CN219286092U - 一种电动汽车快速充电用液冷线缆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种电动汽车快速充电用液冷线缆，属于电动汽车充电技术领域。本实用新型包括绝缘外被、绝缘分隔层、回流管、导线、绝缘套管、制冷液。绝缘外被为等壁厚柱状空腔结构，沿轴向延伸。所述绝缘分隔层位于所述绝缘外被的空腔结构中，用于将绝缘外被的内部空间分为空腔和液腔，两腔室的空间不连通，液腔即作为进液通道，绝缘分隔层随绝缘外被轴向延伸。回流管为供冷却液回流至充电桩内的制冷设备，回流管随绝缘外被轴向延伸。导线包括DC+与DC﹣电源线路、低压辅助电源线路、地线和通信线路，导线随绝缘外被轴向延伸。绝缘套管包裹于部分导线外部，其中DC+与DC﹣两个电源线路的绝缘套管表面具有周向与轴向等距分布的凸起结构。

Description

一种电动汽车快速充电用液冷线缆

技术领域

本实用新型属于电动汽车充电技术领域，涉及一种电动汽车快速充电用液冷线缆。

背景技术

充电基础设施是新能源汽车行业高质量发展的重要保障。随着用户对电动汽车充电速率要求的不断提升，大功率快速充电已成为电动汽车充电设施发展的主要方向。然而，大功率充电会导致线缆产热增加，极易产生安全隐患。因此，在充电桩内应用高效的线缆冷却技术十分必要。

液冷散热是极具发展前景的线缆冷却技术方案。现有液冷散热大多针对DC+与DC﹣两个电源线路采取一侧来流、一侧回流的液冷方案，这会导致线缆出现冷却不均的情况。此外，现有液冷线缆的液冷通道呈光滑圆筒状沿轴向不断延伸，这会导致壁面处的层流边界层充分发展，进而降低对流换热系数，恶化线缆的液冷效果。因此，需要更完备的液冷方案以解决电动汽车在大功率充电时线缆的散热问题。

实用新型内容

为了解决背景技术中提到的问题，本实用新型主要目的是提供一种电动汽车快速充电用液冷线缆，能够有效增强对充电线缆的冷却效果，控制大功率充电线缆的温升在可接受范围内，保障电动汽车充电安全。

本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的。

本实用新型公开的一种电动汽车快速充电用液冷线缆，包括绝缘外被、绝缘分隔层、回流管、导线、绝缘套管、制冷液。所述绝缘外被为等壁厚柱状空腔结构，沿轴向延伸。所述绝缘分隔层位于所述绝缘外被的空腔结构中，用于将绝缘外被的内部空间分为空腔和液腔，两腔室的空间不连通，液腔即作为进液通道，绝缘分隔层随绝缘外被轴向延伸。所述回流管为供冷却液回流至充电桩内的制冷设备，回流管随绝缘外被轴向延伸。所述导线包括DC+与DC﹣电源线路、低压辅助电源线路、地线和通信线路，导线随绝缘外被轴向延伸。所述绝缘套管包裹于部分导线外部，其中DC+与DC﹣两个电源线路的绝缘套管表面具有周向与轴向等距分布的凸起结构。

优选地，绝缘分隔层用于将绝缘外被内部的空间分为两个互不干扰的部分，以便于导线的布置和制冷回路布局。空腔为绝缘分隔层内部的腔体；液腔为绝缘分隔层外部且在绝缘外被内部的腔体。空腔中包含无需冷却的通信线路、通信线路外部的绝缘套管和地线。液腔中包含需要冷却的DC+/DC﹣电源线路、低压辅助电源线路、上述导线外部的绝缘套管和回流管。

优选地，绝缘分隔层的截面形状为空心的拱形，拱形内角进行倒圆角或斜角处理，以消除材料应力集中，保证机械强度。绝缘分隔层随线缆轴向延伸，其内腔分为空腔或液腔；绝缘分隔层的放置方式包括两种方式：方式一、绝缘分隔层的弧面粘接于绝缘外被的内壁；方式二、绝缘分隔层与绝缘外被一体成型。

