高压电缆

技术领域

本申请总体上涉及高压电缆，并且更具体地涉及被构造成用于联接到冷却系统的电缆，以及结合集成冷却系统的配电系统。

背景技术

例如在汽车技术领域中，高压电池的充电需要使用能够处理确保快速充电所需的电流水平的高规格高压电缆即HV电缆。在电池充电应用和/或电力分配应用中使用的HV电缆通常设置有冷却系统，以确保由电导体由于高电流流动而产生的热量被耗散，从而增加充电操作的效率和安全性。

在现有技术的一种现有方法中，可以应用无源冷却解决方案来降低由HV电缆所耗散的温度。然而，无源冷却解决方案由于制造和重量约束而受到限制。例如，改变部件的尺寸，例如增加电导体规格以便降低温度，这增加了电缆的重量和成本，同时降低了其柔性。

已知电缆冷却系统的示例在KR102120306和WO201860151中有所描述。通常，已知的电缆利用一个或多个母线来承载电力，并且利用被设计成耗散在操作期间在母线处产生的热量的大型散热器或空气冷却单元。

因此，需要提供一种能够传导高电压和/或高电流的电缆，其具有有限的重量、有限的成本和良好的柔性。本公开的目的是改进该构造。

发明内容

本公开的目的是提供一种解决上述问题的改进的电缆和改进的配电系统。

本公开涉及一种诸如高压电缆之类的电缆，该电缆包括：

a.绝缘体，该绝缘体包括聚合物并限定适于接收冷却剂的内部通道；

b.电导体，该电导体埋在所述绝缘体中。

由于绝缘体包括内部通道，热交换面积可以较高，并且可以获得例如与冷却剂和/或与周围空气的高效热交换。这允许在通过电导体传输高压电力时降低电导体的温度。

优选地，内部通道相对于电缆位于中心。例如，绝缘体位于除了末端之外的整个内部通道周围，所述末端可以保持敞开。

有利地，绝缘体包覆成型在电导体上。这允许电缆的制造过程比较容易。

有利地，绝缘体包括围绕内部通道的外围壁，外围壁具有厚度，并且电导体位于厚度的中心部分中。这允许获得允许高效热交换的健壮但柔性的电缆。

优选地，外围壁具有内表面和外表面。电导体可以定位成与靠近外表面相比更靠近内表面。这可以允许在使用冷却剂时增加热交换。

有利地，绝缘体是管状或圆筒状形式，这更便于制造和连接。内部通道可以具有相同的几何形状。

有利地，电导体包括便于制造和增加热交换的电导体层。电导体层可以由多个导线形成，例如在整个内部通道周围，即在绝缘体的整个圆周中。多个导线可以是独立的或互连的，平行于电缆的纵向轴线，或者相对于该轴线是螺旋形的。电导体层可以具有与绝缘体相同的几何形状，例如管状或圆筒状。形成电导体层的导线可以是编织的或网状的。

有利地，电缆可以具有两个或更多个电导体层。优选地，这些电导体层是同心的，例如具有与内部通道共享的中心旋转轴线。若干电导体层可以允许通过电缆传导更高的电流，同时允许通过内部通道对电缆进行高效冷却。

有利地，电导体具有第一端接触表面和第二端接触表面，该第一端接触表面和第二端接触表面包括或限定电导体的暴露的外表面，该外表面用于将电导体联接到相应的电端子。例如，电连接器可以电连接到第一端表面和第二端表面以及相应的电端子。

