增强散热型新能源汽车用充电电缆及其制备方法

技术领域

本发明涉及充电电缆技术领域，具体而言涉及一种增强散热型新能源汽车用充电电缆及其制备方法。

背景技术

随着新能源电动汽车技术的高速发展，市场和用户对汽车动力电池的充电期望越来越高，无论是车辆主机厂，还是国家电网、充换电站等运营方，在充电系统、充电站的建设上，尤其关注充电安全、充电速度、充电效率、充电功率的要求。

随着新能源电动汽车续航里程的不断增加，电池容量也在不断增大，对充电系统配套，也从3KW、7KW的家充系统，提高到商用快充系统的20KW，60KW，150KW甚至在200KW以上，对充电枪的体积、充电线的安全和线径都大幅度提高。

但越大的线径带来越大的集肤效应以及线阻，尤其在充电头的位置，处于与受电端接触式传输电能的界面上，充电电缆和充电头的发热量巨大，现有技术通常通过水冷系统进行散热。在充电电缆内置冷却管路，与充电桩内的冷却液泵进行循环散热，冷却水循环系统在充电桩的冷却液箱、充电线缆以及充电枪处进行循环流动，对接电缆，使冷却液的流动带走热量，但是冷却管通常布设处于缆芯中心的位置，导热范围小，其余热量不易散发。随着电池容量的增大，充电时间越来越长，长时间大流量的传输会使得电缆发热问题更加严峻，热量积累加速电缆的老化，导致安全风险。

发明内容

鉴于现有技术的缺陷，根据本发明目的的第一方面，提供一种增强散热型新能源汽车用充电电缆，包括：

支撑骨架，被设置成截面为圆形，内部具有至少一对第一通道；

线芯，每根所述线芯的第一端与充电桩线束连接，第二端由所述第一通道的第一端穿入第二端穿出并与充电枪线束连接；

屏蔽层，包覆在所述支撑骨架的外壁；

内护层，套设在所述屏蔽层的外壁；

铠装层，绕包在所述内护层的外壁；

隔离层，挤包在所述铠装层的外壁；

外护套，挤包在所述隔离层的外壁；

其中，所述第一通道的第一端与外部循环泵液装置连通，且沿电缆长度方向由所述第一通道的第一端至第二端依次设有直流区域、回流区域和线缆穿出区域；

所述直流区域包括供冷却液流动的进液通道和出液通道，所述进液通道、所述出液通道与所述线芯之间具有供冷却液流动的液流间隙，所述线缆穿出区域仅能供所述线芯通过，所述回流区域被设置在所述直流区域和所述线缆穿出区域之间，并具有连通进液通道和出液通道的第三通道，使所述进液通道与所述出液通道形成可供冷却液循环流动的液流通道，所述线芯被置于液流通道中，并与所述液流通道中循环流动的冷却液热量交换。

进一步的，所述支撑骨架包括熔接固定的第一段和第二段，所述第一段被设置在靠近充电桩的一端，所述第二段被设置在靠近充电枪的一端。

进一步的，所述直流区域被设置在所述第一段的内部，包括彼此独立的至少一对所述第一通道，所述回流区域、所述线缆穿出区域被设置在所述第二段内，包括用于连通相邻两个所述第一通道的第三通道以及供所述线芯穿设的第四通道。

进一步的，所述第四通道的内径与所述线芯的外径相适配，使所述线芯穿设至所述第四通道内的部分与所述第四通道的腔壁相贴合。

进一步的，所述第一段的内部具有至少一个第二通道，所述第二段的内部具有与所述第二通道相互对接的第五通道，所述第二通道与所述第五通道内均穿设有加强芯。

进一步的，所述加强芯包括一根纤维绳和六根钢丝绳，采用1+6的正规绞合方式绞合成截面为圆形，所述纤维绳和所述钢丝绳的直径在0.15mm-0.25mm。

进一步的，所述屏蔽层包括绕包在所述支撑骨架外壁的铝塑复合带，绕包层数为1-2层，绕包搭盖率大于20％。

进一步的，所述内护层包括辐照交联聚乙烯层，厚度为0.2mm-0.3mm。

进一步的，所述铠装层包括镀锌钢带，绕包层数在1-2层，绕包搭盖率大于20％。

进一步的，所述隔离层包括低烟无卤聚烯烃层，厚度为0.3mm-0.5mm，所述外护套包括热塑性弹性体外护层，厚度为1.2mm-1.6mm。

根据本发明目的的第二方面，提出一种增强散热型新能源汽车用充电电缆的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、制备所述支撑骨架的第一段：

