撰文/ 張 鷗
編輯/ 錢亞光
設計/ 趙昊然
來源/ Detroit Free Press，作者：Phoebe Wall Howard
福特汽車公司正與美國印第安納州普渡大學的科學家們合作，進行一項研究計劃，有望将電動汽車在充電站的充電時間從預計25分鐘縮短至5分鐘。
“毫無疑問，這将是裡程碑式的技術革新。”長期從事行業分析的Autoline After Hours播客主持人約翰·麥克羅伊（John McElroy）說，“一旦電動汽車充電時間變得更短，人們的接受度也會更高，将會出現更大的潛在電動汽車市場。”
液冷電纜
Nerthuz/iStock▼
上司這項研究的人是現年66歲的機械工程師伊薩姆·穆達瓦教授（Issam Mudawar），他來自黎巴嫩貝魯特，畢業于麻省理工學院。穆達瓦教授開發了用于巨型噴氣機和宇宙飛船的尖端散熱技術，數年來一直在為行業裡最棘手的技術挑戰提供科學解決方案。
現在，他正在純電動汽車領域研究如何減少電池充電時間，提高充電效率。這是一堂将所學知識應用于現實世界的實體課。
在2021年，整個項目還在初期階段的時候，穆達瓦教授預測，這項電動汽車充電技術将需要2年的時間來完成。他的團隊正夜以繼日地工作，以便在2023年實作這一目标。
但在最近面對《底特律自由報》的采訪中，他告訴記者，這項技術可能比預期時間更早實作，目前已經在對特殊充電電纜進行最後測試。
這是一條不太平凡、擁有神奇魔力的電纜。
事實上，由于電池在充電過快時會過熱，汽車制造商們一直在努力找出方法來冷卻這一過程，這也比從零開始重新設計電池更高效。
福特研究和先進工程一部進階技術負責人邁克爾·德格納（Michael Degner）在2021年11月的一份福特新聞稿中說：“今天，由于存在過熱危險，為電動汽車電池充電的速度受到一定限制。要充電速度更快，就需要加大電流，而電流越大，電纜運作時積聚的熱量就越多。”
核心技術的秘密
薩姆·穆達瓦教授▼
穆達瓦教授在普渡大學花了近40年的時間研究更有效冷卻電子産品的辦法。
據穆達瓦介紹，普渡大學的實驗室已經開發出了一個解決方案，能夠解決這個令很多人頭痛的問題，目前電子産品産生的熱量太大，無法用現有技術處理。
在2021年11月的一份新聞稿中，普渡大學表示，穆達瓦教授和他的團隊設計了一種電纜，利用液體冷卻的方法，提供比目前市場上最快電動汽車充電器高4.6倍的電流，充電過程将散發24.22千瓦的熱量，該項目由福特公司和普渡大學的研究和開發聯盟資助。
這種新電纜用液體來進行冷卻，然後将液體變成蒸汽。這種用于蒸發液體的元件是革命性的，而用液體冷卻，也使線纜保持相對更輕更細。
要将電動汽車充電時間減少到5分鐘，需要最低1400安培的電流。而根據普渡大學的新聞稿顯示，穆達瓦教授和他的學生已經在實驗室裡證明，他們的電纜可以經受超過2400安培的電流。作為參考，業界最先進的充電器隻能提供高達520安培的電流，而消費者可以使用的大多數充電器所支援的電流都低于150安培。
消除“充電焦慮”
開電動汽車時，人們往往會對電池可行駛距離表示擔憂，這通常被稱為“裡程焦慮”，在電動汽車發展的初期，續航能力一直是人們最擔憂的問題之一。
而随着電動汽車的普及，充電時間又發展成為新的焦慮，這就是人們常說的“充電焦慮”。假如我們正在享受一段快樂的公路旅行，卻因開電動汽車而不得不中途停下來，花30分鐘或更長時間進行充電，那實在是太掃興了。
這項新技術正是為了解決這一問題。它的核心是充電電纜，現在正在實驗室裡進行測試。在未來幾個月裡，穆達瓦教授将研究各種電動汽車的充電速度，并盡可能快地将産品推向市場。
雖然以特斯拉為首的汽車制造商——包括通用汽車、福特汽車和大衆汽車，目前已經在市場上推出了多款純電動汽車，但伴随着美國對基建設施的投入，美國人最愛的皮卡電動版的推出，公共充電站預計将在美國激增。
福特汽車将在2022年春季将向客戶傳遞全電動的F-150 Lightning，通用汽車也計劃在2023年秋季傳遞其全電動的Silverado，這都将大大增加道路上純電動汽車的數量。
與生活息息相關
計算機工程師吉姆·布茨科夫斯基（Jim Buczkowski）是這個聯合研發項目的進階研究員，也是福特公司研究團隊的現任負責人，他在福特進行了40年的電子産品和軟體的開發，包括F-150 Lightning的出世。
