CN112289497A - 新型气冷大电流直流快充电缆 - Google Patents

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Abstract

一种新型气冷大电流直流快充电缆，由内而外包括总成缆、外绕包层、内护层、铠装层及外护层；总成缆包括正极主电源线、负极主电源线、地线、正极辅助电源线、负极辅助电源线、两组双屏蔽通信信号线组及一组非屏蔽通信信号线组；总成缆中的各线间形成有空隙，成为密闭的气冷通道流通气态冷媒；双屏蔽通信信号线组由两信号线绞合而成且包覆有双屏蔽层，双屏蔽层外包覆有护套层；非屏蔽通信信号线组由多根信号线绞合而成且绕包有内绕包层，内绕包层外包覆有护套层。本发明使大功率充电更易实现，电缆设计时在内部留下充气空隙，其在电缆和充电枪之间相当于一个专门的气冷通道，通道内加入冷却气体，可通过推动气体流动把热量带出，在充电的同时冷却散热。

Description

新型气冷大电流直流快充电缆
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，具体涉及一种新型气冷大电流直流快充电缆。
背景技术
近几年来新能源汽车的发展速度有目共睹，除特斯拉之外各知名跨国车企均快速调整汽车发展方向，纷纷推出未来新能源汽车的发展战略计划，且基本上都在2020年左右实现量产，2025年左右发力，最终在2030~2040年停售燃油车。在此背景下，充电设施成为了新能源汽车发展的重要基础设施，于此同时，充电设施也成为了制约新能源汽车快速推进的最大短板。近两年来，诸如充电桩等基础配套设施的发展滞后现象正在日益突出，而且现阶段大部分充电桩的充电时间都较长，即使是快充依然需要耗费一个多小时，导致很多消费者对新能源汽车使用的便利性存有疑虑。也因此，大功率快速充电技术应运而生。
目前市面上主流的充电桩用电缆按充电模式可分为交流充电桩和直流充电桩用电缆。其中交流充电桩由于车载充电机的功率不是很大，所以不能很好的实现快速充电；直流充电桩可提供足够的功率，可实现有限的快充要求，但其使用的电缆结构也相对复杂，存在电缆直径大、质量大的不足，且散热效果受电缆结构制约，无法有效提升充电的功率。仅管有业界研发出液冷的方案提高电缆的散热效果，但液冷方案的存在漏电风险，安全性差，另外液冷管路和冷媒会导致电缆的重量变大，同时提高了成本。
因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本发明所要研究解决的课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型气冷大电流直流快充电缆。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种新型气冷大电流直流快充电缆，由总成缆、外绕包层、内护层、铠装层以及外护层组成；
所述总成缆的外周紧密包覆有所述外绕包层，所述外绕包层的外周紧密包覆有所述内护层，所述内护层的外周紧密包覆有所述铠装层，所述铠装层的外周紧密包覆有所述外护层；
其中，所述总成缆包括正极主电源线、负极主电源线、地线、正极辅助电源线、负极辅助电源线、两组双屏蔽通信信号线组以及一组非屏蔽通信信号线组；所述总成缆中的各线材之间形成有空隙，构成总成缆经所述外绕包层绕包之后，所述空隙成为密闭的气冷通道，该气冷通道用于流通气态冷媒；
各所述双屏蔽通信信号线组均由两信号线绞合而成且包覆有双屏蔽层，双屏蔽层外包覆有护套层；
所述非屏蔽通信信号线组由多根信号线绞合而成，绞合线芯外紧密绕包有内绕包层，内绕包层外包覆有护套层。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1．上述方案中，所述内护层由特种耐高温高抗撕硅橡胶制成，所述特种耐高温高抗撕硅橡胶的原料包括以下重量份的组分：
甲基乙烯基硅橡胶 50~60份；
乙烯基硅油 4~6份；
苯乙烯基甲基硅橡胶 6~10份；
