增加道路上纯电动汽车的数量。

液冷电缆5分钟让电车满电上路,如此神奇?

与生活息息相关

计算机工程师吉姆·布茨科夫斯基(Jim Buczkowski)是这个联合研发项目的高级研究员,也是福特公司研究团队的现任负责人,他在福特进行了40年的电子产品和软件的开发,包括F-150 Lightning的出世。

他说,在首席执行官吉姆·法利(Jim Farley)的领导下,现在福特正在度过一段特别的、激动人心的旅程。吉姆·法利已经公开承诺要全力以赴向电气化转型,在他上任的第一年就投入了数十亿美元。

而在谈及这项新技术研究时,布茨科夫斯基也表示,快速充电的挑战绝不是夸大其词,它与我们的日常生活息息相关。

他说:“充电让人们在电动汽车行驶过程中不得不暂停。试想一下:第一种情况是,你能在充电1分钟后接着行驶200公里;第二种情况是,你的车有800公里的续航里程,却需要停下来花三四个小时甚至10个小时进行充电。你会如何选择?当我们驾驶燃油车的时候,可是加油2-3分钟就能再行驶近700公里的。因此,在路上时间的花费至关重要。”

另一个问题是,即使像油量表一样在仪表盘屏幕上实时显示电量,充电需求也是不可预测的,因为电池的电量消耗并不是线性的,它还会受到速度、天气和地形的影响。

“人们在乎的,不是电池的容量有多大。他们只想能更快地补能,回到路上行驶。我们现在在做的就是努力,是让电能更快地进入车辆。”布茨科夫斯基说,“让电网中的能量更快地进入电池是首要任务,而转移能量就意味着产生热量。”

液冷电缆5分钟让电车满电上路,如此神奇?

能量如何工作

液冷电缆5分钟让电车满电上路,如此神奇?

他继续解释了燃油车加油的原理。燃油里含有一定量的能量,当燃油被点燃时,储存的能量会被释放,释放出来的能量为车辆提供动力,给油箱加油就是给它注入能量。

“而电动汽车的电力是不同的。从电网中获取电能,将其储存在动力电池中,再用于驱动为车辆提供动力的电机。”

燃油汽车是靠储存在燃料液体中的能量运行,而纯电动汽车是靠转移并储存在电池中的能量来运行。

“当你把插头连接到车辆上时,你实际上是通过电缆把能量从电网转移到车辆上。”布茨科夫斯基说。

“如果用液体燃料填充油箱,能量转移到油箱时是没有任何损失的。”他说,“而当你把能量从电网转移到电池时,其中一些能量会转化成热量,并在这个过程中流失。你向电池传输的能量越多、越快,在用来传输能量的电缆中产生的热量就越多。”

在这种情况下,汽车电气化就需要一种不同的思维方式。这也是为什么很多工程师花了大把时间试图减轻车辆的重量,以此实现使用更少的能量。

液冷电缆5分钟让电车满电上路,如此神奇?

电池冷却的必要性

液冷电缆5分钟让电车满电上路,如此神奇?

“一般情况下,电动汽车在行驶将近500公里后,人们就需要充电了。到了充电站,需要花至少20分钟以上的时间来给汽车充电,这种情况非常令人沮丧。”穆达瓦教授说,“这就是为什么我们的技术能够解决很大一部分问题。把时间缩短,更便于管理。如果充电时间只需要5分钟,就能够达到在加油站加油一样的效率。”

在全世界的公司都在努力改进电池的时候,福特-普渡联盟反而更专注于电池冷却。

“我们平常使用的电缆在提供电流时,包括家里的电线,像手机充电,电脑充电,它们散发出的热量是有限的,触摸起来也感觉很温暖。而这些都是小电池。”穆达瓦教授解释说。

“如果是简易的产品应用,热量没什么问题。但如果是巨大的电流从电线到导体,那么问题就来了。周围的绝缘层可能被融化,如果不散去一些热量,就会发生火灾甚至更严重的事情。”

穆达瓦教授在这一领域享有盛名,他的专长是将大量的热量和能量从微小的空间转移出来。他与NASA在空间技术方面有密切合作,例如,为其大型数据中心耗散巨大热量,以保持系统不会过热,防止设备被烧毁。

液冷电缆5分钟让电车满电上路,如此神奇?

推向市场

穆达瓦教授目前正在与多家公司洽谈,目标是建立由汽车制造商、投资者和政府资助的大规模高科技设施,以测试电池、充电设备,加速将新技术推向市场的进程。

穆达瓦教授表示:“充电公司几周来一直在主动接洽。但是很多公司不喜欢披露他们正在研究的东西,所以没有什么可用的信息。事实上,只有把技术窍门与大学里的科学和物理学融合在一起时,才能够相当迅速地得出解决方案。”

紧接着,敲定法律、专利申请、许可和知识产权问题也需要花费时间。

在福特公司的新闻稿中,福特公司电气化子系统和电源研究部经理泰德·米勒(Ted Miller)说,福特公司在电气化技术方面拥有2500多项美国专利,还有4000多项专利正在申请中。

液冷电缆5分钟让电车满电上路,如此神奇?

挑战的旅程

液冷电缆5分钟让电车满电上路,如此神奇?

福特公司研究和先进工程部能源、推进和可持续发展主任汤姆·麦卡锡(Tom McCarthy)认为,汽车行业在电气化的发展道路上正在推动性能极限,热管理也变得更具挑战性。

他说:“如果我们能克服传热问题,就能获得更快的充电速度。这是一种行业的自我挑战:有哪些技术突破可以让我们达到更高的水平?同时这也是一个积极的、令人兴奋的旅程,去发现各种可能性,寻找答案,做从未有人做到过的事情。”

文章标签:
行业资讯
 
相关推荐
汽车商业评论 4072粉丝    3009作品 关注 推动中国汽车向前进
推荐作者