CN105845271A - 一种高温超导充电电缆 - Google Patents

Abstract

一种高温超导充电电缆，用于电动汽车的充电桩，包括超导电缆和液氮系统；超导电缆包括输入插头、输出插头和电缆线，液氮系统包括储液罐和输液管,输液管与输入插头对接。电缆线包括外护套和套装在其內部的主电源线；主电源线包括由內向外套装的超导体、热绝缘套管和电绝缘套管；液氮由输入插头引入主电源线内，与超导体表面直接接触或通过导热材料间接接触。超导体用高温超导材料制成，其临界超导温度在77K以上，将其浸入液氮中时其电阻消失。超导体与常温导体通过导电隔热材料互相连接。本发明大幅度降低充电电缆的电阻，为充电桩缩短电动车的充电时间提供了最大的可能性，为节能环保的电动汽车的迅速普及推广突破了技术装备的瓶颈。

Description

一种高温超导充电电缆

技术领域

本发明涉及电动汽车的充电桩用的充电电缆，特别是能大大缩短充电时间的快充电缆。

背景技术

电动汽车是一种即节能又环保的现代新能源交通工具，在当今世界得到迅猛发展，电动汽车的销量成几何级数增师长，充电桩像雨后春笋一样遍地林立，但电动汽车目前仍远未普及，影响其广泛推广应用的技术瓶颈在于充电远比加油费时费工，一般小汽车充电一次最快也得半小时，使得现代生活节奏特快、分秒必争的人不敢使用电动汽车。为突破这一瓶颈，业界出现了很多快充充电桩，而快充充电桩的各技术环节中，快充电缆又是技术关节。现有各种快充电缆都是在常规技术中想办法，如攺善电缆散热条件，提高导体导电率等，这些常规技术经多年发展，己达到尽善尽美的地步，将充电时间缩短一半已到了极限，与几分钟的加油时间相比还有很大的差距。

发明内容

发明目的

为突破电动汽车推广应用的技术瓶颈，解决充电费时的难题，提供一种具有超大载流能力的充电电缆，以便大幅度缩短电动汽车的充电时间。

发明方法

提供一种高温超导充电电缆，其特征在于：包括超导电缆10和液氮系统20；超导电缆10包括输入插头11、输出插头12和电缆线13，输入插头11、输出插头12固定地连接在电缆线13的两端; 液氮系统20包括储液罐21和输液管22,输液管22与输入插头11对接。

所述超导电缆10的电缆线13包括外护套135和套装在其內部的主电源线131；主电源线131包括由內向外套装的超导体1312、热绝缘套管1311和电绝缘套管1313；超导体1312为多股绞合线缆或网管状线缆，它们的表面与液氮系统20的液氮直接接触或通过导热材料间接接触。

所述超导电缆10的输入插头11包括输入插头体112和电源插头113；输入插头体112与电缆线13的外护套135固定连接；电源插头113內端分别与各主电源线131的超导体1312的端部良好地电连接。

所述输入插头11还包括液氮输入管111和排气阀114，所述液氮输入管111为中空管状，外端与液氮系统20的输液管22连通，內端设有径向孔1111与所述超导体1312內孔连通，将液氮引入超导体1312孔內。用于电压较高的充电桩，液氮输入管111中空管內还设置转阀1112, 用以控制其径向孔1111的通断，当排气阀114有液氮溢出时，关闭转阀1112，切断液氮输出通道，同时也可防止液氮中有微弱电流通过。

所述电源插头113外端中心有通孔将所述排气阀114的排气孔与大气连通，排气阀114的进气孔和热电绝缘套管136內部空隙连通。少量液氮汽化时，压力升高，以气态或气液共存态进入热电绝缘套管136內部空隙，再经排气阀114、电源插头113外端中心孔排入大气，以免压力进一步上升，同时也可冷却电源插头。

作为另一优选设计方案，将液氮直接从电源插头113引入，为此，在输入插头11的电源插头113中心设置通孔，其外端与液氮系统20的输液管22连通，內端与所述超导体1312的內孔连通。

所述超导电缆10的输出插头12包括输出插头体122、电源输出插头123和排气阀114；输出插头体122与电缆线13的外护套135固定连接；电源输出插头123內端分别与各主电源线131的超导体1312的端部良好地电连接，外端中心有通孔将所述排气阀114的排气孔与大气连通，排气阀114的进气孔和热电绝缘套管136內部空隙连通。

所述电源插头113和电源输出插头123用导电率高的常温导电材料铜或银制作，它们与超导体1312的端部的电连接采用直接接触连接或通过中间过渡套1316接触连接，中间过渡套1316用氧化锡锑或其它导电隔热材料制作，这种材料虽然成本较高，但可大幅度减少从常温导电材料制成的插头传入液氮的热量，从而减少液氮的消耗量。