阻燃剂 3.5~7份；
防火剂 1.5~4份；
白炭黑 1.5~3份；
填充剂 6~8份。
2．上述方案中，所述特种耐高温高抗撕硅橡胶的原料组分还包括：
硬脂酸锌 2.5~3.5份；
二氧化硅 2.5~3.5份；
硬脂酸锌 2.5~3.5份；
所述填充剂为二氧化硅。
3．上述方案中，所述特种耐高温高抗撕硅橡胶的原料组分还包括：
脱模剂 3~5份；
除霜剂 3~5份；
色膏 2~3份。
4．上述方案中，所述外护层由高柔软及高强度高耐磨特种TPU制成，所述高柔软及高强度高耐磨特种TPU的原料包括以下重量份的组分：
热塑性聚氨酯弹性体橡胶 60~65份；
丁腈橡胶 4~5份；
防菌剂 1~2份；
润滑剂 3~4份；
抗氧剂 1~2份；
阻燃剂 18~25份；
抗UV剂 1~2份；
炭黑 2~3份。
5．上述方案中，所述高柔软及高强度高耐磨特种TPU在加工前进行干燥处理，干燥温度为90~100℃，时间2~4小时。
6．上述方案中，所述冷却气体为惰性气体，温度为-20±2℃，流量为2 ~4L/min，工作压力为1~2 bar。
7．上述方案中，所述铠装层为铝合金连锁铠装层，其原料包括以下重量份的组分：
铝 25~35份；
铁 0.4~0.6份；
硅 0.06~0.08份；
铜 0.15~0.3份；
镁 0.02~0.05份；
杂质 低于0.3份。
8．上述方案中，所有芯线的导体均为符合QC/T 1037-2016的C型铜导体；所述导体外包覆有绝缘层，所述绝缘层由所述特种耐高温高抗撕硅橡胶制成。
9．上述方案中，所述特种耐高温高抗撕硅橡胶的原料中添加有铂金硫化剂，该铂金硫化剂的原料包括以下重量份的组分：
甲基硅橡胶1.5~5份；
甲基乙烯基硅橡胶10~30份；
硅烷偶联剂3.5~15份；
铂金络合盐0.000005~0.00005份。
10．上述方案中，所述铂金硫化剂由A组分铂金硫化剂和B组分铂金硫化剂组成；其中，
所述A组分铂金硫化剂包括以下重量份的组分：
铂金络合盐0.000005~0.00005份；
甲基硅橡胶0.5~5份；
甲基乙烯基硅橡胶5~10份；
其余填充剂10~20份；
所述B组分铂金硫化剂包括以下重量份的组分：
甲基乙烯基硅橡胶5~23份；
硅烷偶联剂3.5~15份；
其余填充剂5~15份。
并且，A组分铂金硫化剂的添加比为特种耐高温硅橡胶原料重量的0.3%~2%，B组分铂金硫化剂的添加比为特种耐高温硅橡胶原料重量的0.6%~3.5%。
11．上述方案中，所述A组分铂金硫化剂的组分还包括：
二氧化硅1~2.5份；
硬脂酸锌0.5~2份；
所述A组分铂金硫化剂的所述填充剂为所述二氧化硅；
所述B组分铂金硫化剂的组分还包括：
甲基硅橡胶2.5~8份；
所述B组分铂金硫化剂的所述填充剂为所述甲基硅橡胶。
12．上述方案中，所述A组分铂金硫化剂和所述B组分铂金硫化剂添加顺序为：
先在所述特种耐高温硅橡胶的原料中加入所述B组分铂金硫化剂，在炼胶机中混炼4~5分钟，待充分混匀后再加入所述A组分铂金硫化剂，并继续混炼至少1分钟；
在整个添加过程中，所述炼胶机的滚筒内温度保持在5~40℃。
本发明的工作原理及优点如下：
本发明一种新型气冷大电流直流快充电缆，由内而外包括总成缆、外绕包层、内护层、铠装层及外护层；总成缆包括正极主电源线、负极主电源线、地线、正极辅助电源线、负极辅助电源线、两组双屏蔽通信信号线组及一组非屏蔽通信信号线组；总成缆中的各线间形成有空隙，成为密闭的气冷通道流通气态冷媒；双屏蔽通信信号线组由两信号线绞合而成且包覆有双屏蔽层，双屏蔽层外包覆有护套层；非屏蔽通信信号线组由多根信号线绞合而成且绕包有内绕包层，内绕包层外包覆有护套层。
相比现有技术而言，本发明通过在总成缆中涉及空隙，其在电缆和充电枪之间形成一个专门的气冷通道，通道内加入起散热作用的冷却气体，通过冷却气体和内部主电缆的直接接触，可以通过动力泵推动低温气体在电缆内进行流动从而把充电时产生的热量带出，借此设计，可在充电的同时通过冷却气体进行散热，极大程度提升充电的功率，以实现大电流快速充电的目的，满足了充电技术后续发展的诸多技术要求。
