JP6554023B2 - 内部冷却ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、冷媒を流通させることによってケーブル内部を冷却可能な内部冷却ケーブルに関し、特に、電気自動車の急速充電用ケーブルに好適な技術に関する。

近年、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）の普及に伴い、急速充電器の開発がさかんに行われている。急速充電器は、交流電力を直流電力に変換する電源ユニット、及び電源ユニットと電気自動車を接続する充電用ケーブルを備え、電気自動車に搭載されているバッテリーを直接充電する設備である。現状、５０ｋＷタイプ（１２５Ａ）の急速充電器が実用化されているが、充電時間をさらに短縮すべく、大電流に耐えうる充電用ケーブル、すなわち許容電流値の大きい充電用ケーブルの開発が行われている。

充電用ケーブルのケーブル導体では、ケーブル導体の電気抵抗によって通電時に発熱が生じ、この熱は、ケーブルを劣化させる要因となる。そのため、過大な発熱が生じないように、許容電流値が定められ、流すことができる電流値が制限されている。通常、ケーブル導体における発熱を抑制するためには、導体サイズを大きくして、電気抵抗を小さくすることが行われる。しかしながら、導体サイズが大きくなると、当然に重量も重くなるため、充電用ケーブルのように取り回し性が重視される用途においては好ましくない。

そこで、低温冷媒が流通する冷媒用往路、及びケーブル導体の発熱によって暖められた高温冷媒が流通する冷媒用復路を備え、冷媒を循環させることによりケーブル導体を冷却する内部冷却ケーブルが提案されている（例えば特許文献１）。特許文献１に開示される内部冷却ケーブルでは、冷媒用往路（往路用通路６）がケーブル内部に配置され、冷媒用復路（復路用通路１０）がケーブル外周面に螺旋状に、又は長手方向に沿って配置されている。このように、冷媒用往路と冷媒用復路を分離して配置することにより、ケーブル導体の冷却効率を向上することができる。

特開２０００−１３３０５８号公報

しかしながら、特許文献１に開示される充電用ケーブルにおいては、冷媒用往路を含む第１のケーブル部と冷媒用復路を含む第２のケーブル部が、それぞれ、独立して製造された後、連結される。具体的には、第１のケーブル部の外周面に第２のケーブル部を螺旋状に巻き付けたり、第２のケーブル部を平行に沿わせた状態でクランプ部材を取り付けたりすることにより、連結される。すなわち、第１のケーブル部と第２のケーブル部を連結する工程が必要となるため、生産性がよいとはいえない。

本発明の目的は、生産性に優れ、大電流が要求される用途に好適な内部冷却ケーブルを提供することである。

本発明の一態様に係る内部冷却ケーブルは、電流が流れる電力線を含むケーブルコアと、前記ケーブルコアを冷却する冷媒が流通する第１の冷媒用通路と、を有する第１のケーブル部と、
前記第１の冷媒用通路に連通する第２の冷媒用通路を有し、長手方向に沿って前記第１のケーブル部に並設される第２のケーブル部と、を備え、
前記第１のケーブル部と前記第２のケーブル部は、押出成形により一体的に形成され、互いに連結された８字状の断面形状を有しており、
前記電力線は、導体を絶縁体で被覆した構成を有しており、
前記ケーブルコアは、前記第１の冷媒用通路内に配置されていることを特徴とする。

本発明に係る内部冷却ケーブルは、第１のケーブル部と第２のケーブル部が押出成形により一体的に形成されるので、生産性に優れ、大電流が要求される急速充電などの用途に好適である。

本発明の一実施の形態に係る充電用ケーブルを適用した急速充電器を示す図である。 充電用ケーブルの構造を示す図である。 充電用ケーブルの押出成形に用いられるニップルを示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る充電用ケーブルを適用した急速充電器Ｃを示す図である。図１に示すように、急速充電器Ｃは、充電用ケーブル１、電源ユニット２、及び循環装置３を備え、電気自動車に搭載されているバッテリーを充電する。

