轻量化油冷直流充电桩电缆的研发与应用

摘要：针对大功率直流充电情况，开发一种新型轻量化紧压型导体油冷充电桩电缆。优化导体紧压工艺与绝缘层材料配比，配合创新型油冷循环系统，解决高电流传输中温升问题。测试表明，该电缆在250A持续电流下温升较传统产品降低40%，充电效率提升15%，为新一代大功率充电设施带来稳定线缆解决方案。

关键词：轻量化；紧压型导体；油冷直流；充电桩电缆

引言：

随着新能源汽车快充需求增多，传统充电电缆面临散热不足、载流能力受限等技术难题。基于热力学分析与材料改性，提出紧压导体结合油冷散热的创新设计思路。改善导体结构密度与冷却介质循环效率，突破大电流传输的热积累瓶颈，为开发安全、可靠大功率充电设备缔造全新技术路径。

一、优化设计导体结构

采取分层紧压工艺优化导体结构，首先精密排布多股无氧铜导线，按照特定绞合节距完成预成型处理。利用多级渐进式压缩模具，把导体截面压缩到理论密度92%，此工艺改善了导体紧实度。压缩中，采用液压控制系统保持恒定的压力输出，保证导体截面的均匀性。压缩后，导体经过在线退火处理，退火温度维持再300-350℃范围内，保温时间按照导体规格加以调整。退火工艺可以消除加工硬化现象，使导体导电率提升到101%IACS以上，并保持良好柔韧性。对于250mm²截面导体，经过优化后弯曲半径在8D以内，满足充电桩电缆敷设要求。整个生产程序配备在线检测系统，精准监控导体的外径尺寸、圆度等关键参数，保证产品质量一致性。导体表面经由特殊抛光处理，降低表面粗糙度，为后续绝缘工序奠定基础。

二、复研发合绝缘材料

电缆绝缘材料制备中，首先对基础聚乙烯原料进行改性处理。过氧化物交联剂在特定温度下引发分子链交联反应，构成三维网状结构，加入硅烷偶联剂优化材料界面性能。交联度掌控在70%-85%之间，既保证机械强度又维持适当柔韧性。为强化导热性能，选择粒径50-100nm的氮化硼作为导热填料，经表面改性处理后按8%-12%的比例均匀分散在基体中。

采用精密三层共挤设备辅助成型工艺操作。内层为半导体屏蔽材料，由炭黑改性聚乙烯组成，体积电阻率控制在10²-10⁴Ω·cm范围；中间层为主绝缘体，厚度公差为±0.1mm。外层属于保护性半导电层，共挤中，各层熔体温度分别是150℃、170℃、160℃，螺杆转速维持同步匹配，保证层间结合紧密无缺陷。

后处理阶段采取两步硫化工艺：先在120℃蒸汽环境中预交联2小时，再转入160℃干热环境完成最终交联。硫化后的绝缘体经过24小时自然冷却后，完成局部放电测试。测试电压维持在2.5倍额定电压下，通过高频电流传感器检测放电信号。最终产品确保导体屏蔽层与绝缘层间无可见间隙。

三、构建油冷循环系统

采用创新双通道螺旋油道结构设计冷却系统，用精密计算流体力学参数规划最优油道尺寸及螺旋角度。内层油道用0.8mm厚度的铜合金波纹管制成，直接紧贴导体表面布置，波纹结构保证油流畅通，增强散热面积。外层油道用1.2mm厚度不锈钢带螺旋缠绕，同绝缘层保持2mm间距，构成环形油路。反向螺旋设计两个油道，内层顺时针、外层逆时针，构成交叉流动效果。冷却介质选择添加抗氧化剂改性矿物绝缘油，其黏度在28-32mm²/s（40℃），闪点不低于135℃。系统配备双出口微型离心循环泵。以PID控制算法调节转速，维持3L/min稳定油流速度。关键节点设置温度传感器，监测各段油温变化，数据反馈给控制系统，完成动态调节。模块化设计油路系统，每2米单元设置快速连接接头，方便安装维护。为保证密封性，所有连接部位进行氟橡胶O型圈配合金属卡箍双重密封。系统工作压力维持在0.15-0.25MPa间，以蓄能器缓冲压力波动。满负荷运行测试中，冷却系统把导体最高温升维系在30K以内。

四、设计整体防护结构

以多层复合结构设计电缆外部防护层，最内为0.15mm厚铝箔屏蔽层，中间采用高强度铝合金丝编织，密度在85%以上，构成电磁屏蔽网络。外层选择特种聚氨酯材料作为护套。这种材料通过耐油改性处理，在-40℃至125℃温度范围内保有优越弹性，耐油性能满足GB/T2951.31标准要求。护套挤出中加入抗紫外线剂与阻燃剂，成品借助单根垂直燃烧试验。油路系统关键连接部位，安装自调节式压力平衡阀，系统压力高于0.3MPa时自动开启泄压。监测系统配置分布式传感器阵列，主要是PT100温度传感器及压阻式压力传感器，采样间隔设置成1秒。传感器信号经由屏蔽双绞线传输到中央控制器，以MODBUS通信协议完成数据交互。系统中设置三级预警机制：油温超过75℃或油压低于0.1MPa时触发初级报警。持续10分钟未改善启动二级保护，降低输出电流；出现急剧温升或压力异常时立即执行三级保护，切断电源，启动应急冷却。所有连接接口采取IP67防护等级设计，潮湿环境仍稳定运行。电缆两端设置状态指示灯，以不同颜色显示系统运行状况，便于现场运维人员做出判断。整套防护系统经200次热循环试验与振动试验验证，各项性能指标可靠、稳定。

结语：

总之，通过紧压导体工艺优化、复合绝缘材料开发、双通道油冷系统构建及多层防护结构设计，成功研制高性能直流充电桩电缆。电缆以分层紧压技术把导体密度提升到92%，配合改性绝缘材料使局部放电量小于5pC。创新螺旋油道设计，融合智能温控系统，实现250A电流下温升不超过30K的技术突破。防护系统集成多重监测保护功能，保证运行安全可靠。产品经测试验证，充电效率提升15%，弯曲性能优于行业标准，满足大功率充电设备对电缆小型化、高效化的需求。技术研发为新能源汽车快充基础设施建设带来全新技术解决方案，对实现充电设备升级换代具有重要价值，提升产品性价比与市场竞争力。

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