一种高温超导充电电缆的制作方法
【专利摘要】一种高温超导充电电缆，用于电动汽车的充电桩，包括超导电缆和液氮系统；超导电缆包括输入插头、输出插头和电缆线，液氮系统包括储液罐和输液管,输液管与输入插头对接。电缆线包括外护套和套装在其內部的主电源线；主电源线包括由內向外套装的超导体、热绝缘套管和电绝缘套管；液氮由输入插头引入主电源线内，与超导体表面直接接触或通过导热材料间接接触。超导体用高温超导材料制成，其临界超导温度在77K以上，将其浸入液氮中时其电阻消失。超导体与常温导体通过导电隔热材料互相连接。本发明大幅度降低充电电缆的电阻，为充电桩缩短电动车的充电时间提供了最大的可能性，为节能环保的电动汽车的迅速普及推广突破了技术装备的瓶颈。
【专利说明】一种高温超导充电电缆
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及电动汽车的充电粧用的充电电缆，特别是能大大缩短充电时间的快充电缆。
[0003]
【背景技术】
[0004]电动汽车是一种即节能又环保的现代新能源交通工具，在当今世界得到迅猛发展，电动汽车的销量成几何级数增师长，充电粧像雨后春笋一样遍地林立，但电动汽车目前仍远未普及，影响其广泛推广应用的技术瓶颈在于充电远比加油费时费工，一般小汽车充电一次最快也得半小时，使得现代生活节奏特快、分秒必争的人不敢使用电动汽车。为突破这一瓶颈，业界出现了很多快充充电粧，而快充充电粧的各技术环节中，快充电缆又是技术关节。现有各种快充电缆都是在常规技术中想办法，如改善电缆散热条件，提高导体导电率等，这些常规技术经多年发展，己达到尽善尽美的地步，将充电时间缩短一半已到了极限，与几分钟的加油时间相比还有很大的差距。
[0005]
【发明内容】
[0006]发明目的
为突破电动汽车推广应用的技术瓶颈，解决充电费时的难题，提供一种具有超大载流能力的充电电缆，以便大幅度缩短电动汽车的充电时间。
[0007]发明方法
提供一种高温超导充电电缆，其特征在于:包括超导电缆10和液氮系统20;超导电缆10包括输入插头11、输出插头12和电缆线13，输入插头11、输出插头12固定地连接在电缆线13的两端；液氮系统20包括储液罐21和输液管22，输液管22与输入插头11对接。
[0008]所述超导电缆10的电缆线13包括外护套135和套装在其内部的主电源线131;主电源线131包括由内向外套装的超导体1312、热绝缘套管1311和电绝缘套管1313;超导体1312为多股绞合线缆或网管状线缆，它们的表面与液氮系统20的液氮直接接触或通过导热材料间接接触。
[0009]所述超导电缆10的输入插头11包括输入插头体112和电源插头113;输入插头体112与电缆线13的外护套135固定连接；电源插头113内端分别与各主电源线131的超导体1312的端部良好地电连接。
[0010]所述输入插头11还包括液氮输入管111和排气阀114，所述液氮输入管111为中空管状，外端与液氮系统20的输液管22连通，内端设有径向孔1111与所述超导体1312内孔连通，将液氮引入超导体1312孔内。用于电压较高的充电粧，液氮输入管111中空管内还设置转阀1112，用以控制其径向孔1111的通断，当排气阀114有液氮溢出时，关闭转阀1112，切断液氮输出通道，同时也可防止液氮中有微弱电流通过。
[0011]
所述电源插头113外端中心有通孔将所述排气阀114的排气孔与大气连通，排气阀114的进气孔和热电绝缘套管136内部空隙连通。少量液氮汽化时，压力升高，以气态或气液共存态进入热电绝缘套管136内部空隙，再经排气阀114、电源插头113外端中心孔排入大气，以免压力进一步上升，同时也可冷却电源插头。
