CN209232430U

CN209232430U - 一种空心电缆

Info

Publication number: CN209232430U
Application number: CN201822077077.5U
Authority: CN
Inventors: 张广柱; 张东杰; 王雪松; 祝军; 李斌
Original assignee: Jiangsu Shangshang Cable Group Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Shangshang Cable Group Co Ltd
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2019-08-09
Anticipated expiration: 2028-12-11

Abstract

一种空心电缆，其结构为：缆芯外依次包裹绕包层和外护套；缆芯由循环冷却软管以及多根线缆绞合构成，在各根线缆的间隙内填有填充；线缆为：主动力线芯：由主动力线芯导体外依次包裹内绝缘层和外绝缘层构成，内外绝缘层之间设有贯穿整条电缆的中空腔体，该中空腔体构成管状通道；辅助电源线芯：由辅助电源线芯铜导体外包裹辅助电源线芯绝缘层构成；信号芯组：由信号芯组铜导体外包裹绝缘层构成信号线芯，多根信号线芯绞合构成信号芯缆芯，信号芯缆芯外包裹金属绕包层，金属绕包层外包裹金属屏蔽层；多根信号线芯的间隙内填有填充；地线芯：由地线芯导体外包裹地线芯绝缘层构成地线芯；所述循环冷却软管：由热塑性弹性体材料挤出构成的空心管道。

Description

一种空心电缆

技术领域

本技术方案属于电缆技术领域，具体是一种空心电缆制造方法及电缆。

背景技术

目前新能源汽车常用的锂离子动力蓄电池存在着比能量低，一次充电续驶里程短的问题。因此，在目前动力电池不能提供更多续驶里程的情况下，如果能实现电池的充电快速化，从另一个角度来解决电动汽车续驶里程短的致命弱点。充电快速化成为发展的需求。同时三元催化技术、石墨烯技术的逐步成熟，动力蓄电池的比能量在不断提升，这就要求未来实现快速充电的同时，满足电池的大功率充电，实现充电的大功率的传递。

不管是混合动力汽车、纯电动汽车还是燃料电池汽车，都离不开高压电气系统。纯电动汽车和插电式混合动力汽车采取超过300V的高电压和几百安培大电流。电压的提升会提高充电零部件的电性能要求，成本较高,未来的电压预计最高提升到1000V。电流的提升成为大功率充电的必选途径。目前的电流最大可达成250A，充电的电缆已采用95mm²的电缆，以保证实际使用的安全性。

当电流继续增加到400A时，传统的充电电缆的导体截面需要达到185mm²或240mm²，电缆单重大、外径大、使用不便。如果电流再上升到500A时，充电电缆的导体截面、外径需继续增大，带来了电缆重、不易弯曲、采购成本高、操作不便、生产加工难控制等缺点。

大功率充电的电流较大(由250A提升至400A及以上)，为解决电缆的发热现象，线束的直径随之变粗(50mm²以上)，充电的操作性降低，方案的经济性降低。

故此必须要设计新的方案来解决大电流的发热问题，以较小的电缆来传递较大的电流。

大功率充电技术包括冷却系统技术、冷却电缆技术和冷却接口技术、电缆温升测试技术等方面。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本技术方案提出一种空心电缆及其制造方法，具体为：

一种空心电缆，其结构为：缆芯外依次包裹绕包层和外护套；所述缆芯由循环冷却软管以及多根线缆绞合构成，在各根线缆的间隙内填有填充；各根线缆分别为：

1)主动力线芯：由主动力线芯导体外依次包裹内绝缘层和外绝缘层构成，内外绝缘层之间设有贯穿整条电缆的中空腔体，该中空腔体构成管状通道；

所述中空腔体有多个，它们围绕主动力线芯对称；相邻中空腔体之间间隔有连接筋；内绝缘层与连接筋之间设有防粘连层；防粘连层是内绝缘层外涂抹防粘连材料构成；

2)辅助电源线芯：由辅助电源线芯铜导体外包裹辅助电源线芯绝缘层构成；

3)信号芯组：由信号芯组铜导体外包裹绝缘层构成信号线芯，多根信号线芯绞合构成信号芯缆芯，信号芯缆芯外包裹金属绕包层，金属绕包层外包裹金属屏蔽层；多根信号线芯的间隙内填有填充；

