CN114596991B - 一种大电流充电的液冷充电桩线缆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大电流充电的液冷充电桩线缆，属于线缆技术领域，该线缆包括缆芯以及包裹在缆芯外部的第一护套，缆芯内设有主动力线。主动力线包括横截面为半圆形的导体线以及横截面为半圆形的液冷通道，液冷通道与导体线相接形成横截面为圆形的主动力线，液冷通道内填充有冷却液。缆芯内还设有冷却液输出管道，冷却液输出管道与液冷通道连通，且可通过冷却液输出管道将液冷通道内的冷却液输送至外部散热装置。该线缆可以解决现有充电桩电缆充电效率低、充电时间长以及线缆容易过热存在火灾等安全隐患的问题。

Description

一种大电流充电的液冷充电桩线缆

技术领域

本发明涉及线缆技术领域，尤其涉及一种大电流充电的液冷充电桩线缆。

背景技术

近几年，随着新能源汽车销量的爆炸式增长，充电桩的数量也在不断增长。但就新能源车的保有量而言，目前充电桩的保有量仍然不能满足需求。虽然充电技术在不断革新，但是目前一辆家用新能源乘用车由亏电充电至80％电量需要至少30分钟时间，充电站的数量不足与充电时间过长已经成为新能源车进一步发展的桎梏。而充电时间过程长主要是因为大电流长时间充电时的线缆导体及端子处发热严重，这迫使充电桩不得不在线缆温度上升时进行限流处理，因此降低了充电效率。而且线缆发热严重，存在容易火灾的安全隐患。因此，迫切需要一种能满足大电流快速充电的线缆，来解决现有技术的缺陷。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种大电流充电的液冷充电桩线缆，该线缆可以解决现有充电桩电缆充电效率低、充电时间长以及线缆容易过热存在火灾等安全隐患的问题。

一种大电流充电的液冷充电桩线缆，包括缆芯以及包裹在缆芯外部的第一护套，所述缆芯内设有主动力线；所述主动力线包括横截面为半圆形的导体线以及横截面为半圆形的液冷通道，所述液冷通道与所述导体线相接形成横截面为圆形的主动力线，所述液冷通道内填充有冷却液；所述缆芯内还设有冷却液输出管道，所述冷却液输出管道与所述液冷通道连通，且可通过所述冷却液输出管道将所述液冷通道内的冷却液输送至外部散热装置。

在本发明较佳的技术方案中，沿所述线缆的长度方向，所述线缆上还设有多个辅助散热装置。

在本发明较佳的技术方案中，所述辅助散热装置包括缓冲腔以及液冷散热板，所述缓冲腔设置在所述液冷通道上与所述液冷通道连通，所述液冷散热板一侧壁与所述缓冲腔相接，所述液冷散热板上设有散热翅片，所述散热翅片外露在所述第一护套外。

在本发明较佳的技术方案中，所述第一护套上设有安装位，所述安装位边缘设有凸台，所述液冷散热板上设有与所述凸台相适配的凹槽；所述液冷散热板与所述缓冲腔可拆卸固定连接。

在本发明较佳的技术方案中，所述液冷散热板包括底板、中隔板以及面板，所述中隔板上设有液冷槽，所述中隔板设置在所述底板与所述面板之间，所述液冷槽被所述底板与所述面板密封而形成散热流道；所述面板上设有所述散热翅片。

在本发明较佳的技术方案中，所述缓冲腔与所述液冷散热板之间设有导热材料。

在本发明较佳的技术方案中，所述缆芯内还设有第一控制线芯以及第二控制线芯，所述第一控制线芯由六条芯线绞合而成，所述第二控制线芯由两条芯线绞合而成。

在本发明较佳的技术方案中，所述第一控制线芯由6条芯线绞合而成，且绞合成缆的芯线外围绕包有聚酯带，所述聚酯带设有采用屏蔽单丝编织而成的屏蔽层，所述屏蔽层外壁还设有一层交联聚烯烃第二护套，所述屏蔽层的屏蔽密度≥85％；

所述第二控制线芯由两条芯线绞合而成，两条绞合成缆的芯线外围设有一层交联聚烯烃第二护套。

在本发明较佳的技术方案中，所述缆芯内还设有辅助动力线、地线以及填充材料；所述主动力线、辅助动力线和地线的绝缘层采用硅橡胶材质制成，所述填充材料为阻燃高强度PP绳。

