CN111341488B - 一种液态金属串联冷却电缆 - Google Patents

Abstract

本发明一种液态金属串联冷却电缆，包括充电端子组件、中空电缆、冷却组件、分流组件、第一隔液转子组件和第二隔液转子组件；分流组件包括裸导体、绝缘管、一号导电端子、二号导电端子、C形电磁铁和导电分流件；一号导电端子和二号导电端子上均设有C形电磁铁；绝缘管的两端分别通过导电分流件与各自的中空电缆的电缆本体的一端连接，两个导电分流件分别通过裸导体与两个导电端子连接；两个中空电缆的电缆本体的另一端与各自的充电端子组件密封连通；第二隔液转子组件设置在两个充电端子组件的连通管路上；绝缘管、两个中空电缆的电缆本体以及两个充电端子组件的连通管路形成闭合回路，闭合回路中填充有液态金属。该电缆能量传递路径更短、效率更高。

Description

一种液态金属串联冷却电缆

技术领域

本发明属于电动汽车使用的大功率充电桩技术领域，特别是一种液态金属串联冷却电缆。

背景技术

随着新能源电动汽车的普及，充电桩的需求也日益剧增，尤其以充电时间短、充电功率大为特点的充电桩日渐突出。由于功率大，充电时产生的热量越多，充电端子及线缆发热越厉害，温度也越高，容易出现充电不稳定、充电端子烧毁等状况。目前普遍采用串联或并联形式的冷却电缆，以降低充电端子处的温度。

申请号为201810574784.7的文献公开了一种直流600A充电枪专用液冷电缆DC+和DC-的串冷冷却方式，该液冷方式包括DC+和DC-两根液冷电缆线，每根液冷电缆线内部都有冷却液通道，两根电缆线之间通过在液冷端子之间设置连通组件，在两根电缆线之间形成冷却回路；通过液压泵实现冷却液的循环，进而对软体导线进行冷却，传统液压泵的机械传动效率低；而且冷却液在冷却回路中始终沿同一方向流动，导致冷却液在经过一个液冷电缆线时冷却效果好，在经过另一个液冷电缆线时冷却效果较差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种液态金属串联冷却电缆。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种液态金属串联冷却电缆，包括充电端子组件、中空电缆和冷却组件；其特征在于，该电缆还包括分流组件、第一隔液转子组件和第二隔液转子组件；所述分流组件包括裸导体、绝缘管、一号导电端子、二号导电端子、C形电磁铁和导电分流件；

所述一号导电端子、第一隔液转子组件、二号导电端子以及多个冷却组件均设置在绝缘管上，一号导电端子、第一隔液转子组件和二号导电端子均与绝缘管密封连通，冷却组件包覆在绝缘管的外表面；第一隔液转子组件位于一号导电端子和二号导电端子之间；一号导电端子和二号导电端子分别与充电桩输出端的正极和负极连接；一号导电端子和二号导电端子上均设有C形电磁铁，C形电磁铁的两个极头正对各自的导电端子的上、下表面；两个C形电磁铁分别与外接电源的正极和负极连接；绝缘管的两端分别通过导电分流件与各自的中空电缆的电缆本体的一端连接，其中一个导电分流件通过一个裸导体与一号导电端子连接，另一个导电分流件通过另一个裸导体与二号导电端子连接；两个中空电缆的电缆本体的另一端分别与各自的充电端子组件密封连通；

第二隔液转子组件设置在两个充电端子组件的连通管路上；绝缘管、两个中空电缆的电缆本体以及两个充电端子组件的连通管路串联形成闭合回路，闭合回路中填充有液态金属；第一隔液转子组件和第二隔液转子组件的转向相同，使液态金属在闭合回路中单向流动，防止液态金属短路。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

