用于具有集成冷却系统的配电系统的电缆组件的制作方法

1.本技术总体上涉及一种电缆组件，特别地涉及一种用于结合有集成冷却系统的配电系统的高压电缆组件。


背景技术：

2.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hv电缆。在电池充电应用和/或配电应用中使用的hv电缆通常设置有冷却系统，以确保由于高电流而在电导体处产生的热量被耗散掉，从而增加充电操作的效率和安全性。
3.在现有技术的一种现有方法中，可以应用被动冷却解决方案来降低由hv电缆所耗散的温度。然而，被动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降低温度，将增加电缆组件的重量和成本，同时降低其柔性。
4.已知线缆冷却系统的示例在kr102120306和wo201860151中描述。通常，已知的电缆组件利用一个或多个汇流条来承载电力，并且利用被设计成耗散在操作期间在汇流条处产生的热量的大型散热器或空气冷却单元。
5.因此，需要提供一种具有改进的冷却系统的电缆组件，其解决了现有解决方案的问题。


技术实现要素：

6.本公开的目的是提供一种具有集成冷却系统的改进的电缆组件和结合该改进的电缆组件的配电系统。
7.根据本公开的方面，电缆组件包括：
8.电缆芯，所述电缆芯包括：
9.第一电导体和第二电导体，所述第一电导体和所述第二电导体彼此间隔开并且纵向延伸，每个电导体包括由绝缘材料包围的导电芯，以及
10.纵向延伸的冷却管，所述冷却管包括导热壁，所述导热壁限定用于使冷却剂介质在所述冷却管的冷却剂入口与冷却剂出口之间循环的内部通道；以及
11.绝缘层，所述绝缘层包围所述电缆芯；
12.其中，所述冷却管布置在所述第一电导体和所述第二电导体之间，使得所述导热壁的外表面的相对部分设置成在热交换区域中与所述电导体的所述绝缘材料的对应部分直接接触，以便将热量从所述电导体的所述导电芯传递到在所述冷却管的所述内部通道中循环的所述冷却剂介质。
13.电缆组件的冷却管设置在电导体之间，电导体可以是绝缘汇流条的形式。结果，冷却管的导热壁的外表面的部分被设置成与电导体中的每一个的外表面的对应部分直接接触。对应外表面之间的接触限定了热传递区域，在该热传递区域处，在导电芯处产生的热量经由导热壁被传递到在冷却管中循环的冷却剂介质。所提出的冷却管的布置提供了使用与
现有解决方案相比数量减少的冷却管来改善热耗散的优点，从而降低了电缆组件的制造成本和重量。
14.根据本公开的实施方式，所述冷却管包括限定用于所述冷却剂介质的向前流动路径的第一管节段，以及平行于所述第一管节段延伸并限定在所述冷却剂入口与所述冷却剂出口之间用于所述冷却剂介质的返回流动路径的第二管节段，所述第一管节段和所述第二管节段经由弯曲节段连接。
15.根据本公开的实施方式，所述冷却管的所述冷却剂入口和所述冷却剂出口布置在所述电缆组件的同一端处。
16.根据本公开的实施方式，所述冷却管具有u形形状。
17.冷却管可以是在冷却剂入口和冷却剂出口之间延伸的单个管的形式。为了改善电缆组件的形状因数并使冷却管与冷却系统的连接容易，使冷却剂入口和冷却剂出口位于电缆组件的同一端处可能是有益的。结果，冷却管可以折叠，以便限定用于冷却剂介质的彼此平行延伸的向前流动路径和返回路径。在该构造中，冷却管可以是u形或等同的形状，包括第一节段和第二节段，该第一节段被构造成用于在从冷却剂入口到电缆组件的远端的向前流动路径上引导冷却剂介质，该第二节段被构造成用于在返回流动路径上将冷却剂介质引导到冷却剂出口。第一管节段和第二管节段被构造成彼此平行地延伸并且经由沿着电缆组件的长度定位在期望位置处的弯曲节段连接。应当注意，在替代实施方式中，电缆芯可以设置有一个或多个冷却管，该冷却管设置为在冷却剂入口和冷却剂出口之间延伸的直管，该冷却剂入口和冷却剂出口设置在电缆组件的相对两端上。