充電用ケーブル１は、電源ユニット２と電気自動車ＥＶを接続する。具体的には、充電用ケーブル１の一方の端部は電源ユニット２及び循環装置３に接続され、他方の端部は充電カプラ（符号略）を介して、電気自動車ＥＶの充電設備に接続される。充電用ケーブル１に、本発明の内部冷却ケーブルが適用される。

電源ユニット２は、例えば三相２００Ｖ電源からの交流電圧を直流電圧に変換し、電力の供給を行う。循環装置３は、例えば冷却装置（冷媒槽を含む）及びポンプ等を有し、充電用ケーブル１の冷媒用復路Ｆ１及び冷媒用往路Ｆ２（図２参照）に冷媒を循環させる。冷媒には、例えばプロピレングリコールや水が好適である。

図２は、充電用ケーブル１の構造を示す図である。図２に示すように、充電用ケーブル１は、太径の第１のケーブル部１０及び細径の第２のケーブル部２０を備える。充電用ケーブル１は、「８」字状の断面形状を有する（いわゆるダルマ型）。第１のケーブル部１０と第２のケーブル部２０は、長手方向に沿って並設され、首部３０を介して連設される。すなわち、第１のケーブル部１０と首部３０と第２のケーブル部２０とは、連設されている。なお、首部３０を省略し、第１のケーブル部１０と第２のケーブル部２０が直接連設されてもよい。

第１のケーブル部１０は、低温の冷媒が流通する第１の冷媒用通路Ｆ１を有し、第２のケーブル部２０は、第１の冷媒用通路Ｆ２に連通する第２の冷媒用通路Ｆ２を有する。ここでは、第２の冷媒用通路Ｆ２は、循環装置３から送出された低温の冷媒を第１の冷媒用通路Ｆ１まで移送する冷媒用往路である（以下「冷媒用往路Ｆ２」と称する）。第１の冷媒用通路Ｆ１は、低温の冷媒がケーブルコアを冷却しつつ循環装置３に戻る冷媒用復路である（以下「冷媒用復路Ｆ１」と称する）。冷却用復路Ｆ１を流通する際にケーブルコアの発熱によって暖められた高温の冷媒は、そのまま冷却装置３に戻るので、第１のケーブル部１０に冷媒用往路を配置し、第２のケーブル部２０に冷媒用復路を配置する場合に比較して、冷却効率を高めることができる。

第１のケーブル部１０は、電力線１１、制御線１２、接地線１３、シース１４及び復路用パイプ１５を有する。電力線１１、制御線１２及び接地線１３を撚り合わせた集合線がケーブルコアとなる。

電力線１１は、それぞれ、例えば複数本の導体素線を撚り合わせたすずめっき軟銅線を、さらに複数束撚り合わせてケーブル導体とし、絶縁体（例えば架橋ポリエチレン）で被覆した構成を有し、車載バッテリーを充電するための電力を伝達する。本実施の形態では、２本の電力線１１が撚り合わされてユニット化されている。電力線１１の構成（例えば導体断面積や撚り数等）は、通電容量や周波数等に応じて適宜決定される。

制御線１２は、それぞれ、例えば複数本の導体素線を撚り合わせたすずめっき軟銅線を、絶縁体（例えば架橋ポリエチレン）で被覆した構成を有し、電気自動車ＥＶの充電制御装置（図示略）と制御信号の送受信を行う。本実施の形態では、６本の制御線１２が撚り合わされてユニット化されている。

接地線１３は、導体素線を撚り合わせたすずめっき軟銅線を、絶縁体（例えば架橋ポリエチレン）で被覆した構成を有する。

復路用パイプ１５は、例えば可とう性に優れた樹脂材料で形成され、特に、耐冷媒性に優れ、高耐圧のポリ塩化ビニル等が好ましい。復路用パイプ１５の内部が、循環装置３で冷却された低温の冷媒が流通する冷媒用復路Ｆ１である。復路用パイプ１５の一方の端部は、循環装置３の冷却装置（図示略）に接続され、他方の端部は例えば充電カプラ内で往路用パイプ２１に連通する（図示略）。復路用パイプ１５を用いることにより、冷媒用復路Ｆ１を容易に形成することができる。