所述超导体1312为用丝状或带状高温超导材料编织而成的网管，所述高温超导材料为临界超导温度在77K以上的钇－钡－铜－氧系材料或铊－钡－钙－铜－氧系材料，这种材料浸入77K（－196℃）的液氮中其电阻消失。

为保持超导体1312呈管状，在其內孔设置可弯曲的柔性支架，柔性支架为螺旋管弹簧1314或波纹管1315，用铍青铜或其它弹性好的材料制成，使用时其空隙內充滿液氮23。

所述储液罐21为保温压力容器，罐壁为真空夹层结构。为保持罐內一定的力，需在液氮系统20內设置一个卸圧阀24,与输液管22一并安装在储液罐21的罐口塞內。卸圧阀24的开启压力设定在0.05MPa以下。超导电缆10的排气阀114的设定压力应略小于卸圧阀24的开启压力。

发明的有益效果

大幅度降低充电电缆的电阻，为充电桩缩短电动车的充电时间、实现真正意义上的快充提供了最大的可能性，为节能环保的电动汽车的迅速普及推广突破了技术装备的瓶颈，此外，也大大减小了电缆的直径和重量，使用更方便。

附图说明

图1为实施例1的超导电缆10的横截面示意图。

图2为实施例1的输入插头11的轴截面示意图。

图3为实施例1的输出插头12的轴截面示意图。

图4为实施例1的液氮系统20的示意图。

图5为实施例2的超导电缆10a的横截面示意图。

图6为实施例2的输入插头11a的轴截面示意图。

图7为实施例2的输出插头12a的轴截面示意图。

图8为实施例3的输入插头的轴截面示意图。

图9为实施例3的输出插头的轴截面示意图。

图10为实施例4的多股绞合电缆线13d的横截面示意图。

图11为实施例4的输入插头的轴截面示意图。

图12为实施例4的输出插头的轴截面示意图。

实施例1

如图1、2、3、4所示。一种高温超导充电电缆，包括超导电缆10和液氮系统20；超导电缆10包括输入插头11、输出插头12和电缆线13，输入插头11、输出插头12固定地连接在电缆线13的两端; 液氮系统20包括储液罐21和输液管22,输液管22与输入插头11对接。储液罐安装在充电桩00内。

所述超导电缆10的电缆线13包括外护套135和套装在其內部的3根主电源线131，通常还需2根通讯线134、2根辅助电源线133，3根主电源线包括火线、零线和地线各一根，通讯线134用于电连接确认和充电通讯；主电源线131包括由內向外套装的超导体1312、热绝缘套管1311和电绝缘套管1313，为加强热电绝缘，紧帖外护套135內壁还设置有热电绝缘套管136；超导体1312为网管状线缆，它们的內表面与液氮系统20的液氮直接接触。

所述超导电缆10的输入插头11包括输入插头体112和3根电源插头113；输入插头体112与电缆线13的外护套135固定连接；电源插头113內端分别与各主电源线131的超导体1312通过中间过渡套1316紧密连接，中间过渡套1316用氧化锡锑或其它导电隔热材料制作，即保证良好的导电性，又能隔绝电源插头的热量向超导体1312传导。目前较好的导电隔热材料氧化锡锑的制备方法巳在上海师范大学的201410629024.3号发明专利中公开，用它可大幅度减少从常温导电材料制成的插头传入液氮的热量，从而减少液氮的消耗量。

所述输入插头11还包括液氮输入管111和排气阀114，所述液氮输入管111为中空管状，外端与液氮系统20的输液管22连通，內端设有径向孔1111与所述超导体1312內孔连通，将液氮引入超导体1312孔內。用于电压较高的充电桩，液氮输入管111中空管內还设置转阀1112 用以控制其径向孔1111的通断，当排气阀114有液氮溢出时，人工或自动关闭转阀1112，切断液氮输出通道，此外，如果液氮中有杂质绝缘性较差时也可防止液氮中有微弱电流通过。

输入插头11內发热时会有少量液氮汽化，使其压力升高，需要设置排气阀114限压，排气阀114的进气孔和热电绝缘套管136內部空隙连通。电源插头113外端中心也需设置通孔将所述排气阀114的排气孔与大气连通。受热的液氮以气态或气液共存态进入热电绝缘套管136內部空隙，再经排气阀114、电源插头113外端中心孔排入大气，以免压力进一步上升，同时也能带走电源插头113的热量，将其冷却降温。

所述超导电缆10的输出插头12包括输出插头体122、电源输出插头123和排气阀114；除不需液氮输入管111以外，其它结构与输入插头11相同。

所述电源插头113和电源输出插头123用导电率高的常温导电材料铜或银制作，常用的是铜，条件允许时最好用银。

所述超导体1312为用丝状或带状高温超导材料编织而成的网管，所述高温超导材料为临界超导温度在77K以上的钇－钡－铜－氧系材料或铊－钡－钙－铜－氧系材料，这种材料浸入77K（－196℃）的液氮中其电阻消失。