步骤1.1、根据所述线芯和所述加强芯的外径选取外径大小合适的第一管状物和第二管状物，并在管状物上涂覆脱模剂；

步骤1.2、将多根管状物固定在挤管式挤出机的挤出模头上，使挤出机模口形状设置成内部具有线芯通道和加强芯通道的圆形截面形状；

步骤1.3、采用橡胶材料通过挤管式挤出机将所述支撑骨架的第一段挤制成型，挤出成型后，将多根管状物从所述支撑骨架上脱出，使所述第一段内形成直流通道和加强芯通道；

步骤2、制备所述支撑骨架的第二段：

步骤2.1、根据所述线芯和所述加强芯的外径选取与其外径尺寸相适配的第三管状物和第四管状物，并在管状物上涂覆脱模剂；

步骤2.2、将多根管状物固定在挤管式挤出机的挤出模头上，使挤出机模口形状设置成内部具有第四通道和第五通道的圆形截面形状；

步骤2.3、采用橡胶材料通过挤管式挤出机将所述支撑骨架的第二段挤制成型，挤出成型后，将多根管状物从所述第二段上脱出，使所述第二段内形成线缆穿设通道和加强芯通道；

步骤2.4、在所述支撑骨架的第二段的任意一端通过打孔设备形成回流通道；

步骤3、连接所述支撑骨架的第一段和第二段：将所述第一段的任意一端与所述第二段具有回流通道的端部对接，并采用熔接机熔接固定，形成截面为圆形且内部通道对应连通的所述支撑骨架；

步骤4、制备线芯：将预制成型的主线芯1、控制线芯2以及辅助线芯3沿着电缆的长度方向由所述支撑骨架内部预留的直流通道穿入至线缆穿设通道穿出；

步骤5、制备加强芯：将一根纤维绳和六根钢丝绳采用1+6的正规绞合方式绞合成截面为圆形的所述加强芯，将所述加强芯沿着电缆的长度方向穿设至所述支撑骨架内部预留的加强芯通道内；

步骤6、制备屏蔽层：采用绕包机将铝塑复合带正向绕包在所述支撑骨架的外壁，绕包层数为两层，内层和外层的搭盖率大于20％；

步骤7、制备内护层：采用辐照交联聚乙烯材质通过挤出机挤包在所述屏蔽层的外壁，形成厚度为0.2mm-0.3mm的所述内护层；

步骤8、制备铠装层：采用绕包机将镀锌钢带正向绕包在所述内护层的外壁，绕包层数为两层，内层和外层的搭盖率大于20％；

步骤9、制备隔离层：采用低烟无卤聚烯烃材料通过挤出机挤包在所述铠装层的外壁，形成厚度为0.3mm-0.5mm的所述隔离层；

步骤10、制备外护套：使用挤出机在所述隔离层的外壁挤包热塑性弹性体材料形成厚度为1.2mm-1.6mm的外护层。

进一步的，步骤1.1中的所述第一管状物的直径大于所述线芯的外径，使所述线芯穿设至所述直流通道内，与所述直流通道的腔壁之间具有能供冷却液流通的液流间隙。

进一步的，步骤2.1中的所述第三管状物的直径与所述线芯的外径相适配，使所述线芯穿设至所述线缆穿设通道内，与所述线缆穿设通道的腔壁相贴合。

进一步的，步骤1.2中所述线芯通道设有四个，所述加强芯通道设有五个，四个所述线芯通呈中心对称分布在所述支撑骨架上，五个所述加强芯通道分布在四个所述线芯通道的中心间隙和相邻两个所述线芯通道的外周间隙内。

进一步的，所述线芯通道包括设置在所述支撑骨架第一段内部的直流通道以及设置在所述支撑骨架第二段内部的回流通道和线缆穿设通道，所述直流通道包括第一通道，所述回流通道包括第三通道，所述线缆穿设通道包括第四通道。

进一步的，所述加强芯通道包括设置在所述支撑骨架第一段内部的第二通道和设置在所述支撑骨架第二段内部的第五通道。

与现有技术相比，本发明的增强散热型新能源汽车用充电电缆及其制备方法的显著有益效果在于：

1、通过预制的支撑骨架，在支撑骨架内预留有可供线芯和加强芯穿设的通道，通过将支撑骨架预制成截面为圆形，节省了填充层和绕包层的结构，简化了线缆内部结构，且支撑骨架使多个线芯分隔设置，在受到外部挤压作用力时，可通过支撑骨架的弹性变形缓冲挤压力，避免线芯受到挤压而被破坏，提高了电缆在恶劣环境中的使用可靠性，从而提高了线缆抗压性能；

