Kendaraan listrik dapat terisi penuh dalam waktu kurang dari 5 menit dengan desain kabel stasiun pengisian baru – Majalah Time.com

Insinyur Universitas Purdue telah menemukan kabel stasiun pengisian baru yang sedang dipatenkan yang akan mengisi penuh kendaraan listrik tertentu dalam waktu kurang dari lima menit – kira-kira sama dengan waktu yang dibutuhkan untuk mengisi tangki bensin.

Saat ini, pengisi daya terbatas dalam seberapa cepat mereka dapat mengisi baterai EV karena bahaya panas berlebih. Untuk mengisi daya EV lebih cepat, arus yang lebih tinggi perlu mengalir melalui kabel pengisi daya. Semakin tinggi arus, semakin besar jumlah panas yang harus dikeluarkan untuk menjaga kabel pengisian tetap beroperasi. Sistem pendingin yang digunakan pengisi daya saat ini hanya menghilangkan begitu banyak panas.

Dengan menggunakan metode pendinginan alternatif, peneliti Purdue merancang kabel pengisi daya yang dapat mengalirkan arus 4,6 kali lipat dari pengisi daya EV tercepat yang tersedia di pasaran saat ini dengan mengeluarkan hingga 24,22 kilowatt panas. Proyek ini didanai oleh aliansi penelitian dan pengembangan antara Ford Motor Co. dan Purdue.

Waktu pengisian kendaraan listrik dapat sangat bervariasi saat ini, dari 20 menit di stasiun di sepanjang jalan raya hingga berjam-jam menggunakan stasiun pengisian di rumah. Waktu tunggu dan lokasi pengisi daya keduanya disebut-sebut sebagai sumber kecemasan utama bagi orang-orang yang mempertimbangkan kepemilikan kendaraan listrik.

“Laboratorium saya mengkhususkan diri dalam menghasilkan solusi untuk situasi di mana jumlah panas yang dihasilkan jauh di luar kemampuan teknologi saat ini untuk menghilangkannya,” kata Issam Mudawar, Betty Ruth dan Profesor Keluarga Milton B. Hollander dari Teknik Mesin Purdue Family.

“Ford berkomitmen untuk membuat transisi ke elektrifikasi menjadi mudah,” kata Matt Stover, direktur pengisian, layanan energi, dan pengembangan bisnis di Ford. “Kami senang mendukung penelitian Purdue, yang berpotensi membuat kepemilikan kendaraan listrik dan armada komersial lebih menarik dan mudah diakses.”

Meskipun prototipe belum diuji pada EV, Mudawar dan murid-muridnya menunjukkan di lab bahwa prototipe mereka mengakomodasi arus lebih dari 2.400 ampere – jauh melampaui minimum 1.400 ampere yang diperlukan untuk mengurangi waktu pengisian daya untuk EV komersial besar. sampai lima menit. Pengisi daya paling canggih di industri hanya menghasilkan arus hingga 520 ampere, dan sebagian besar pengisi daya yang tersedia untuk konsumen mendukung arus kurang dari 150 ampere.

Pada akhirnya, waktu pengisian daya akan bergantung pada peringkat output daya dari catu daya dan kabel pengisian daya, dan peringkat input daya baterai EV. Untuk mendapatkan pengisian daya di bawah lima menit, ketiga komponen perlu diberi nilai hingga 2.500 ampere.

Prototipe juga meniru semua ciri stasiun pengisian dunia nyata: Ini termasuk pompa, tabung dengan diameter yang sama dengan kabel pengisian yang sebenarnya, kontrol dan instrumentasi yang sama, dan memiliki laju aliran dan suhu yang sama.

Laboratorium Mudawar bermaksud untuk bekerja dengan EV atau produsen kabel pengisian daya untuk menguji prototipe pada EV dalam dua tahun ke depan. Pengujian akan menentukan detail lebih lanjut tentang kecepatan pengisian daya untuk model EV tertentu. Sebuah video tentang proyek ini tersedia di YouTube.

Menghapus lebih banyak panas untuk mempersingkat waktu pengisian EV

Stasiun pengisian EV dan jenis elektronik lainnya mengandalkan sistem pendingin cair untuk menghilangkan panas dari dalam kabelnya. Meningkatkan arus melalui kabel pengisian menggunakan metode ini akan membutuhkan kabel konduktif yang lebih besar dan lebih banyak cairan pendingin, membuat kabel lebih berat dan sulit ditangani pelanggan.

