CN208460919U - 充电设备及车辆 - Google Patents

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Abstract

本实用新型描述了充电设备及车辆的实施方案。充电设备包括具有第一端和第二端的一根或多根导电电缆。每根电缆具有一组一个或多个冷却管。每个冷却管包括均在电缆的第一端处的入口和出口；与电缆热接触的正向部件，该正向部件在入口处开始并且从第一端延伸到第二端；以及与电缆热接触的反向部件，该反向部件从第二端延伸到第一端并且在出口处结束。正向部件和反向部件一起在入口与出口之间形成连续流体路径，使得工作流体可从入口穿过正向部件和反向部件到出口流过每个冷却管。

Description

充电设备及车辆
技术领域
所公开的实施方案整体涉及充电设备，并且具体地但非排他性地涉及用于电动车辆的充电设备及包含该充电设备的车辆。
背景技术
燃气动力车辆正逐渐被部分电动或全电动的车辆取代。迄今为止，电动车辆的发展趋势一直限于客运车辆，但像特斯拉公司(Tesla)这样的制造商在工厂中已经拥有诸如卡车的商用车辆。有些政府已强制要求截止某一年度完全转变为电动车辆。
尽管电动车辆具有明显的必然性，但它们的广泛运用仍面临障碍。所有电动车辆都使用电池向驱动电动车辆的马达提供电力，并且这些电池都需要在特定运行时间段之后充电。运用所面临的一个障碍是在车辆电池耗尽之后对这些电池进行充电所需的时间。对电动车辆的电池进行充电明显慢于在燃气动力车辆中加入汽油；为了使电动车辆可与燃气动力车辆竞争，必须缩短电池充电时间。为了减少电池充电时间，电动车辆制造商已开发了充电站，这些充电站以非常高的电流(例如约350A的电流)运行。这已将车辆电池的充电时间缩减到30分钟与1小时之间，这是一项实质性改进。
但是尽管以高电流进行充电显著减少了充电时间，这也带来了若干附带问题。除了别的以外，高电流需要具有大横截面积的导体；为了充分传导350A，铜电缆必须具有70-95mm的直径，这使其变得很重。而且，考虑到铜的现行价格，如果导体具有任何长度，都会较昂贵。可使用诸如铝的其他材料，但它们存在其他缺点。另一个问题是输送这样高的电流会使导体变得非常热。除了别的以外，该热量会增大导体的电阻并降低其充电效率。并且电缆在其寿命中经历的加热和冷却循环-以及对应的热膨胀和收缩循环-会在电缆所连接到的部件中产生应力，从而缩短其寿命。最后，电缆的高温可能给用户带来安全隐患。
实用新型内容
本实用新型提供了一种充电设备及车辆，能够缩短电动车辆的充电时间，以及改善电动车辆的性能、安全性和可靠性。
本实用新型描述了一种充电设备，该充电设备涉及液冷充电电缆的实施方案。该充电设备包括一根或多根电缆，每根电缆为导电的并且具有第一端和第二端。一组冷却管对应于每根电缆，每组包括一个或多个冷却管。每个冷却管包括均在电缆的第一端处的入口和出口；与电缆热接触的正向部件，该正向部件在入口处开始并且从第一端延伸到第二端；以及与电缆热接触的反向部件，该反向部件从第二端延伸到第一端并且在出口处结束。正向部件和反向部件一起在入口与出口之间形成连续流体路径，使得工作流体可从入口穿过正向部件和反向部件到出口流过每个冷却管。
进一步地，充电设备还包括流体耦接到每一个入口的入口歧管，以及流体耦接到每一个出口的出口歧管。
进一步地，充电设备还包括：换热器，所述换热器流体耦接到所述入口歧管和所述出口歧管；泵，所述泵流体耦接到所述换热器并流体耦接到所述入口歧管或所述出口歧管中的一者；和风扇，所述风扇被定位成产生穿过所述换热器的强制对流。
进一步地，充电设备还包括耦接到每根电缆的温度传感器，以及通信地耦接到每个温度传感器、所述泵和所述风扇的控制器。
进一步地，每个冷却管围绕所述电缆从所述第一端螺旋缠绕到所述第二端并从所述第二端螺旋缠绕到所述第一端。
进一步地，所述一根或多根电缆包括沿相反方向输送直流电的一对电缆。
进一步地，充电设备还包括护套，所述护套围绕所述一对电缆及其对应组的冷却管。
进一步地，所述冷却管由导热但电绝缘的材料制成。
进一步地，充电设备还包括插置在所述冷却管与所述电缆之间的热界面材料。
本实用新型还描述了包括充电设备的车辆的实施方案。该车辆包括动力传动系统，该动力传动系统具有耦接到车辆的车轮中的至少一个车轮的一个或多个电动马达。电池安装在车辆中并电耦接到一个或多个电动马达，并且充电设备安装在车辆中并电耦接在电池与车辆外部上的充电端口之间。充电设备包括一根或多根电缆，每根电缆为导电的并且具有第一端和第二端。一组冷却管对应于每根电缆，每组包括一个或多个冷却管。每个冷却管包括均定位在电缆的第一端处的入口和出口；与电缆热接触的正向部件，该正向部件在入口处开始并且从第一端延伸到第二端；以及与电缆热接触的反向部件，该反向部件从第二端延伸到第一端并且在出口处结束。正向部件和反向部件一起在入口与出口之间形成连续流体路径，使得工作流体可从入口穿过正向部件和反向部件到出口流过每个冷却管。
进一步地，车辆还包括流体耦接到每个入口的入口歧管，以及流体耦接到每个出口的出口歧管。