4)地线芯：由地线芯导体外包裹地线芯绝缘层构成地线芯，地线芯导体由多股铜丝组成；

所述循环冷却软管：由热塑性弹性体材料挤出构成的空心管道。

缆芯的绕包层外还包裹有内护套，内护套外包裹金属丝构成的网状结构，网状结构外有隔离层，隔离层外再包裹外护套；

构成缆芯的填充绳材料为聚丙烯填充绳；

缆芯外的绕包层是无纺布带绕包构成，绕包带搭盖率不小于5mm，无纺布带的厚度为0.1mm；外护套标称厚度不低于1.7mm。

内护套是由的热塑性弹性体护套料挤包构成，内护套的厚度不小于0.5mm；

网状结构的网孔密度不小于80％，金属丝是镀锡铜丝或裸铜丝，其中，镀锡铜丝20℃电阻率≤0.01780Ω·mm²/m，裸铜丝20℃电阻率≤0.017241Ω·mm²/m；

网状结构的伸长率不低于15％；

隔离层为环保非吸湿性材料构成，隔离层厚度不大于0.1mm。

所述主动力线芯中：

主动力线芯的外绝缘层外表面包裹有加强/防爆层；加强/防爆层是金属丝编织构成、金属带绕包构成或纤维丝编织构成；

主动力线芯导体外还包裹有无纺布带绕包构成的绕包层，绕包搭盖率不小于5mm，无纺布带的厚度为0.1mm；

绕包层外包裹有内绝缘层，内绝缘层的标称厚度最薄为0.7mm；

外绝缘层是由热塑性弹性体绝缘料挤包构成，外绝缘层的标称厚度不小于1.0mm。

所述主动力线芯中：

先挤包绝缘料构成内绝缘层；再在内绝缘层表面增加防粘连层，在防粘连层表面挤包外绝缘料构成连接筋和外绝缘层；

所述防粘连层是由涂抹在内绝缘层表面的防粘连材料构成(防粘连材料可以是现有技术中的是无机物或有机高分子防粘连材料)。

所述主动力线芯导体、地线芯导体的要求相同，它们都是由多股裸铜单丝绞合构成；

裸铜单丝的直径范围为0.1mm～0.2mm；裸铜单丝绞合的绞距不大于绞合后导体外径的18倍，每股裸铜丝的绞距不大于绞合后股线外径的35倍；

裸铜单丝是退火裸铜单丝，裸铜单丝中铜的氧含量不大于0.001％，20℃体积电阻率不大于0.01701Ω.mm²/m。

所述辅助电源线芯铜导体和信号芯组铜导体的要求相同，它们都是铜箔导体；铜箔导体是铜箔对接疏绕在纤维表面后，再与铜单丝绞合构成；

铜单丝是退火裸铜单丝，铜单丝中铜的氧含量不大于0.001％，20℃体积电阻率不大于0.01701Ω.mm²/m。

所述信号芯组中：

多根信号线芯以及填充绳绞合构成信号芯缆芯的节径比不大于20倍；

金属绕包层是由重叠绕包的铝箔带构成，绕包搭盖率不小于25％；

金属屏蔽层是由铜丝编织构成，编织丝直径不大于0.15mm，编织密度80％～90％；

所述信号芯缆芯还外包裹内护套层，内护套层外再包裹所述金属绕包层。

所述辅助电源线芯、信号芯组、主动力线芯、地线芯和循环冷却软管各有偶数根；所述电缆的径向截面是圆形；按照线径大小，线径较大的功能线缆在内，线径较小的功能线缆在外，依次排列；线径最接近的两功能线缆的位置是沿穿过圆心的直线成轴对称。

循环冷却软管的标称壁厚最小为0.7mm。

上述电缆在实际生产中遇到了问题：由于采用新的结构，采用传统生产工艺，或者是按照经验等在传统生产工艺上进行修正都无法生产出达到理论性能的电缆，甚至无法生产符合常规要求的电缆。为此，本发明创造提出一种新的制造方法，专用于该电缆，具体如下：