Selama 37 tahun terakhir, Mudawar telah mengembangkan cara untuk mendinginkan elektronik secara lebih efisien dengan memanfaatkan bagaimana cairan menangkap panas saat direbus menjadi uap. Dengan menangkap panas dalam bentuk cair dan uap, sistem pendingin cair-ke-uap dapat menghilangkan panas setidaknya 10 kali lebih banyak daripada pendinginan cair murni.

Manfaat pendinginan ini memungkinkan untuk menggunakan diameter kawat yang lebih kecil di dalam kabel pengisi daya sambil menghilangkan arus yang lebih tinggi. Makalah penelitian tentang demonstrasi eksperimental tim prototipe kabel pengisian dan metode pendinginan yang digunakannya telah diterbitkan dalam International Journal of Heat and Mass Transfer.

Kabel pengisian prototipe yang dikembangkan Purdue dapat menampung arus listrik yang jauh lebih tinggi daripada pengisi daya kendaraan listrik berperforma tertinggi di industri. Versi bagan ini muncul dalam makalah peer-review yang diterbitkan dalam International Journal of Heat and Mass Transfer. (Gambar Universitas Purdue/Issam Mudawar)

Terlepas dari penelitian selama puluhan tahun tentang pendinginan cair-ke-uap, belum ada industri yang mulai menggunakan sistem ini karena studi seperti yang dilakukan oleh lab Mudawar diperlukan untuk memahami cara terbaik menerapkan teknologi tersebut.

“Industri memiliki kesenjangan dalam pengetahuan dan keahlian yang dibutuhkan untuk beralih dari pendinginan cairan murni ke pendinginan perubahan fase cair. Bagaimana Anda merancang sistem? Jenis persamaan apa yang Anda gunakan untuk mengoptimalkannya? Tetapi kami memiliki pengetahuan ini melalui penelitian ekstensif kami, ”kata Mudawar.

Di luar EV: pesawat dan pesawat ruang angkasa

Berdasarkan apa yang Mudawar dan murid-muridnya amati dari demonstrasi eksperimental prototipe mereka, pendinginan cair-ke-uap sangat efektif untuk menghilangkan panas dalam jumlah besar sehingga EV dapat mengisi daya dalam waktu kurang dari lima menit menggunakan teknologi ini.

“Industri tidak benar-benar membutuhkan EV untuk mengisi daya lebih cepat dari lima menit, tetapi kami pikir kami dapat meningkatkan arus lebih banyak lagi dengan memodifikasi keadaan cairan yang masuk dan desain ruang pendingin di sekitar kabel konduktor di kabel pengisian daya. ,” kata Mudawar.

Kemampuan prototipe untuk menghilangkan panas jauh lebih banyak daripada pengisi daya lainnya tidak mengejutkan Mudawar. “Laboratorium saya telah mengembangkan solusi menggunakan teknologi perubahan fase cair untuk banyak aplikasi, termasuk di bidang kedirgantaraan dan pertahanan. Kami tahu seberapa mampu teknologinya,” katanya.

Mirip dengan prototipe kabel pengisian EV, sistem yang telah dirancang oleh lab Mudawar untuk pesawat terbang memungkinkan avionik menghilangkan panas dalam jumlah besar, meningkatkan kinerjanya. Mudawar juga memiliki proyek yang didanai oleh NASA untuk meningkatkan kemampuan pendinginan mesin roket dan pesawat ruang angkasa.

Para peneliti telah mengajukan permohonan paten untuk penemuan kabel pengisi daya mereka melalui Kantor Komersialisasi Teknologi Purdue Research Foundation dan mencari mitra industri tambahan untuk melanjutkan pengembangan teknologi.

Referensi:

1. VS Devahdhanush, dkk. “Investigasi eksperimental aliran subcooled mendidih di annuli dengan mengacu pada manajemen termal kabel pengisian kendaraan listrik ultra-cepat“. Jurnal Internasional Perpindahan Panas dan Massa, 172, 121176 (2021).
2. VS Devahdhanush, dkk. “Metode prediksi teoritis/empiris terkonsolidasi untuk aliran subcooled yang mendidih di annuli dengan mengacu pada manajemen termal kabel pengisian kendaraan listrik ultra-cepat“. Jurnal Internasional Perpindahan Panas dan Massa, 175, 121224 (2021).

Sumber: Universitas Purdue, oleh Kayla Wiles.