CN108736180A - 用于直流大电流的液态金属柔性电缆 - Google Patents

用于直流大电流的液态金属柔性电缆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电缆技术领域，提供了一种用于直流大电流的液态金属柔性电缆。该电缆包括柔性管道组以及两个导电单元；每个导电单元的内部均具有液态金属流道，柔性管道组包括两个柔性管道；两个柔性管道的一端分别与其中一个液态金属流道的进口和出口连通、另一端分别与另一个液态金属流道的进口和出口连通；液态金属流道上沿液态金属流道的长度方向设有多个永磁体对，永磁体对包括两个分别设置在液态金属流道的上下两侧的永磁体，两个永磁体的N极和S极相对设置。本发明在保证良好导电性的同时，还能利用不断流动的液态金属进行散热。另外，由于液态金属本身具有良好的柔性和可变形性，极大的提高了该电缆的柔性，而且液态金属易于回收、损耗极低。

Description

用于直流大电流的液态金属柔性电缆
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，具体涉及一种用于直流大电流的液态金属柔性电缆。
背景技术
近年来，随着电动汽车行业的快速发展，人们对快速充电的要求也越来越高。
目前，直流大电流充电技术是一种快速有效的充电方式。但是，由于直流大电流会在电缆中产生显著的焦耳热效应，因此充电时电缆的温度会急剧上升，进而导致电缆的可靠性和寿命大大降低。解决上述问题通常有两种方法：其一、增加电缆面积，但由于常规电缆采用铜或者铝等金属，增加电缆面积的同时也会增加电缆重量和刚度，从而限制了其操作性；其二、采用风冷或水冷等散热技术对电缆进行降温，但由于电缆本身的紧凑性，现有的散热方式一方面无法满足大电流的散热需求，另一方面也增加了制作电缆的复杂性、降低了电缆使用过程中的可靠性。另外，风冷或水冷等主动散热技术还需要额外的功耗。
发明内容
本发明要解决的是现有技术中电缆在进行直流大电流传输时散热性能差、可靠性低、成本高的技术问题。
为解决上述问题，本发明提供了一种用于直流大电流的液态金属柔性电缆，该电缆包括柔性管道组以及两个分别设置在所述柔性管道组两端的导电单元；每个所述导电单元的内部均具有液态金属流道，所述柔性管道组包括两个柔性管道；两个所述柔性管道的一端分别与其中一个所述液态金属流道的进口和出口连通、另一端分别与另一个所述液态金属流道的进口和出口连通，以形成液态金属循环回路；所述液态金属流道上沿所述液态金属流道的长度方向设有多个永磁体对，多个所述永磁体对用于驱动液态金属沿所述液态金属循环回路循环流动，所述永磁体对包括两个分别设置在所述液态金属流道的上下两侧的永磁体，两个所述永磁体的N极和S极相对设置。
其中，所述导电单元包括导电接头和导电块，所述导电接头的内部具有容纳腔，所述导电块设于所述容纳腔中，所述导电块的外壁与所述容纳腔的内壁共同围成所述液态金属流道。
其中，所述导电接头上开设有用于与外部设备连接的通孔。
其中，所述导电接头和/或所述导电块的材质为铜。
其中，每个所述永磁体背向所述液态金流道的一侧盖设有导磁块。
其中，所述导磁块的横截面积大于所述永磁体的横截面积。
其中，所述导磁块的材质为高导磁硅钢或非晶合金。
其中，所述永磁体的磁场强度为0.01～5特斯拉。
其中，所述柔性管道的外侧套设有绝缘套。
其中，所述液态金属流道内固定有至少一根铜线。
本发明结构简单、安装便捷，通过在导电单元内部设置液态金属流道，并利用柔性管道将两个液态金属流道连通形成液态金属循环回路，就可在保证该电缆良好导电性的同时，还能利用液态金属循环回路中不断流动的液态金属进行散热。并且，随着该电缆中直流电流的增大即直流大电流引起的焦耳热的增大，液态金属的循环流动速度也会随之增大，从而就能有效降低该电缆的温度，实现自驱动式散热。另外，由于液态金属本身具有良好的柔性和可变形性，因此可通过挤压、揉捏等方式来调整柔性管道的形状，极大的提高了该电缆的柔性，而且液态金属易于回收、可重复利用、损耗极低，从而也保证了安全性、降低了成本。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种用于直流大电流的液态金属柔性电缆的结构示意图；
图2是图1在A-A处的局部截面图；
图3是本发明实施例中的一种用于直流大电流的液态金属柔性电缆的工作原理图。
附图标记：
1、导电单元；1-1、导电接头；1-11、通孔；1-2、导电块；1-3、液态金属流道；2、柔性管道；3、永磁体；4、导磁块；5、绝缘套。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
如图1至图3所示，本发明提供了一种用于直流大电流的液态金属柔性电缆，该电缆包括柔性管道组以及两个分别设置在柔性管道组两端的导电单元1；每个导电单元1的内部均具有液态金属流道1-3，柔性管道组包括两个柔性管道2；两个柔性管道2的一端分别与其中一个液态金属流道1-3的进口和出口连通、另一端分别与另一个液态金属流道1-3的进口和出口连通，以形成液态金属循环回路，也就是说，其中一个液态金属流道1-3的进口和出口分别通过两个柔性管道2与另一个液态金属流道1-3的出口和进口连通；液态金属流道1-3上沿液态金属流道1-3的长度方向设有多个永磁体对，多个永磁体对用于驱动液态金属沿液态金属循环回路循环流动，永磁体对包括两个分别设置在液态金属流道1-3的上下两侧的永磁体3，两个永磁体3的N极和S极相对设置。