一种空心电缆的制造方法，步骤包括：

1)先制造导体和铜箔导体：

A、导体：是由多股裸铜单丝绞合构成；裸铜单丝的直径范围为0.1mm～0.2mm；裸铜单丝绞合的绞距不大于绞合后导体外径的18倍，每股裸铜丝的绞距不大于绞合后股线外径的35倍；裸铜单丝是退火裸铜单丝，裸铜单丝中铜的氧含量不大于0.001％，20℃体积电阻率不大于0.01701Ω.mm²/m；

导体的线径大小不同，分别作为主动力线芯导体和地线芯导体，备用；

B、铜箔导体：由铜箔对接疏绕在纤维表面后，再与铜单丝绞合构成；铜单丝是退火裸铜单丝，铜单丝中铜的氧含量不大于0.001％，20℃体积电阻率不大于0.01701Ω.mm²/m。

铜箔导体的线径大小，分别作为辅助电源线芯铜导体和信号芯组铜导体，备用；

2)各个线缆的制造：

2.1)制造主动力线芯：取主动力线芯导体，并在其外挤包热固性绝缘料，再涂涂抹防粘连材料，然后挤包连接筋和外绝缘层，最后，包裹加强/防爆层，备用；

2.2)制造辅助电源线芯：取辅助电源线芯铜导体，并在其外挤包热固性绝缘料，备用；

2.3)制造地线芯：取地线芯导体，并在其外挤包热固性绝缘料，备用；

2.4)制造信号芯组：取信号芯组铜导体，并在其外挤包热固性绝缘料，构成信号线芯；

多根信号线芯以及填充绳绞合构成信号芯缆芯，节径比不大于20倍；信号芯缆芯外重叠绕包铝箔带，绕包搭盖率不小于25％；再在铝箔带外包裹镀锡铜丝编织层作为金属屏蔽层，镀锡铜丝直径不大于0.15mm，编织密度80％～90％，备用；

2.5)循环冷却软管：由热塑性弹性体材料挤出构成的空心管道；

3)步骤2.1～2.5)制得的线缆以及循环冷却软管共同绞合成缆芯后，再绕包无纺布带；

4)在无纺布带外挤包外护套料制得到护套层；内护套外包裹金属丝构成的网状结构，网状结构外包裹隔离层，隔离层外挤包护套料构成外护套。

所述步骤1)中：绞制过程中，导体的牵引速度为9.696±2m/min，牵引转速为10～15级；

由1+6+12+18盘绞笼机绞制，1+6绞笼转速为(76±3)r/min，12盘绞笼转速为(75.9±3)r/min，18盘绞笼转速为(66±3)r/min，绞线最外层节距不大于160mm。

所述步骤3)中：

缆芯间隙采用非吸湿性耐高温加捻型填充绳；填充绳填充直径采用94.0mm；

成缆绞合节距范围是12～14倍线芯绞合后外径；

绞制过程中，绞笼机的绞笼转速85～90r/min(优选92.2r/min)，牵引速度4～5m/min(优选4m/min)，绕包头转速10～20r/min；

用无纺布带重叠绕包的搭盖率不小于25％；绕包时，牵引速度为4～5m/min，绕包节距为40±5mm，无纺布带上的张力为40～45N(优选40N)；绕包方向为右向，绕包带厚度为0.1mm。

所述步骤2.1)～2.4)中，根据相应绝缘层结构，采用相应的模具，挤包绝缘料，并冷却；所述步骤2.1)～2.4)中的热固性绝缘料，挤包要求为：

自进料到出料方向，挤塑机机身温区分别为：一区145±5℃、二区150±5℃、三区160±5℃、四区170±5℃、五区180±5℃；机头和机颈的各个温区的温度都是185±5℃；

其中：一区为入料段，二区、三区为塑化段，四区、五区为均化段；

绝缘料挤出后通过电子加速完成辐照,辐照能量1.2～2.1MEV，束流20mA～26mA，能量比1.2～2.0，生产线速度30～120m/min；

所述步骤2.1)中，连接筋和外绝缘层的材料相同，都是热塑性弹性体，其模具是共挤模具，在挤塑机的机头上配模芯、模套，模芯孔径＝导体直径+0.2mm；

连接筋和外绝缘的挤包要求为：

自进料到出料方向，挤塑机机身温区分别为：一区145±5℃、二区155±5℃、三区165±5℃、四区175±5℃、五区185±5℃；机头和机颈的各个温区的温度都是190±5℃；