进一步地，车辆还包括：换热器，所述换热器流体耦接到所述入口歧管和所述出口歧管；泵，所述泵流体耦接到所述换热器并流体耦接到所述入口歧管或所述出口歧管中的一者；和风扇，所述风扇被定位成产生穿过所述换热器的强制对流。
进一步地，所述换热器是所述车辆的散热器。
进一步地，车辆还包括耦接到每根电缆的温度传感器，以及通信地耦接到每个温度传感器、所述泵和所述风扇的控制器。
进一步地，每个冷却管围绕所述电缆从所述第一端螺旋缠绕到所述第二端，并且围绕所述电缆从所述第二端螺旋缠绕到所述第一端。
进一步地，所述一根或多根电缆包括沿相反方向输送直流电的一对电缆。
进一步地，车辆还包括护套，所述护套围绕所述一对电缆及其对应组的冷却管。
进一步地，所述冷却管由导热但电绝缘的材料制成。
进一步地，车辆还包括插置在所述冷却管与所述电缆之间的热界面材料。
本实用新型还描述一种充电设备，该充电设备涉及直流电充电电缆的实施方案。该充电设备包括：第一电缆和第二电缆，每根电缆为导电的并且具有第一端和第二端，其中所述第一电缆适于沿第一方向输送直流电，并且所述第二电缆适于沿第二方向输送直流电，所述第二方向与所述第一方向相反；对应于所述第一电缆和所述第二电缆中的每一者的一组冷却管，每组冷却管包括一个或多个冷却管；以及护套，所述护套围绕所述第一电缆和所述第二电缆及其对应组的冷却管。其中每个冷却管包括：入口和出口，所述入口和所述出口均定位在所述电缆的所述第一端处；与所述电缆热接触的正向部件，所述正向部件在所述入口处开始并且从所述第一端延伸到所述第二端；以及与所述电缆热接触的反向部件，所述反向部件从所述第二端延伸到所述第一端并且在所述出口处结束，其中所述正向部件和所述反向部件一起在所述入口与所述出口之间形成连续流体路径，使得工作流体能够从所述入口穿过所述正向部件和所述反向部件到所述出口流过每个冷却管。
进一步地，充电设备还包括流体耦接到每一个入口的入口歧管，以及流体耦接到每一个出口的出口歧管。
进一步地，充电设备还包括：换热器，所述换热器流体耦接到所述入口歧管和所述出口歧管；泵，所述泵流体耦接到所述换热器并流体耦接到所述入口歧管或所述出口歧管中的一者；和风扇，所述风扇被定位成产生穿过所述换热器的强制对流。
进一步地，充电设备还包括耦接到每根电缆的温度传感器，以及通信地耦接到每个温度传感器、所述泵和所述风扇的控制器。
进一步地，每个冷却管围绕所述电缆从所述第一端螺旋缠绕到所述第二端，并且围绕所述电缆从所述第二端螺旋缠绕到所述第一端。
进一步地，所述冷却管由导热但电绝缘的材料制成。
进一步地，充电设备还包括插置在所述冷却管与所述电缆之间的热界面材料。
本实用新型还描述了包括充电设备的车辆的实施方案。该车辆包括：动力传动系统，所述动力传动系统包括耦接到所述车辆的车轮中的至少一个车轮的一个或多个电动马达；电池，所述电池安装在所述车辆中并电耦接到所述一个或多个电动马达；充电设备，所述充电设备安装在所述车辆中并电耦接到所述电池和充电端口。所述充电设备包括：第一电缆和第二电缆，每根电缆为导电的并且具有第一端和第二端，其中所述第一电缆适于沿第一方向输送直流电，并且所述第二电缆适于沿第二方向输送直流电，所述第二方向与所述第一方向相反；对应于所述第一电缆和所述第二电缆中的每一者的一组冷却管，每组冷却管包括一个或多个冷却管；和护套，所述护套围绕所述第一电缆和所述第二电缆及其对应组的冷却管。其中每个冷却管包括：入口和出口，所述入口和所述出口均定位在所述电缆的所述第一端处；与所述电缆热接触的正向部件，所述正向部件在所述入口处开始并且从所述第一端延伸到所述第二端；和与所述电缆热接触的反向部件，所述反向部件从所述第二端延伸到所述第一端并且在所述出口处结束。其中所述正向部件和所述反向部件一起在所述入口与所述出口之间形成连续流体路径，使得工作流体能够从所述入口穿过所述正向部件和所述反向部件到所述出口流过每个冷却管。
进一步地，车辆还包括流体耦接到每一个入口的入口歧管，以及流体耦接到每一个出口的出口歧管。
进一步地，车辆还包括：换热器，所述换热器流体耦接到所述入口歧管和所述出口歧管；泵，所述泵流体耦接到所述换热器并流体耦接到所述入口歧管或所述出口歧管中的一者；和风扇，所述风扇被定位成产生穿过所述换热器的强制对流。
进一步地，所述换热器是所述车辆自身的散热器。
进一步地，车辆还包括耦接到每根电缆的温度传感器，以及通信地耦接到每个温度传感器、所述泵和所述风扇的控制器。
进一步地，每个冷却管围绕所述电缆从所述第一端螺旋缠绕到所述第二端，并且围绕所述电缆从所述第二端螺旋缠绕到所述第一端。
进一步地，所述冷却管由导热但电绝缘的材料制成。
进一步地，车辆还包括插置在所述冷却管与所述电缆之间的热界面材料。
本实用新型的充电设备及车辆，通过对应每根电缆设置冷却管，使得允许以基本上较高的电流、电压和功率对电动车辆进行充电，从而缩短了电动车辆的充电时间，改善了电动车辆的性能、安全性和可靠性，降低了由与充电相关的热问题引起的电动车辆修理成本，减少了所需的材料量并因此降低成本，推动了电动车辆的运用，并且降低了因原材料导致的不必要消耗和电的低效使用所引用的环境影响。
附图说明
参考以下附图描述了本实用新型的非限制性和非穷举性实施方案，其中除非另外指明，否则相同附图标记在各种不同视图中指代相同的部件。