1、本发明采用液态金属作为冷却介质，通过电磁铁通电产生磁场，使液态金属受到安培力，并在安培力的作用下在闭合回路中循环流动，能量传递路径更短、效率更高，克服了常规冷却电缆采用泵驱动，传动效率低、噪声大等缺陷；相比常规冷却电缆采用绝缘冷却液，由于液态金属本身具有导电性，因而增加了充电端子组件的两个内插针以及中空电缆的载流面积，充电效率更高；液态金属的导热率比常规的冷却液高，有利于提高散热效率。

2、通过周期性地改变电磁铁的磁场方向，使得液态金属周期性地变换流动方向，有利于在串联冷却方式的条件下，减少两个中空电缆散热不一致的差异；相比并联冷却电缆，还减小了电缆的直径。

3、本发明的充电端子组件的结构简单，套筒与内插针的空槽形成封闭空间，作为液态金属的流道，在不减小内插针有效载流面积的条件下，冷却了充电端子组件以及汽车的充电接口，进一步提高了冷却效率。

4、本发明的中空电缆的结构简单，电缆本体由多根瓦形导体形成，在电缆本体的中部形成导流道，相比添加导流管的电缆柔性更高。

5、本发明的两个隔液转子组件，使液态金属在串联冷却方式下，避免短路问题发生。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的分流组件沿水平面的剖视图；

图3是本发明的第一隔液转子组件沿转子径向的剖视图；(图中实施例的箭头分别表示液态金属的流向和转子的转向)

图4是本发明的第一隔液转子组件的爆炸图；

图5是本发明的一号导电端子与C形电磁铁安装状态的正视图；

图6是本发明的一号导电端子与C形电磁铁安装状态的轴测图；

图7是本发明的分流件与中空电缆连接处的轴向剖视图；

图8是本发明的电缆本体的径向截面图；

图9是本发明的充电端子组件与中空电缆连接处的轴向剖视图；

图10是本发明的充电端子组件的爆炸示意图；

图11是本发明的冷却组件的纵向剖面图；

图中：1、充电端子组件；2、中空电缆；3、分流组件；4、冷却组件；5、第一隔液转子组件；6、液态金属；7、第二隔液转子组件；

11、帽罩；12、导电套筒；13、内插针；14、绝缘柔性管；15、第一卡箍套；21、电缆本体；22、绝缘层；23、导流短管；24、第二卡箍套；31、导电分流件；32、裸导体；33、绝缘管；34、一号导电端子；35、二号导电端子；36、C形电磁铁；41、储液箱；42、散热翅片；51、顶盖；52、隔液缸体；53、转子；54、飞轮；55、齿轮；56、马达；

131、空槽；132、二号电缆连接端；133、凸台；134、导流孔；211、导流道；311、一号电缆连接端；312、导体连接端；313、分液道；314、二号管口连接端；341、一号管口连接端；342、端耳；521、连接端；522、缸体内壁；531、弹性气膜；532、扇叶；533、密封槽；534、基体；535、连接轴。

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种液态金属串联冷却电缆(简称电缆，参见图1-11)，包括充电端子组件1、中空电缆2和冷却组件4；其特征在于，该电缆还包括分流组件3、第一隔液转子组件5和第二隔液转子组件7；所述分流组件3包括裸导体32、绝缘管33、一号导电端子34、二号导电端子35、C形电磁铁36和导电分流件31；

所述一号导电端子34、第一隔液转子组件5、二号导电端子35以及多个冷却组件4均设置在绝缘管33上，一号导电端子34、第一隔液转子组件5和二号导电端子35均与绝缘管33密封连通，冷却组件4包覆在绝缘管33的外表面；第一隔液转子组件5位于一号导线端子34和二号导电端子35之间；一号导电端子34和二号导电端子35分别与充电桩输出端的正极和负极连接；一号导电端子34和二号导电端子35上均设有C形电磁铁36，C形电磁铁36的两个极头正对各自的导电端子的上、下表面；两个C形电磁铁36通过导线分别与外接电源的正极和负极连接，两个C形电磁铁36均固定在充电桩的机架上；绝缘管33的两端分别通过导电分流件31与各自的中空电缆2的电缆本体21的一端连接，其中一个导电分流件31通过一个裸导体32与一号导电端子34连接，另一个导电分流件31通过另一个裸导体32与二号导电端子35连接；两个中空电缆2的电缆本体21的另一端分别与各自的充电端子组件1密封连通并电连接；第二隔液转子组件7设置在两个充电端子组件1的连通管路上(即两个绝缘柔性管14形成的管路)；绝缘管33、两个中空电缆2各自的电缆本体21以及两个充电端子组件1的的连通管路串联形成闭合回路，闭合回路中填充有液态金属6；充电桩通过导电端子、裸导体32、导电分流件31、中空电缆2的电缆本体21、充电端子组件1的导电套筒12以及液态金属6将电流输出；