同时，通过采用空隙作为气冷通道，免去了专门的管路设计，因此可缩小电缆直径，让充电设备在满足充电速率的前提下实现轻量化，降低充电接口温升数值，提升充电体验。
另外，本发明通过采用特种耐高温高抗撕硅橡胶弹性体、高柔软及高强度高耐磨特种TPU材料和铠装层支撑结构设计，提高了产品的耐高低温性能和可靠性。
附图说明
附图1为本发明实施例的剖面结构示意图。
以上附图中：1．总成缆；2．外绕包层；3．内护层；4．铠装层；5．外护层；6．正极主电源线；7．负极主电源线；8．地线；9．正极辅助电源线；10．负极辅助电源线；11．双屏蔽通信信号线组；12．非屏蔽通信信号线组；13．气冷通道；14．信号线；15．护套层；16．PP填充物；17．铝箔屏蔽层；18．编织屏蔽层；19．内绕包层；20．绝缘层。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：以下将以图式及详细叙述对本案进行清楚说明，任何本领域技术人员在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。
本文的用语只为描述特定实施例，而无意为本案的限制。单数形式如“一”、“这”、“此”、“本”以及“该”，如本文所用，同样也包含复数形式。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的用词（terms），除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在本案内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本案的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本案描述上额外的引导。
参见附图1所示，一种新型气冷大电流直流快充电缆，由总成缆1、外绕包层2、内护层3、铠装层4以及外护层5组成。
所述总成缆1的外周紧密包覆有所述外绕包层2，所述外绕包层2的外周紧密包覆有所述内护层3，所述内护层3的外周紧密包覆有所述铠装层4，所述铠装层4的外周紧密包覆有所述外护层5。
其中，所述总成缆1包括正极主电源线6、负极主电源线7、地线8、正极辅助电源线9、负极辅助电源线10、两组双屏蔽通信信号线组11以及一组非屏蔽通信信号线组12；所述总成缆1中的各线之间形成有空隙，构成总成缆1经所述外绕包层2绕包之后，所述空隙成为密闭的气冷通道13，该气冷通道13用于流通气态冷媒；在电缆使用时，所述气冷通道13中的流动冷媒可带走导体工作时产生的热量，使电缆能够在额定的使用温度要求下实现更高的载流。
通过所述气冷通道13的设计，其在电缆和充电枪之间形成一个专门的冷却通道，通道内加入起散热作用的冷却气体，就可以通过动力泵推动低温气体在电缆内进行流动从而把充电时产生的热量带出，借此设计，可在充电的同时通过冷却气体进行散热，以实现大电流快速充电的目的。
各所述双屏蔽通信信号线组11均由两信号线14绞合而成且包覆有双屏蔽层，双屏蔽层外包覆有苯乙烯类弹性体护套层15，绞合线芯由PP填充物16填充，绞合线芯外紧密绕包一层铝箔屏蔽层17，铝箔屏蔽层17外紧密包覆由镀锡编织丝编织而成的编织屏蔽层18，编织屏蔽层18外包覆有苯乙烯类弹性体护套层15。通过铝塑复合层17+编织屏蔽层18组成双屏蔽通信信号组，高密度精编工艺配合铝箔绕包的屏蔽形式实现了电缆在复杂电路中使用时抵抗电磁干扰的目的，实现了信号传输稳定。
所述非屏蔽通信信号线组12由多根信号线14绞合而成，绞合线芯外紧密绕包有内绕包层19，内绕包层19外包覆有苯乙烯类弹性体护套层15。
其中，所述双屏蔽通信信号线组11的作用是用于通讯数据传输，远程数据采集；所述非屏蔽通信信号线组12的作用是用来对车内充电连接确认和充电确认，可实现车辆充放电的预警控制、充电状态的数据采集等功能。