18.根据本公开的实施方式，所述冷却管由柔性聚合物材料制成。
19.根据本公开的实施方式，所述冷却管的所述导热壁的厚度在0.5mm和2.0mm之间。
20.根据本公开的实施方式，所述绝缘层被布置成对所述电缆芯施加按压力，从而使所述冷却管的所述导热壁弹性变形，以便扩大所述冷却管与所述电导体之间的热传递区域。
21.冷却管的导热壁可被构造成在按压力被施加时弹性变形。例如，设置在电导体周围的绝缘材料(也称为绝缘护套)可被布置成按压电导体以防止电导体和冷却管的相对移动。结果，由于绝缘层施加的按压力和冷却管的柔性性质，导热壁弹性变形。冷却管的弹性变形将增加冷却管的外表面的部分与电导体的对应部分之间的接触面积，从而改善电导体与冷却剂介质之间的热传递。冷却管可以设置有圆形或椭圆形形状，当被按压时，冷却管可以呈现大致矩形形状，该大致矩形形状限定了设置成与电导体的对应表面直接接触的相对的第一主平面表面和第二主平面表面。冷却管的导热壁的厚度可以被调节，以便确保足够的柔性和热传递特性，而不损害安全性。
22.根据本公开的实施方式，其中，所述电缆芯包括包围所述冷却管和所述电导体的热界面材料tim，所述tim被构造成将所述冷却管的导热外表面热联接到所述电导体，使得由所述导电芯产生的热量被传递到所述冷却剂介质。
23.根据本公开的实施方式，所述热界面材料tim包括以下各项中的任一种：灌封材料、油脂材料、糊状材料、半固体材料或相变材料。
24.为了进一步改善电导体的冷却，热界面材料(tim)可以设置成与电导体和定位在电导体之间的冷却管接触。tim被构造成扩大热交换区域并产生用于将热量从电导体传递
到冷却管的热传递区域，从而进一步改善电导体的冷却。tim可以是任何合适的材料，例如相变材料、间隙填料、导热油脂、热界面膜等。tim可以以各种形式提供，例如液体、糊剂、膜等。此外，tim可在期望条件下固化，以便形成一种实心的芯。tim封装电导体和定位在电导体中的冷却管，以改善电导体和冷却管之间的热交换，从而提高电缆组件的效率。
25.根据本公开的实施方式，在高压电缆组件中，所述电导体呈具有矩形截面轮廓的汇流条的形式。
26.根据本公开的实施方式，每个电导体被布置成承载不同的电压电平。
27.根据本公开的第二方面，提供了一种冷却系统，所述冷却系统用于联接到根据第一方面的实施方式的电缆组件，以使冷却剂介质在所述冷却管的所述内部通道的所述冷却剂入口和所述冷却剂出口之间循环，所述冷却系统包括：
28.泵，
29.冷却单元；以及
30.一个或多个连接器，所述一个或多个连接器用于将所述冷却剂入口和所述冷却剂出口连接到所述冷却系统，
31.其中，所述冷却剂介质经由所述冷却单元在所述冷却剂入口与所述冷却剂出口之间循环穿过所述冷却管的所述内部通道。
32.冷却剂入口和冷却剂出口经由一个或多个连接器连接到设置成与电缆组件流体连通的冷却系统。冷却系统被设置为闭环冷却剂循环系统。冷却单元被构造成从离开冷却剂出口的冷却剂介质提取热量。
33.根据本公开的实施方式，冷却剂介质是水基流体。由于冷却管的部分设置成与汇流条的绝缘层接触，所以可使用不同类型的冷却剂介质，例如非介电冷却剂介质。例如，设置在冷却剂管中的冷却剂介质可以是水基冷却剂，例如水和乙二醇的混合物。同样地，冷却剂介质可以是介电冷却剂，例如油基流体或其它合适的介电冷却剂。
34.根据本公开的第三方面，提供了一种车辆的配电系统，所述配电系统包括：
35.根据第一方面的实施方式的电缆组件，所述电缆组件在第一端部接触表面和第二端部接触表面之间延伸，并且被构造成经由第一连接器和第二连接器联接到所述配电系统的相应电连接件；以及