优选地，若干个电导体层可以彼此绝缘，以便传导更高的电压水平。

有利地，电导体由金属材料构成，该金属材料包括以下中的一者或多者：

a.铜和/或铜合金；

b.铝和/或铝合金。

这种金属允许以降低损耗进行低电阻电力传导。

有利地，电导体适于传输至少1000V AC(RMS)和/或至少1500V DC的高电压。

有利地，电导体具有至少10mm

有利地，绝缘体具有至少0.5mm、优选地至少1.0mm的厚度，这允许具有高效热交换特性的健壮但柔性的电缆。

有利地，绝缘体包括围绕电导体的至少一个屏蔽层，该屏蔽层向电导体提供电磁屏蔽。

有利地，高压电缆包括围绕绝缘体的覆盖物，覆盖物包括至少一个屏蔽层。除了由屏蔽层提供的屏蔽功能之外，覆盖物还可以保护绝缘体。

本公开的另一方面涉及一种诸如高压电缆之类的电缆，该电缆包括：

a.绝缘体，该绝缘体包括聚合物并限定适于接收冷却剂的内部通道；

b.电导体，该电导体位于所述绝缘体中；

c.第一端接触表面和第二端接触表面，该第一端接触表面和第二端接触表面包括或限定电导体的暴露的外表面，该外表面用于将电导体联接到相应的电端子。本公开的另一方面涉及一种诸如高压电缆之类的电缆，该电缆包括：

a.中空绝缘体，该中空绝缘体包括聚合物并限定适于接收冷却剂的中心内部通道，

b.电导体，该电导体位于所述绝缘体中。

上述所有有利或优选的特征可应用于本公开的这些方面。

本公开的另一方面涉及一种配电系统，该配电系统包括：

a.如上所述的高压电缆；

b.至少两个电连接器，该至少两个电连接器适于将电导体电连接到电端子。

例如，电连接器可以电连接到第一端接触表面和第二端接触表面或被构造成用于这样的电连接。

有利地，至少两个电连接器均包括：

a.管状或弯曲部分，该管状或弯曲部分适于接触电缆的第一端接触表面和第二端接触表面中的一者；

b.安装部分，该安装部分可相对于高压电缆的纵向轴线横向延伸，并且适于与电端子电连接。

优选地，安装部分可以具有一个或多个凹槽和/或孔，以便允许螺接至电端子。替代地，安装部分可以通过其它固定装置固定到电端子。

替代地，电连接器中的至少一个可以具有：

a.两个管状部分，该两个管状部分彼此流体连通，一个管状部分待连接到电缆，另一个管状部分待连接到冷却剂管；

b.安装部分，该安装部分固定到两个管状部分并与两个管状部分电连接，该安装部分适于与电端子电连接。

有利地，配电系统包括冷却系统以使冷却剂在绝缘体的内部通道中循环，冷却系统包括：

○泵；

○冷却单元，该冷却单元被构造成控制冷却剂的温度；以及

○冷却回路，该冷却回路用于将泵和冷却单元连接到高压电缆的内部通道。

优选地，配电系统包括例如位于电缆的内部通道中和位于冷却系统中的冷却剂。

本公开的另一方面涉及如上所述的电连接器。

本公开的另一方面涉及使用高压电缆来传输电力，该高压电缆具有：

a.绝缘体，该绝缘体包括聚合物并限定适于接收冷却剂的内部通道；以及

b.至少一个电导体，该至少一个电导体位于所述绝缘体中。

根据本公开的该方面的电缆可以具有上述所有有利或优选的特征。

本公开的另一方面涉及一种传输电力的方法，该方法包括以下步骤：

a.设置如上所述的高压电缆；

b.将空气或冷却剂引入和/或循环到绝缘体的内部通道中；

c.在至少一个电导体中传输电力。

附图说明

通过阅读参照附图对非限制性实施方式的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将变得更加清楚。

图1示出了根据本公开的示例的电缆的横截面的立体图。

图2示出了根据本公开的示例的电缆的横截面的立体图。

图3示出了根据本公开的示例的示意性电缆的侧视图。

图4和图5示出了根据本公开的示例的连接到电端子的两个电缆的立体图。

图6示出了根据本公开的示例的连接到电端子的电缆的立体图。

图7示出了根据本公开的示例的连接到电端子的电缆的立体图。

图8示出了根据本公开的示例的连接到电端子的电缆的立体图。

图9是示出了根据本公开的示例的包括电缆和冷却系统的配电系统的框图。

具体实施方式

本发明适于在任何类型的电气、电子或机电系统中传输电力。特别地，本发明特别适于在运输系统中承载电力，特别是电气运输系统或混合动力运输系统，即包括电动马达和内燃发动机的运输系统，例如个人车辆、专业车辆、卡车、公共汽车或专用车辆。