所述冷却组件4用于冷却液态金属6；两个C形电磁铁36通电形成磁场，使液态金属6受到安培力并在安培力的作用下在闭合回路中流动，对中空电缆2和充电端子组件1进行冷却；第一隔液转子组件5和第二隔液转子组件7的转向相同，使液态金属6在闭合回路中单向流动，第一隔液转子组件5用于防止一号导电端子34和二号导电端子35连通造成短路，第二隔液转子组件7用于防止充电端子组件1的两个内插针13连通造成短路。

所述第一隔液转子组件5和第二隔液转子组件7的结构相同，以第一隔液转子组件5为例进行说明；所述第一隔液转子组件5包括顶盖51、隔液缸体52、转子53、飞轮54、齿轮55和马达56；

所述顶盖51通过螺栓固定在隔液缸体52的顶部，隔液缸体52的侧壁上设有两个连接端521，两个连接端521均与绝缘管33密封连通；转子53位于隔液缸体52内，使液态金属6在隔液缸体52内单向流动并将隔液缸体52内的液态金属6隔断；转子53的连接轴535的末端穿过隔液缸体52的底部，伸到隔液缸体52外，连接轴535的末端通过键连接有飞轮54；马达56固定在充电桩的机架上，马达56的输出轴上固定有与飞轮54啮合的齿轮55，通过飞轮54与齿轮55的啮合使转子53转动；第二隔液转子组件7的马达固定在充电枪的壳体上。

所述转子53包括扇叶532、连接轴535和中空的基体534；基体534的外壁上均匀设有多个扇叶532，基体534和扇叶532均位于隔液缸体52内，基体534、扇叶532以及隔液缸体52内腔的高度相等，扇叶532的外径与隔液缸体52的内径相同；相邻两个扇叶532之间的基体534侧壁上设有开口，每个开口上均包覆有弹性气膜531；由于基体534内的气压恒定，通过不同位置处的弹性气膜531的压缩和膨胀，使液态金属6能够沿转子53顺利流动；每个扇叶532的中部设有沿转子53轴向的凹槽533，每个凹槽533内嵌有密封条，密封条与隔液缸体52的缸体内壁522紧密贴合，防止相邻两个弹性气膜531内的液态金属6贯通形成导电回路；连接轴535固定在基体534的底部，飞轮534固定在连接轴535的末端。

所述一号导电端子34和二号导电端子35的结构相同，以一号导电端子34为例进行说明；所述一号导电端子34的中心处设有通孔，通孔的两端分别设有中空的一号管口连接端341，其中一个一号管口连接端341插入隔液缸体52对应的连接端521内，与隔液缸体52对应的连接端521密封连通；另一个一号管口连接端341插入绝缘管33内，与绝缘管33密封连通；一号导电端子34的两侧分别设有端耳342，其中一个端耳342通过导线与充电桩的输出端的正极连接，另一个端耳342连接相应的裸导体32；二号导电端子35的一个端耳与充电桩的输出端的负极连接，另一个端耳连接相应的裸导体32。

所述导电分流件31的一端设有一号电缆连接端311，另一端设有二号管口连接端314；导电分流件31的顶部设有导体连接端312，与裸导体32连接；导电分流件31内设有贯通一号电缆连接端311和二号管口连接端314的分液道313；一号电缆连接端311与中空电缆2的电缆本体21的一端连接，二号管口连接端314插入绝缘管33内，与绝缘管33密封连通。