图1A至图1B是液冷充电电缆的实施方案的示意图。
图2是包括车载液冷充电电缆的实施方案的汽车的框图。
图3是液冷充电电缆的汽车实施方案的框图。
图4A是液冷充电电缆的实施方案的剖面图。
图4B是导体与冷却管之间的界面的实施方案的放大剖面图，如图4A 的圈定区域中所示。
图5A至图5B是使用多个液冷导体的电缆的实施方案的剖面图。
图6A至图6B是气冷充电电缆的实施方案的平面图和剖视图，图6B 是基本上沿图6A中的剖面线B-B截取的横截面。
图7A至图7B是气冷充电电缆的另一个实施方案的平面图和剖视图，图7B是基本上沿图7A中的剖面线B-B截取的横截面。
图8是气冷充电电缆的另一个实施方案的剖视图。
具体实施方式
下文讨论了液冷和气冷充电电缆的实施方案。在液冷实施方案中，一根或多根导电电缆各自具有一组冷却管，该组冷却管被定位成与其相应电缆热接触。当电流过一根或多根电缆时，工作流体(其在一个实施方案中可为汽车防冻剂)循环穿过冷却管以冷却电缆。诸如泵和换热器的附加元件可用于增强穿过冷却管的循环和从系统的传热。在气冷实施方案中，一根或多根导电电缆的至少一部分被密封在导热护套内，使得在一根或多根电缆的外表面与护套的内表面之间形成密封体积。电绝缘但导热的气体用于填充密封体积。当电流过一根或多根电缆时，热量从电缆传递到导热气体，从导热气体传递到导热护套，并且从导热护套传递到大气。
除了别的以外，所公开的实施方案的目标包括允许以基本上较高的电流、电压和功率对电动车辆进行充电，从而通过缩短电动车辆的充电时间而推动电动车辆的运用；通过改善电动车辆的性能、安全性和可靠性，推动电动车辆的运用和使用；通过降低可由与充电相关的热问题引起的电动车辆修理成本，推动电动车辆的运用和使用；通过减少所需的材料量并因此降低成本，推动电动车辆的运用；并且降低因原材料的不必要消耗和电的低效使用所引起的环境影响。
尽管所公开的实施方案大多数被描述为用于全电动车辆，但是在其他实施方案中，所公开的液冷和气冷充电电缆可用于部分电动(即，混合动力)车辆和非电动车辆，诸如具有传统内燃机的车辆。并且尽管大多数是在汽车的语境中描述的，但是所示实施方案也可用于诸如卡车、摩托车、公共汽车等其他车辆。
图1A示出了液冷充电电缆系统100的实施方案。系统100包括电缆102，该电缆与一组两个冷却管108和110热接触。冷却管108和110流体地耦接到入口歧管112的出口和出口歧管114的入口。如本文所用，术语“流体耦接”意指以流体可交换的这种方式耦接。出口歧管114流体耦接到泵116，该泵继而耦接到换热器118的入口。换热器118的出口流体耦接到入口歧管112的入口。于是在耦接时，这些部件-冷却管108和110、入口歧管112、出口歧管114、泵116和换热器118-形成闭合环路，工作流体流过该闭合环路以冷却电缆102。在该闭合环路中，工作流体可处于大气压，或可处于比大气压更高或更低的压力。
电缆102是具有第一端104和第二端106的细长导体。电缆102可由任何导电材料制成；示例包括铜、铝、铁等。一组一个或多个冷却管被定位成与电缆102热接触。所示的组具有两个冷却管108和110，但在其他实施方案中，该组可具有比所示更多或更少的冷却管。
每个冷却管具有入口、正向部件、反向部件和出口。正向部件和反向部件形成连续的(即，不间断的)通道，工作流体可穿过该通道从入口流到出口。在所示实施方案中，冷却管108和110具有流体耦接到入口歧管 112的入口108i和110i。正向部件108f和110f随后围绕电缆102从第一端 104处或附近螺旋缠绕到第二端106处或附近的位置。反向部件108r和110r从第二端106处或附近螺旋缠绕到第一端104处或附近的位置，其中反向部件108r变为出口108o并且反向部件110r变为出口110o。出口108o 和110o随后流体耦接到出口歧管114。在一个实施方案中，冷却管108和 110由电绝缘但导热的材料制成；可用于冷却管108和110的材料的示例包括半导体材料、陶瓷、特氟隆、石墨或石墨烯。
入口歧管112流体耦接到入口108i和110i，而出口歧管114耦接到出口108o和110o。在所示实施方案中，入口歧管112和出口歧管114两者被示出为流体室，但在其他实施方案中，入口歧管112和出口歧管114中的一者或两者可采取不同形式。例如，在一个实施方案中，入口108i和110i 可使用一系列严格的T配件或Y配件流体耦接到换热器118的出口。类似地，出口歧管114出口108o和110o可使用一系列T配件或Y配件流体耦接到泵116的入口。
泵116流体耦接到出口歧管114和换热器118，使得泵从出口歧管114 抽取工作流体并且将其泵送到换热器118中并使其穿过该换热器。在其他实施方案中，泵116可替代地流体耦接到换热器118的出口和入口歧管112 的入口，使得其从换热器118中抽出工作流体并将其泵送到入口歧管112 中。在一个实施方案中，泵116可为包括马达和推进器的离心泵，但在其他实施方案中，可使用其他类型的泵，诸如活塞泵。