图1示出了诸如高压电缆之类的电缆100的立体图，该电缆包括限定内部通道120的绝缘体110。绝缘体110可以包括限定厚度112、外表面114和内表面113的外围壁111。电导体130被结合或埋入绝缘体110中。内部通道120适于接收冷却剂，并且电导体130适于传导电力。

绝缘体110可具有第一端部115，该第一端部示出了电导体130的第一端接触表面132，并限定通向内部通道120的开口，如图1所示。第一端接触表面132可垂直于高压电缆100的纵向轴线，并可暴露电导体130的一部分，以允许电连接，如图1所示。例如，可以通过切割电缆来获得第一端部115。

替代地或组合地，第一端接触表面132可以通过移除绝缘体110的外部厚度，即移除绝缘体110的在电导体130和外表面114之间的部分，从而露出电导体130的外表面而获得，如图4中可见。

与第一端部115相对的是第二端部116，该第二端部可以与第一端部(在图1中不可见，但在图3中示出)相同、相似或不同。第一端部115和第二端部116两者都可以提供通向内部通道120的入口。第一端部115和/或第二端部116可以限定绝缘体110的平坦的、倾斜的或阶梯状的表面。

由于高压电缆100的特定几何形状，特别是电导体130在绝缘体的厚度中的位置，可以在传导电力的同时实现高效的冷却。

特别地，外表面114可以允许与外部环境进行热交换，并且内表面113可以允许与内部通道120进行热交换。因为热交换可以在绝缘体110的两个相对表面上执行，所以热交换可以较高，并且可以在不增加重量或降低电缆100的柔性的情况下通过电导体130传导高电压。

此外，绝缘体110的第一端部115和第二端部116可以通过冷却回路连接到冷却单元，该冷却回路可以包括流体连接器300并且适于使冷却剂180在内部通道120内部循环。因此，通过内表面113进行的热交换可以增加，这允许传导更高的电压，同时避免高温和/或重的重量。

绝缘体110可以由任何绝缘材料制成。优选地，绝缘体是柔性的，即，其可以围绕半径弯曲。绝缘体110可以由聚合材料制成，并且可以具有一些弹性特性。例如，绝缘体可以由交联聚乙烯XLPE、聚丙烯PP、聚酰胺PA、乙烯四氟乙烯ETFE和氟化乙烯丙烯FEP中的一者或多者制成。如本领域所公知的，任何填料、添加剂、颜料或着色剂可以被结合到绝缘体110中。绝缘体110优选地是单层。

绝缘体110可以具有任何几何形状或横截面，例如圆形、椭圆形、正方形或矩形。电导体130可以例如通过包覆成型而结合在绝缘体材料的主体中，这简化了高压电缆的制造过程并且通过绝缘体110的材料内部的传导增加了热传递。例如，绝缘体110由没有任何自由空间或凹部的固体(或实心)材料制成。

电导体130可以包括至少一个股线或导线131，并且优选地包括多个导线，例如至少两个导线，并且更优选地包括多个导线。例如，导线可以位于绝缘体厚度的中心部分中，即在外表面114和内表面113之间。替代地，导线可以比靠近外表面114而更靠近内表面113，以增加热传递(特别是如果冷却剂存在于内部通道120中)。

此外，如图1中可见，导线131可以以规则的间隔位于绝缘体110的横截面中，以便形成电导体层。该电导体层优选地位于除了末端之外的整个内部通道120周围。导线的纵向轴线可以平行于高压电缆的纵向轴线(见图3)，或者导线可以围绕电缆100的纵向轴线是螺旋形的(见图7)。

