CN209257902U - 一种用于汽车的充电组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于汽车的充电组件，充电组件包括液冷电缆部分和与液冷电缆部分连接的液冷电极部分；液冷电缆部分由绝缘外管、导线和内管组成，内管内形成供冷却水流动的管路，导线紧密包围于内管外侧，绝缘外管布置于导线的外侧；液冷电极部分由电极和热管组成，电极与所述导线连接，热管的一部分安插在电极正中，冷却水流经热管的另一部分。通过将热管冷却技术与液冷技术结合在一起，使得冷却水能够同时对电缆和电极进行冷却，减少了冷却的环节，提高了冷却效率，使得充电速度可以获得保证。

Description

一种用于汽车的充电组件

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车的充电领域，具体来说，涉及一种用于汽车的充电组件。

背景技术

随着目前环境问题的日益突出，国内新能源汽车产业朝气蓬勃，发展速度日新月异，新能源汽车的电池容量越来越大，随之而来的是新能源汽车对充电速度的要求越来越高。充电功率是影响新能源汽车发展的重要因素，大功率充电能够大幅度地缩短充电时间，减少充电等待时间，因此新能源汽车需要的充电电流也越来越大。但是，越来越大的充电电流会导致充电电缆及充电电极的发热量迅速加大，带来充电电缆及充电电极的温度升高，温度升高进一步导致充电电缆及充电电极的电阻增大，使得充电电缆及充电电极的温度进一步升高。过高的温度会减损电缆及充电枪的绝缘性能，存在安全隐患，而且可能会烧坏电缆及充电枪，严重时甚至可能会对人身及设备带来的损害。

通常可采用增加电缆及电极的导体截面积来减少电缆及电极的电阻以降低发热量，但导体截面积的增加会导致成本增高，同时充电电缆变得粗大笨重、柔韧性降低，提高使用者的操作难度，降低电缆的使用寿命。

解决电缆温度升高的一个手段是采用液冷电缆，现有的液冷电缆为中空结构，内管通冷却水，利用内管中流动的冷却水带走导线充电时产生的热量，降低电缆的温度，有利于充电过程中的大电流输送。

针对电极的温度升高，现阶段还有以下的散热技术：利用热电半导体制冷组件的吸热面，将端子连接充电时发出的热量及时传导至热电半导体制冷组件，并通过热电半导体制冷组件的散热面将上述热量散发出去，有效降低充电时的电极温度，进而消除充电时因温度升高而带来的安全隐患。在充电枪内设置热交换槽，热交换槽连接进液管和出液管，主线端子和电线端子从热交换槽经过，通过热交换槽，利用冷却液带走端子充电所产生的热量。

然而，上述针对电缆或电极的冷却方式均存在缺陷：液冷电缆内部内管与导线之间间接接触，其散热量仍难以满足大电流的散热需求；热电半导体制冷组件及热交换槽没有直接从电缆的电级端子的本体上解决散热问题，其换热效率难以满足高电流充电时的散热需求；且现有技术对电缆及电极的冷却分别进行，成本较高，散热效率也难以获得保证。

实用新型内容

针对现有技术中的不足，本实用新型提出一种用于汽车的充电组件，将热管冷却技术与液冷技术结合在一起，使得冷却水能够同时对电缆和电极进行冷却，减少了冷却的环节，提高了冷却效率，使得充电速度可以获得保证。

为实现本实用新型的目的，本实用新型采用的技术方案是：

提供了一种用于汽车的充电组件，所述充电组件包括液冷电缆部分和与液冷电缆部分连接的液冷电极部分；液冷电缆部分由绝缘外管、导线和内管组成，内管内形成供冷却水流动的管路，导线紧密包围于内管外侧，绝缘外管布置于导线的外侧；液冷电极部分由电极和热管组成，电极与所述导线连接，热管的一部分安插在电极正中，冷却水流经热管的另一部分。

优选地，所述内管与所述绝缘外管之间形成导线间层，所述导线位于所述导线间层内，所述导线间层形成可供冷却水流动的空间。

优选地，所述绝缘外管、所述导线和所述内管分别在不同的半径范围内与所述电极相连，所述绝缘外管与所述电极重合压接的部分为外管连接段，所述导线与所述电极重合连接的部分为导线连接段，所述内管与所述电极重合压接的部分为内管连接段，并且以上三个连接段的半径依次减小。