36.根据第二方面的实施方式的集成冷却系统，所述集成冷却系统联接到所述电缆组件，用于使所述冷却剂介质在所述冷却管的所述内部通道的所述冷却剂入口与所述冷却剂出口之间循环。
37.为了确保电缆可以集成到诸如车辆配电系统的系统中，电缆组件可以成形为期望的形状，以使得能够容易地集成用于期望的应用。
附图说明
38.图1是根据本公开的实施方式的示例性电缆组件的立体图；
39.图2提供了图1的电缆组件沿线a-a的横向截面图；
40.图3是图1的电缆组件的分解图，示出了根据本公开的实施方式的处于未按压状态的具有u形形状的汇流条和冷却管；
41.图4提供了根据本公开的实施方式的设置了示出为处于未按压状态的两个直冷却
管的替代电缆组件的分解图，其中入口和出口设置在电缆组件的相对两端处；
42.图5是示出根据本公开的实施方式的使用图1至图3的电缆组件的示例性配电充电系统的框图；以及
43.图6是示出根据本公开的实施方式的使用图4的电缆组件的图5的示例性配电充电系统的框图。
具体实施方式
44.以下讨论提供了本发明主题的许多示例性实施方式。尽管每个实施方式表示发明元件的单个组合，但是发明主题被认为包括所公开元件的所有可能组合。因此，如果一个实施方式包括元件a、b和c，并且第二实施方式包括元件b和d，则本发明主题也被认为包括a、b、c或d的其它剩余组合，即使没有明确公开。
45.为了说明的简单和清楚，附图标记可以在图中重复以指示对应或类似的元件。阐述了许多细节以提供对本文所述的示例的理解。可以在没有这些细节的情况下实践这些示例。在其它情况下，没有详细描述公知的方法、过程和部件，以避免使所描述的示例模糊。本说明书不应被认为限于本文所述的示例的范围。
46.图1至图3示出了根据本公开的实施方式的具有位于电缆组件100的同一端处的冷却剂入口191和冷却剂出口192的电缆组件100的示例性实施方式。在电缆组件100的同一端上具有冷却剂入口191和冷却剂出口192可以降低电缆组件100的形状因数和制造成本。
47.电缆组件100包括第一电导体和第二电导体110，该第一电导体和第二电导体可以是彼此间隔开的绝缘汇流条的形式。绝缘汇流条100中的每一个包括由绝缘层112包围的导电芯111。汇流条110是导电的，并且在每个汇流条110的和电缆组件100的相对端处的第一端部接触表面135和第二端部接触表面135’之间纵向延伸。接触表面135和135’是导电表面。例如，每个汇流条110可以分别经由第一连接器和第二连接器联接到电连接件的节点。每个汇流条110可以被构造成承载不同的电压电平。
48.冷却管190(也称为冷却管道)设置在第一汇流条和第二汇流条110之间，使得冷却管190的导热壁197的外表面193的相对部分193a、193b设置成在热交换区域中与绝缘汇流条110的绝缘层112的对于部分113、114直接接触。结果，在每个绝缘汇流条110的导电芯111处产生的热量在热交换区域中被传递到冷却剂介质，该冷却剂介质在冷却剂入口191和冷却剂出口192之间循环到由冷却管190的导热壁197限定的内部通道196中。冷却剂介质125由布置成与冷却管190流体连通的冷却系统300提供。冷却剂介质125可以是水基冷却剂，例如水和乙二醇的混合物。同样地，冷却剂介质125可以是介电冷却剂，例如净化水、油基冷却剂等。
49.如图3所示，冷却管190是u形的，从而提供了被构造成用于沿着向前流动路径引导冷却剂介质125的第一节段190a，以及设置成平行于第一节段190a并限定了使冷却剂介质125到达出口192的返回路径的第二节段190b。第一节段190a和第二节段190b经由弯曲节段190c彼此连接。通常，冷却管190被构造成沿着汇流条110的长度延伸，以确保最大热量耗散。在图1至图3所示的布置中，冷却管190的每个节段可由柔性聚合物材料制成，例如合成橡胶，其具有0.5mm至2.0mm之间的壁197厚度。