优选地，低压辅助电源线路、DC+/DC﹣电源线路和通信线路被绝缘套管包裹；地线在绝缘分隔层的内腔中可包括若干接地子线。

优选地，实现制冷液流动的方式：制冷液从充电基础设施端经液腔流至充电桩端，再经回流管内的回流腔流至充电基础设施端。

优选地，DC+/DC﹣电源线路的绝缘套管外侧具有凸起结构，作用是加剧制冷液扰动并增大对流换热面积，从而增强制冷效果。

优选地，凸起结构可以为块状，也可以为球状；凸块在线缆横截面上的几何特征是扇环形，也可以是矩形、梯形；凸块在线缆轴截面上的几何特征是矩形，也可以是梯形；周向上相邻凸起结构之间的间距可以窄于凸起结构、与凸起结构等宽或宽于凸起结构；轴向上相邻凸起结构之间的间距可以短于凸起结构、与凸起结构等长或长于凸起结构。

优选地，所述导线为多股绞合铜线网绞合成的导线；所述回流管为聚四氟乙烯管；所述制冷液可以为硅油或乙二醇，也可以为水。

有益效果：

1、本实用新型公开的一种电动汽车快速充电用液冷线缆，通过设置绝缘分隔层，将无需冷却的导线隔开，并让制冷液从液腔直接流过，同时对DC+与DC﹣电源线路进行直接冷却，避免换热不均的问题。此外，设置在电源线路中间的回流管也能对电源线路进行二次冷却，进一步增强对充电线缆的冷却效果。

2、本实用新型公开的一种电动汽车快速充电用液冷线缆，绝缘套管外表面的凸起结构不仅令制冷液在流动时产生扰动以加剧换热，还能够扩大制冷液与热源之间的换热面积。在不增加现有充电线缆直径的前提下，增强冷却效果。本实用新型还通过优化选取凸起结构的形状布局，能够进一步增大对流换热面积和增强冷却效果。

3、本实用新型公开的一种电动汽车快速充电用液冷线缆，制冷液从充电基础设施端经液腔流至充电桩端，再经回流管内的回流腔流至充电基础设施端，从而提高腔流制冷效率，增强制冷效果。

4、本实用新型公开的一种电动汽车快速充电用液冷线缆，绝缘分隔层的截面形状为空心的拱形，拱形内角进行倒圆角或斜角处理，以消除材料应力集中，保证机械强度。

5、本实用新型公开的一种电动汽车快速充电用液冷线缆，在实现上述有益效果1、2、3、4基础上，有效增强对充电线缆的冷却效果，控制大功率充电线缆的温升在可接受范围内，保障电动汽车充电安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的液冷线缆的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1提供的液冷线缆的横截面图；

图3为本实用新型实施例1提供的具有凸块的绝缘套管的结构示意图；

图4为本实用新型实施例2提供的液冷线缆的结构示意图；

图5为本实用新型实施例2提供的液冷线缆的横截面图；

图6为本实用新型实施例2提供的具有凸球的绝缘套管的结构示意图。

其中：10—绝缘外被、20—绝缘分隔层、30—回流管、40—导线、41—绝缘套管、50—制冷液、51—空腔、52—液腔、53—回流腔、401—低压辅助电源线路、402—DC+/DC﹣电源线路、403—通信线路、404—地线。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，全文中的“和/或”包括三个方案，以A和/或B为例，包括A技术方案、B技术方案，以及A和B同时满足的技术方案；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