优选地，导线131可以互连，即彼此电连接。例如，互连的导线可以被编织(130A，见图3至图5)或成网状形式(130B，见图6)。例如，如图3中可见，编织的电导体层可以是松散的，在导线131之间具有显著的空间，该空间可以由绝缘体110的材料填充。

如图4和图5所示，编织电导体的导线131也可以紧密地结合，在导线131之间具有小的空间或没有空间。这种电导体层可以增加可以由导线传导的电压和/或电流，并且通过增强与绝缘体材料的传导来优化冷却。它还可以提高电缆100的机械抗性。

电导体可以包括多于一个的电导体层，例如两个或三个电导体层。电导体层可以是同心的并且以电缆100的纵向轴线为中心。多于一个的电导体层可以彼此电连接或不彼此电连接。

绝缘体110可以包括在绝缘体中或优选地在绝缘体外部的屏蔽件。优选地，屏蔽件可以包括一层或多层编织的单股金属材料、例如具有空间或重叠的螺旋缠绕或纵向施加的一层或多层编织的单股金属带、金属编织的封闭套筒、实心型材和/或金属编织的敞开套筒。例如，屏蔽件的金属材料可以包括铝和/或铜以及它们的合金。(一个或多个)屏蔽层可以与电导体层相似或相同，尽管不可连接。优选地，(一个或多个)屏蔽层的厚度相对于电导体层减小。

(一个或多个)屏蔽层可以包括在绝缘体110中和/或在围绕绝缘体110设置的覆盖物中。覆盖物可以由与绝缘体110相同或相似的材料制成。覆盖物优选地是单层，并且可以被胶合、熔合或熔融到绝缘体110。

例如，图2示出了与电缆100相同的电缆100a的立体图，其中添加了包括在覆盖物150或绝缘层中的屏蔽层140。该覆盖物150限定了附加的外围壁151和附加的厚度152。附加的外围壁151的内表面153可以与绝缘体110的外表面114接触、胶合或熔融。附加的外围壁151还可以包括面向外部环境的外表面154。附加的外围壁151具有包括屏蔽层140的功能，并且还可以向绝缘体110和电导体130提供附加的机械和电绝缘。

电导体130的导线131可以具有任何适合的横截面。例如，导线的横截面可以是圆形的，如图1和图2中可见的，但也可以是椭圆形、正方形或矩形的。优选地，电导体的横截面的面积为至少10mm

绝缘体110的厚度112即外表面114和内表面113之间的距离至少为0.5mm，优选至少为1.0mm。绝缘体110的厚度和/或电导体的横截面面积可以优选地根据在电缆中传导的电压和/或电流来选择。例如，电缆可适于传导高电压，即至少1000V AC(RMS)和/或至少1500V DC。然而，电缆100也可以根据需要承载中电压或低电压。

图3示出了具有形成电导体层的编织电导体130A的高压电缆100的示例。绝缘体110可以由允许看到电导体层的透明聚合材料制成。在图3的设置中，第一电连接器和第二电连接器200安装在电缆100的第一端部115和第二端部116上，并且电连接到第一端接触表面132和第二端接触表面(在图3中不可见)。

例如，电连接器200中的一个可以连接到电源的电端子，并且另一个电连接器可以连接到电力消耗装置(图3中未示出)的电端子。另外，电缆100的第一端部115和第二端部116可以设置有流体连接器300，该流体连接器允许将内部通道120与冷却回路和冷却单元流体连接。

图4和图5表示在特定设置中的两个高压电缆100的另一示例，这两个高压电缆连接到两个电连接器200A和冷却剂管500。在图4和图5中，这两个电缆100是相同的，但是不同的电缆可以用在相同的电路中。两个电缆100的第一端部115已经通过去除绝缘体110的外部厚度而制备好，以便露出电导体130A的第一端接触表面132，特别是电导体130A的外表面。

绝缘体110的内部厚度仍然存在于电导体130A和内表面113之间，以便确保内部通道120的密封并且防止冷却剂的任何泄漏。因此，电缆100的第一端部115可以限定阶梯状轮廓，其中绝缘体110的减小的厚度至少露出电导体130的外表面。