换热器118流体耦接到泵116和入口歧管112，使得泵116将热工作流体循环穿过管120。翅片122热耦接到管122以将热量从工作流体向外传递，使得流入入口歧管112中的工作流体的温度基本上低于离开出口歧管 114的工作流体的温度。包括风扇马达124和风扇叶片126的风扇被定位成使得其可引导气流穿过换热器118，从而增强穿过换热器的对流并增加其传热。尽管在所示实施方案中换热器118是管翅式换热器(有时也称为散热器)，但其他实施方案可使用其他类型的换热器，例如管壳式换热器。
为了帮助控制电缆102的冷却，控制器128通信地耦接到泵116、风扇马达124、以及温度传感器130和132中的至少一者。在一个实施方案中，控制器128是包括至少微处理器、存储器和存储装置的计算机。控制器128 还包括存储于其上的指令以控制冷却系统。
通过使用温度传感器130直接测量电缆102的温度，或通过测量离开出口歧管114的冷却剂(即，工作流体)的温度，控制器128可调节系统中的部件的速度，从而根据需要调节传热速率以保持设定温度。例如，控制器128可提高泵116的速度以提高冷却剂(即，工作流体)穿过系统的流速。控制器128还可提高或降低风扇124的速度以调节由风扇叶片126推动穿过散热器118的空气的流速，从而提高或降低换热器118所产生的对流和传热。
图1B示出了液冷充电电缆系统150的另一个实施方案。系统150在许多方面类似于系统100。系统150和100之间的主要差别是系统150使用多根电缆：并非使用单根电缆102，系统150使用一对电缆102a和102b。这种布置方式可用于电缆102a和102b要用于以直流电(DC)充电的实施方案中，在这种情况下，电缆102a和102b可用于沿相反方向输送电流；这通常被描述为一根电缆为正(+)，另一根电缆为负(-)。
每根电缆102a和102b具有与其热接触的一组对应冷却管。在所示实施方案中，每根电缆具有一组两个冷却管：电缆102a具有冷却管108a和 110a，并且电缆102b具有冷却管108a和110a。在其他实施方案中，每根电缆的该组冷却管可具有比所示更多或更少的冷却管，并且在其他实施方案中，每组冷却管不必具有相同数量的冷却管。每个冷却管108a和108b 具有上文针对冷却管108所述的基本上相同的属性和流体耦接，并且类似地，每个冷却管110a和110b具有上文针对冷却管110所述的基本上相同的属性和流体耦接。
图2示出了包括车载液冷充电电缆的车辆200的实施方案。在所示实施方案中，车辆200是电动客车，但是在其他实施方案中，该车辆可以是另一种类型的电动车辆，诸如卡车。在另外的其他实施方案中，该车辆可以是部分电动(即，混合动力)车辆或非电动车辆，诸如具有传统内燃机的车辆。并且尽管被示出为客运车辆，但在其他实施方案中，车辆200可为另一种类型的车辆，诸如卡车、摩托车、公共汽车等。
车辆200具有车身202和动力传动系统，其中至少一个电动马达耦接到汽车的车轮。在所示实施方案中，电动马达210f和210r分别经由差速器 209f和209r耦接到车辆的所有四个车轮，但是在其他实施方案中，并非所有汽车的车轮都需要具有对应的电动马达。车辆202还包括车辆冷却系统 208，该车辆冷却系统可用于冷却车辆的系统，诸如电动马达210f和 210r、汽车客舱内的其他电子器件或系统。车辆200还包括电耦接到接线盒 206的电池204。
一般来讲，用于对电池204进行充电的电路径具有两个部分：从外部充电器到车辆外部上的充电端口或插座214的外部部分，以及从充电端口或插座214到电池204的内部部分，各部分直接相连或通过居间电气部件相连。在车辆200中，充电电缆212组成电池充电路径的内部部分。电缆212可更换地安装在车辆202中，并且通过接线盒206电耦接在充电端口214与电池204之间。接线盒206用于调节电能并将其引导至汽车中适当的部件。例如，当车辆在运行时，接线盒可将来自电池204的直流电转换成交流电，并且将交流电引导至电动马达210a-210d、车辆冷却系统208、汽车中的其他电子系统等。当车辆在充电时，接线盒206将流过电缆212的电引导至电池204。充电电缆212是液冷电缆，在一个实施方案中该液冷电缆与其冷却系统216一起可为独立系统，诸如图1A至图1B中所示的独立系统。在其他实施方案中，充电电缆212可使用其自身的电缆冷却系统216 和车辆冷却系统208的组合来冷却(参见图3)。在另外的其他实施方案中，充电电缆212可为图6A及后续图所示的气冷充电电缆600,700或800 中的任一者。
图3示出了适于电动车辆电池的直流电(DC)充电的液冷充电电缆系统 300的实施方案。尽管所示实施方案是电动汽车，但其他实施方案可为部分电动(即，混合动力)车辆或标准汽油动力车辆(在这种情况下，充电电缆可用于对标准汽车电池进行充电)。系统300结合了电缆冷却系统304 和车辆冷却系统302的元件。