他說，在首席執行官吉姆·法利（Jim Farley）的上司下，現在福特正在度過一段特别的、激動人心的旅程。吉姆·法利已經公開承諾要全力以赴向電氣化轉型，在他上任的第一年就投入了數十億美元。
而在談及這項新技術研究時，布茨科夫斯基也表示，快速充電的挑戰絕不是誇大其詞，它與我們的日常生活息息相關。
他說：“充電讓人們在電動汽車行駛過程中不得不暫停。試想一下：第一種情況是，你能在充電1分鐘後接着行駛200公裡；第二種情況是，你的車有800公裡的續航裡程，卻需要停下來花三四個小時甚至10個小時進行充電。你會如何選擇？當我們駕駛燃油車的時候，可是加油2-3分鐘就能再行駛近700公裡的。是以，在路上時間的花費至關重要。”
另一個問題是，即使像油量表一樣在儀表盤螢幕上實時顯示電量，充電需求也是不可預測的，因為電池的電量消耗并不是線性的，它還會受到速度、天氣和地形的影響。
“人們在乎的，不是電池的容量有多大。他們隻想能更快地補能，回到路上行駛。我們現在在做的就是努力，是讓電能更快地進入車輛。”布茨科夫斯基說，“讓電網中的能量更快地進入電池是首要任務，而轉移能量就意味着産生熱量。”
能量如何工作
他繼續解釋了燃油車加油的原理。燃油裡含有一定量的能量，當燃油被點燃時，儲存的能量會被釋放，釋放出來的能量為車輛提供動力，給油箱加油就是給它注入能量。
“而電動汽車的電力是不同的。從電網中擷取電能，将其儲存在動力電池中，再用于驅動為車輛提供動力的電機。”
燃油汽車是靠儲存在燃料液體中的能量運作，而純電動汽車是靠轉移并儲存在電池中的能量來運作。
“當你把插頭連接配接到車輛上時，你實際上是通過電纜把能量從電網轉移到車輛上。”布茨科夫斯基說。
“如果用液體燃料填充油箱，能量轉移到油箱時是沒有任何損失的。”他說，“而當你把能量從電網轉移到電池時，其中一些能量會轉化成熱量，并在這個過程中流失。你向電池傳輸的能量越多、越快，在用來傳輸能量的電纜中産生的熱量就越多。”
在這種情況下，汽車電氣化就需要一種不同的思維方式。這也是為什麼很多工程師花了大把時間試圖減輕車輛的重量，以此實作使用更少的能量。
電池冷卻的必要性
“一般情況下，電動汽車在行駛将近500公裡後，人們就需要充電了。到了充電站，需要花至少20分鐘以上的時間來給汽車充電，這種情況非常令人沮喪。”穆達瓦教授說，“這就是為什麼我們的技術能夠解決很大一部分問題。把時間縮短，更便于管理。如果充電時間隻需要5分鐘，就能夠達到在加油站加油一樣的效率。”
在全世界的公司都在努力改進電池的時候，福特-普渡聯盟反而更專注于電池冷卻。
“我們平常使用的電纜在提供電流時，包括家裡的電線，像手機充電，電腦充電，它們散發出的熱量是有限的，觸摸起來也感覺很溫暖。而這些都是小電池。”穆達瓦教授解釋說。
“如果是簡易的産品應用，熱量沒什麼問題。但如果是巨大的電流從電線到導體，那麼問題就來了。周圍的絕緣層可能被融化，如果不散去一些熱量，就會發生火災甚至更嚴重的事情。”
穆達瓦教授在這一領域享有盛名，他的專長是将大量的熱量和能量從微小的空間轉移出來。他與NASA在空間技術方面有密切合作，例如，為其大型資料中心耗散巨大熱量，以保持系統不會過熱，防止裝置被燒毀。
推向市場
穆達瓦教授目前正在與多家公司洽談，目标是建立由汽車制造商、投資者和政府資助的大規模高科技設施，以測試電池、充電裝置，加速将新技術推向市場的程序。
穆達瓦教授表示：“充電公司幾周來一直在主動接洽。但是很多公司不喜歡披露他們正在研究的東西，是以沒有什麼可用的資訊。事實上，隻有把技術竅門與大學裡的科學和實體學融合在一起時，才能夠相當迅速地得出解決方案。”
緊接着，敲定法律、專利申請、許可和知識産權問題也需要花費時間。
在福特公司的新聞稿中，福特公司電氣化子系統和電源研究部經理泰德·米勒（Ted Miller）說，福特公司在電氣化技術方面擁有2500多項美國專利，還有4000多項專利正在申請中。
挑戰的旅程
福特公司研究和先進工程部能源、推進和可持續發展主任湯姆·麥卡錫（Tom McCarthy）認為，汽車行業在電氣化的發展道路上正在推動性能極限，熱管理也變得更具挑戰性。
他說：“如果我們能克服傳熱問題，就能獲得更快的充電速度。這是一種行業的自我挑戰：有哪些技術突破可以讓我們達到更高的水準？同時這也是一個積極的、令人興奮的旅程，去發現各種可能性，尋找答案，做從未有人做到過的事情。”