液体冷却充电电缆及电动汽车快速充电设备的制作方法

本公开涉及一种液体冷却充电电缆及电动汽车快速充电设备。

背景技术：

电动汽车具有零排放、能耗低、振动噪音小等优点，并且对于生态环境更加友好，近年来获得了迅速发展。随着人们对电动汽车综合性能要求的提高，快速充电成为电动汽车目前亟需发展的关键技术，以节约驾驶员在充电站的等待时间，提高电动汽车的使用体验。但是，电动汽车的充电电缆通常采用铜作为输电材料，虽然其电阻较小，但是随着充电电流的提升，产生的焦耳热仍然会大幅度增加，如果不能将这些热量快速导出，可能会造成电缆的温度过高，甚至导致电缆熔化，产生安全隐患。随着电动汽车保有量的增加，充电桩的使用频率也不断提高，高频率反复使用的充电电缆容易产生更严重的发热问题，因此冷却要求也更高。

现有文献也针对上述问题进行了不同技术手段的改进，但是均存在一定的缺点，例如：中国专利“一种充电桩电缆”公告号为CN206864235U，公开了一个贯穿电缆的保护架，用于固定各内部缆芯的位置，提高了电缆的抗弯折性能，但是该电缆在充电电流较高时产生的热量无法被导出，难以适用于具有快速充电和高频率充电需求的电动汽车快速充电桩。

中国专利“充电桩电缆”，公告号为CN206331828U，该文件用铠装层增加了电缆的机械性能，但是其内部缆芯排布紧密，在快速充电时容易造成热量积累，并且电力缆芯的绝缘层如被破坏即会造成短路，甚至引发火灾。

技术实现要素：

本公开为了解决上述问题，提出了一种液体冷却充电电缆及电动汽车快速充电设备，本公开采用主动液体冷却方式大幅度增强了充电电缆的冷却效果，降低了充电电缆的温度，提升了电动汽车在快速充电过程中的安全性。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种液体冷却充电电缆，包括保护层，所述保护层内沿着其延展方向间隔设置有空腔，空腔内部填充相变材料；

所述保护层内布设有若干支架，每个支架上设置有多个容纳卡口，分别用于容纳并固定各个缆芯，所述支架的中心处设置有冷却水管，所述冷却水管包括进水管和若干回水管，所述回水管出口处安装有测温元件，所述支架、冷却水管与各个缆芯之间的空隙内填充导热材料，通过监控充电电缆的温度，控制冷却水管内冷却液的流量或/和流速，实现不同充电工况下的主动冷却。

作为进一步的限定，所述保护层由耐磨耐热的绝缘材料制成，包裹住支架、各个缆芯以及冷却水管。

当然，保护层可以为多层或单层结构，当其为多层结构时，能够具有更好的保护功能，保证缆芯和冷却水管不被损坏，这些均为本领域技术内的惯常手段，在此不再赘述，不论保护层是多层还是单层，理应属于本公开的保护范围。

作为进一步的限定，所述支架为环形，且外径与保护层内径相匹配，内部圆周分布有多个用于保持各缆芯的圆弧形卡口，卡口的内径与各缆芯外径相匹配，相邻卡口之间的空隙与冷却水管的回水管的外径相匹配。

上述的支架外径与保护层的内径相匹配，是指其外径等于或略微小于保护层的内径，保证支架的外侧能够支撑起保护层，在一定程度上保护各个缆芯的不缠绕和不容易压损。

作为更进一步的限定，所述各个缆芯与支架的对应圆弧形卡口之间过盈配合。

过盈配合连接，能够保证各个卡口能够稳固卡合缆芯外侧，保证缆芯的稳定固定。

作为更进一步的限定，所述进水管安置在支架的中心位置，各个回水管设置于支架的相邻圆弧形卡口之间。

将进水管设置于中心位置，能够保证沿着保护层内径圆周均匀分布的各个缆芯均能接触或临近进水管，保证各个缆芯的冷却较为均匀。

作为进一步的限定，所述冷却水管包括至少一根进水管和多根回水管组成，进水管入口与外界冷却水循环管路的出口相连，在电缆另一端分岔为多根回水管并折回，回水管出口与外界冷却水循环管路的入口相连。

作为进一步的限定，所述进水管入口处安装有调速水泵，在回水管出口处分别安装测温元件。

作为更进一步的限定，所述测温元件为热电偶。

作为进一步的限定，所述支架为多个，且各个支架在整个电缆的延伸方向上按一定距离均布。

通过将支架设置为多个，能够避免过长的支架，保证充电电缆具有正常的弯曲功能，并在一定程度上减少成本的投入。

作为进一步的限定，所述支架和保护层之间为间隙配合。

作为进一步的限定，所述导热材料为导热硅胶。

一种电动汽车快速充电设备，应用上述液体冷却充电电缆，所述充电电缆的一端与充电设备的冷却水循环管路以及充电设备的电子控制单元相连接，另一端与充电枪相连接，所述电子控制单元连接测温元件，读取温度信号并控制冷水循环管路或冷却水管的流量，相匹配的实时调整充电的电压和电流。