车辆冷却系统302包括换热器306，其中泵312流体耦接到其入口，使得换热器接收来自泵312的热工作流体并将工作流体循环穿过管308。翅片 310热耦接到管308以将热量从工作流体向外传递，使得流入入口歧管330 中的工作流体的温度基本上低于离开出口歧管328的工作流体的温度。包括风扇马达314和风扇叶片316的风扇被定位成使得其可引导气流穿过换热器306，从而增强穿过换热器的对流并且增加换热器可从流过管308的工作流体传递走的热量。尽管在所示实施方案中换热器118是管翅式换热器 (有时也称为散热器)，但其他实施方案可使用其他类型的换热器，例如管壳式换热器。
车辆系统322(其可例如包括组成汽车动力传动系统、空调、客舱电子器件等等的电动马达)流体耦接到泵312的入口和换热器306的出口，从而形成闭合环路，工作流体(例如，汽车防冻剂)可循环穿过该闭合环路以从车辆系统322去除热量并将热量传递到换热器306，热量可在换热器处散失到大气中。在该闭合环路中，工作流体可处于大气压，或可处于比大气压更高或更低的压力。一对电子可控阀门324a和324b以流体连接的方式流体耦接：阀门324a以车辆系统322与泵312之间流体连接的方式定位，并且阀门324b以换热器306的出口与车辆系统322之间流体连接的方式定位。
电缆冷却系统304包括电缆冷却系统150的一些元件。电缆冷却系统 304使用一对电缆332a和332b以直流电(DC)进行充电，在这种情况下，电缆332a和332b可用于沿相反方向输送电流；在所示实施方案中，电缆 332a为正(+)，并且电缆332b为负(-)。电缆332a和332b经由接线盒333电耦接到电池334。
与系统150中一样，每根电缆332a和332b具有与电缆热接触的一组对应冷却管。在所示实施方案中，电缆332a和332b各自具有一组两个冷却管，但在其他实施方案中，每组冷却管可具有比所示更多或更少的冷却管，并且在其他实施方案中，每组不必具有相同数量的冷却管。这两组冷却管中的每个冷却管可具有针对系统100和150中的冷却管108和110所述的基本上相同的属性和流体耦接。冷却管的入口流体耦接到入口歧管330，并且冷却管的出口流体耦接到出口歧管328。入口歧管330和出口歧管330 可具有与系统100和150的入口歧管和出口歧管相同的属性。
出口歧管328流体耦接到阀门324a，并且入口歧管330流体耦接到阀门324b。如果需要提供工作流体的附加循环，则附加泵326可以流体连接的方式流体耦接在出口歧管328与阀门324a之间。在其他实施方案中，如果存在泵326，则其可以流体连接的方式流体耦接在阀门324b与入口歧管 330之间。
为了帮助控制电缆332a和332b的冷却，控制器318通信地耦接到泵 312、存在的泵326、风扇马达314、阀门324a和324b、以及温度传感器 336a,336b和338中的至少一者。在一个实施方案中，控制器318是包括至少微处理器、存储器和存储装置的计算机。控制器318还包括存储于其上的指令以控制冷却系统。当车辆在运行且电池334未在充电时，阀门324a和324b可由控制器318设定为引导工作流体流穿过车辆系统322，同时切断流入或流出电缆冷却系统304的任何工作流体流。
在电池334的充电期间，当车辆未运行时，控制器318可设定阀门 324a和324b，使得泵312和存在的泵326将绕开车辆系统322并替代地将工作流体循环穿过电缆冷却系统304和换热器306。通过使用温度传感器336a或336b测量电缆332a和332b的温度，或通过使用温度传感器338测量离开出口歧管328的冷却剂(即，工作流体)的温度，控制器318可调节系统中的部件的速度，从而调节从电缆332a和332b传热的速率。例如，为了提高或降低冷却剂穿过系统的流速，控制器318可提高或降低泵 312和存在的泵326的速度。另选地或除此之外，控制器318可提高或降低风扇马达314的速度以调节由风扇叶片316推动穿过换热器306的空气的流速，从而提高或降低换热器118所产生的对流和传热。
图4A至图4B示出了电缆402及其冷却管组的剖视图。电缆402可由诸如铜或铝的导体制成，并且在所示实施方案中具有圆形横截面形状，但电缆402的其他实施方案可具有与所示不同的横截面形状。
冷却管404-410围绕电缆402的外周定位，使得它们与电缆热接触并且热量可易于从电缆402传递到流过冷却管的工作流体中。每个冷却管 404-410具有流体从电缆的第一端流到第二端的正向部件，以及流体从电缆的第二端往回流到第一端的反向部件。在所示实施方案中，例如，冷却管 404具有正向部件404f和反向部件404r，冷却管406包括正向部件406f和反向部件406r，等等。每个冷却管的正向部件和反向部件一起形成连续的 (即，不间断的)通道，工作流体可穿过该通道，从位于电缆的第一端处的入口流到也位于电缆的第一端处的出口。
由于每个冷却管404-410包括正向部件和反向部件两者，因此在以横截面观察时，大多数实施方案将看起来具有偶数的冷却管。在所示实施方案中，每个正向部件与其对应反向部件在直径上对置(例如，正向部件 404f和反向部件404r彼此在直径上对置)，但在其他实施方案中，当以横截面观察时，冷却管的正向部件和反向部件可处于周向位置，而非在直径上对置。例如，每个冷却管的正向部件和反向部件可被定位成彼此相邻，或可以相对于彼此0与180度(如从电缆402的中心测量)之间的角度定位(180度将在直径上对置)。