[0012]作为另一优选设计方案，将液氮直接从电源插头113引入，为此，在输入插头11的电源插头113中心设置通孔，其外端与液氮系统20的输液管22连通，内端与所述超导体1312的内孔连通。
所述超导电缆10的输出插头12包括输出插头体122、电源输出插头123和排气阀114;输出插头体122与电缆线13的外护套135固定连接；电源输出插头123内端分别与各主电源线131的超导体1312的端部良好地电连接，外端中心有通孔将所述排气阀114的排气孔与大气连通，排气阀114的进气孔和热电绝缘套管136内部空隙连通。
所述电源插头113和电源输出插头123用导电率高的常温导电材料铜或银制作，它们与超导体1312的端部的电连接采用直接接触连接或通过中间过渡套1316接触连接，中间过渡套1316用氧化锡锑或其它导电隔热材料制作，这种材料虽然成本较高，但可大幅度减少从常温导电材料制成的插头传入液氮的热量，从而减少液氮的消耗量。
[0013]所述超导体1312为用丝状或带状高温超导材料编织而成的网管，所述高温超导材料为临界超导温度在77K以上的乾一钡一铜一氧系材料或铭一钡一 1丐一铜一氧系材料，这种材料浸入77K ( — 196 °C )的液氮中其电阻消失。
[0014]为保持超导体1312呈管状，在其内孔设置可弯曲的柔性支架，柔性支架为螺旋管弹簧1314或波纹管1315，用铍青铜或其它弹性好的材料制成，使用时其空隙内充滿液氮23。
[0015]所述储液罐21为保温压力容器，罐壁为真空夹层结构。为保持罐内一定的力，需在液氮系统20内设置一个卸圧阀24，与输液管22—并安装在储液罐21的罐口塞内。卸圧阀24的开启压力设定在0.05MPa以下。超导电缆10的排气阀114的设定压力应略小于卸圧阀24的开启压力。
[0016]发明的有益效果
大幅度降低充电电缆的电阻，为充电粧缩短电动车的充电时间、实现真正意义上的快充提供了最大的可能性，为节能环保的电动汽车的迅速普及推广突破了技术装备的瓶颈，此外，也大大减小了电缆的直径和重量，使用更方便。
[0017]
【附图说明】
[0018]图1为实施例1的超导电缆10的横截面示意图。
[0019]图2为实施例1的输入插头11的轴截面示意图。
[0020]图3为实施例1的输出插头12的轴截面示意图。
[0021]图4为实施例1的液氮系统20的示意图。
[0022]图5为实施例2的超导电缆1a的横截面示意图。
[0023]图6为实施例2的输入插头IIa的轴截面示意图。
[0024]图7为实施例2的输出插头12a的轴截面示意图。
[0025]图8为实施例3的输入插头的轴截面示意图。
[0026]图9为实施例3的输出插头的轴截面示意图。
[0027]图10为实施例4的多股绞合电缆线13d的横截面示意图。
[0028]图11为实施例4的输入插头的轴截面示意图。
[0029]图12为实施例4的输出插头的轴截面示意图。
[0030]
实施例1
如图1、2、3、4所示。一种高温超导充电电缆，包括超导电缆10和液氮系统20;超导电缆1包括输入插头11、输出插头12和电缆线13，输入插头11、输出插头12固定地连接在电缆线13的两端；液氮系统20包括储液罐21和输液管22，输液管22与输入插头11对接。储液罐安装在充电粧00内。
[0031]所述超导电缆10的电缆线13包括外护套135和套装在其内部的3根主电源线131，通常还需2根通讯线134、2根辅助电源线133，3根主电源线包括火线、零线和地线各一根，通讯线134用于电连接确认和充电通讯；主电源线131包括由内向外套装的超导体1312、热绝缘套管1311和电绝缘套管1313，为加强热电绝缘，紧帖外护套135内壁还设置有热电绝缘套管136;超导体1312为网管状线缆，它们的内表面与液氮系统20的液氮直接接触。