优选地，所述热管包括热管吸热段和热管冷却段，所述热管吸热段安插在所述电极正中，冷却水流经热管的热管冷却段。

优选地，所述电极在靠近所述液冷电缆部分的一端形成有阶梯形的冷却腔，冷却腔的开口朝向所述液冷电缆部分，冷却腔的阶梯上部的截面积大于其阶梯下部的截面积，所述热管吸热段过盈配合安插在所述阶梯下部内，所述热管冷却段与所述阶梯上部之间形成供冷却水流过的环形空间。

优选地，所述阶梯上部的底部设置有沿电极周向均匀分布的一圈回流孔，所述回流孔将所述内管、所述环形空间与所述导线间层连通。

优选地，所述热管还包括位于热管吸热段和热管冷却段之间的蓄热段，所述热管内有相变工质，蓄热段内填充有蓄热材料。

优选地，相变工质可以在所述热管吸热段、所述蓄热段和所述热管冷却段之间循环流动，所述蓄热材料为蓄热球，所述蓄热球经金属网和格栅按次序放置在蓄热段内，所述蓄热球内含有相变材料。

优选地，所述充电组件还包括温度传感器、流量传感器和控制器，所述温度传感器有两组，分别检测所述电极和所述冷却水的温度，所述流量传感器用于检测所述冷却水的流量，所述温度传感器和所述流量传感器分别与所述控制器电连接。

优选地，其特征在于，当所述温度传感器检测的温度超过预先设定的值时，控制器将充电电流降低至预先设定的范围或者停止充电，或者提高所述冷却水的流量；当所述流量传感器检测的流量低于预先设定的值时，控制器将充电电流降低至预先设定的范围或者停止充电。

本实用新型所述的用于汽车的充电组件，一方面通过一个冷却水的循环回路同时将电极和导线产生的热量带走，结构简单，冷却效率高，一方面，使冷却水与导线直接接触，能够更多地带走导线产生的热量，同时，利用本实用新型所述的热管结构，能够提高冷却效率，并保证电极的平稳散热及充电组件的安全工作，且控制系统能够实时检测充电过程中充电系统及冷却系统的故障，保障了充电组件的工作安全。

附图说明

图1显示了本实用新型实施例充电组件的轴向剖面示意图；

图2显示了本实用新型实施例热管的剖面示意图。

附图标记的说明：1-电极端子、2-电极、3-热管吸热段、4-热管冷却段、5-绝缘外管、6-导线、7-内管、8-绝缘外管连接段、9-导线连接段、10-内管连接段、11-回流孔、12-隔离环、20-蓄热段、21-蓄热球、22-金属网、23-格栅。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

新能源汽车充电桩的冷却电缆的缆芯通常由两条电力线缆、一条地线、两条辅助电力线缆、两条信号线缆和一条控制线缆构成，在缆芯中填充有填充物，上述各线缆均埋设于填充物中并被该填充物包围，在缆芯外包覆有电缆绝缘外护套。

本实用新型所说的用于汽车的充电组件，指的是上述各线缆与相应的电极端子组件结构。以电力线缆为例，如图1所示，其是本实用新型电力线缆与电极连接位置处的沿线缆轴向的中心剖面图。该用于汽车的充电组件包括液冷电缆部分和与液冷电缆部分连接的液冷电极部分。液冷电缆部分由绝缘外管5、导线6和内管7组成，内管7内形成供冷却水流动的管路，导线6紧密包围于内管7外侧，绝缘外管5布置于导线6的外侧；液冷电极部分由电极2和热管组成，电极2与所述导线6连接，热管的一部分安插在电极2正中，冷却水流经热管的另一部分。其中，热管的一端吸收电极2处产生的热量，将该热量传递至热管的另一端，内管7中循环流动有冷却水，冷却水与热管的另一端产生热交换，将热量带走，对电极2进行冷却。同时，内管7中循环流动的冷却水还与液冷电缆部分的导线6发生热交换，将导线6产生的热量带走，对导线6进行冷却。通过冷却水的循环同时将液冷电极部分的电极2产生的热量和液冷电缆部分的导线6产生的热量带走，能够更高效地同时解决电极2和导线6的散热问题，提高了散热效率。