为保持超导体1312呈圆管状，在其內孔设置可弯曲的柔性支架，柔性支架为螺旋管弹簧1314，用铍青铜或其它弹性好的材料制成，使用时其空隙內充滿液氮23。

所述储液罐21为保温压力容器，罐壁为真空夹层结构。为保持罐內一定的力，需在液氮系统20內设置一个卸圧阀24,与输液管22一并安装在储液罐21的罐口塞內。卸圧阀24的开启压力设定最好在0.05MPa以下。超导电缆10的排气阀114的设定压力应略小于卸圧阀24的开启压力。压力的调节依据如下:

液氮的温度(℃) 液氮的饱和蒸汽压(MPa)

－200 0.05984

－196 0.10336 (1标准大气压)

－195 0.11117

－190 0.19067

液氮蒸汽温度为－195.5℃时其压力为0.05MPa

在标准大气压下，液态氮的汽化热是2.7928千焦/摩尔，即 23.8619 千卡/千克，也就是说液态氮在吸收了23.8619 千卡的热量时会汽化1千克。目前液氮的市价不超过每升5元合每千克约6元，采取一般的保温隔热措施，充电一次液氮消耗量不超过1千克是很容易做到的。用不到6元的代价换取减少几十分钟的充电时间是很值得的，所以本发明的实用性是不容置疑的。

实施例2

如图5、6、7所示。

本例作为另一优选设计方案，与例1基本相似，部分结构进行了简化：将液氮直接从电源插头引入，在输入插头的电源插头中心设置通孔，其外端与液氮系统的输液管连通，內端与所述超导体的內孔连通。

这种高温超导充电电缆包括超导电缆10a和液氮系统20；超导电缆10a包括输入插头11a、输出插头12a和电缆线13a，输入插头11a、输出插头12a固定地连接在电缆线13a的两端; 液氮系统20的输液管22与输入插头11a对接。

所述超导电缆10a的电缆线13a包括外护套135、紧帖其内表面的热电绝缘套管136和套装在其內部的2根主电源线131a、2根通讯线134和2根辅助电源线133，2根主电源线包括火线和地线各一根，零线与地线合为一体。

所述超导电缆10a的输入插头11a包括输入插头体112a和2根电源插头113a；电源插头113a內端分别与各主电源线131a的超导体1312通过中间过渡套1316a紧密连接，中间过渡套1316a为带阶梯孔的套筒，用氧化锡锑或其它导电隔热材料制作，紧密地套装在电源插头和超导体的外表面。电源插头的內端套装绝热套头1131再与超导体內孔插装。

所述一根电源插头113a中心有通孔，外端直接与液氮系统20的输液管22连通，內端与超导体1312內孔连通，将液氮引入超导体1312孔內。所述排气阀114的进气孔通过另一电源插头內端中心的通孔与超导体1312中心的孔相通，排气孔通向大气。所述输液管22内有垂直式转阀221，与管道垂直地设置在输液管22中, 用于人工或自动控制超导体1312內液氮的流量。

所述超导电缆10a的输出插头12a包括输出插头体122a和2根电源输出插头123a。电源输出插头与超导体的连接及绝热方法与输入插头相同。两电源输出插头內端有中心通孔与超导体內孔连通，同时有横向孔1231将它们彼此连通。液氮系统20的输液管22输出的液氮从一根输入插头11a进入一根电缆线13a，在输出插头12a中进入另一根电缆线，再流入输入插头11a的另一根输入插头，在汽化成氮气后从排气阀114排出充电电缆。

实施例3

如图8、9所示

本例与例1原理相同，仅在结构上做了少量改变。

所述超导体1312圆管状孔內的柔性支架为波纹管1315，用铍青铜或其它弹性好的材料制成，使用时波纹管內充滿液氮23。所述输入插头的输入插头体设计为一体式输入插头体112c，其中包括一体式液氮输入管111c, 一体式液氮输入管111c外端与液氮系统20的输液管22对接，內端与各超导体1312內的波纹管1315连通，将液氮分配到各超导体內。所述电源插头为偏置式电源插头113c, 所述中间过渡套为偏置式中间过渡套1316c, 偏置式电源插头113c与超导体1312的连接为偏心式连接。所述输入插头內的排气阀在本例中可以省略掉。

所述输出插头体为通道式插头体122c，体內有通道1221将各超导体1312內孔连通，所述排气阀114的进气孔与该通道连通，排气孔通大气。当各超导体孔內产生氮气时压力升高，顶开排气阀阀芯排出插头体。所述输出电源插头与超导体的连接方式与输入端相同。

