普渡大学的工程师发明了一种新的、正在申请专利的充电站电缆，可以在五分钟内为某些电动汽车充满电——大约与加满油箱所需的时间相同。

今天，由于过热的危险，充电器在为电动汽车电池充电的速度方面受到限制。为了更快地为电动汽车充电，需要通过充电电缆传输更高的电流。电流越高，必须去除更多热量以保持充电电缆正常运行。充电器目前使用的冷却系统只能带走这么多热量。

普渡大学的研究人员使用另一种冷却方法设计了一种充电电缆，通过去除高达 24.22 千瓦的热量，其电流是当今市场上最快的可用电动汽车充电器的 4.6 倍。该项目由福特汽车公司和普渡大学之间的研发联盟资助。

如今，电动汽车的充电时间变化很大，从路边充电站的 20 分钟到使用家庭充电站的数小时。等待时间和充电器位置都被认为是考虑拥有电动汽车的人的主要焦虑来源。

“我的实验室专门针对产生的热量远远超出当今技术去除能力的情况提出解决方案，”普渡大学的 Betty Ruth 和 Milton B. Hollander 家庭机械工程教授 Issam Mudawar 说。

福特充电、能源服务和业务发展总监马特·斯托弗 (Matt Stover) 表示：“福特致力于简化向电气化的过渡。“我们很高兴支持普渡大学的研究，它有可能使电动汽车和商业车队的所有权更具吸引力和可及性。”

尽管原型尚未在电动汽车上进行测试，但 Mudawar 和他的学生在实验室中证明，他们的原型可容纳超过 2,400 安培的电流——远远超过了减少大型商用电动汽车充电时间所需的 1,400 安培的最小值到五分钟。业内最先进的充电器仅提供高达 520 安培的电流，而大多数消费者可用的充电器支持低于 150 安培的电流。

最终，充电时间将取决于电源和充电电缆的额定功率输出以及电动汽车电池的额定输入功率。要获得低于 5 分钟的充电时间，所有三个组件都需要达到 2,500 安培的额定电流。

该原型还模仿了真实世界充电站的所有特征：它包括一个泵、一根与实际充电电缆直径相同的管、相同的控制和仪表，并且具有相同的流速和温度。

Mudawar 的实验室打算与电动汽车或充电电缆制造商合作，在未来两年内在电动汽车上测试原型。测试将确定有关特定电动汽车型号充电速度的更多细节。

去除更多热量以缩短电动汽车充电时间

电动汽车充电站和其他类型的电子设备依靠液体冷却系统来去除电线内的热量。使用这种方法增加通过充电电缆的电流将需要更大的导线和更多的液体冷却剂，从而使电缆更重且客户难以处理。

在过去的 37 年里，Mudawar 一直在通过利用液体在沸腾成蒸汽时如何捕获热量来开发更有效地冷却电子设备的方法。通过以液体和蒸汽形式捕获热量，液体到蒸汽冷却系统可以去除比纯液体冷却至少多 10 倍的热量。

这些冷却优势使得在充电电缆内使用更小的线径成为可能，同时耗散更高的电流。关于该团队对充电电缆原型及其使用的冷却方法的实验演示的研究论文已发表在《国际传热传质杂志》（“综合理论/经验预测方法，用于环中过冷流沸腾，参考热管理”超快速电动汽车充电电缆”）。

尽管对液体到蒸汽冷却进行了数十年的研究，但还没有任何行业开始使用这些系统，因为需要像 Mudawar 实验室进行的那些研究来了解如何最好地实施该技术。

“该行业在从纯液体冷却转向液相变冷却所需的知识和专业知识方面存在差距。你是如何设计系统的？你使用什么类型的方程来优化它？但我们确实通过广泛的研究掌握了这些知识，”Mudawar 说。

超越电动汽车：飞机和航天器

根据 Mudawar 和他的学生从他们原型的实验演示中观察到的，液体到蒸汽冷却在去除大量热量方面非常有效，使用这种技术，电动汽车可以在不到五分钟的时间内充电。

“该行业并不真正需要电动汽车的充电速度超过 5 分钟，但我们认为我们可以通过修改流入液体的状态和充电电缆中导线周围冷却空间的设计来进一步增加电流，”穆达瓦尔说。

Mudawar 对原型机比其他充电器去除更多热量的能力并不感到惊讶。“我的实验室已经开发出使用液相变化技术的解决方案，适用于许多应用，包括航空航天和国防。我们知道这项技术有多么强大，”他说。

与 EV 充电电缆原型类似，Mudawar 实验室为飞机设计的系统允许航空电子设备散发大量热量，从而提高其性能。Mudawar 还拥有由 NASA 资助的项目，以提高火箭发动机和航天器的冷却能力。