所述裸导体32呈细长条形，由铜导线绞合而成；裸导体32的一端焊接在导体连接端312上，另一端与相应导电端子的端耳焊接。

所述中空电缆2包括电缆本体21、绝缘层22和第二卡箍套24；电缆本体21足够长，作为传递电流的导体，由多个瓦形导体呈圆周围合而成，使电缆本体21内沿轴线形成导流道211；导电分流件31的一号电缆连接端311从电缆本体21的一端插入导流道211内，与电缆本体21的一端连接；瓦形导体由多根铜导线绞合压制而成；绝缘层22包裹在电缆本体21的外表面，并通过挤塑成型；第二卡箍套24位于电缆本体21与导电分流件31的连接处，且套装在绝缘层22与电缆本体21上，对电缆本体21与导电分流件31的连接起紧固作用。

两个充电端子组件1的结构完全相同，均包括帽罩11、内插针13、绝缘柔性管14、第一卡箍套15和导电套筒12；

所述内插针13的中部设有凸台133，凸台133沿径向开有终止于凸台133轴线的导流孔134；内插针13的一端开有沿轴向的与导流孔134相通的空槽131，导电套筒12包裹在内插针13开有空槽131的部位上，使导电套筒12与空槽131共同形成用于填充液态金属6的流道；导电套筒12的端部固定有帽罩11，帽罩11在插拔的过程中起到缓冲作用；内插针13的另一端设有二号电缆连接端132，二号电缆连接端132内设有与空槽131相通的流道，二号电缆连接端132从中空电缆2的电缆本体21的另一端插入电缆本体21的导流道211内，与电缆本体21的另一端密封连接；第一卡箍套15位于二号电缆连接端132与电缆本体21的连接处，且套装在绝缘层22与电缆本体21上，对二号电缆连接端132与电缆本体21的连接起紧固作用；两个充电端子组件1的绝缘柔性管14的一端分别与第二隔液转子组件7的隔液缸体的两个连接端密封连通，另一端分别与各自的导流孔134密封连通，使两个内插针13的流道连通，进而使绝缘管33的流道与两个电缆本体21的导流道211以及两个内插针13的流道串联形成闭合回路。

所述中空电缆2还包括两个导流短管23；一个导流短管23位于电缆本体21与导电分流件31连接处，此导流短管23的两端分别插入电缆本体21的导流道211和导电分流件31的分液道313内；另一个导流短管23位于电缆本体21与内插针13的连接处，此导流短管23的两端分别插入电缆本体21的导流道211与二号电缆连接端132的流道内，对液态金属6起导流作用。

所述冷却组件4包括储液箱41和散热翅片42；储液箱41内部注满冷却水或冷却油；多个散热翅片42固定在储液箱41上，储液箱41和散热翅片42均固定在充电桩的机架上；散热翅片42与储液箱41之间具有通孔，用于绝缘管33的穿过。

所述液态金属为镓基液态金属。

本发明的工作原理和工作流程是：

开始对电动汽车充电，将充电端子组件1的两个导电套筒12插入汽车充电接口，充电桩内的电流经相应的导电端子、裸导体32、导电分流件31、电缆本体21以及液态金属6，最后通过两个充电端子组件1的导电套筒12传输至汽车的蓄电池中，实现对汽车的充电；

在充电的同时，需要对充电端子组件1的两个内插针13和中空电缆2进行冷却降温；初始状态时，两个C形电磁铁36未通电，液态金属6在闭合回路中不流动；然后第一隔液转子组件5的马达56通电，通过飞轮54和齿轮55的啮合使转子53在隔液缸体52内转动，为液态金属6的流动提供初始动力；飞轮54同时也能调节转子3的转速，减少转子51转动过程中的晃动；第二隔液转子组件7各个部件的运动同理，两个隔液转子组件同时工作且两个转子的转动方向相同；