其它结构均与例1相同。

实施例4

如图10、11、12所示

本例原理与以上各例相同，结构上的区别主要在于所述超导体为线缆式超导体1312d，用多股高温超导线材绞合而成，置于电缆线的中心，所述电缆线为多股绞合电缆线13d，如图10所示，它包括由內向外套装的线缆式超导体1312d、螺旋管弹簧1314、热绝缘套管1311和电绝缘套管1313，螺旋管弹簧1314的间隙中充滿液氮23，超导体1312d的表面与液氮直接接触。

所述电源插头为內连式电源插头113d,它与超导体1312d的连接方式为:在內连式电源插头113d內端开一肓孔，孔內镶一根管式中间过渡套1316d，管式中间过渡套呈直管状，再将超导体端部插入管式中间过渡套的孔中，三者紧密接触，中间过渡套用导电隔热材料制作，实现良好的导电和隔热。

本例的输入插头的液氮输入管111和实施例1完全相同。

本例的输出插头与输入插头结构相同，区别仅在于其插头体的中部不是液氮输入管111而是排气阀114，用于将汽化的氮排出电缆之外。

Claims (10)

1.一种高温超导充电电缆，其特征在于：包括超导电缆（10）和液氮系统（20）；超导电缆（10）包括输入插头（11）、输出插头（12）和电缆线（13），输入插头（11）、输出插头（12）固定地连接在电缆线（13）的两端; 液氮系统（20）包括储液罐（21）和输液管（22）,输液管（22）与输入插头（11）对接。

2.根据权利要求1所述的高温超导充电电缆，其特征在于：所述超导电缆（10）的电缆线（13）包括外护套（135）和套装在其內部的主电源线（131）；主电源线（131）包括由內向外套装的超导体（1312）、热绝缘套管（1311）和电绝缘套管（1313）；超导体（1312）为多股绞合线缆或网管状线缆，它们的表面与液氮系统（20）的液氮直接接触或通过导热材料间接接触。

3.根据权利要求2所述的高温超导充电电缆，其特征在于：所述超导电缆（10）的输入插头（11）包括输入插头体（112）和电源插头（113）；输入插头体（112）与电缆线（13）的外护套（135）固定连接；电源插头（113）內端与主电源线（131）的超导体（1312）的端部良好地电连接。

4.根据权利要求2或3所述的高温超导充电电缆，其特征在于：所述输入插头（11）还包括液氮输入管（111）和排气阀（114），所述液氮输入管（111）为中空管状，外端与液氮系统（20）的输液管（22）连通，內端设有径向孔(1111)与所述超导体（1312）內孔连通；所述电源插头（113）外端中心有通孔将所述排气阀（114）的排气孔与大气连通，排气阀（114）的进气孔和热电绝缘套管（136）內部空隙连通。

5.根据权利要求2或3所述的高温超导充电电缆，其特征在于：所述输入插头（11）的电源插头（113）中心有通孔，其外端与液氮系统（20）的输液管（22）连通，內端与所述超导体（1312）的內孔连通。

6.根据权利要求2所述的高温超导充电电缆，其特征在于：所述超导电缆（10）的输出插头（12）包括输出插头体（122）、电源输出插头（123）和排气阀（114）；输出插头体（122）与电缆线（13）的外护套（135）固定连接；电源输出插头（123）內端分别与各主电源线（131）的超导体（1312）的端部良好地电连接，外端中心有通孔将所述排气阀（114）的排气孔与大气连通，排气阀（114）的进气孔和热电绝缘套管（136）內部空隙连通。

7.根据权利要求3或6所述的温超导充电电缆，其特征在于：所述电源插头（113）和电源输出插头（123）用导电率高的常温导电材料铜或银制作，它们与超导体（1312）的端部的电连接采用直接接触连接或通过中间过渡套（1316）接触连接，中间过渡套（1316）用氧化锡锑或其它导电隔热材料制作。

8.根据权利要求1或2所述的高温超导充电电缆，其特征在于：所述超导体（1312）为用丝状或带状高温超导材料编织而成的网管，所述高温超导材料为临界超导温度在77k以上的钇－钡－铜－氧系材料或铊－钡－钙－铜－氧系材料。

9.根据权利要求1或2所述的高温超导充电电缆，其特征在于：所述网管状超导体（1312）內孔设有可弯曲的柔性支架，柔性支架为螺旋管弹簧（1314）或波纹管(1315)，用铍青铜或其它弹性好的材料制成，其空隙內充滿液氮（23）。

10.根据权利要求1所述的高温超导充电电缆，其特征在于：所述液氮系统（20）还包括卸圧阀（24）,与输液管（22）一并安装在储液罐（21）的罐口塞內；

所述储液罐（21）为保温压力容器，罐壁为真空夹层结构。