其中：一区为入料段，二区、三区为塑化段，四区、五区为均化段。

所述步骤4)中，外护套是采用挤塑机挤包护套料得到，一区为入料段，二区、三区为塑化段，四区、五区为均化段自进料到出料方向，出料方向，机身温区为：一区145±5℃、二区155±5℃、三区165±5℃、四区175±5℃、五区185±5℃；机头、机颈的各个温区的温度都是195±5℃；

一区为入料段，二区、三区为塑化段，四区、五区为均化段。

各根信号芯组中的信号芯缆芯的绞合节距不同。

本电缆通过材料、结构的特定设计，充电时间15min内充满，续航400km,电缆重量、外径降低，充电发热温升小于15℃，该技术的应用，可低成本的解决我国新能源汽车充电时间长的瓶颈问题，有利于新能源汽车的推广使用。

采用本方法制得的电缆，能满足设计要求，同时合格率高。

本电缆可实现冷却接口，冷却系统，冷却材料设计，主动力绝缘线芯导体下降30％，充电时间15min内充满，电缆重量、外径降低，该技术的应用，可低成本的解决我国新能源汽车充电时间长的瓶颈问题，有利于新能源汽车的推广使用。

附图说明

图1是本实施例电缆的径向截面示意图，

图2是本实施例电缆的主动力线芯的外绝缘层(含连接筋)径向截面示意图；

图中：主动力线芯导体1、主动力线芯的内绝缘层2、中空腔体3、主动力线芯的外绝缘层4、连接筋5、辅助电源线芯铜导体6、辅助电源线芯绝缘层7、地线芯导体8、地线芯绝缘层9、信号芯组铜导体10、信号芯导体表面绝缘层11、信号线芯绞合后间隙填充12、信号芯缆芯外的金属绕包层13、信号芯缆芯外的金属屏蔽层14、循环冷却软管15、缆芯间隙填充16、缆芯外的绕包层17、外护套18。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本技术方案进一步说明如下：