在所示实施方案中，冷却管404-410具有椭圆横截面形状，该形状增大冷却管404-410与电缆402之间的接触面积并且增强这两者之间的传热。冷却管404-410可首先具有椭圆横截面，或可从不同横截面形状(诸如圆形)开始，并且在接合到电缆102时会变形为椭圆形。冷却管可通过诸如焊接的各种方法接合到电缆。在其他实施方案中，其他横截面形状可用于冷却管404-410，并且在另外的其他实施方案中，所有冷却管404-410不必具有相同横截面形状。
图4B是示出冷却管408r(冷却管408的反向部件)如何接合到电缆 402的放大图。为了进一步增强从电缆到冷却管408r中流动的工作流体的传热，可在电缆402与管之间施加热界面材料412。尽管仅针对冷却管408r 示出，但在其他实施方案中，热界面材料412可与任何数量的冷却管404- 410(至多且包括所有这些冷却管)一起使用。在另外的其他实施方案中，为了定制传热，热界面材料412可施加在所有正向部件404f-410f与电缆 402之间而不施加到反向部件，或可施加在所有反向部件404r-410r与电缆 402之间而不施加到正向部件。
图5A示出了双电缆布置方式500的实施方案。电缆500可用于直流电 (DC)充电，并且包括两根电缆400：以一个方向输送电流的电缆400+和沿相反方向输送电流的电缆400-。电缆400+和400-被护套502围绕，以保护电缆自身并且防止其他物件(例如车辆200中的其他部件)与电缆形成接触并引起电气短路。在一个实施方案中，护套502可包括插置在诸如橡胶的电绝缘材料的层504a与504b之间的一层金属箔或网孔506，使得除了提供电绝缘之外，护套还提供电磁干扰的屏蔽。在护套502的其他实施方案中，可省略箔层或网孔层506以及可能层504a和504b中的一者，使得护套完全由诸如橡胶的电绝缘材料制成。还可将电绝缘膜508放入护套内以将电缆400+与电缆400-分开，从而防止这两者之间的任何电接触。
图5B示出了双电缆布置方式550的另一个实施方案。电缆550可用于直流电(DC)充电，并且包括两根电缆400：沿一个方向输送电流的电缆 400+和沿相反方向输送电流的电缆400-。电缆550与电缆500的不同之处主要在于在电缆550中，电缆400+和400-中的每一者被其自身单独的护套 502围绕，而非单一护套围绕电缆400+和400-两者。护套502保护电缆自身，并且防止电缆400+和400-以及其他物件(例如车辆200中的其他部件)与电缆形成接触并引起电气短路。电缆550中的每个护套502可具有上文针对护套502所述的任何属性
图6A至图6B一起示出了气冷充电电缆600的实施方案；图6A是平面图，图6B是基本上沿剖面线B-B截取的横截面。气冷充电电缆600包括定位在导热护套604内的电缆602。导热护套604可由诸如铜的金属制成，或由诸如塑料的导热且柔性的非金属制成。一个或多个隔离物612可定位在充电电缆602与护套604之间，以防止这两者之间的接触。膜或衬垫605沿护套604的内表面定位，这尤其是为了防止电缆602与护套之间的接触。在护套604由导电金属制成的实施方案中，衬垫605可由电绝缘材料制成；用于衬垫605的材料的示例包括橡胶、特氟隆、碳、石墨、石墨烯和织造羊毛。在护套604由诸如塑料的不导热的材料制成的实施方案中，衬垫605可由防止气体610泄漏或扩散的物质制成。
护套604的端盖包括密封件608a和608b，它们两者均将电缆602与金属护套604分开和电绝缘，并且提供密封，使得电缆602的外部与护套604 的内部之间的体积606被密封。随后可将导热但电绝缘的气体610泵送到体积606中并密封在该体积内。除了电绝缘且导热之外，气体610还不应为易燃、易爆或腐蚀性的。在一个实施方案中，气体610可为汽车级氩气，但在其他实施方案中，气体610可为另一种气体，诸如氮气、氧气和丙烯。
在运行中，电流流过电缆602致使电缆变热，但由于导热气体610与电缆602接触，其将大量热量从电缆602向外穿过金属护套604传导到围绕护套604的大气中。
图7A至图7B一起示出了气冷充电电缆700的实施方案；图7A是平面图，图7B是基本上沿剖面线B-B截取的横截面。气冷电缆600和700之间的主要差别在于气冷电缆700是多电缆布置方式。气冷充电电缆700包括沿不同方向传导电流的一对电缆702a和702b；例如，电缆702a可被视为正，并且电缆702b可被视为负。两根电缆702a-702b均定位在导热护套 704内。导热护套604可由诸如铜的金属制成，或由诸如塑料的导热且柔性的非金属制成。跨越护套704的长度和内径的电绝缘膜713可定位在电缆 702a和702b之间以防止这两者之间的接触，该接触可导致电气短路。膜或衬垫705沿护套704的内表面定位，这尤其是为了防止电缆702a和702b与护套704之间的接触。在护套704由导电金属制成的实施方案中，衬垫705可由电绝缘材料制成；用于衬垫705的材料的示例包括橡胶、特氟隆、碳、石墨、石墨烯和织造羊毛。在护套704由诸如塑料的不导热的材料制成的实施方案中，衬垫705可由防止气体710从护套704的内部泄漏或扩散的物质制成。