2、在通道的腔壁与线芯之间预留供冷却液流动的液流通道，可在线芯工作时，将线芯浸泡在冷却液中，将线芯中导体通电产生的热量通过冷却液的流动被冷却液带走，提高导体的散热效果，避免线缆温度过热产生绝缘热击穿而导致电缆发生短路故障的情况，提高线缆的散热性能和使用安全性。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明实施例所示的增强散热型新能源汽车用充电电缆的截面示意图；

图2是本发明实施例所示的支撑骨架的轴视示意图；

图3是本发明实施例所示的支撑骨架与线芯的连接剖面示意图；

图4是本发明实施例所示的支撑骨架的剖面拆分示意图；

图5是本发明实施例所示的电缆端部与充电枪的连接结构示意图。

图中，各个附图标记的含义如下：

1、支撑骨架；101、第一通道；102、第二通道；103、第三通道；104、第四通道；105、第五通道；

11、第一段；12、第二段；

2、线芯；21、主线芯；22、控制线芯；23、辅助线芯；3、加强芯；4、屏蔽层；5、内护层；6、铠装层；7、隔离层；8、外护套。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

结合图1-4所示实施例，本发明第一方面提出一种增强散热型新能源汽车用充电电缆，包括支撑骨架1、线芯2、加强芯3、屏蔽层4、内护层5、铠装层6、隔离层7以及外护套8。

其中，支撑骨架1可采用预制件。例如，支撑骨架1通过挤管式挤塑机，将橡胶材料挤制成截面为圆形，且在支撑骨架1的内部预留有多个通道，例如至少一对第一通道101。

进一步的，第一通道101用于穿设线芯2，并用于将多个线芯2分隔开，使多个线芯2在支撑骨架1中位于独立的通道内，彼此不会相互挤压，且在受到外部挤压作用力时，通过橡胶材质的支撑骨架1，可起到支撑缓冲的作用，对内部线芯2起到保护作用。

可选的，橡胶材料可采用硅橡胶料、热塑性聚氨酯橡胶料、顺丁橡胶料、氯化聚乙烯橡胶料、热塑性弹性体橡胶料等。优选的，可选用热塑性弹性体橡胶料挤制成支撑骨架1，热塑性弹性体橡胶料具有良好的大截面挤出性能，挤制成支撑骨架1可保证表面光滑无颗粒，且具有高机械性能、耐水解性能、耐油耐寒性和分散均匀性。

进一步的，为了加快线芯2工作时的散热性能，如图1和图2所示，线芯2被设置在第一通道101内，且第一通道101的腔壁与线芯2之间具有供冷却液流通的液流通道。

其中，第一通道101的第一端与外部循环泵液装置连通，使冷却液可由循环泵液装置进入液流通道内。

其中，如图3和图4所示，定义相邻两个液流通道其中一个为进液通道A，另一个为出液通道B，进液通道A的输入端与外部泵液机构的冷却液输出端连接，出液通道B与外部泵液机构的冷却液输入端连通，泵液机构可设置于外部充电桩上，内部灌注有冷却液，通过进液通道和出液通道使冷却液可在液流间隙内循环流动，并与被置于液流通道中的线芯2接触，通过冷却液的循环流动实现热量交换，冷却液的流动回路如下：泵液机构—进液通道A—出液通道B—泵液机构。

如此，冷却液在液流通道的内部流通时，可带走线芯2产生的热量，实现线芯2的快速散热，使线芯2保持良好的工作温度，使其处于安全的工作温度范围内，避免温度过高导致线芯2内部导体出现高温损坏的安全隐患。

具体的实施方式，在使用时，进液通道A与出液通道B分别与充电桩内的对应的泵机连接，其中，进液通道A配套将冷却液泵出的第一泵机，可设置流量阀。在充电桩配套的充电头内设置有冷却液回流的回路，与进液通道A、出液通道B分别连通。出液通道B用于将吸收热量后的冷却液通过第二泵机泵送回到冷却液箱，配置有流量阀。

通过充电桩的冷却液箱、充电电缆的进液通道A、充电枪、充电电缆的出液通道B，回流到冷却液箱，实现对充电电缆、充电桩的降温冷却。

进一步的，为了提高支撑骨架1的抗拉伸性能和电缆成型后的抗拉性，在支撑骨架1内预留有至少一个第二通道102，可选的，第二通道102设置有5个，呈轴对称分布在四个第一通道101的中心间隙和外周间隙内，5根加强芯3分别被穿设在单独的第二通道102内，如图3和图4所示，并用于连接支撑骨架1的第一段11和第二段12。