如图1，一种空心电缆，其结构为：缆芯外依次包裹绕包层和外护套；所述缆芯由循环冷却软管以及多根线缆绞合构成，在各根线缆的间隙内填有填充；各根线缆分别为：

构成缆芯的填充绳材料为聚丙烯填充绳；

网状结构的伸长率不低于15％；

隔离层为环保非吸湿性材料构成，隔离层厚度不大于0.1mm。

所述主动力线芯中：

所述信号芯组中：

循环冷却软管的标称壁厚最小为0.7mm。

实施例中，主动力线芯的外绝缘层(含连接筋)所用热塑性弹性体材料要求包括：无卤、阻燃、环保；抗张强度不小于10MPa；伸长率不小于300％；

135摄氏度、7天热空气老化，抗张强度不小于10MPa，伸长率不小于300％，变化率不超过25％；

-40摄氏度低温拉伸不小于30％，热收缩不小于2％；

90摄氏度高温压力压痕不大于50％；

绝缘电阻常数不低于1×10¹⁵Ω·cm，硬度不小于85A(邵氏)，介电强度不低于20kV/mm，外绝缘层(含连接筋)尺寸见图2，图中单位为mm。

循环冷却软管的性能要求：

硬度不小于90A(邵氏)，尺寸偏差不大于±0.5mm，介电强度不小于20kV/mm，体积电阻率10^15Ω·cm，

绝缘电阻常数是90℃时不小于3.67，20℃时不小于3670，

原始机械性能抗张强度不小于15MPa，断裂伸长率不上于300％，

158℃、168h老化后机械性能，抗张强度和断裂伸长率变化率不大于±30％，

热延伸250℃、20min，

伸长率不大于100％，

永久变形率不大于15％，

抗撕不小于20N/mm，

150℃、1h,不开裂，耐磨不小于1万次，

高温90℃、1h，热变形不大于20％，

-40℃、4h，伸长率不小于30％，

150℃、1h，收缩不大于1％，

耐水：90℃、168h，抗张强度变化率不大于±25％，

耐水：20℃、168h，抗张强度变化率不大于±25％，

标准酸：20℃、168h，抗张强度变化率不大于±25％，

标准碱：20℃、168h，抗张强度变化率不大于±25％，

承压：90度条件下、1.0MPa、30min，管材不变形，不破裂；

承压：20度条件下、1.2MPa、30min，管材不变形，不破裂。

内绝缘层的绝缘料是热固性弹性体材料，热固性绝缘材料需要进行交联。绝缘料耐温等级为125度，无卤、阻燃、环保，

原始抗张强度不小于8MPa，伸长率不小于200％，

158度、7天热老化后，抗张强度、伸长率变化率不大于30％，

-40度低温拉伸不小于30％，热收缩不小于2％，

90度高温压力压痕不大于50％，

绝缘电阻常数不低于1*10¹⁵Ω·cm，

硬度不小于85A(邵氏)，

介电强度不低于20kV/mm，

热延伸温度250度，伸长率不大于100％，永久变形率不大于25％，绝缘标称厚度最薄0.7mm，不设上限。

本例电缆的制造方法，步骤包括：

1)先制造导体和铜箔导体：

2)各个线缆的制造：

所述步骤3)中：

成缆绞合节距范围是12～14倍线芯绞合后外径；

绞制过程中，绞笼机的绞笼转速85～90r/min(本例优选92.2r/min)，牵引速度4～5m/min(本例优选4m/min)，绕包头转速10～20r/min；

用无纺布带重叠绕包的搭盖率不小于25％；绕包时，牵引速度为4～5m/min，绕包节距为40±5mm，无纺布带上的张力为40～45N(本例优选40N)；绕包方向为右向，绕包带厚度为0.1mm。

所述步骤2.1)～2.4)中，根据相应绝缘层结构，采用相应的模具，挤包绝缘料，并冷却；所述步骤2.1)～2.4)中的热固性绝缘料(XLPO或EY)挤包要求为：

连接筋和外绝缘的挤包要求为：

主动力线芯导体和信号芯组铜导体表面的绝缘料的热固性弹性体材料为EVA基材，配合配合增韧体系、阻燃体系、防老体系以及润滑体系经物理及化学改性而成，抗撕裂性能不小于15N/mm，耐水性通过80℃×168试验要求，绝缘硬度不小于90邵氏A，绝缘电阻常数20℃时不小于3670MΩ·km，绝缘抗张强度不小于10MPa、断裂伸长率不小于300％，158℃、168h后条件，抗张强度变化率不大于±30％，断裂伸长率变化率不大于±30％，-40℃条件下，断裂伸长率不小于30％，90℃时不小于3.67，90℃条件下高温压力压痕不大于50％；130℃条件下收缩不大于4％，不析出、无卤素、无红磷，符合环保及REACH要求。

绝缘料挤出后通过电子加速完成辐照,辐照后取绝缘层制样后，在250℃条件下、15min，断裂伸长率不大于100％，永久变形率不大于±25％；

绝缘材料可选环保型无卤阻燃热塑性弹性体，材料以弹性体为基材，配合增韧体系、阻燃体系、防老体系以及润滑体系经物理及化学改性而成，抗撕裂性能不小于15N/mm，耐水性通过80℃×168试验要求，绝缘硬度不小于85邵氏A，绝缘电阻常数20℃时不小于3670MΩ·km，绝缘抗张强度不小于10MPa、断裂伸长率不小于300％，135℃、168h后条件，抗张强度不小于10MPa、变化率不大于±25％，断裂伸长率不小于300％、变化率不大于±25％，-40℃条件下，断裂伸长率不小于30％，90℃时不小于3.67，90℃条件下高温压力压痕不大于50％；130℃条件下收缩不大于4％，不析出、无卤素、无红磷，符合环保及REACH要求。所述步骤3中，填充材料为耐高温、加捻型填充绳，该填充绳主要的基材为聚丙烯材料，针对缆芯中不同的间隙放置不同尺寸的填充绳；另外，该填充材料绝缘在125℃条件下、240h，材料可不发生变形、老化、分解、碎裂等现象，仍保持原有的良好形态。

步骤4)中，护套料是以弹性体为基材，配合增韧体系、阻燃体系、防老体系以及润滑体系经物理及化学改成，具有良好的柔顺性,耐油，耐磨、抗UV、耐水解、耐酸碱，阻燃优越、不析出、无卤素、无红磷，耐720h气候，通过单根垂直燃烧试验，抗撕裂强度不小于20N/mm。在105℃条件下、4h，电缆的滑脱力仍保持500N以上。