所述地线8为单芯电缆，其作用是用于接地保护。所述铠装层4具有防护内部以及对无填充物的总成缆1进行结构支撑和加强的作用。
所述外绕包层2及所述内绕包层19均可为无纺布绕包带。
优选的，所述内护层3由特种耐高温高抗撕硅橡胶制成，所述特种耐高温高抗撕硅橡胶的原料包括以下重量份的组分：
甲基乙烯基硅橡胶 50~60份；
乙烯基硅油 4~6份；
苯乙烯基甲基硅橡胶 6~10份；
阻燃剂 3.5~7份；
防火剂 1.5~4份；
白炭黑 1.5~3份；
填充剂 6~8份。
借此配方设计，可使内护层3具有优良的耐温和绝缘电性能。
所述特种耐高温高抗撕硅橡胶的原料组分还包括：
硬脂酸锌 2.5~3.5份；
二氧化硅 2.5~3.5份；
硬脂酸锌 2.5~3.5份；
所述填充剂为二氧化硅。
所述特种耐高温高抗撕硅橡胶的原料组分还包括：
脱模剂 3~5份；
除霜剂 3~5份；
色膏 2~3份。
优选的，所述外护层5由高柔软及高强度高耐磨特种TPU制成，所述高柔软及高强度高耐磨特种TPU的原料包括以下重量份的组分：
热塑性聚氨酯弹性体橡胶 60~65份；
丁腈橡胶 4~5份；
防菌剂 1~2份；
润滑剂 3~4份；
抗氧剂 1~2份；
阻燃剂 18~25份；
抗UV剂 1~2份；
炭黑 2~3份。
借此配方设计，可使外护层5具有具有优异的韧性、耐磨性、低温柔韧性、耐油性、耐霉菌性、弹性、热稳定性及优异的机械性能和良好的阻燃性能，其最高加工温度应不超过210℃。
其中，所述高柔软及高强度高耐磨特种TPU在加工前进行干燥处理，干燥温度为90~100℃，时间2~4小时。由于材料本身容易受潮，因此若不进行干燥的前处理工序，则挤出时截面容易产生气孔。
其中，所述冷却气体为惰性气体（如氮气或者氩气等），温度为-20±2℃，流量为2~4L/min，工作压力为1~2 bar。其冷却能力为600 ~ 1000W，工作温度为-30~+65℃。
优选的，所述铠装层4为铝合金连锁铠装层，其原料包括以下重量份的组分：
铝 25~35份；
铁 0.4~0.6份；
硅 0.06~0.08份；
铜 0.15~0.3份；
镁 0.02~0.05份；
杂质 低于0.3份。
其中，所有芯线的导体均为符合QC/T 1037-2016的C型铜导体，以保证电缆的整体柔软性。所有芯线指的是正极主电源线6、负极主电源线7、地线8、正极辅助电源线9、负极辅助电源线10以及各信号线14。
所述导体外包覆有绝缘层20，所述绝缘层20由所述特种耐高温高抗撕硅橡胶制成，能够经受规定的火花试验，具有优良的耐温和绝缘电性能。
优选的，所述特种耐高温高抗撕硅橡胶的原料中添加有铂金硫化剂，该铂金硫化剂的原料包括以下重量份的组分：
甲基硅橡胶1.5~5份；
甲基乙烯基硅橡胶10~30份；
硅烷偶联剂3.5~15份；
铂金络合盐0.000005~0.00005份。
所述铂金硫化剂由A组分铂金硫化剂和B组分铂金硫化剂组成；其中，
所述A组分铂金硫化剂包括以下重量份的组分：
铂金络合盐0.000005~0.00005份；
甲基硅橡胶0.5~5份；
甲基乙烯基硅橡胶5~10份；
其余填充剂10~20份；
所述B组分铂金硫化剂包括以下重量份的组分：
甲基乙烯基硅橡胶5~23份；
硅烷偶联剂3.5~15份；
其余填充剂5~15份。
并且，A组分铂金硫化剂的添加比为特种耐高温硅橡胶原料重量的0.3%~2%，B组分铂金硫化剂的添加比为特种耐高温硅橡胶原料重量的0.6%~3.5%。
优选的，所述A组分铂金硫化剂的组分还包括：
二氧化硅1~2.5份；
硬脂酸锌0.5~2份；
所述A组分铂金硫化剂的所述填充剂为所述二氧化硅；
所述B组分铂金硫化剂的组分还包括：
甲基硅橡胶2.5~8份；
所述B组分铂金硫化剂的所述填充剂为所述甲基硅橡胶。
其中，所述A组分铂金硫化剂和所述B组分铂金硫化剂添加顺序为：
先在所述特种耐高温硅橡胶的原料中加入所述B组分铂金硫化剂，在炼胶机中混炼4~5分钟，待充分混匀后再加入所述A组分铂金硫化剂，并继续混炼至少1分钟；
在整个添加过程中，所述炼胶机的滚筒内温度保持在5~40℃。