在优选的实施例中，由于第一通道101内需要流通冷却液，而电缆成型后的端部需要连接充电枪，多根线芯2需要分别连接至充电枪上的不同线束上，为了使冷却液不会泄露，沿电缆长度方向由液流通道的第一端至第二端依次设有直流区域、回流区域和线缆穿出区域。

进一步的，直流区域包括供冷却液流动的进液通道和出液通道，进液通道、出液通道与线芯2之间具有供冷却液流动的液流间隙，线缆穿出区域仅能供所述线芯2通过，不具备液流间隙，使冷却液不会渗漏，回流区域被设置在直流区域和线缆穿出区域之间，并具有连通进液通道和出液通道的第三通道103，使进液通道与出液通道形成可供冷却液循环流动的液流通道，线芯2被置于液流通道中，并与液流通道中循环流动的冷却液热量交换。

在可选的实施例中，如图3和图4所示，将支撑骨架1设置为第一段11和第二段12，第一段11内预留有第一通道101和第二通道102，第二段12内预留有第三通道103、第四通道104以及第五通道105。

其中，第一通道101被构造成内径大于线芯2并用于穿设线芯2，第二通道102与第五通道105被构造成内径与加强芯3的外径相匹配并用于穿设加强芯3，第三通道103被构造成与两个第一通道101相连通，用于连接两个第一通道101，使两个第一通道101形成独立且连通的冷却液流通通道，第四通道104被构造成内径与线芯2的外径相匹配并用于穿设线芯2，使线芯2穿设至第四通道104内并与第四通道104的腔壁相贴合，使冷却液形成如图3和图4箭头所示的流通路径。

具体的，由于第一通道101的内径大于线芯2的外径，使线芯2穿设至第一通道101内与第一通道101腔壁之间留有可供冷却液流动的间隙，冷却液可通过间隙循环流动在通道内，与线芯2充分接触带走线芯2产生的热量。可选的，间隙的大小为1-2mm。

进一步的，为了使电缆成型后连接充电枪的端部密封性更好，使冷却液仅由如图所示的路径实现循环流动，避免冷却液渗出，可选的实施例中，在第四通道104的内壁涂覆或填充有阻水油膏或胶状物等可阻止液体沿电缆长度方向从第四通道104的腔壁与线芯2之间渗出的阻水材料。

进一步的，如图1所示，线芯2包括两根主线芯21、一根控制线芯22和一根辅助线芯23，分别穿设在支撑骨架1的四个第一通道101内。

其中，主线芯21采用直流电源电芯，辅助线芯23包括接地线芯，均采用铜导体绞合结构外包绝缘层被构造成截面为圆形。

进一步的，加强芯3包括一根纤维绳和六根钢丝绳，采用1+6的正规绞合方式绞合成截面为圆形，纤维绳和钢丝绳的直径在0.15mm-0.25mm。

具体的，加强芯3采用纤维绳和钢丝绳相互绞合形成的复合结构，具有良好的抗拉性和柔软性，设置在支撑骨架1内，可提高电缆成型后的抗拉伸性能。

进一步的，屏蔽层4包覆在支撑骨架1的外壁，主要用于抗外界电磁干扰。

具体的，屏蔽层4包括绕包在支撑骨架1外壁的铝塑复合带，绕包层数为1-2层，绕包搭盖率大于20％。

进一步的，由于充电电缆在使用过程中经常要弯曲、拖拉，而屏蔽层4和铠装层6通常采用金属材质，为了避免电缆在频繁弯曲时屏蔽层4与铠装层6相互摩擦导致屏蔽受损或铠装受损，如图1所示，在屏蔽层4的外壁套设有内护层5。

具体的，内护层5采用辐照交联聚乙烯材料通过挤管式挤塑机挤制成型，厚度为0.2mm-0.3mm。

进一步的，铠装层6绕包在内护层5的外壁。

具体的，铠装层6包括镀锌钢带，绕包层数在1-2层，绕包搭盖率大于20％。

由于铠装层6与屏蔽层4之间通过内护层5被分隔开，彼此不会相互接触，从而也不会产生摩擦受损。

进一步的，为了避免铠装层6磨损外护套8，在铠装层6的外壁挤包有隔离层7。

具体的，隔离层7采用低烟无卤聚烯烃材料通过挤塑机挤制成隔离层7，主要用于分隔铠装层6和外护套8，厚度为0.3mm-0.5mm。

进一步的，外护套8挤包在隔离层7的外壁。

具体的，外护套8采用适用于弹性体的挤塑机挤制在隔离层7的外壁，厚度为1.2mm-1.6mm。

可选的，外护套8可采用热塑性弹性体材料，具有良好的耐磨耐油阻燃性能，在户外的恶劣环境中长期运行而不出现故障；且具有高机械性能、耐水解性能和耐油耐寒性，作为外护套8的挤制材料形成的外护层可有效保护电缆结构不受损坏，起到良好的外层防护的作用。