[0032]所述超导电缆10的输入插头11包括输入插头体112和3根电源插头113；输入插头体112与电缆线13的外护套135固定连接;电源插头113内端分别与各主电源线131的超导体1312通过中间过渡套1316紧密连接，中间过渡套1316用氧化锡锑或其它导电隔热材料制作，即保证良好的导电性，又能隔绝电源插头的热量向超导体1312传导。目前较好的导电隔热材料氧化锡锑的制备方法巳在上海师范大学的201410629024.3号发明专利中公开，用它可大幅度减少从常温导电材料制成的插头传入液氮的热量，从而减少液氮的消耗量。
[0033]所述输入插头11还包括液氮输入管111和排气阀114，所述液氮输入管111为中空管状，外端与液氮系统20的输液管22连通，内端设有径向孔1111与所述超导体1312内孔连通，将液氮引入超导体1312孔内。用于电压较高的充电粧，液氮输入管111中空管内还设置转阀1112用以控制其径向孔1111的通断，当排气阀114有液氮溢出时，人工或自动关闭转阀1112，切断液氮输出通道，此外，如果液氮中有杂质绝缘性较差时也可防止液氮中有微弱电流通过。
[0034]输入插头11内发热时会有少量液氮汽化，使其压力升高，需要设置排气阀114限压，排气阀114的进气孔和热电绝缘套管136内部空隙连通。电源插头113外端中心也需设置通孔将所述排气阀114的排气孔与大气连通。受热的液氮以气态或气液共存态进入热电绝缘套管136内部空隙，再经排气阀114、电源插头113外端中心孔排入大气，以免压力进一步上升，同时也能带走电源插头113的热量，将其冷却降温。
[0035]所述超导电缆10的输出插头12包括输出插头体122、电源输出插头123和排气阀114;除不需液氮输入管111以外，其它结构与输入插头11相同。
所述电源插头113和电源输出插头123用导电率高的常温导电材料铜或银制作，常用的是铜，条件允许时最好用银。
[0036]所述超导体1312为用丝状或带状高温超导材料编织而成的网管，所述高温超导材料为临界超导温度在77K以上的乾一钡一铜一氧系材料或铭一钡一 1丐一铜一氧系材料，这种材料浸入77K ( — 196 °C )的液氮中其电阻消失。
[0037]为保持超导体1312呈圆管状，在其内孔设置可弯曲的柔性支架，柔性支架为螺旋管弹簧1314，用铍青铜或其它弹性好的材料制成，使用时其空隙内充滿液氮23。
[0038]所述储液罐21为保温压力容器，罐壁为真空夹层结构。为保持罐内一定的力，需在液氮系统20内设置一个卸圧阀24，与输液管22—并安装在储液罐21的罐口塞内。卸圧阀24的开启压力设定最好在0.05MPa以下。超导电缆10的排气阀114的设定压力应略小于卸圧阀24的开启压力。压力的调节依据如下:
液氮的温度(°C)液氮的饱和蒸汽压(MPa)
-2000.05984
-1960.10336 (I标准大气压)
-1950.11117
-1900.19067
液氮蒸汽温度为一 195.5 °C时其压力为0.05MPa
在标准大气压下，液态氮的汽化热是2.7928千焦/摩尔，S卩23.8619千卡/千克，也就是说液态氮在吸收了23.8619千卡的热量时会汽化I千克。目前液氮的市价不超过每升5元合每千克约6元，采取一般的保温隔热措施，充电一次液氮消耗量不超过I千克是很容易做到的。用不到6元的代价换取减少几十分钟的充电时间是很值得的，所以本发明的实用性是不容置疑的。
[0039]
实施例2
如图5、6、7所示。
[0040]本例作为另一优选设计方案，与例I基本相似，部分结构进行了简化:将液氮直接从电源插头引入，在输入插头的电源插头中心设置通孔，其外端与液氮系统的输液管连通，内端与所述超导体的内孔连通。
[0041]这种高温超导充电电缆包括超导电缆1a和液氮系统20;超导电缆1a包括输入插头I la、输出插头12a和电缆线13a，输入插头I la、输出插头12a固走地连接在电缆线13a的两端；液氮系统20的输液管22与输入插头IIa对接。