本发明解决了目前新能源汽车使用的交、直流充电桩充电功率小，充电慢的问题，该气冷技术使大功率充电更易实现，电缆设计时在内部留下充气空隙，其在电缆和充电枪之间相当于一个专门的气冷通道，通道内加入起散热作用的冷却气体，就可以通过动力泵推动气体流动从而把热量带出，可以在充电的同时用冷媒进行散热，以实现大电流快速充电的目的。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型气冷大电流直流快充电缆，其特征在于：
由总成缆、外绕包层、内护层、铠装层以及外护层组成；
所述总成缆的外周紧密包覆有所述外绕包层，所述外绕包层的外周紧密包覆有所述内护层，所述内护层的外周紧密包覆有所述铠装层，所述铠装层的外周紧密包覆有所述外护层；
其中，所述总成缆包括正极主电源线、负极主电源线、地线、正极辅助电源线、负极辅助电源线、两组双屏蔽通信信号线组以及一组非屏蔽通信信号线组；所述总成缆中的各线材之间形成有空隙，构成总成缆经所述外绕包层绕包之后，所述空隙成为密闭的气冷通道，该气冷通道用于流通气态冷媒；
各所述双屏蔽通信信号线组均由两信号线绞合而成且包覆有双屏蔽层，双屏蔽层外包覆有护套层；
所述非屏蔽通信信号线组由多根信号线绞合而成，绞合线芯外紧密绕包有内绕包层，内绕包层外包覆有护套层。
2.根据权利要求1所述的气冷大电流直流快充电缆，其特征在于：所述内护层由特种耐高温高抗撕硅橡胶制成，所述特种耐高温高抗撕硅橡胶的原料包括以下重量份的组分：
甲基乙烯基硅橡胶 50~60份；
乙烯基硅油 4~6份；
苯乙烯基甲基硅橡胶 6~10份；
阻燃剂 3.5~7份；
防火剂 1.5~4份；
白炭黑 1.5~3份；
填充剂 6~8份。
3.根据权利要求2所述的气冷大电流直流快充电缆，其特征在于：所述特种耐高温高抗撕硅橡胶的原料组分还包括：
硬脂酸锌 2.5~3.5份；
二氧化硅 2.5~3.5份；
硬脂酸锌 2.5~3.5份；
所述填充剂为二氧化硅。
4.根据权利要求3所述的气冷大电流直流快充电缆，其特征在于：所述特种耐高温高抗撕硅橡胶的原料组分还包括：
脱模剂 3~5份；
除霜剂 3~5份；
色膏 2~3份。
5.根据权利要求1所述的气冷大电流直流快充电缆，其特征在于：所述外护层由高柔软及高强度高耐磨特种TPU制成，所述高柔软及高强度高耐磨特种TPU的原料包括以下重量份的组分：
热塑性聚氨酯弹性体橡胶 60~65份；
丁腈橡胶 4~5份；
防菌剂 1~2份；
润滑剂 3~4份；
抗氧剂 1~2份；
阻燃剂 18~25份；
抗UV剂 1~2份；
炭黑 2~3份。
6.根据权利要求5所述的气冷大电流直流快充电缆，其特征在于：所述高柔软及高强度高耐磨特种TPU在加工前进行干燥处理，干燥温度为90~100℃，时间2~4小时。
7.根据权利要求1所述的气冷大电流直流快充电缆，其特征在于：所述冷却气体为惰性气体，温度为-20±2℃，流量为2 ~4L/min，工作压力为1~2 bar。
8.根据权利要求1所述的气冷大电流直流快充电缆，其特征在于：所述铠装层为铝合金连锁铠装层，其原料包括以下重量份的组分：
铝 25~35份；
铁 0.4~0.6份；
硅 0.06~0.08份；
铜 0.15~0.3份；
镁 0.02~0.05份；
杂质 低于0.3份。
9.根据权利要求2所述的气冷大电流直流快充电缆，其特征在于：所有芯线的导体均为符合QC/T 1037-2016的C型铜导体；所述导体外包覆有绝缘层，所述绝缘层由所述特种耐高温高抗撕硅橡胶制成。
10.根据权利要求2所述的气冷大电流直流快充电缆，其特征在于：所述特种耐高温高抗撕硅橡胶的原料中添加有铂金硫化剂，该铂金硫化剂的原料包括以下重量份的组分：
甲基硅橡胶1.5~5份；
甲基乙烯基硅橡胶10~30份；
硅烷偶联剂3.5~15份；
铂金络合盐0.000005~0.00005份。
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