护套704的端盖包括将电缆702a与护套704分开和电绝缘的密封件 708a和710a，并且还包括将电缆702b与金属护套704分开和电绝缘的密封件708b和710b。密封件708a-708b和710a-710b还提供密封，使得电缆 702a和702b的外部与护套704的内部之间的体积706被密封。隔离物712 也可定位在充电电缆702a和702b与护套704之间，以防止那些元件之间的接触。
随后可将导热但电绝缘的气体710泵送到体积706中并密封在该体积内。除了电绝缘且导热之外，气体710还不应为易燃、易爆或腐蚀性的。在一个实施方案中，气体710可为汽车级氩气，但在其他实施方案中，气体710可为另一种气体，诸如氮气、氧气和丙烯。在运行中，电流流过电缆702a和702b致使电缆变热，但由于导热气体710与电缆702a和702b接触，其将大量热量从电缆向外穿过金属护套604传导到围绕护套704的大气中。
图8示出了气冷充电电缆800的另一个实施方案，但并非如电缆700 中那样在单一护套内放入两根电缆，电缆800是将两根充电电缆600接合在一起而得到的。在充电电缆600之一中，电缆602a沿一个方向传导电流，并且在另一充电电缆600中，另一根电缆602b沿相反方向传导电流。与充电电缆600中一样，电缆602a和602b定位在其自身护套604内，并且电缆602a和602b与其相应护套之间的体积606填充有电绝缘但导热的气体。可沿电缆600的长度定位一个或多个分离件802，以将电缆保持在一起，但又相隔固定的距离。
包括在说明书摘要中描述的内容的实施方案的以上描述不旨在是穷举性的或者将本实用新型限制为所描述的形式。如本领域技术人员将认识到的，鉴于以上详细描述，在本文中出于说明目的描述了本实用新型的具体实施方案和示例，但是各种等同修改形式在本实用新型的范围内是可能的。

Claims (34)

1.一种充电设备，包括：
一根或多根电缆，每根电缆为导电的并且具有第一端和第二端；以及
对应于每根电缆的一组冷却管，每组冷却管包括一个或多个冷却管，其中每个冷却管包括：
入口和出口，所述入口和所述出口均定位在所述电缆的所述第一端处，
与所述电缆热接触的正向部件，所述正向部件在所述入口处开始并且从所述第一端延伸到所述第二端，和
与所述电缆热接触的反向部件，所述反向部件从所述第二端延伸到所述第一端并且在所述出口处结束，
其中所述正向部件和所述反向部件一起在所述入口与所述出口之间形成连续流体路径，使得工作流体能够从所述入口穿过所述正向部件和所述反向部件到所述出口流过每个冷却管。
2.根据权利要求1所述的充电设备，还包括流体耦接到每一个入口的入口歧管，以及流体耦接到每一个出口的出口歧管。
3.根据权利要求2所述的充电设备，还包括：
换热器，所述换热器流体耦接到所述入口歧管和所述出口歧管；
泵，所述泵流体耦接到所述换热器并流体耦接到所述入口歧管或所述出口歧管中的一者；和
风扇，所述风扇被定位成产生穿过所述换热器的强制对流。
4.根据权利要求3所述的充电设备，还包括耦接到每根电缆的温度传感器，以及通信地耦接到每个温度传感器、所述泵和所述风扇的控制器。
5.根据权利要求1所述的充电设备，其中每个冷却管围绕所述电缆从所述第一端螺旋缠绕到所述第二端并从所述第二端螺旋缠绕到所述第一端。
6.根据权利要求1所述的充电设备，其中所述一根或多根电缆包括沿相反方向输送直流电的一对电缆。
7.根据权利要求6所述的充电设备，还包括护套，所述护套围绕所述一对电缆及其对应组的冷却管。
8.根据权利要求1所述的充电设备，其中所述冷却管由导热但电绝缘的材料制成。
9.根据权利要求8所述的充电设备，还包括插置在所述冷却管与所述电缆之间的热界面材料。
10.一种车辆，包括：
动力传动系统，所述动力传动系统包括耦接到所述车辆的车轮中的至少一个车轮的一个或多个电动马达；
电池，所述电池安装在所述车辆中并电耦接到所述一个或多个电动马达；以及
充电设备，所述充电设备安装在所述车辆中并电耦接在所述电池与所述车辆外部上的充电端口之间，所述充电设备包括：
一根或多根电缆，每根电缆为导电的并且具有第一端和第二端；以及
对应于每根电缆的一组冷却管，每组冷却管包括一个或多个冷却管，其中每个冷却管包括：
入口和出口，所述入口和所述出口均定位在所述电缆的所述第一端处，
与所述电缆热接触的正向部件，所述正向部件在所述入口处开始并且从所述第一端延伸到所述第二端，和
与所述电缆热接触的反向部件，所述反向部件从所述第二端延伸到所述第一端并且在所述出口处结束，
其中所述正向部件和所述反向部件一起在所述入口与所述出口之间形成连续流体路径，使得工作流体能够从所述入口穿过所述正向部件和所述反向部件到所述出口流过每个冷却管。
11.根据权利要求10所述的车辆，还包括流体耦接到每个入口的入口歧管，以及流体耦接到每个出口的出口歧管。
12.根据权利要求11所述的车辆，还包括：
换热器，所述换热器流体耦接到所述入口歧管和所述出口歧管；
泵，所述泵流体耦接到所述换热器并流体耦接到所述入口歧管或所述出口歧管中的一者；和