[0042]所述超导电缆1a的电缆线13a包括外护套135、紧帖其内表面的热电绝缘套管136和套装在其内部的2根主电源线131a、2根通讯线134和2根辅助电源线133，2根主电源线包括火线和地线各一根，零线与地线合为一体。
[0043]所述超导电缆1a的输入插头11 a包括输入插头体112a和2根电源插头113a;电源插头113a内端分别与各主电源线131a的超导体1312通过中间过渡套1316a紧密连接，中间过渡套1316a为带阶梯孔的套筒，用氧化锡锑或其它导电隔热材料制作，紧密地套装在电源插头和超导体的外表面。电源插头的内端套装绝热套头1131再与超导体内孔插装。
[0044]所述一根电源插头113a中心有通孔，外端直接与液氮系统20的输液管22连通，内端与超导体1312内孔连通，将液氮引入超导体1312孔内。所述排气阀114的进气孔通过另一电源插头内端中心的通孔与超导体1312中心的孔相通，排气孔通向大气。所述输液管22内有垂直式转阀221，与管道垂直地设置在输液管22中，用于人工或自动控制超导体1312内液氮的流量。
[0045 ] 所述超导电缆1a的输出插头12a包括输出插头体122a和2根电源输出插头123a。电源输出插头与超导体的连接及绝热方法与输入插头相同。两电源输出插头内端有中心通孔与超导体内孔连通，同时有横向孔1231将它们彼此连通。液氮系统20的输液管22输出的液氮从一根输入插头Ila进入一根电缆线13a，在输出插头12a中进入另一根电缆线，再流入输入插头I Ia的另一根输入插头，在汽化成氮气后从排气阀114排出充电电缆。
[0046]
实施例3 如图8、9所示
本例与例I原理相同，仅在结构上做了少量改变。
[0047]所述超导体1312圆管状孔内的柔性支架为波纹管1315，用铍青铜或其它弹性好的材料制成，使用时波纹管内充滿液氮23。所述输入插头的输入插头体设计为一体式输入插头体112c，其中包括一体式液氮输入管111c，一体式液氮输入管111 c外端与液氮系统20的输液管22对接，内端与各超导体1312内的波纹管1315连通，将液氮分配到各超导体内。所述电源插头为偏置式电源插头113c，所述中间过渡套为偏置式中间过渡套1316c，偏置式电源插头113c与超导体1312的连接为偏心式连接。所述输入插头内的排气阀在本例中可以省略掉。
[0048]所述输出插头体为通道式插头体122c，体内有通道1221将各超导体1312内孔连通，所述排气阀114的进气孔与该通道连通，排气孔通大气。当各超导体孔内产生氮气时压力升高，顶开排气阀阀芯排出插头体。所述输出电源插头与超导体的连接方式与输入端相同。
[0049]其它结构均与例I相同。
[0050]
实施例4
如图10、11、12所示
本例原理与以上各例相同，结构上的区别主要在于所述超导体为线缆式超导体1312d，用多股高温超导线材绞合而成，置于电缆线的中心，所述电缆线为多股绞合电缆线13d，如图1O所示，它包括由内向外套装的线缆式超导体1312d、螺旋管弹簧1314、热绝缘套管1311和电绝缘套管1313，螺旋管弹簧1314的间隙中充滿液氮23，超导体1312d的表面与液氮直接接触。
[0051]所述电源插头为内连式电源插头113d，它与超导体1312d的连接方式为:在内连式电源插头113d内端开一肓孔，孔内镶一根管式中间过渡套1316d，管式中间过渡套呈直管状，再将超导体端部插入管式中间过渡套的孔中，三者紧密接触，中间过渡套用导电隔热材料制作，实现良好的导电和隔热。
[0052]本例的输入插头的液氮输入管111和实施例1完全相同。
[0053]本例的输出插头与输入插头结构相同，区别仅在于其插头体的中部不是液氮输入管111而是排气阀114，用于将汽化的氮排出电缆之外。
