Zpět

Speciální technologie chlazení původně navržená pro NASA by mohla usnadnit ultra rychlé nabíjení a minimalizovat investice do infrastruktury.

Zpráva ze srpna 2022 zadaná Fuels Institute odhaduje, že prodej nových elektrických vozidel (EV) v USA dosáhne do roku 2030 2,8 milionu. To by se ve stejném roce promítlo na 18,1 milionu elektromobilů v celostátním provozu.

Mezinárodní energetická agentura (IEA) v současnosti doporučuje poměr jedné nabíječky na každých deset vozidel. Na brífinku v Bílém domě v červnu 2022 se však Biden-Harrisova administrativa zavázala vybudovat během příštích sedmi a půl roku novou síť s pouhými 500 000 nabíječkami. V kombinaci se 47 000 stávajícími nabíjecími místy by to představovalo pouze 30 % optimální kapacity. Jak může infrastruktura při takovém deficitu adekvátně podporovat větší zavádění elektromobilů?

Od ISS po elektromobily

Issam Mudawar, profesor strojního inženýrství na Purdue University, říká, že spolupráce jeho týmu s NASA by mohla nabídnout řešení.

„Od roku 2011 NASA hodně investovala do našeho konceptu experimentu s průtokovým varem a kondenzací (FBCE),“ říká. Samotný FBCE zahrnuje zařízení ohřívající průtokový kanál obsahující chladicí kapalinu do bodu, kdy se vaří a vypařuje. Kapalina je v podchlazeném stavu (pod jejím běžným bodem varu) a drobné bublinky vzniklé během procesu neustále nasávají tekutinu z vnitřního kanálu ke stěnám kanálu. To umožňuje systému odvádět velké množství tepla z malých ploch. „První modul FBCE jsme dodali v srpnu 2021 a testování bylo úspěšně provedeno ve 2. čtvrtletí roku 2022,“ říká. Původní aplikace této technologie měla usnadnit rychlé přenosy energie na palubě Mezinárodní vesmírné stanice (ISS).

Ačkoli byl FBCE původně vyvinut pro vesmírné aplikace, jeho potenciál v automobilovém průmyslu byl brzy rozpoznán. „Ford nás oslovil, abychom probrali řadu projektů. Jedním z nich bylo zkoumání způsobů, jak zlepšit dodávku energie do elektrických vozidel: nejpokročilejší nabíječky jsou dnes omezeny na 500 A, což poskytuje dobu plného nabití přesahující 20 minut, což je příliš pomalé pro většinu silničních aplikací,“ vysvětluje Mudawar. Další výzkum jeho týmu potvrdil, že pomalé nabíjení nepříznivě ovlivnilo pocity spotřebitelů: „Ve skutečnosti to byl bod lítosti nad vlastnictvím EV.“

Změna v nabíjení

Mudawar a jeho tým následně vyvinuli zařízení pro testování FBCE v kontextu nabíjení EV. Nevodivá (dielektrická) kapalina se používá tak, aby chladicí kapalina mohla být v přímém kontaktu s baterií, aniž by došlo k poškození součástí. Aby se doby plného nabití zkrátily do pěti minut, musely by systémy poskytovat proud 1 400 A. Mudawar odhaluje, že použití principů podchlazeného průtokového varu může zvýšit tento proud alespoň na 2 400 A a zkrátit dobu nabíjení na pouhé tři minuty – „a to v žádném případě není limit“.

Profesor Issam Mudawar (uprostřed) a jeho studenti

Celkově by toto zvýšení kapacity, široce uplatňované, umožnilo dobíjení o 460 % rychleji než použití nejrychlejšího nabíjecího bodu z roku 2022. Podle Mudawara, pokud by se toto stalo novým průměrem, snížila by se potřeba rozšiřovat počet stanic: „Všude je enormní tlak na budování nových dobíjecích stanic, ale obávám se, že většina by mohla být zastaralá během dvou nebo tří let. .“

Celkově by umožnilo dobíjení o 460 % rychleji v porovnání s nejrychlejší nabíječkou současnosti. Podle Mudawara, pokud by se toto stalo novým standardem, snížila by se potřeba rozšiřovat počet stanic: „Všude je enormní tlak na budování nových dobíjecích stanic, ale obávám se, že většina by mohla být zastaralá během dvou nebo tří let.“

Tento problém pokračuje a není široce diskutován v automobilové komunitě, která zůstává zaměřena na pouhé rozšíření stávající infrastruktury. Současná generace 500A nabíječek by však vyžadovala nákladné dovybavení, včetně kabelů a vnitřních součástí, aby pojala proud 2 400 A. Rozprostřeno ve velké síti by to bylo neúměrně drahé a časově náročné. Nicméně začleněním zjištění Purdue University do výstavby nových jednotek Mudawar odhaduje, že množství nabíječek potřebných v USA by se mohlo snížit o 400 %. Při použití odhadu Fuel Institute 18,1 milionu funkčních EV do roku 2030 by to znamenalo 450 000 nabíječek po celé zemi.

Výzvy

Snahy o zavedení této formy ultrarychlého nabíjení komplikuje množství konfigurací baterií používaných v současných EV. Škodlivý účinek nabíjení lithium-iontové baterie na 100 % je dobře znám, ale přesvědčivý důkaz, že rychlé nabíjení dlouhodobě poškozuje nebo nepoškozuje články, musí být ještě stanoven. Podobně nejasný je vliv na výkon u nových konfigurací, jako je sodík-iont, hořčík-iont nebo zinek-iont.

Jako další krok se proto tým na Purdue University snaží spolupracovat s výrobci baterií na experimentálním ověřování průtokového varu a kondenzace. „Chlazení baterie musí být překonfigurováno v závislosti na použitých materiálech a konstrukci. Odvod tepla bude největší výzvou elektrifikace,“ říká Mudawar. Tato výzva je rozdělena do dvou oblastí: vnitřní komponenty (vstupní zástrčka, baterie a motor) a vnější komponenty (nabíjecí stanice, kabel a zástrčka). Problémy tepelného hospodářství musí být vyřešeny pro každý z nich současně.

„Dalším problémem je, že tomuto odvětví chybí odborné znalosti, pokud jde o elektromobily,“ dodává. Tento problém je způsoben především rychlým tempem elektrifikace v posledním desetiletí a lze jej vidět na globální úrovni – britský institut automobilového průmyslu předpovídá, že poptávka po technicích do roku 2027 převýší nabídku. Mudawar věří, že bude nezbytné podpořit zaměření na tuto technologii na univerzitní úrovni – Purdue žádá své vysokoškoláky, aby vytvořili prototyp řešení tepelného managementu elektromobilů.

Na závěr Mudawar zdůrazňuje důležitou roli, kterou mohou sehrát vlády v tom, aby se tříminutové nabíjení stalo široce dostupnou realitou. Sektor elektromobilů se vyznačuje rozmanitou škálou zúčastněných stran, od OEM a utilitních společností po výzkumné univerzity a malé a střední podniky. Každý, jak navrhuje, drží kousek skládačky a jejich spolupráce musí být usnadněna všude, kde je to možné. „USA mají několik programů na federální a státní úrovni, jako je grant Small Business Innovation Research (SBIR), který by to mohl umožnit. Cílem by mělo být umožnit i velmi malým společnostem mít velký vliv na tyto špičkové projekty.“

 

Zdroj: automotiveworld.com