L’université Purdue et Ford sur la piste d’un câble de recharge ultra-rapide

Les chercheurs de Ford et de l’université Purdue ont inventé une méthode de refroidissement liquide-vapeur de câble de recharge, en instance de brevet. Selon le laboratoire, avec ce système, ce câble pourrait recharger un véhicule électrique en 5 minutes.
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Université Purdue et Ford développent un câble de recharge
© Purdue University-Jared Pike

Ford et l’université Purdue ont breveté aux États-Unis certaines de leurs recherches sur le développement d’un câble de recharge ultra-rapide. Celui-ci pourrait à terme, « recharger un véhicule électrique aussi rapidement qu’un véhicule thermique lors d’un plein de carburant en station-service », avancent les chercheurs.

Car actuellement, on en est pas encore là. Le temps de recharge d’un véhicule électrique (VE) peut varier de 20 minutes à plusieurs heures en fonction des caractéristiques techniques d’un chargeur et du véhicule. Un temps que certains conducteurs souhaiteraient raccourcir, d’après une enquête 2021 du fournisseur de solutions de recharge NewMotion.

En effet, « les chargeurs sont aujourd’hui limités à la vitesse de charge à laquelle peut se charger la batterie d’un VE, en raison du risque de surchauffe de ses composants. Pour charger un VE plus rapidement, un courant plus fort doit traverser le câble de charge », indique Michael Degner, responsable technique senior de Ford Research and Advanced Engineering.

Une nouvelle méthode de refroidissement…

Ainsi, pour dissiper cette chaleur générée par les fils électriques, une borne a besoin de systèmes de refroidissement. Concernant les bornes, du refroidissement sous forme liquide est souvent utilisé. Cependant, « les systèmes de refroidissement que les chargeurs utilisent actuellement n’enlèvent qu’une quantité limitée de chaleur », observe l’université Purdue. C’est pourquoi les chercheurs de Ford et de l’université Purdue ont potassé le sujet.

Ils ont ainsi développé une méthode de refroidissement alternative en transformant le liquide de refroidissement, circulant habituellement dans un câble de recharge, en vapeur. Plus précisément, dans cette technologie, le liquide se présente comme un agent de refroidissement « actif », c’est-à-dire que ce liquide capte de la chaleur lorsqu’il est bouili en vapeur.

« En capturant la chaleur sous forme liquide et gazeuse, un système de refroidissement liquide-vapeur peut éliminer au moins 10 fois plus de chaleur qu’un refroidissement liquide pur », explique le professeur. Ce système de refroidissement aurait ainsi l’avantage d’utiliser des fils électriques de diamètre plus petit à l’intérieur du câble de charge tout en dissipant un courant plus élevé.

Ses avancées sont relatées dans l’International Journal of Heat and Mass Transfer sous forme de deux articles : l’un sur la démonstration expérimentale en juin 2021 et l’autre sur la méthode de refroidissement du câble en août 2021.

Université Purdue et Ford développent un câble de recharge
© Purdue University-Jared Pike

… pour augmenter le courant passant dans un câble

À travers plusieurs tests, ils ont ensuite démontré que leur câble prototype supporte un courant de plus de 2 400 A. « Un courant bien au-delà du minimum de 1 400 A qui serait nécessaire pour réduire le temps de charge des gros véhicules électriques commerciaux à cinq minutes. Les chargeurs les plus avancés de l’industrie ne délivrent que des courants allant jusqu’à 520 A, et la plupart des chargeurs disponibles pour les consommateurs prennent en charge des courants inférieurs à 150 A », détaillent les chercheurs de Ford et de l’université Purdue.

« Ce câble de charge peut fournir un courant 4,6 fois supérieur à celui des chargeurs de VE les plus rapides disponibles sur le marché en éliminant jusqu’à 24,22 kW de chaleur », précise Issam Mudawar.

Université Purdue câble de recharge
D’après les recherches du professeur Mudawar et ses étudiants de l’Université Purdue, le prototype supporte un courant de plus de 2 400 ampères. Comparativement, selon une étude des chargeurs disponibles sur le marché, les bornes de recharge plus avancées de l’industrie ne délivrent que des courants allant jusqu’à 520 A tandis que la plupart des chargeurs du réseau de recharge existant ne prennent en charge que des courants inférieurs à 150 A. Une version de ce graphique apparaît dans un article à comité de lecture publié dans l’International Journal of Heat and Mass Transfer. © Purdue University-Issam Mudawar

Ce futur câble pourrait ainsi réduire le temps moyen de charge des véhicules électriques. « Ce temps de charge dépendra néanmoins de la puissance nominale de sortie de l’alimentation et du câble, ainsi que de la puissance nominale d’entrée de la batterie du véhicule électrique, complète Issam Mudawar. Pour obtenir une charge inférieure à cinq minutes, ces trois composants devront être évalués à 2 500 A. »

De prochains tests de recharge de véhicules électriques

Cependant le concept n’a pas encore été testé sur de véritables véhicules électriques. Le laboratoire envisage ainsi de développer des partenariats avec les fabricants de VE et de bornes afin de réaliser des tests de vitesses de charge sur différents modèles au cours des deux prochaines années.