与此同时两个C形电磁铁36通电，每个C形电磁铁36形成方向垂直于液态金属6流向与电流方向所在平面的磁场；由于与充电桩的电源正极连接的C形电磁铁36与充电桩的电源负极连接的C形电磁铁36的磁场方向相反，根据左手定则使一号导电端子34处以及二号导电端子35处的液态金属6形成方向一致的安培力；液态金属6在安培力以及转子的推力作用下在闭合回路中流动；待液态金属6循环流动后，两个隔液转子组件的马达停止工作，液态金属6依靠安培力和惯性在闭合回路中流动；

液态金属6在流经第一隔液转子组件5时，首先通过隔液缸体52的一个连接端521进入隔液缸体52内，然后流入进液位置处的相邻两个扇叶532之间的开口内并压缩此处的弹性气膜531，由于基体534内的气压恒定，使得排液位置处的弹性气膜531膨胀，进而将排液位置处的液态金属6从隔液缸体52的另一个连接端521推入绝缘管33内，以实现液态金属6在闭合回路中的循环流动，即从电源正极流向负极，此过程中转子53自转；第二隔液转子组件7各个部件的运动同理；液态金属6在经过充电端子组件1和中空电缆2时吸收充电产生的热量，实现冷却降温；液态金属6在经过冷却组件4时，储液箱41和散热翅片42吸收液态金属6中的热量，对液态金属6进行冷却，实现散热；

经过设定的时间周期后，两个隔液转子组件的马达反向转动，同时分别将两个C形电磁铁36的极头换向，使C形电磁铁36产生方向与前述磁场方向相反的磁场，进而使液态金属6在经过一号导电端子34以及二号导电端子35时受到与前述方向相反的安培力，使液态金属6在闭合回路中反向流动，即从电源负极流向正极，以减小液态金属6流经两个中空电缆2时冷却效果的差异。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (9)

1.一种液态金属串联冷却电缆，包括充电端子组件、中空电缆和冷却组件；其特征在于，该电缆还包括分流组件、第一隔液转子组件和第二隔液转子组件；所述分流组件包括裸导体、绝缘管、一号导电端子、二号导电端子、C形电磁铁和导电分流件；

所述一号导电端子、第一隔液转子组件、二号导电端子以及多个冷却组件均设置在绝缘管上，一号导电端子、第一隔液转子组件和二号导电端子均与绝缘管密封连通，冷却组件包覆在绝缘管的外表面；第一隔液转子组件位于一号导电端子和二号导电端子之间；一号导电端子和二号导电端子分别与充电桩输出端的正极和负极连接；一号导电端子和二号导电端子上均设有C形电磁铁，C形电磁铁的两个极头正对各自的导电端子的上、下表面；两个C形电磁铁分别与外接电源的正极和负极连接；绝缘管的两端分别通过导电分流件与各自的中空电缆的电缆本体的一端连接，其中一个导电分流件通过一个裸导体与一号导电端子连接，另一个导电分流件通过另一个裸导体与二号导电端子连接；两个中空电缆的电缆本体的另一端分别与各自的充电端子组件密封连通；

第二隔液转子组件设置在两个充电端子组件的连通管路上；绝缘管、两个中空电缆的电缆本体以及两个充电端子组件的连通管路串联形成闭合回路，闭合回路中填充有液态金属；第一隔液转子组件和第二隔液转子组件的转向相同，使液态金属在闭合回路中单向流动，防止液态金属短路；

所述第一隔液转子组件和第二隔液转子组件的结构相同；所述第一隔液转子组件包括顶盖、隔液缸体、转子、飞轮、齿轮和马达；

所述顶盖固定在隔液缸体的顶部，隔液缸体的侧壁上设有两个均与绝缘管连通的连接端；转子位于隔液缸体内，使液态金属在隔液缸体内单向流动并将隔液缸体内的液态金属隔断；转子的连接轴的末端穿过隔液缸体的底部，伸到隔液缸体外，连接轴的末端固定有飞轮；马达的输出轴上固定有与飞轮啮合的齿轮。

