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

Nerthuz/iStock ▼

 

 

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。”

核心技术的秘密

萨姆·穆达瓦教授 ▼

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。

 

消除“充电焦虑”

 

 

 

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。

 

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。”

 

能量如何工作

 

 

 

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。

 

电池冷却的必要性

 

“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。

 

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。

 

挑战的旅程

 

 

 

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。”