实施例1：

随着电动汽车大功率充电技术的不断发展，采用适当的冷却方法以降低充电线缆在充电时的温度已经成为了发展电动汽车快充技术的关键之一。

如图1与图2所示，本实施例公开的一种电动汽车液冷充电桩用液冷线缆，包括绝缘外被10、绝缘分隔层20、回流管30、具备各种功用的导线40以及绝缘套管41。其中，导线40包括低压辅助电源线路401、DC+/DC﹣电源线路402、通信线路403和地线404。低压辅助电源线路401和DC+/DC﹣电源线路402的外部包裹着绝缘套管41，DC+/DC﹣电源线路402外部的绝缘套管41外表面具有周向与轴向等距分布的凸块，而低压辅助电源线路401外部的绝缘套管41外表面没有所述几何特征。

具体地，绝缘外被10位于整个线缆的最外层，作用是对充电线缆进行隔绝与防护。绝缘外被10具有空腔，能完整地将绝缘分隔层20、回流管30、导线40及导线外部的绝缘套管41保护在内。绝缘外被10由绝缘材料制成，一般可为PVC、TPE、TPU、橡胶等材料。除绝缘作用外，绝缘外被10在制冷液50的漏液防护方面也起着至关重要的作用。绝缘外被10具有一定的厚度，以保证其机械强度，避免因绝缘外被10的疲劳破坏而导致的漏电、漏液事故。绝缘外被10的截面形状一般为圆环，一方面能提高内部空间利用率，另一方面能有效消除自身的应力集中，进一步保证机械强度。

绝缘分隔层20位于绝缘外被10内部，作用是将绝缘外被10内部的空间分为两个互不干扰的部分，以便于导线40的合理布置和制冷回路的合理设计。空腔51为绝缘分隔层20内部的腔体；液腔52为绝缘分隔层20外部且在绝缘外被10内部的腔体。空腔51中包含无需冷却的通信线路403、通信线路外部的绝缘套管41和地线404。液腔52中包含需要冷却的DC+/DC﹣电源线路402、低压辅助电源线路401、上述导线外部的绝缘套管41和回流管30。绝缘分隔层20的截面形状为空心的拱形，拱形内角进行倒圆角或斜角处理，以消除材料应力集中，保证机械强度。绝缘分隔层20的材料与绝缘外被10相同，一般可为PVC、TPE、TPU、橡胶等材料。绝缘分隔层20可与绝缘外被10一体成型，也可独立成型后将其弧面与绝缘外被10的弧面粘合成一体，以避免制冷液50流入绝缘分隔层20与绝缘外被10的弧面之间，降低制冷效率。

绝缘分隔层20的液腔52与回流管30内的回流腔53在充电枪端联通，与空腔51不联通。制冷液50通过液腔52从充电桩端流入并流经整个线缆，完成一次制冷过程；随后，制冷液50于充电枪端通过回流管30内的回流腔53回流至充电桩端，完成二次制冷过程。由于采用绝缘外被10、绝缘分隔层20和绝缘套管41的绝缘防护结构，实施例1中的制冷液50不会和导线40直接接触，因此制冷液50可以为硅油或乙二醇，也可以为水。回流管30的材料为聚四氟乙烯管，聚四氟乙烯管具有耐高温特性，在高温工作环境下具有良好的化学稳定性。

放置于液腔52中的导线40需要液冷降温，尤其是DC+/DC﹣电源线路402。DC+/DC﹣电源线路402的作用是流通直流电流，实现电动汽车充电过程。其中DC+是指直流正极电源线路，用于连接电池正极；DC-是指直流负极电源线路，用于连接电池负极。在电动汽车快速充电用线缆中，DC+/DC﹣电源线路402的特点是流经的电流大，这会导致两方面结果：首先，为了承受大电流，DC+/DC﹣电源线路402的线径必须足够粗。其次，由于线路的发热量与电流的平方成正比，加大流经的电流会导致线路的发热量急剧增加。对此，实施例1对DC+/DC﹣电源线路402外侧绝缘套管41的外表面进行几何上的改进，以增强换热效果。