液冷电缆部分自外至内依次由绝缘外管5、导线6和内管7组成。内管7内形成供冷却水流动的管路。内管7与绝缘外管5之间形成导线间层，导线6位于导线间层内。导线6紧密包围于内管7外侧，导线6可以由铜箔带包裹而成，或者可以由铜箔带包裹层和铜丝交叉编织层形成，也可以由铜丝交叉编织层形成。导线间层内还形成可供冷却水流动的空间，冷却水与导线6直接发生热交换，将导线6产生的热量带走，对导线6进行冷却。

绝缘外管5、导线6和内管7分别在不同的半径范围内与电极2相连。液冷电极部分的电极2为圆柱形的金属导体，其一端与新能源汽车的电极端子1插接，另一端分别与液冷电缆部分绝缘外管5、导线6和内管7连接。电极2的靠近液冷电缆部分的外侧端面处形成有两阶阶梯状台阶。绝缘外管5与电极2的圆柱形外周面重合压接，该重合压接的部分为外管连接段8，在外管连接段8的端点处，布置一圈隔离环12，以与电极端子1隔离；导线6与上述阶梯状台阶的大直径台阶重合连接，该重合连接的部分为导线连接段9，导线6同时与该大直径台阶的轴向端面连接；内管7与上述阶梯状台阶的小直径台阶重合压接，该重合压接的部分为内管连接段10，外管连接段8、导线连接段9、内管连接段10的半径依次减小。通过上述三个连接段将液冷电极部分与液冷电缆部分固定连接。

电极2在靠近液冷电缆部分的一端向内形成有阶梯形的冷却腔，冷却腔的开口朝向所述液冷电缆部分，冷却腔的阶梯上部的截面积大于其阶梯下部的截面积，该冷却腔与内管的冷却水管路相通。热管包括热管吸热段3和热管冷却段4。热管的热管吸热段3过盈配合地安插在阶梯下部内，热管吸热段3吸收电极2在充电过程中产生的热量，并将热量传递至热管冷却段4，热管冷却段4位于冷却腔的阶梯上部内，与冷却腔的阶梯上部之间形成环形空间，冷却水与热管冷却段4发生热交换，最终将电极2产生的热量带走。阶梯上部的底端设置有沿电极2周向均匀分布的一圈回流孔11，冷却水经由内管7、冷却腔、回流孔12流到导线间层，形成冷却水的循环流动。

如图2所示，热管包括热管吸热段3、热管冷却段4以及位于热管吸热段3和热管冷却段4之间的蓄热段20，热管内有相变工质，蓄热段20内填充有蓄热材料。相变工质可以在热管吸热段3、蓄热段20和热管冷却段4之间循环流动，蓄热材料为蓄热球21，蓄热球21经金属网22和格栅23按次序排列放置在蓄热段20内，金属网22、格栅23、蓄热球21之间有供相变工质流动的空间。蓄热球21内含有相变材料，该相变材料可以是石蜡。蓄热材料的存在能够起到储存热量的作用，能够平稳地将电极2产生的热量经由热管排出；同时，当冷却系统或充电系统突发故障时，蓄热材料仍能够吸收电极2产生的部分热量，为控制器的响应提供充足的时间。

该充电组件还包括温度传感器、流量传感器和控制器(未图示)。温度传感器有两组，其中一组设置于电极处，用于检测电极的温度，另一组设置于冷却水的循环回路中，可以用于检测不同位置处冷却水的温度。流量传感器设置于冷却水的循环回路中，用于检测冷却水的流量。

工作过程中，温度传感器将所检测到的电极和冷却水的温度信号持续地发送至控制器，控制器中预存有电极和冷却水的温度阈值，当检测到的电极的温度或冷却水的温度超过控制器中预先设定的值时，此时可能是充电组件的冷却系统发生故障或者充电桩的输出电流过大，控制器经过判断，将充电电流自动降低至预先设定的范围或者停止充电，并发出声、光报警信号等充电异常信号提醒用户，或者提高冷却水的流量或降低冷却水的温度，以使电极和导线的温度下降。

工作过程中，流量传感器将所检测到的冷却水的流量信号持续地发送至控制器，控制器中预存有流量阈值，当检测到的冷却水的流量超过控制器中预先设定的值时，此时可能是充电组件的冷却管路发生折弯、堵塞等故障，控制器经过判断，将充电电流自动降低至预先设定的范围或者停止充电，并发出声、光报警信号等充电异常信号提醒用户。