【主权项】
1.一种高温超导充电电缆，其特征在于:包括超导电缆(10)和液氮系统(20);超导电缆(10)包括输入插头(11)、输出插头(12)和电缆线(13)，输入插头(11)、输出插头(12)固走地连接在电缆线(13)的两端；液氮系统(20)包括储液罐(21)和输液管(22)，输液管(22)与输入插头(11)对接。2.根据权利要求1所述的高温超导充电电缆，其特征在于:所述超导电缆(10)的电缆线(13)包括外护套(135)和套装在其内部的主电源线(131);主电源线(131)包括由内向外套装的超导体(1312)、热绝缘套管(1311)和电绝缘套管(1313);超导体(1312)为多股绞合线缆或网管状线缆，它们的表面与液氮系统(20)的液氮直接接触或通过导热材料间接接触。3.根据权利要求2所述的高温超导充电电缆，其特征在于:所述超导电缆(10)的输入插头(11)包括输入插头体(112)和电源插头(113);输入插头体(112)与电缆线(13)的外护套(135)固定连接；电源插头(113)内端与主电源线(131)的超导体(1312)的端部良好地电连接。4.根据权利要求2或3所述的高温超导充电电缆，其特征在于:所述输入插头(11)还包括液氮输入管(111)和排气阀(114)，所述液氮输入管(111)为中空管状，外端与液氮系统(20)的输液管(22)连通，内端设有径向孔(1111)与所述超导体(1312)内孔连通;所述电源插头(113)外端中心有通孔将所述排气阀(114)的排气孔与大气连通，排气阀(114)的进气孔和热电绝缘套管(136 )内部空隙连通。5.根据权利要求2或3所述的高温超导充电电缆，其特征在于:所述输入插头(11)的电源插头(113)中心有通孔，其外端与液氮系统(20)的输液管(22)连通，内端与所述超导体(1312)的内孔连通。6.根据权利要求2所述的高温超导充电电缆，其特征在于:所述超导电缆(10)的输出插头(12)包括输出插头体(122)、电源输出插头(123)和排气阀(114);输出插头体(122)与电缆线(13)的外护套(135)固定连接；电源输出插头(123)内端分别与各主电源线(131)的超导体(1312)的端部良好地电连接，外端中心有通孔将所述排气阀(114)的排气孔与大气连通，排气阀(114)的进气孔和热电绝缘套管(136)内部空隙连通。7.根据权利要求3或6所述的温超导充电电缆，其特征在于:所述电源插头(113)和电源输出插头(123)用导电率高的常温导电材料铜或银制作，它们与超导体(1312)的端部的电连接采用直接接触连接或通过中间过渡套(1316)接触连接，中间过渡套(1316)用氧化锡锑或其它导电隔热材料制作。8.根据权利要求1或2所述的高温超导充电电缆，其特征在于:所述超导体(1312)为用丝状或带状高温超导材料编织而成的网管，所述高温超导材料为临界超导温度在77k以上的钇一钡一铜一氧系材料或铊一钡一钙一铜一氧系材料。9.根据权利要求1或2所述的高温超导充电电缆，其特征在于:所述网管状超导体(1312)内孔设有可弯曲的柔性支架，柔性支架为螺旋管弹簧(1314)或波纹管(1315)，用铍青铜或其它弹性好的材料制成，其空隙内充滿液氮(23)。10.根据权利要求1所述的高温超导充电电缆，其特征在于:所述液氮系统(20)还包括卸圧阀(24)，与输液管(22)—并安装在储液罐(21)的罐口塞内； 所述储液罐(21)为保温压力容器，罐壁为真空夹层结构。
【文档编号】H01B12/16GK105845271SQ201610332236
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】胡光南, 彭先详
【申请人】胡光南