如图3所示，在实施例1中，DC+/DC﹣电源线路402外侧的绝缘套管41外表面设置诸多规则排布的凸块。凸块在线缆横截面上的几何特征是扇环形，相邻凸块与轴心呈30°角，沿周向等距分布；凸块在线缆轴截面上的几何特征是矩形，长度大于间距，沿轴向等距分布。应当理解的是，凸块采取沿周向和轴向均匀分布的方案并非限定凸块只能沿周向和/或轴向均匀分布，任意非均匀分布但没法脱离凸块设置的方案均属于没有做出创造性劳动前提下所获得的实施例。在实施例1中，通过设置凸块，绝缘套管41外表面的换热面积增加9.2％，制冷液50的湍流程度显著增强，制冷效果有明显改善。

在线缆横截面上，绝缘分隔层20的回流管30位于DC+与DC﹣电源线路402的中上部、低压辅助电源线路401的中下部。如此设计能让回流管30与电源线路尽可能地贴近，从而加强了制冷液50回流对电源线路的二次制冷效果。

低压辅助电源线路401的作用是为电动汽车蓄电池管理系统供电。虽然低压辅助电源线路401放出的热量远小于DC+/DC﹣电源线路402，但因其线径较小，为了实现空间利用最大化，将其布置在液腔52中。

我国电动汽车直流充电采用CAN通信方案，实施例1中的通信线路403泛指具备CAN通信功能和充电连接确认功能的线路。应当理解的是，为了实现CAN通信功能和充电连接确认功能，通信线路403的数量可以为多根，在实施例1中虽然只设置了两根通信线路403，但这并不代表两根通信线路403可以完成全部的通信功能。同时，基于实施例1所提出的任何导线40数目上的增减方案均属于没有做出创造性劳动前提下所获得的实施例。

地线404的作用是为电动汽车充电过程提供接地保护。地线404可以包括多根独立设置的子线。在实施例1中，空腔51中就具有五根地线子线。空腔51由绝缘分隔层20包络形成，故即使采用导电的制冷液50，地线404也不会有任何影响。此外，通信线路403的外部包裹绝缘套管41，不会对与地线404互相干扰。因此，地线404的外部无需设置绝缘套管41，这样设计可进一步减小线径，有利于线缆的轻量化。

全部的导线40，包括低压辅助电源线路401、DC+/DC﹣电源线路402、通信线路403和地线404，均为铜线，且具有一定的延展性，可在一定范围内折弯。其中，DC+/DC﹣电源线路402因线径过大而采用多股铜线绞合形式，不但能使线路的柔软性大大增加，而且可使弯曲时的曲度分布在每股铜线上，从而减小产生的弯曲应力，避免塑性变形，也能够避免绝缘外被10、绝缘分隔层20和绝缘套管41的间接破坏。此外，DC+与DC﹣电源线路402及其所包裹绝缘套管41在线缆横截面上的整体形状为圆形/椭圆形。

实施例2：

如实施例1所述的电动汽车快速充电用液冷线缆，实施例2与实施例1的不同之处在于：如图4、5所示，本实施例中绝缘分隔层20内腔为液腔52。所述布置的优点在于液腔52中的制冷液50不仅在绝缘外被10内，还在绝缘分隔层20内，降低制冷液50因线缆破损泄露至外部环境的风险。所述布置的缺点在于DC+/DC﹣电源线路402被双层绝缘材料包裹着。与实施1相比，在液冷线缆线径不变的前提下，DC+/DC﹣电源线路402的线径需要适当减小方可布置进绝缘分隔层20，这也就降低允许通过线路的最大电流，减小快速充电的潜力。

实施例2与实施例1的不同之处在于：如图6所示，DC+/DC﹣电源线路402外侧的绝缘套管41外表面设置了诸多规则排布的凸球。相邻凸球与轴心呈30°角，沿周向等距分布；凸球沿轴向等距分布，且凸球的半径小于轴向间距。在绝缘套管41外表面上布置绝缘凸球是增强对流换热的另一种形式。凸球除实施例2中的布置方式外，也可沿轴向螺旋状/波浪状/不规则布置。在实施例2中，当凸球的轴向间距为凸球半径的十六倍时，绝缘套管41外表面的换热面积增加4.3％；随着凸球的密集程度增加，绝缘套管41外表面的换热面积也将不断增加。此外，制冷液50的湍流程度在凸球的作用下得到显著增强，制冷效果有明显改善。