作为替换，可以选择防爆绝热冷却油替代水作为冷却介质，能够提高充电过程中冷却介质的安全性能。

本实用新型实施例中的用于汽车的充电组件的工作过程如下：

电能通过导线传递到电极，再经电极传递到新能源汽车。冷却水通过水泵加压，沿图1所示的箭头方向流动，从内管流入冷却腔，再通过回流孔流出冷却腔，流入内管与绝缘外管之间的导线间层，冷却水充满冷却腔和内管与绝缘外管之间的导线间层，冷却水由导线间层回流至水泵，完成循环。替代的，冷却水也可以沿与上述循环相反的方向循环流动。电极产生的热量通过热管吸热段传给热管，热量由热管吸热段传递至热管冷却段，热管冷却段在冷却腔内与冷却水接触换热，冷却水带走热管上的热量，冷却水经过回流孔流入并充满绝缘外管和内管之间的间层，和导线进行充分接触换热，带走导线产生的热量。

本实用新型所述的用于汽车的充电组件，一方面通过一个冷却水的循环回路同时将电极和导线产生的热量带走，结构简单，冷却效率高，一方面，使冷却水与导线直接接触，能够更多地带走导线产生的热量，同时，利用本实用新型所述的热管结构，能够提高冷却效率，并保证电极的平稳散热及充电组件的安全工作，且控制系统能够实时检测充电过程中充电系统及冷却系统的故障，保障了充电组件的工作安全。

虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但都应落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于汽车的充电组件，所述充电组件包括液冷电缆部分和与液冷电缆部分连接的液冷电极部分；其特征在于，液冷电缆部分由绝缘外管、导线和内管组成，内管内形成供冷却水流动的管路，导线紧密包围于内管外侧，绝缘外管布置于导线的外侧；液冷电极部分由电极和热管组成，电极与所述导线连接，热管的一部分安插在电极正中，冷却水流经热管的另一部分；所述内管与所述绝缘外管之间形成导线间层，所述导线位于所述导线间层内，所述导线间层形成可供冷却水流动的空间；所述绝缘外管、所述导线和所述内管分别在不同的半径范围内与所述电极相连，所述绝缘外管与所述电极重合压接的部分为外管连接段，所述导线与所述电极重合连接的部分为导线连接段，所述内管与所述电极重合压接的部分为内管连接段，并且以上三个连接段的半径依次减小，在所述外管连接段的端点处，布置一圈隔离环，以与电极端子隔离。

2.根据权利要求1所述的充电组件，其特征在于，所述热管包括热管吸热段和热管冷却段，所述热管吸热段安插在所述电极正中，冷却水流经热管的热管冷却段。

3.根据权利要求1所述的充电组件，其特征在于，所述电极在靠近所述液冷电缆部分的一端形成有阶梯形的冷却腔，冷却腔的开口朝向所述液冷电缆部分，冷却腔的阶梯上部的截面积大于其阶梯下部的截面积，所述热管吸热段过盈配合安插在所述阶梯下部内，所述热管冷却段与所述阶梯上部之间形成供冷却水流过的环形空间。

4.根据权利要求3所述的充电组件，其特征在于，所述阶梯上部的底部设置有沿电极周向均匀分布的一圈回流孔，所述回流孔将所述内管、所述环形空间与所述导线间层连通。

5.根据权利要求2所述的充电组件，其特征在于，所述热管还包括位于热管吸热段和热管冷却段之间的蓄热段，所述热管内有相变工质，蓄热段内填充有蓄热材料。

6.根据权利要求5所述的充电组件，其特征在于，所述热管吸热段、所述蓄热段和所述热管冷却段之间相通，所述蓄热材料为蓄热球，所述蓄热球经金属网和格栅按次序放置在蓄热段内，所述蓄热球内含有相变材料。

7.根据权利要求1所述的充电组件，其特征在于，所述充电组件还包括温度传感器、流量传感器和控制器，所述温度传感器有两组，分别检测所述电极和所述冷却水的温度，所述流量传感器用于检测所述冷却水的流量，所述温度传感器和所述流量传感器分别与所述控制器电连接。

8.根据权利要求7所述的充电组件，其特征在于，当所述温度传感器检测的温度超过预先设定的值时，控制器将充电电流降低至预先设定的范围或者停止充电，或者提高所述冷却水的流量；当所述流量传感器检测的流量低于预先设定的值时，控制器将充电电流降低至预先设定的范围或者停止充电。