连接筋和外绝缘层的材料(如TPE)要求为高电性、耐老化、耐-40℃低温、耐水解、耐化学液体。

所述护套层的护套料(如TPE或TPU)要求为：高抗撕、高耐磨、耐水、耐候、耐-40℃低温、阻燃、环保、耐化学液体、防紫外线。

所述地线芯绝缘层、辅助线芯、信号线芯绝缘层材料(如XLPO或EY)为：高硬度、高电性、耐-40℃低温、耐老化、阻燃和热固性。

各根信号芯组中的信号芯缆芯的绞合节距不同。为避免信号芯组干扰，两组绞合节距不同。

其中，上述工艺参数的选取中，当选择中间值以及优选值时候，产品的一次优秀率达到99.3％，而放宽在范围值内时候，虽然可以得到符合质量要求产品，但一次优秀率多在98～99％之间。

结果检测，本电缆的特点包括：

1)充电时间缩短

直流充电缩短至15min，实现电动汽车续航400公里，冷却电缆充电时间缩短90％。

2)电缆采购成本降低：电缆采购降本15％～20％。

3)电缆重量减轻、外径小

大功率快速充电用冷却电缆外径控制在46mm以下，相比较400A直流充电电缆成品电缆重量下降25％。

4)温升小

大功率快速充电用冷却电缆，15min内充满，实现电动汽车续航400公里，温升不超过35℃。

5)高电性

送检的产品经第三方型式检测，实测绝缘、护套的体积电阻率实测10¹⁵Ω.mm，填补ISO国际、GB国家新能源汽车硅橡胶车内高压10⁹Ω.mm。

6)耐高低温性能

主动力电源满足125℃工况使用。满足-40℃低温冲击、-40℃低温卷绕、-40℃低温拉伸试验要求。

7)阻燃试验：

满足GB/T18380.12单根燃烧。

8)耐化学试剂

同时满足ISO6722-1标准中的方法一、方法二、电池酸试验要求，满足工况要求。

9)耐车辆碾压

本电缆，经车辆往复3次碾压，施加电压测试、冷却循环测试，满足重复使用。

Claims

1.一种空心电缆，其特征是结构为：缆芯外依次包裹绕包层和外护套；所述缆芯由循环冷却软管以及多根线缆绞合构成，在各根线缆的间隙内填有填充；各根线缆分别为：

2.根据权利要求1所述的空心电缆，其特征是缆芯的绕包层外还包裹有内护套，内护套外包裹金属丝构成的网状结构，网状结构外有隔离层，隔离层外再包裹外护套；

构成缆芯的填充绳材料为聚丙烯填充绳；

3.根据权利要求2所述的空心电缆，其特征是

网状结构的伸长率不低于15％；

隔离层为环保非吸湿性材料构成，隔离层厚度不大于0.1mm。

4.根据权利要求1所述的空心电缆，其特征是所述主动力线芯中：

5.根据权利要求4所述的空心电缆，其特征是所述主动力线芯中：先挤包绝缘料构成内绝缘层；再在内绝缘层表面增加防粘连层，在防粘连层表面挤包外绝缘料构成连接筋和外绝缘层。

6.根据权利要求1所述的空心电缆，其特征是所述主动力线芯导体、地线芯导体的要求相同，它们都是由多股裸铜单丝绞合构成；

7.根据权利要求1所述的空心电缆，其特征是所述辅助电源线芯铜导体和信号芯组铜导体的要求相同，它们都是铜箔导体；铜箔导体是铜箔对接疏绕在纤维表面后，再与铜单丝绞合构成；

8.根据权利要求1所述的空心电缆，其特征是所述信号芯组中：

9.根据权利要求1所述的空心电缆，其特征是所述辅助电源线芯、信号芯组、主动力线芯、地线芯和循环冷却软管各有偶数根；所述电缆的径向截面是圆形；按照线径大小，线径较大的功能线缆在内，线径较小的功能线缆在外，依次排列；线径最接近的两功能线缆的位置是沿穿过圆心的直线成轴对称。

10.根据权利要求1所述的空心电缆，其特征是循环冷却软管的标称壁厚最小为0.7mm。