除上述两点之外，实施例2的其他技术特征与实施例1相同，在此不再一一赘述。

本实施例通过设置绝缘分隔层20，将将无需冷却的导线隔开，并让制冷液从液腔52直接流过，同时对DC+与DC﹣电源线路402进行直接冷却，避免换热不均的问题。此外，设置在电源线路中间的回流管30也能对电源线路进行二次冷却；另一方面，绝缘套管41外表面的凸起结构不仅令制冷液50在流动时产生扰动以加剧换热，还扩大制冷液50与热源之间的换热面积。在不增加现有充电线缆直径的前提下，有效增强冷却效果，控制大功率充电线缆的温升在可接受范围内，保障电动汽车充电安全。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种电动汽车快速充电用液冷线缆，其特征在于：包括绝缘外被(10)、绝缘分隔层(20)、回流管(30)、导线(40)、绝缘套管(41)、制冷液(50)；所述绝缘外被(10)为等壁厚柱状空腔结构，沿轴向延伸；所述绝缘分隔层(20)位于所述绝缘外被(10)的空腔结构中，将绝缘外被(10)的内部空间分为空腔(51)和液腔(52)，两腔室的空间不连通，液腔(52)即作为进液通道，绝缘分隔层(20)随绝缘外被(10)轴向延伸；所述回流管(30)为供冷却液回流至充电桩内的制冷设备，回流管(30)随绝缘外被(10)轴向延伸；所述导线(40)包括DC+与DC﹣电源线路(402)、低压辅助电源线路(401)、地线(404)和通信线路(403)，导线(40)随绝缘外被(10)轴向延伸；所述绝缘套管(41)包裹于部分导线(40)外部，其中DC+与DC﹣两个电源线路(402)的绝缘套管(41)表面具有周向与轴向等距分布的凸起结构。

2.如权利要求1所述的一种电动汽车快速充电用液冷线缆，其特征在于：空腔(51)为绝缘分隔层(20)内部的腔体；液腔(52)为绝缘分隔层(20)外部且在绝缘外被(10)内部的腔体；空腔(51)中包含无需冷却的通信线路(403)、通信线路外部的绝缘套管(41)和地线(404)；液腔(52)中包含需要冷却的DC+/DC﹣电源线路(402)、低压辅助电源线路(401)、上述导线外部的绝缘套管(41)和回流管(30)。

3.如权利要求1所述的一种电动汽车快速充电用液冷线缆，其特征在于：绝缘分隔层(20)的截面形状为空心的拱形，拱形内角进行倒圆角或斜角处理；绝缘分隔层(20)的放置方式包括两种方式：方式一、绝缘分隔层(20)的弧面粘接于绝缘外被(10)的内壁；方式二、绝缘分隔层(20)与绝缘外被(10)一体成型。

4.如权利要求1所述的一种电动汽车快速充电用液冷线缆，其特征在于：低压辅助电源线路(401)、DC+/DC﹣电源线路(402)和通信线路(403)被绝缘套管(41)包裹；地线(404)在绝缘分隔层的内腔中包括若干接地子线。

5.如权利要求1所述的一种电动汽车快速充电用液冷线缆，其特征在于：DC+/DC﹣电源线路(402)的绝缘套管(41)外侧具有凸起结构。

6.如权利要求1所述的一种电动汽车快速充电用液冷线缆，其特征在于：凸起结构为块状或球状；凸块在线缆横截面上的几何特征是扇环形、矩形或梯形；凸块在线缆轴截面上的几何特征是矩形或梯形。

7.如权利要求1所述的一种电动汽车快速充电用液冷线缆，其特征在于：所述导线(40)为多股绞合铜线网绞合成的导线。

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