在本发明较佳的技术方案中，所述第一护套包括保护层和包带，所述保护层采用热塑性聚氨酯弹性体橡胶制成，所述包带将所述缆芯完全包裹；

所述液冷通道与所述冷却液输出管道均采用热塑性聚酯弹性体材质制成。

本发明的有益效果为：本发明提供的大电流充电的液冷充电桩线缆，该线缆的线芯内设有主动力线，主动力线包括横截面呈半圆形的导体线和液冷通道，导体线和液冷通道相接。充电时，导体线的热量经过液冷通道外壁传递到液冷通道内的冷却液中与冷却液进行热量交换。换热后的冷却液经过冷却液输出管道被送至外部散热装置进行散热，冷却液会将导体线发出的热量带出，因此工作过程中的导体线能快速冷却，即使在大电流充电过程中也不会因发热严重而导致自身温度过高，不能正常工作。因此该线缆可以提高充电桩的充电效率，降低安全隐患，延长线缆的使用寿命。

附图说明

图1是本发明提供的大电流充电的液冷充电桩线缆的结构示意图；

图2是本发明的提供的辅助散热装置的结构示意图；

图3是图2中A处的局部放大图；

图4是本发明本发明提供的50mm²动力线载流600A充电的试验结果图。

附图标记：

1、第一控制线芯；2、冷却液输出管道；3、导体线；4、液冷通道；5、地线；6、辅助动力线；7、保护层；8、填充材料；9、包带；10、第二控制线芯；71、安装位；72、凸台；100、辅助散热装置；110、缓冲腔； 120、液冷散热板；121、底板；122、中隔板；123、面板；124、散热翅片；125、凹槽；1221、液冷槽。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“该”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1-图3所示，一种大电流充电的液冷充电桩线缆，包括缆芯以及包裹在缆芯外部的第一护套，所述缆芯内设有主动力线。所述主动力线包括横截面为半圆形的导体线3以及横截面为半圆形的液冷通道4，所述液冷通道4与所述导体线3相接形成横截面为圆形的主动力线，所述液冷通道4内填充有冷却液；所述缆芯内还设有冷却液输出管道2，所述冷却液输出管道2与所述液冷通道4连通，且可通过所述冷却液输出管道2将所述液冷通道4内的冷却液输送至外部散热装置。

所述主动力线的半圆形导体线3制作时是所述导体线3先进行束丝绞合成圆形，然后在半圆形紧压模具上进行所述导体线3紧压成半圆形，随后在挤出绝缘前与半圆形的所述液冷通道4通过多道模具直放合并成圆形，不同规格的半圆形导体线3的半径和所述液冷通道4的半径需要保持一致，这样才能合并为一个圆形。

更具体地，所述第一护套包括保护层7和包带9，所述保护层7采用热塑性聚氨酯弹性体橡胶制成，所述包带9将所述缆芯完全包裹。所述热塑性聚氨酯弹性体橡胶具有高耐磨性、高抗撕性的特点，对线芯具有良好的保护作用，而包带9具有防火阻燃的作用。

该线缆的散热原理为：从所述液冷通道4中输入冷却液，冷却液在液冷通道4中与所述导体线3发生热量交换，发热的导体线3的热量经过所述液冷通道4的壁面传递给所述液冷通道4中的冷却液，冷却液温度升高，导体线3温度降低。升温后的冷却液经过所述冷却液输出管道2被送至所述外部散热装置，在所述外部散热装置与外界进行热量交换被冷却，温度降低后重新被送入所述液冷通道4中，继续对所述导体线3进行冷却，以此循环。需要说明的是，在实际的应用中，为了较好地对导体线3进行降温，可以在所述线芯中安装温度检测装置，以便于监控导体线3的温度。当导体线3的温度大于设定阈值时，可以通过改变外部散热装置的运行状态，使冷却液冷却加快，以便更好地对导体线3进行降温。所述外部散热装置可以是充电桩上的散热器。

上述的大电流充电的液冷充电桩线缆，该线缆的线芯内设有主动力线，主动力线包括横截面呈半圆形的导体线3和液冷通道4，导体线3和液冷通道4相接。充电时，导体线3的热量经过液冷通道4外壁传递到液冷通道4内的冷却液中与冷却液进行热量交换。换热后的冷却液经过冷却液输出管道2被送至外部散热装置进行散热，冷却液会将导体线3发出的热量带出，因此工作过程中的导体线3能快速冷却，即使在大电流充电过程中也不会因发热严重而导致自身温度过高，不能正常工作。因此该线缆可以提高充电桩的充电效率，降低安全隐患，延长线缆的使用寿命。