上述充电设备包括但不限于充电桩。

作为进一步的限定，所述缆芯包括但不限于电力缆芯、信号控制缆芯和信号传输缆芯，其中，电力缆芯为两根外部包裹绝缘层的导体，用于传输充电电流；信号控制缆芯为外部依次包裹屏蔽层和隔热层的通信线缆，用于传输充电控制信号；信号传输缆芯为外部包裹隔热层的通信线缆，用于传输电池状态信号。

当然，在其他实施方式中，当充电设备替换为其他充电设备，或者应用于不同的充电对象时，上述缆芯进行相应的替换即可，这些改动为所属技术领域人员容易想到的直接替换，理应属于本公开的保护范围。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

1、冷却充电电缆通过主动液体冷却方式大幅度增强了充电电缆的冷却效果，降低了充电电缆的温度，提升了应用对象在充电过程中的安全性；

2、通过在充电电缆内填充的导热硅胶将电力缆芯产生的热量快速传导至冷却水管，增强了电力缆芯和冷却水管之间的热传导，进一步提升了冷却效果；

3、通过支架使各缆芯在充电电缆内保持一定的距离，减少了电力缆芯之间的热量传递和积累，降低了绝缘层损坏时短路发生的概率；

4、极端工况下当充电电缆内的温度超过设定值时，保护层内填充的相变材料可以通过相变融化吸收热量，延缓充电电缆温度的升高，提升了安全性；

5、当冷却充电电缆应用至电动汽车快速充电时，可以通过电子控制单元 ECU读取充电电缆回水管上的温度传感器信号并控制调速水泵的流量，可以对充电电缆的温度进行实时监测和精确控制，提升了不同充电工况和环境温度下的冷却效果。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本公开的整体结构示意图的轴测图；

图2为本公开与图1反方向的整体结构示意图的轴测图；

图3为本公开整体结构示意图的正视图；

图4为图3的A-A剖视图；

图5为图3的B-B剖视图；

图6为本公开保护层示意图的正视图；

图7为图6的A-A剖视图；

图8为本公开支架的示意图；

图9为本公开控制电路的示意图。

其中：

1、保护层

2、冷却水管 2-1、进水管 2-2-1、回水管 2-2-2、回水管 2-2-3、回水管 2-2-4、回水管

3-1、电力缆芯 3-2、电力缆芯

4、信号控制缆芯 4-1-1、信号控制通信线缆 4-1-2、信号控制通信线缆 4-2、信号控制屏蔽层 4-3、信号控制隔热层

5、信号传输缆芯 5-1、信号传输隔热层 5-2-1、信号传输通信线缆 5-2-2、信号传输通信线缆

6-1、热电偶 6-2、热电偶 6-3、热电偶 6-4、热电偶

7、调速水泵

8、支架

9、相变材料

10、电子控制单元ECU。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

为更加清楚地说明技术方案，以具有冷却功能的充电电缆应用于电动汽车充电站的快速充电桩上进行实施方式的具体说明。但是，本领域技术人员应当清楚，本具有冷却功能的充电电缆不仅可以应用于电动汽车的充电，还可以应用至其他需要进行快速导出热量，保证电缆使用安全的设备或应用环境中。

与此相应的，只需要将冷却充电电缆内的各个缆芯进行相应的替换和适配即可。

同样的，本具有冷却功能的充电电缆还可以应用于其他电动汽车充电站的快速充电设备上，如充电机柜等等。上述替换属于本领域技术人员容易想到的，理应属于本公开的保护范围内。

如图1、图2所示，其一端与充电桩的冷却水循环管路以及充电桩的电子控制单元ECU10相连接，另一端与充电枪相连接，其结构主要包括保护层1、冷却水管2、支架8、热电偶6-1、热电偶6-2、热电偶6-3、热电偶6-4、热电偶6-5、调速水泵7、低密度聚乙烯/石蜡复合相变材料9和导热硅胶。