50.汇流条110和冷却管190的夹层布置可以被共同地称为电缆芯170。
51.为了进一步改善第一汇流条和第二汇流条110之间的热量耗散，汇流条110和冷却管190可以可选地嵌入热界面材料tim 180中。tim 180被构造成将绝缘汇流条110与冷却管190热联接，从而扩大了限定在绝缘汇流条110与冷却管190之间的热交换区域。tim 180的使用确保了冷却管190的整个外表面都热联接到汇流条110。这样，外表面193的不与冷却管190直接接触的部分193c、193d可以用于吸收来自汇流条110的热量。因此，tim 180的使用进一步改善了从汇流条110到在冷却管190的内部通道196中循环的冷却剂介质的热量耗散。tim 180可以是用于在表面之间有效传递热量的合适材料。例如，tim 180可以提供为糊剂、液体、膜或片材等。tim180可以是以下材料中的任一种，但不限于，灌封材料、油脂材料、糊状材料、半固体材料或相变材料。tim 180一旦被施加，就可以被固化以便封装汇流条110和冷却管190。在这种布置中，tim 180是前面描述的电缆芯170的一部分。
52.如图1和图2所示，绝缘材料140(也称为绝缘护套)围绕电缆芯170设置。绝缘护套140可以被布置成按压电缆芯170，以防止汇流条110和冷却管190的相对移动。由绝缘材料140施加的按压力使得柔性冷却管140弹性变形，如图2所示。例如，在未按压状态下，冷却管190可以具有圆柱形或椭圆形形状，如图3所示。然而，当被按压时，冷却管190可以具有矩形形状，如图2所示，冷却管190的弹性变形使设置成与汇流条110直接接触的导热壁197的可用接触表面扩大，从而改善热量耗散。
53.图4示出了具有两个直冷却管290而不是图1至图3所示的u形冷却管190的电缆组件200的替代布置。在该构造中，冷却剂入口291和冷却剂出口292设置在电缆组件200的相反两端上。
54.在图1至图4的示例性布置中，电缆组件100具有大致圆柱形的形式。如图所示，汇流条110具有大致矩形的截面轮廓。如先前所论述的，冷却管190或290在未按压状态下具有圆形或椭圆形截面轮廓，而在按压状态下，冷却管的截面轮廓改变为更矩形的形状。然而，将理解，汇流条和冷却管190、290可以其它合适形式提供。汇流条110和/或冷却管190的截面可以例如具有椭圆形或圆形的形状。
55.图5示出了结合图1至图3的电缆组件100的车辆的配电系统500的示例性实现方式。示例性配电系统500包括电缆组件100和集成冷却系统300。电缆组件100经由设置在电缆组件100的入口191和出口192点处的对于连接器联接到冷却系统300。当冷却剂介质借助于泵320从冷却管190的内部通道196的冷却剂出口192循环到冷却单元330时，冷却系统300提供闭环冷却剂循环系统，在冷却单元处热量从冷却剂介质125被提取，并且冷却剂介质125经由冷却剂入口191被反馈到内部通道196。
56.配电系统500可以被构造成用于经由电缆组件100在车辆的第一电连接件510和第二电连接件520之间传输电力。
57.在图5的示例性布置中，冷却剂入口301和冷却剂出口302位于电缆组件100的同一侧上。
58.图6示出了图5的结合了图4的电缆组件200的示例性配电系统500，其中入口291和出口292定位在电缆组件100的相对两端上。图6的配电系统500以与参照图5所呈现的配电系统相同的方式操作，但是在该布置中，冷却剂入口291和冷却剂出口292定位在电缆组件200的相对两端上。
59.虽然已经根据本公开的优选实施方式描述了本公开的充电系统500和电缆组件
100和200，但是其不旨在被这样限制，而是仅被限制到在权利要求中阐述的程度。