在一种更优的实施方式中，沿所述线缆的长度方向，所述线缆上还设有多个辅助散热装置100。所述辅助散热装置100用于对所述液冷通道4 内的冷却液进行辅助散热，有利于冷却液的降温。辅助散热装置100的设置可以使得所述导体线3的热量被快速地散发掉一部分，从未可以抑制所述导体线3在使用过程中的温升。在一种实施例中，沿所述线缆的长度方向上，相邻两个所述辅助散热装置100之间的距离为30cm-50cm。

进一步地，所述辅助散热装置100包括缓冲腔110以及液冷散热板120，所述缓冲腔110设置在所述液冷通道4上与所述液冷通道4连通，所述液冷散热板120一侧壁与所述缓冲腔110相接，所述液冷散热板120上设有散热翅片124，所述散热翅片124外露在所述第一护套外。更进一步地，所述缓冲腔110与所述液冷散热板120之间设有导热材料。

所述缓冲腔110的体积较大，所述液冷通道4会在所述缓冲腔110中汇聚，流速降低。因此缓冲腔110中的冷却液可以与所述液冷板进行热量交换。所述导热材料可以是导热硅脂。实际应用中，部分线缆过长，冷却液不能第一时间对离接线端子较远处的所述导体线3进行冷却，而所述缓冲腔110和所述液冷散热板120的设置使得冷却液在所述辅助散热装置100的作用下即可有效散热，亦能对离接线端子较远的所述导体线3进行降温，保证线缆能安全稳定运行。

进一步地，所述第一护套上设有安装位71，所述安装位71边缘设有凸台72，所述液冷散热板120上设有与所述凸台72相适配的凹槽125；所述液冷散热板120与所述缓冲腔110可拆卸固定连接。所述凸台72与所述凹槽125相互配合的结构，使得所述液冷散热板120的安装更方便。所述液冷散热板120可以采用螺钉固定在所述缓冲腔110上。

进一步地，所述液冷散热板120包括底板121、中隔板122以及面板 123，所述中隔板122上设有液冷槽1221，所述中隔板122设置在所述底板121与所述面板123之间，所述液冷槽1221被所述底板121与所述面板123密封而形成散热流道；所述面板123上设有所述散热翅片124。需要说明的是，所述中隔板122安装在所述底板121与所述面板123中间时，所述液冷槽1221是密封的且具有冷却液填充口，以便向所述液冷槽1221 中填充冷却液。将所述液冷散热板120设置成包括底板121、中隔板122 以及面板123的分体式结构，使得液冷散热板120的生产更方便，因此可以降低生产成本，也有利于降低线缆的整体成本。

进一步地，所述缆芯内还设有第一控制线芯1以及第二控制线芯10，所述第一控制线芯1由六条芯线绞合而成，所述第二控制线芯10由两条芯线绞合而成。所述第一控制线芯1、所述第二控制线芯10用于传输控制信号，两者所传递的信号不同。

更进一步地，所述第一控制线芯1由6条芯线绞合而成，且绞合成缆的芯线外围绕包有聚酯带，所述聚酯带设有采用屏蔽单丝编织而成的屏蔽层，所述屏蔽层外壁还设有一层交联聚烯烃第二护套，所述屏蔽层的屏蔽密度≥85％；

所述第二控制线芯10由两条芯线绞合而成，两条绞合成缆的芯线外围设有一层交联聚烯烃第二护套。

交联聚烯烃具有高抗张性能，且抗撕裂强度达到了50～60N/mm²具有高抗张性能，且抗撕裂强度达到了50～60N/mm²，可以有效地保护控制线芯不会在频繁的弯曲过程中断路。交联聚烯烃的厚度与控制线芯的横截面积的关系如表1所示：

表1控制线芯横截面积与交联聚烯烃的绝缘厚度关系表

进一步地，所述缆芯内还设有辅助动力线6、地线5以及填充材料8；所述主动力线、辅助动力线6和地线5的绝缘层采用硅橡胶材质制成，所述填充材料8为阻燃高强度PP绳。PP绳是聚丙烯绳，具有张强度高、阻燃性能好，在液冷充电桩线缆反复弯曲的过程中，起到了较强的抗弯折能力。

本发明的硅橡胶材质达到－60℃到200℃的耐温等级。因此，可以在长时间的承受冷却管道的低温冲击时绝缘不会发生老化情况，硅橡胶材质具有柔软性，使用液冷充电桩时更易弯曲。