由于，液态金属不仅具有良好的导电性，而且其热导率和对流换热系数也很高，因此当两个导电单元1分别与外部电源的正负极接通后，与正极连接的导电单元1便可通过液态金属流道1-3内的液态金属将电流传递至与负极连接的导电单元1。与此同时，由于永磁体对的两个永磁体3分别设置在液态金属流道1-3的上下两侧，因此永磁体对产生的磁场与液态金属流道1-3的长度方向垂直，从而无需额外的泵送装置，液态金属流道1-3中的液态金属便会在永磁体对的磁场产生的洛伦兹力F的驱动下在液态金属的循环回路中定向循环流动，。具体地，其中，流经柔性管道2的液态金属会携带着由于直流大电流引起的焦耳热流向对应的液态金属流道1-3，当这些液态金属流经液态金属流道1-3时会不断通过导热和对流等方式与外界空气换热，将热量传递给外界空气使自身温度降低，进而也就实现了对液态金属的温控。
可见，该电缆结构简单、安装便捷，通过在导电单元1内部设置液态金属流道1-3，并利用柔性管道2将两个液态金属流道1-3连通形成液态金属循环回路，就可在保证该电缆良好导电性的同时，还能利用液态金属循环回路中不断流动的液态金属进行散热。并且，随着该电缆中直流电流的增大即直流大电流引起的焦耳热的增大，液态金属的循环流动速度也会随之增大，从而就能有效降低该电缆的温度，实现自驱动式散热。另外，由于液态金属本身具有良好的柔性和可变形性，因此可通过挤压、揉捏等方式来调整柔性管道2的形状，极大的提高了该电缆的柔性，而且液态金属易于回收、可重复利用、损耗极低，从而也保证了安全性、降低了成本。
优选地，柔性管道2与导电单元1通过螺纹配合连接，即柔性管道2的两端开设有外螺纹，液态金属流道1-3的进口和出口上开设有与外螺纹配合的内螺纹。需要说明的是，柔性管道2与导电单元1之间除了可以通过螺纹配合连接以外，柔性管道2也可以直接通过密封胶粘接在导电单元1上或者通过连接接头与导电单元1连接。
优选地，导电单元1包括导电接头1-1和导电块1-2，导电接头1-1的内部具有容纳腔，导电块1-2设于容纳腔中，导电块1-2的外壁与容纳腔的内壁共同围成液态金属流道1-3。其中，导电接头1-1和/或导电块1-2的材质为铜。需要说明的是，导电接头1-1和导电块1-2的材质并不局限于铜，只要是导电材料即可。
进一步地，导电接头1-1上设有用于外部设备连接的接口，例如，导电接头1-1上开设有用于与外部设备连接的通孔1-11。
优选地，每个永磁体3背向液态金流道的一侧盖设有导磁块4、以便于封闭永磁体对产生的磁场。进一步地，为了保证永磁体对产生的磁场完全被封闭，导磁块4的横截面积大于永磁体3的横截面积。
优选地，永磁体3和导磁块4的纵向截面形状为矩形，导磁块4的材质为高导磁硅钢或非晶合金；永磁体3为片状永磁体，永磁体3的磁场强度为0.01～5特斯拉。
优选地，柔性管道2的外侧套设有绝缘套5例如橡胶套。其中，柔性管道2可以但不限于是超高压软管，例如还可以是PLA编织管、ABS编织管等低电导合金编织管。
另外，为了提高液态金属流道1-3中液态金属的电导率，液态金属流道1-3内固定有至少一根铜线。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于直流大电流的液态金属柔性电缆，其特征在于，包括柔性管道组以及两个分别设置在所述柔性管道组两端的导电单元；每个所述导电单元的内部均具有液态金属流道，所述柔性管道组包括两个柔性管道；两个所述柔性管道的一端分别与其中一个所述液态金属流道的进口和出口连通、另一端分别与另一个所述液态金属流道的进口和出口连通，以形成液态金属循环回路；所述液态金属流道上沿所述液态金属流道的长度方向设有多个永磁体对，多个所述永磁体对用于驱动液态金属沿所述液态金属循环回路循环流动，所述永磁体对包括两个分别设置在所述液态金属流道的上下两侧的永磁体，两个所述永磁体的N极和S极相对设置。
2.根据权利要求1所述的用于直流大电流的液态金属柔性电缆，其特征在于，所述导电单元包括导电接头和导电块，所述导电接头的内部具有容纳腔，所述导电块设于所述容纳腔中，所述导电块的外壁与所述容纳腔的内壁共同围成所述液态金属流道。
3.根据权利要求2所述的用于直流大电流的液态金属柔性电缆，其特征在于，所述导电接头上开设有用于与外部设备连接的通孔。
4.根据权利要求2所述的用于直流大电流的液态金属柔性电缆，其特征在于，所述导电接头和/或所述导电块的材质为铜。
5.根据权利要求1所述的用于直流大电流的液态金属柔性电缆，其特征在于，每个所述永磁体背向所述液态金流道的一侧盖设有导磁块。
6.根据权利要求5所述的用于直流大电流的液态金属柔性电缆，其特征在于，所述导磁块的横截面积大于所述永磁体的横截面积。
7.根据权利要求5所述的用于直流大电流的液态金属柔性电缆，其特征在于，所述导磁块的材质为高导磁硅钢或非晶合金。
8.根据权利要求1所述的用于直流大电流的液态金属柔性电缆，其特征在于，所述永磁体的磁场强度为0.01～5特斯拉。
9.根据权利要求1所述的用于直流大电流的液态金属柔性电缆，其特征在于，所述柔性管道的外侧套设有绝缘套。
10.根据权利要求1至9任一项所述的用于直流大电流的液态金属柔性电缆，其特征在于，所述液态金属流道内固定有至少一根铜线。
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