风扇，所述风扇被定位成产生穿过所述换热器的强制对流。
13.根据权利要求12所述的车辆，其中所述换热器是所述车辆的散热器。
14.根据权利要求12所述的车辆，还包括耦接到每根电缆的温度传感器，以及通信地耦接到每个温度传感器、所述泵和所述风扇的控制器。
15.根据权利要求10所述的车辆，其中每个冷却管围绕所述电缆从所述第一端螺旋缠绕到所述第二端，并且围绕所述电缆从所述第二端螺旋缠绕到所述第一端。
16.根据权利要求10所述的车辆，其中所述一根或多根电缆包括沿相反方向输送直流电的一对电缆。
17.根据权利要求16所述的车辆，还包括护套，所述护套围绕所述一对电缆及其对应组的冷却管。
18.根据权利要求10所述的车辆，其中所述冷却管由导热但电绝缘的材料制成。
19.根据权利要求18所述的车辆，还包括插置在所述冷却管与所述电缆之间的热界面材料。
20.一种充电设备，包括：
第一电缆和第二电缆，每根电缆为导电的并且具有第一端和第二端，其中所述第一电缆适于沿第一方向输送直流电，并且所述第二电缆适于沿第二方向输送直流电，所述第二方向与所述第一方向相反；
对应于所述第一电缆和所述第二电缆中的每一者的一组冷却管，每组冷却管包括一个或多个冷却管，其中每个冷却管包括：
入口和出口，所述入口和所述出口均定位在所述电缆的所述第一端处，
与所述电缆热接触的正向部件，所述正向部件在所述入口处开始并且从所述第一端延伸到所述第二端，和
与所述电缆热接触的反向部件，所述反向部件从所述第二端延伸到所述第一端并且在所述出口处结束，
其中所述正向部件和所述反向部件一起在所述入口与所述出口之间形成连续流体路径，使得工作流体能够从所述入口穿过所述正向部件和所述反向部件到所述出口流过每个冷却管；和
护套，所述护套围绕所述第一电缆和所述第二电缆及其对应组的冷却管。
21.根据权利要求20所述的充电设备，还包括流体耦接到每一个入口的入口歧管，以及流体耦接到每一个出口的出口歧管。
22.根据权利要求21所述的充电设备，还包括：
换热器，所述换热器流体耦接到所述入口歧管和所述出口歧管；
泵，所述泵流体耦接到所述换热器并流体耦接到所述入口歧管或所述出口歧管中的一者；和
风扇，所述风扇被定位成产生穿过所述换热器的强制对流。
23.根据权利要求22所述的充电设备，还包括耦接到每根电缆的温度传感器，以及通信地耦接到每个温度传感器、所述泵和所述风扇的控制器。
24.根据权利要求20所述的充电设备，其中每个冷却管围绕所述电缆从所述第一端螺旋缠绕到所述第二端，并且围绕所述电缆从所述第二端螺旋缠绕到所述第一端。
25.根据权利要求20所述的充电设备，其中所述冷却管由导热但电绝缘的材料制成。
26.根据权利要求25所述的充电设备，还包括插置在所述冷却管与所述电缆之间的热界面材料。
27.一种车辆，包括：
动力传动系统，所述动力传动系统包括耦接到所述车辆的车轮中的至少一个车轮的一个或多个电动马达；
电池，所述电池安装在所述车辆中并电耦接到所述一个或多个电动马达；
充电设备，所述充电设备安装在所述车辆中并电耦接到所述电池和充电端口，所述充电设备包括：
第一电缆和第二电缆，每根电缆为导电的并且具有第一端和第二端，其中所述第一电缆适于沿第一方向输送直流电，并且所述第二电缆适于沿第二方向输送直流电，所述第二方向与所述第一方向相反；
对应于所述第一电缆和所述第二电缆中的每一者的一组冷却管，每组冷却管包括一个或多个冷却管，每个冷却管包括：
入口和出口，所述入口和所述出口均定位在所述电缆的所述第一端处，
与所述电缆热接触的正向部件，所述正向部件在所述入口处开始并且从所述第一端延伸到所述第二端，和
与所述电缆热接触的反向部件，所述反向部件从所述第二端延伸到所述第一端并且在所述出口处结束，
其中所述正向部件和所述反向部件一起在所述入口与所述出口之间形成连续流体路径，使得工作流体能够从所述入口穿过所述正向部件和所述反向部件到所述出口流过每个冷却管；
和
护套，所述护套围绕所述第一电缆和所述第二电缆及其对应组的冷却管。
28.根据权利要求27所述的车辆，还包括流体耦接到每一个入口的入口歧管，以及流体耦接到每一个出口的出口歧管。
29.根据权利要求28所述的车辆，还包括：
换热器，所述换热器流体耦接到所述入口歧管和所述出口歧管；
泵，所述泵流体耦接到所述换热器并流体耦接到所述入口歧管或所述出口歧管中的一者；和
风扇，所述风扇被定位成产生穿过所述换热器的强制对流。
30.根据权利要求29所述的车辆，其中所述换热器是所述车辆自身的散热器。
31.根据权利要求29所述的车辆，还包括耦接到每根电缆的温度传感器，以及通信地耦接到每个温度传感器、所述泵和所述风扇的控制器。
32.根据权利要求27所述的车辆，其中每个冷却管围绕所述电缆从所述第一端螺旋缠绕到所述第二端，并且围绕所述电缆从所述第二端螺旋缠绕到所述第一端。
33.根据权利要求27所述的车辆，其中所述冷却管由导热但电绝缘的材料制成。
34.根据权利要求33所述的车辆，还包括插置在所述冷却管与所述电缆之间的热界面材料。
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