2.根据权利要求1所述的液态金属串联冷却电缆，其特征在于，所述转子包括扇叶、连接轴和中空的基体；基体的外壁上均匀设有多个扇叶，基体和扇叶均位于隔液缸体内，基体、扇叶以及隔液缸体内腔的高度相等，扇叶的外径与隔液缸体的内径相同；相邻两个扇叶之间的基体侧壁上设有开口，每个开口上均包覆有弹性气膜；由于基体内的气压恒定，通过不同位置处的弹性气膜的压缩和膨胀，使液态金属能够沿转子顺利流动；每个扇叶的中部设有与隔液缸体的缸体内壁紧密贴合的密封条，防止液态金属在隔液缸体内连通；连接轴固定在基体的底部。

3.根据权利要求1所述的液态金属串联冷却电缆，其特征在于，所述一号导电端子的中心处设有通孔，通孔的两端分别设有中空的一号管口连接端，其中一个一号管口连接端插入隔液缸体对应的连接端内，另一个一号管口连接端插入绝缘管内；一号导电端子的两侧分别设有端耳，两个端耳分别与充电桩的输出端和相应的裸导体连接。

4.根据权利要求1所述的液态金属串联冷却电缆，其特征在于，所述导电分流件的一端设有一号电缆连接端，另一端设有二号管口连接端；导电分流件的顶部设有导体连接端，与裸导体连接；导电分流件内设有贯通一号电缆连接端和二号管口连接端的分液道；一号电缆连接端与中空电缆的电缆本体的一端连接，二号管口连接端插入绝缘管内，与绝缘管密封连通。

5.根据权利要求1或4所述的液态金属串联冷却电缆，其特征在于，所述中空电缆包括电缆本体、绝缘层和第二卡箍套；所述电缆本体由多个瓦形导体呈圆周围合而成，使电缆本体内沿轴线形成导流道；导电分流件的一号电缆连接端插入导流道内，与电缆本体的一端连接；绝缘层包裹在电缆本体的外表面；第二卡箍套位于电缆本体与导电分流件的连接处，且套装在绝缘层与电缆本体上。

6.根据权利要求5所述的液态金属串联冷却电缆，其特征在于，所述充电端子组件包括帽罩、内插针、绝缘柔性管、第一卡箍套和导电套筒；

所述内插针的中部设有凸台，凸台沿径向开有终止于凸台轴线的导流孔；内插针的一端开有沿轴向的与导流孔相通的空槽，导电套筒包裹在内插针开有空槽的部位上，使导电套筒与空槽共同形成流道；导电套筒的端部固定有帽罩；内插针的另一端设有二号电缆连接端，二号电缆连接端内设有与空槽相通的流道，二号电缆连接端插入导流道内，与电缆本体的另一端密封连接；第一卡箍套位于二号电缆连接端与电缆本体的连接处，且套装在绝缘层与电缆本体上；

两个充电端子组件的绝缘柔性管的一端分别与第二隔液转子组件的隔液缸体的两个连接端密封连通，另一端分别与各自的导流孔密封连通。

7.根据权利要求6所述的液态金属串联冷却电缆，其特征在于，所述中空电缆还包括两个导流短管；一个导流短管位于电缆本体与导电分流件连接处，此导流短管的两端分别插入电缆本体的导流道和导电分流件的分液道内；另一个导流短管位于电缆本体与内插针的连接处，此导流短管的两端分别插入电缆本体的导流道与内插针的二号电缆连接端的流道内。

8.根据权利要求1所述的液态金属串联冷却电缆，其特征在于，所述冷却组件包括储液箱和散热翅片；储液箱内部注满冷却水或冷却油；多个散热翅片固定在储液箱上，储液箱和散热翅片均固定在充电桩的机架上；散热翅片与储液箱之间具有用于绝缘管穿过的通孔。

9.根据权利要求1所述的液态金属串联冷却电缆，其特征在于，所述裸导体呈细长条形，由铜导线绞合而成。

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