(图片来源:NASA)
采用美国宇航局最新开发的太空技术,以及普渡大学(Purdue University)正在申请专利的充电站电缆,可能改变电动汽车快充领域的游戏规则。
NASA未来太空任务需要用到复杂的系统(比如用于月球、火星任务的核裂变动力系统,以及在航天器上提供热控制和先进生命保障的系统),而这些系统必须保持特定的温度才能运行。由NASA生物与物理科学部赞助的团队正在开发一项新技术,不仅可在传热方面实现数量级提升,使这些系统在太空中保持适当温度,而且能大幅降低硬件的尺寸和重量。更重要的是,在地球上应用该技术,可以促进电动汽车的发展。利用普渡大学Issam Mudawar教授领导的团队开发的流动沸腾和冷凝实验(FBCE),可在国际空间站的长期微重力环境中进行两相渗流和传热实验。
流动过冷沸腾(Subcooled flow boiling)
FCBE中的流动沸腾模块包括沿流动通道壁安装的发热装置,以及以液态供应到该流动通道中的冷却剂。随着设备升温,通道中的液体温度升高,最终通道壁附近的液体开始沸腾,并在壁上形成小气泡。这些小气泡以高频率离开通道壁,不断地从通道的内部区域向通道壁吸入液体。
这一过程利用液体较低的温度和随后的液体-蒸汽相变化,有效传递热量。当供应到通道的液体处于过冷状态(即远低于沸点)时,这一过程将大大改善。与其他方法相比,新的“流动过冷沸腾”技术大大提高了传热效率,并可用于控制未来太空系统的温度。
FBCE实验的有关结果将有利于未来空间系统的温控设计。另外,这项技术也可以在地球上得到应用,比如用于电动汽车。
将流动过冷沸腾技术应用于电动汽车
目前,电动汽车的充电时间差别很大,从20-50分钟到数小时不等。对于考虑购买电动汽车的人来说,充电时间长和充电桩的便利性是主要影响因素。
在电动汽车充电系统中,充电电缆的末端有一个插头,可插入车辆的充电口。通过充电电缆,可将电流输送到汽车内部的电池,为电动机提供动力。在这一过程中,通过导体的电流越大,所产生的热量就越大。充电站的导线通常由一束电线组成,受温度限制,传统350A快充系统的充电电缆需要相当大的导线,因此相当笨重,不便于操作。大型充电连接器和液体冷却剂(流经电缆以散热)也增加了电缆的重量。
将电动汽车的充电时间减少到5分钟,充电系统需要提供1400A的电流。目前,领先充电器最高提供520A的电流,大多数用户使用的充电器仅支持150A以下的电流。比起当前系统,1400A的充电系统将产生更多的热量,因此需要改进温控方法。
最近,Mudawar的团队将NASA FBCE实验中的“流动过冷沸腾”原理,应用到电动汽车的充电过程。利用这种新技术,介电(非导电)液体冷却剂被泵入充电电缆,以吸收由载流导体产生的热量。
通过流动过冷沸腾技术,可以去除高达24.22kW的热量,提供相当于目前市场上最快的电动汽车充电器4.6倍的电流。普渡的充电电缆可以提供2400A的电流,远超过将电动汽车充电时间缩短到5分钟所需的1400A。这项新技术的应用,将大幅缩短电动汽车的充电时间,促进电动汽车的发展。
原标题: NASA太空冷却技术 可将电动汽车充电时间缩短至五分钟