所述液冷通道4与所述冷却液输出管道2均采用热塑性聚酯弹性体材质制成。

热塑性聚酯弹性体材质的抗张强度可以达到60N/mm²，其材质硬度可以达到70邵氏硬度D级，并具有优异的耐温特性和高强度特性。可以满足所述液冷通道4与所述冷却液输出管道2的使用需求。

本发明还对所要保护的线缆的充电能力进行实验测试，具体如下：

实验测试：液冷充电桩电缆正常载流量按照实际应用举例，规格为2 ×50mm²的充电桩电缆动力线载流量正常为215A，目前新能源市场对新能源汽车的电池续航要求越来越高，1000公里续航能力的汽车已经面市。但随之而来的就是新能源汽车的充电效率，如何实现50mm² 动力线载流 600A长时间运行？对于增大导体面积要实现载流增大，理论上可行，但实际上小平方载大电流带来的问题就是线缆急剧发热的问题，本实验采用 45#变压器油或其他冷却液把导体热量循环带走，就能实现规格为50mm²动力线载流600A，图4为50mm²动力线载流600A的试验数据。

通过液冷载流试验，充分验证了液冷充电桩的可行性，通过温升曲线可知，50mm²液冷充电桩动力线载流600A的情况下，充满一辆新能源汽车的温升不超过25℃，温度不会达到充电桩限流情况，可长时间循环高功率充电。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大电流充电的液冷充电桩线缆，包括缆芯以及包裹在缆芯外部的第一护套，所述缆芯内设有主动力线，其特征在于：所述主动力线包括横截面为半圆形的导体线以及横截面为半圆形的液冷通道，所述液冷通道与所述导体线相接形成横截面为圆形的主动力线，所述液冷通道内填充有冷却液；所述缆芯内还设有冷却液输出管道，所述冷却液输出管道与所述液冷通道连通，且可通过所述冷却液输出管道将所述液冷通道内的冷却液输送至外部散热装置；

沿所述线缆的长度方向，所述线缆上还设有多个辅助散热装置；

所述辅助散热装置包括缓冲腔以及液冷散热板，所述缓冲腔设置在所述液冷通道上与所述液冷通道连通，所述液冷散热板一侧壁与所述缓冲腔相接，所述液冷散热板上设有散热翅片，所述散热翅片外露在所述第一护套外。

2.根据权利要求1所述的大电流充电的液冷充电桩线缆，其特征在于：

所述第一护套上设有安装位，所述安装位边缘设有凸台，所述液冷散热板上设有与所述凸台相适配的凹槽；所述液冷散热板与所述缓冲腔可拆卸固定连接。

3.根据权利要求2所述的大电流充电的液冷充电桩线缆，其特征在于：

所述液冷散热板包括底板、中隔板以及面板，所述中隔板上设有液冷槽，所述中隔板设置在所述底板与所述面板之间，所述液冷槽被所述底板与所述面板密封而形成散热流道；所述面板上设有所述散热翅片。

4.根据权利要求1-3任一项所述的大电流充电的液冷充电桩线缆，其特征在于：

所述缓冲腔与所述液冷散热板之间设有导热材料。

5.根据权利要求1所述的大电流充电的液冷充电桩线缆，其特征在于：

所述缆芯内还设有第一控制线芯以及第二控制线芯，所述第一控制线芯由六条芯线绞合而成，所述第二控制线芯由两条芯线绞合而成。

6.根据权利要求5所述的大电流充电的液冷充电桩线缆，其特征在于：

所述第一控制线芯由6条芯线绞合而成，且绞合成缆的芯线外围绕包有聚酯带，所述聚酯带设有采用屏蔽单丝编织而成的屏蔽层，所述屏蔽层外壁还设有一层交联聚烯烃第二护套，所述屏蔽层的屏蔽密度≥85％；

所述第二控制线芯由两条芯线绞合而成，两条绞合成缆的芯线外围设有一层交联聚烯烃第二护套。

7.根据权利要求1所述的大电流充电的液冷充电桩线缆，其特征在于：

所述缆芯内还设有辅助动力线、地线以及填充材料；所述主动力线、辅助动力线和地线的绝缘层采用硅橡胶材质制成，所述填充材料为阻燃PP绳。

8.根据权利要求1所述的大电流充电的液冷充电桩线缆，其特征在于：

所述第一护套包括保护层和包带，所述保护层采用热塑性聚氨酯弹性体橡胶制成，所述包带将所述缆芯完全包裹；

所述液冷通道与所述冷却液输出管道均采用热塑性聚酯弹性体材质制成。

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