作为可选的实施方式，前述实施例的增强散热型新能源汽车用充电电缆的制备过程包括如下步骤1-10的制备工艺。

步骤1、制备支撑骨架1的第一段11。

作为可选的示例，步骤1制备支撑骨架1的第一段11，包括以下步骤：

步骤1.1、根据线芯2和加强芯3的外径选取外径大小合适的第一管状物和第二管状物，并在管状物上涂覆脱模剂；

步骤1.2、将多根管状物固定在挤管式挤出机的挤出模头上，使挤出机模口形状设置成内部具有线芯通道和加强芯通道的圆形截面形状；

步骤1.3、采用橡胶材料通过挤管式挤出机将支撑骨架1的第一段11挤制成型，挤出成型后，将多根管状物从支撑骨架1上脱出，使第一段11内形成直流通道和加强芯通道。

步骤2、制备支撑骨架1的第二段12。

作为可选的示例，步骤2制备支撑骨架1的第二段12，包括以下步骤：

步骤2.1、根据线芯2和加强芯3的外径选取与其外径尺寸相适配的第三管状物和第四管状物，并在管状物上涂覆脱模剂；

步骤2.2、将多根管状物固定在挤管式挤出机的挤出模头上，使挤出机模口形状设置成内部具有第四通道104和第五通道105的圆形截面形状；

步骤2.3、采用橡胶材料通过挤管式挤出机将支撑骨架1的第二段12挤制成型，挤出成型后，将多根管状物从第二段12上脱出，使第二段12内形成线缆穿设通道和加强芯通道；

步骤2.4、在支撑骨架1的第二段12的任意一端通过打孔设备形成回流通道。

步骤3、连接支撑骨架1的第一段11和第二段12：将第一段11的任意一端与第二段12具有回流通道的端部对接，并采用熔接机熔接固定，形成截面为圆形且内部通道对应连通的支撑骨架1。

步骤4、制备线芯2：将预制成型的主线芯21、控制线芯22以及辅助线芯23沿着电缆的长度方向由支撑骨架1内部预留的直流通道穿入至线缆穿设通道穿出。

步骤5、制备加强芯3：将一根纤维绳和六根钢丝绳采用1+6的正规绞合方式绞合成截面为圆形的加强芯3，将加强芯3沿着电缆的长度方向穿设至支撑骨架1内部预留的加强芯通道内。

步骤6、制备屏蔽层4：采用绕包机将铝塑复合带正向绕包在支撑骨架1的外壁，绕包层数为两层，内层和外层的搭盖率大于20％。

步骤7、制备内护层5：采用辐照交联聚乙烯材质通过挤出机挤包在屏蔽层4的外壁，形成厚度为0.2mm-0.3mm的内护层5。

步骤8、制备铠装层6：采用绕包机将镀锌钢带正向绕包在内护层5的外壁，绕包层数为两层，内层和外层的搭盖率大于20％。

步骤9、制备隔离层7：采用低烟无卤聚烯烃材料通过挤出机挤包在铠装层6的外壁，形成厚度为0.3mm-0.5mm的隔离层7。

步骤10、制备外护套8：使用挤出机在隔离层7的外壁挤包热塑性弹性体材料形成厚度为1.2mm-1.6mm的外护层。

其中，步骤1.1中的第一管状物的直径大于线芯2的外径，使线芯2穿设至直流通道内，与直流通道的腔壁之间具有能供冷却液流通的液流间隙。

进一步的，步骤2.1中的第三管状物的直径与线芯2的外径相适配，使线芯2穿设至线缆穿设通道内，与线缆穿设通道的腔壁相贴合。

进一步的，步骤1.2中线芯通道设有四个，加强芯通道设有五个，四个线芯通呈中心对称分布在支撑骨架1上，五个加强芯通道分布在四个线芯通道的中心间隙和相邻两个线芯通道的外周间隙内。

进一步的，线芯通道包括设置在支撑骨架1第一段内部的直流通道以及设置在支撑骨架1第二段内部的回流通道和线缆穿设通道，直流通道包括第一通道101，回流通道包括第三通道103，线缆穿设通道包括第四通道104。

进一步的，加强芯通道包括设置在支撑骨架1第一段内部的第二通道102和设置在支撑骨架1第二段内部的第五通道105。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。