两个电连接器200A适于接收电缆100的第一端接触表面132。这些电连接器200A可以具有管状部分202A和例如从管状部分202A径向延伸的安装部分201A。管状部分202A可具有基本等于电导体120的外径的内径或稍微更大的内径，以允许将端接触表面132组装到管状部分202A中。

在图4和图5中，安装部分201A可以是平面的，并且可以均具有两个凹槽203A，该凹槽例如相对于管状部分202A沿径向方向延伸。安装部分201A可以固定在与电气装置连接的电端子400的座401上。座401可以包括可选的外围壁402和两个轴403。每个轴403可以具有螺纹部分并且可以接收螺母404，以便将安装部分201A固定到座401。

因此，每个电连接器200A允许电缆100中的一个的电导体130A与电端子400的电连接，但是也可以允许附接或固定电缆100的第一端部115。电端子400可以具有仅一个轴、两个轴或多于两个轴。凹槽203A的数量可以等于或大于轴403的数量。作为凹槽203A的替代，可以在安装部分201A中设置开口或通孔。

另外，第一端部115可流体地连接到冷却剂管500。例如，冷却剂管500的内径可基本等于或略小于电导体130的外径。冷却剂管500可优选地由弹性体材料制成。第一端接触表面132的一部分因此可容纳并优选紧密地密封在冷却剂管500中，从而允许与内部通道120进行流体连接。优选地，夹紧环350可将冷却剂管500固定到电缆100。

可设置套管(casing)以至少覆盖电连接器200/200A和第一端接触表面131(未示出)并且优选地覆盖电端子400的至少一部分。例如，套管可以保护电连接器、第一端部115和电导体130免受灰尘、水或与车辆的其它元件的接触。它还可以防止维护期间的电击和/或可以有助于例如相对于电端子400或相对于车辆的车身附接电缆100。

图6示出了由于电连接器200B电缆100与电端子400的连接的另一示例。电连接器200B可具有包括容纳两个轴403的单个凹槽203B的安装部分201B。管状部分202B可类似于图4和图5的管状部分202A。

在图6中，电导体130B以网格的形式表示，但也可以是任何其它形式。另外，在图6中冷却剂管500具有弯曲部，但也可以是直的，如前面的附图。所有其它特征可以类似于图4和图5。这种电连接器可以有利于在有限空间中进行电连接，例如在小型车辆中。

图7示出了电连接器200C的另一个示例。电连接器200C包括可以与安装部分201A相同的安装部分201C和代替前述示例的管状部分202A/202B的弯曲部分202C。所有其它特征可以与图4和图5相同。

如图7中可见，弯曲部分202C可以是半圆形，即180°的管状部分202A，或至少120°且至多210°。弯曲部分202C位于第一端接触表面132上面，但也可位于第一端接触表面132的下方。电导体130C可以由螺旋导线131形成或者可以是任何其它形式。

弯曲部分202C可以熔焊、锡焊或铜焊到电导体130C，或者套管(未示出)可以适用于电导体130C和第一端接触表面132，以便维持电导体130C和电连接器202C之间的电接触。例如，套管可以相对于电连接器200C和/或电端子400固定电缆100。

图7还包括两个流体连接器300A和300B的两个示例。流体连接器300A可以由公部分和母部分形成，并且包括一个或多个O形环以确保密封。例如，公部分和母部分可以通过有限的旋转运动而彼此锁定。公部分可以附接到第一端接触表面132或附接到绝缘体110的第一端部115的没有电导体130的部分。母部分可附接到冷却剂管500，或者替代地附接到第一端部115。

流体连接器300B可包括管，该管设置有插入到电缆100的内部通道120中的第一部分和插入到冷却剂管500中的第二部分。边缘部分可以位于流体连接器300B的第一部分和第二部分之间。可设置两个夹紧环350以将冷却剂管500和电缆100固定到流体连接器300B。