相适配的，在本实施例中，各缆芯包括电力缆芯3-1、电力缆芯3-2、信号控制缆芯4、信号传输缆芯5。

作为详细的说明，保护层1由耐磨耐热的绝缘材料制成，用于包裹电力缆芯3-1、电力缆芯3-1、信号控制缆芯4、信号传输缆芯5、支架8以及冷却水管2。

如图7所示，保护层的内、外表面之间延长度方向按一定间隔分布环形空腔，环形空腔内部填充低密度聚乙烯/石蜡复合相变材料9。

如图8所示，支架8是由云母板制成的环形支架，其外径与保护层1内径相匹配，内部有四个用于保持电力缆芯3-1、电力缆芯3-2、信号控制缆芯4和信号传输缆芯5相对位置的圆弧形卡口，卡口的内径与各缆芯外径相匹配，相邻卡口之间的距离与冷却水管2的回水管2-2-1、回水管2-2-2、回水管2-2-3、回水管2-2-4相匹配。

当然，在其他实施例中，支架8可以为其他绝缘材料，其为所属领域的常规选择，在此不再赘述。

如图4、图5所示，电力缆芯3-1、电力缆芯3-2为两根外部挤包绝缘层的铜芯，用于传输充电电流。信号控制缆芯4为外部依次挤包屏蔽层4-1和隔热层4-2的信号控制通信线缆4-1-1、信号控制通信线缆4-1-2，用于传输充电控制信号。信号传输缆芯5为外部挤包隔热层5-1的信号传输通信线缆5-2-1、信号传输通信线缆5-2-2，用于传输电池状态信号。

如图4、图5所示，将电力缆芯3-1、电力缆芯3-2分别安装进支架8相对的两个圆弧形卡口中，将信号控制缆芯4和信号传输缆芯5分别安装进支架8 的另外两个圆弧形卡口中，各缆芯与支架8之间通过过盈配合固定位置；将进水管2-1安置在支架8中间，将回水管2-2-1、回水管2-2-2、回水管2-2-3、回水管2-2-4分别安装在支架8的相邻圆弧形卡口之间。支架8在整个电缆长度上按一定距离均布，电力缆芯3-1、电力缆芯3-2、信号控制缆芯4、信号传输缆芯5、冷却水管2和支架8的装配体安装进保护层1；支架8和保护层1之间为间隙配合；保护层内电力缆芯3-1、电力缆芯3-2、信号控制缆芯4、信号传输缆芯5、冷却水管2和支架8之间的空隙填充导热硅胶。

如图4、图5所示，冷却水管2由一根进水管2-1和回水管2-2-1、回水管 2-2-2、回水管2-2-3、回水管2-2-4组成，进水管2-1入口与充电桩的冷却水循环管路的出口相连，在电缆另一端分岔为回水管2-2-1、回水管2-2-2、回水管2-2-3、回水管2-2-4并折回，回水管出口与充电桩的冷却水循环管路的入口相连。在进水管2-1入口处安装调速水泵7，在回水管2-2-1、回水管2-2-2、回水管2-2-3、回水管2-2-4出口处分别安装热电偶6-1、热电偶6-2、热电偶 6-3、热电偶6-4。

如图9所示，热电偶6-1、热电偶6-2、热电偶6-3、热电偶6-4和调速水泵7分别与充电桩的电子控制单元ECU10相连。

本实施例应用于电动汽车快速充电桩的运行过程：

在充电桩对电动汽车进行快速充电时，调速水泵7先以默认速度通入冷却水，同时热电偶6-1、热电偶6-2、热电偶6-3、热电偶6-4实时监控回水管2-2-1、回水管2-2-2、回水管2-2-3、回水管2-2-4出口处的温度并发送给电子控制单元ECU10。

信号传输缆芯5用于传递电动汽车的电池状态信息与充电桩信息，联通充电桩电子控制单元ECU10和电动汽车电子控制单元。根据快速充电的充电策略和信号传输缆芯5传递的信息，充电桩电子控制单元ECU10通过信号控制缆芯4 实时调整充电的电压和电流。

当电力缆芯3-1、3-2的温度升高时，由于支架8使各缆芯之间有一定空隙并且填充导热硅胶，其产生的热量被导热硅胶快速吸收并传导给冷却水管2。冷却水管2中的冷却液吸收热量并将热量及时带出充电电缆，热电偶6-1、热电偶 6-2、热电偶6-3、热电偶6-4检测到的温度越高，代表电力缆芯3-1、电力缆芯3-2的温度越高，充电桩电子控制单元ECU10通过控制调速水泵7的流量增大冷却液流速，使电力缆芯的温度保持在安全范围内。

极端工况下，当调速水泵7达到最大流量而电力缆芯3-1、3-2的温度继续上升达到一定值时，填充于保护层1的环形空腔内的低密度聚乙烯/石蜡复合相变材料9开始融化吸热，并在此过程中保持温度不变，延缓电力缆芯3-1、3-2 温度的上升，同时充电桩的电子控制单元ECU10切断电源，强制停止充电，以保护充电电缆，预防火灾。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。