图8示出了电连接器200D的另一示例。电连接器200D包括安装部分201D，该安装部分201D靠近安装部分201A并且可以包括被构造成从电端子400进一步延伸的三角形部分。此外，电连接器200D可包括第一管状部分202D和第二管状部分202E。所有其它特征可以与上述描述类似。

第一管状部分202D可被构造成与第二管状部分202E形成角度。例如，第一管状部分202D的纵向轴线可与第二管状部分202E的纵向轴线形成例如70°至130°、优选80°至100°、最优选90°的角度。安装部分201D可例如通过熔焊、铜焊、螺纹连接、卡扣配合而结合到第一管状部分202D和/或第二管状部分202E。替代地，安装部分201D、第一管状部分202D和/或第二管状部分202E可例如通过增材制造形成为单件。

第一管状部分202D可相对于安装部分201D纵向定位，和/或可仅包括与安装部分201D相对的单个外部开口。第一管状部分202D可适于接收电缆100的第一端接触表面132的至少一部分，使得第一管状部分202D的内表面可与电导体130的外表面接触，这类似于连接器200A和200B。

第二管状部分202E可相对于安装部分201D横向地定位。第二管状部分202E可以例如通过第一管状部分202D的内部开口与第一管状部分202D流体连接，以允许冷却剂流动。冷却剂管500可被插入第二管状部分202D中并通过夹紧环350固定，如前所述。电连接器200D可适于电连接大的电气元件，例如车辆电池。

尽管在图8中第一管状部分202D、第二管状部分202E和安装部分201D在同一平面内，但是它们也可位于不同的平面内，即形成若干角度，以便适应有限或庞大的空间。与电端子400相关的或与将电连接器200D附接到电端子400相关的所有其它元件可以与其它示例相同或相似。第一管状部分202D和第二管状部分202E相对于安装部分201D的位置可以倒置。

图9示出了配电系统的示意图，该配电系统包括通过安装在第一端部115和第二端部116上的相应电连接器200将诸如电力存储装置或电力产生装置之类的电源600连接到电力消耗装置601的电缆100。电缆100的内部通道120经由冷却回路与冷却单元702流体连通。

冷却回路可以包括诸如冷却剂管500之类的管件、流体连接器300和/或夹紧环350，并且可以将电缆100流体地连接到适于使冷却剂180循环的泵701和适于冷却冷却剂180的冷却单元702。泵701和冷却单元702可以限定冷却系统700。冷却回路可以是冷却系统700的一部分。

例如，冷却单元702可以从冷产生单元或制冷单元接收冷却流体。这种制冷单元可以通过任何已知的方式冷却流体，例如蒸汽压缩循环、吸附循环、气体循环、热电制冷、磁制冷或其它方法。例如，制冷单元可以是二次电池的辅助系统和/或车辆空调系统的一部分。替代地，冷却单元702可以是无源空气-液体交换器，该交换器例如位于车辆的暴露部分中。

由于在内部通道120中循环的冷却剂，通过绝缘体110的内表面113获得了高效的热交换。这允许减小电导体130的重量并且增大电缆100的柔性。另外，热交换也可以通过绝缘体110的外表面与围绕电缆100的周围空气发生。

冷却剂180可包括任何类型的冷却剂，例如水基冷却剂，包括例如乙二醇和/或酒精。替代地或组合地，冷却剂可包括介电流体，例如3M Fluorinert FC-43、3M Novec7500或变压器油。

上述附图和公开的所有不同特征可以组合。例如，任何安装部分可以与电连接器的任何弯曲部分或管状部分组合。安装部分可以具有适于电端子的连接的任何形式。例如，它们可以是非平面的和/或可以包括一个或多个轴或其它固定装置。电缆可以具有任何电导体。电导体可以通过任何固定方式，例如螺纹连接、铆接、铜焊、胶合、卡扣配合或熔焊而固定在电连接器的管状部分中。

流体连接器可以是本领域已知的任何类型，并且不限于在附图中可见的流体连接器。上述附图一般性地描述了电缆的端部的连接的示例，但是电缆的相对端部可以根据上述示例中的任一个来连接。