復路用パイプ１５の内部に、電力線１１、制御線１２及び接地線１３を撚り合わせたケーブルコアが配置され、これらの周囲に冷媒（例えばプロピレングリコール）が流通する。復路用パイプ１５の外周面に、可とう性に優れた絶縁材料（例えば架橋ポリエチレン、ゴム、ポリ塩化ビニルなど）からなるシース１４が形成される。この構造により、例えば特許文献１に記載されるような水路を、ケーブルの中心に１本設けた場合に比べて、冷媒とケーブルコアの接触面積が大きくなるので、効率良くケーブルコアを冷却することができる。電力線１１、制御線１２、及び接地線１３は、圧送される冷媒に浸漬されるので、耐冷媒性に優れる高耐圧のものが好ましい。

第２のケーブル部２０は、往路用パイプ２１の外周面に、例えば架橋ポリエチレンからなるシース２２が形成された構成を有する。往路用パイプ２１は、復路用パイプ１５と同様に、例えばポリ塩化ビニルで形成される。往路用パイプ２１の内部が、冷却装置で冷却された低温の冷媒を冷媒用復路Ｆ１まで移送する冷媒用往路Ｆ２である。往路用パイプ２１の一方の端部は、循環装置３のポンプ（図示略）に接続され、他方の端部は例えば充電カプラ内で復路用パイプ１５に連通する（図示略）。往路用パイプ２１を用いることにより、冷媒用往路Ｆ２を容易に形成することができる。

冷却装置３で冷却された低温冷媒は、冷媒用往路Ｆ２を流通して冷媒用復路Ｆ１まで移送される。通電時にケーブル導体で生じる発熱は、冷媒用復路Ｆ１を流通する低温冷媒に吸収される。暖められた高温冷媒は冷媒用復路Ｆ１を流通して冷却装置３に戻り、冷却される。このように、冷媒用往路Ｆ２及び冷媒用復路Ｆ１内を冷媒が循環する。

冷媒用復路Ｆ１に冷媒が流れることにより、ケーブル導体の発熱が抑制されるので、導体サイズが同じであっても、許容電流値は大きくなる。したがって、現状のケーブルサイズを維持しつつ、大電流化を図ることができる。例えば、冷媒流路のない充電用ケーブルにおいて、通電電流を大きくしようとすると、電力線の導体サイズを大きくする必要があり、それに伴い概算重量は重くなるが、本実施の形態の充電用ケーブル１では導体サイズを維持したまま対応することができる。

また、充電用ケーブル１では、冷媒用復路Ｆ１と冷媒用往路Ｆ２が分離して形成されているので、相互の熱の影響をほぼ無視することができる。したがって、冷媒用復路Ｆ１と冷媒用往路Ｆ２が近接して配置される場合に比較して、ケーブル導体の冷却効率が向上する。

第１のケーブル部１０のシース１４と第２のケーブル部２０のシース２２は、押出成形により一体的に形成される。シース１４、２２の押出成形には、一般的な自己支持型ケーブルと同様の方法を適用できる。例えば、図３に示すニップル４０を用いて、往路用パイプ２１を細径部４１に挿通し、電力線１１、制御線１２及び接地線１３を内包する復路用パイプ１５を太径部４２に挿通した状態で、シース１５、２２を押出成形することで、第１のケーブル部１０と第２のケーブル部２０を容易に一体化することができる。充電用ケーブル１は、第１のケーブル部１０と第２のケーブル部２０が一体化されているので、取り回し性に優れ、充電作業を行う一般ユーザーも容易に取り扱うことができる。

このように、実施の形態に係る充電用ケーブル１（内部冷却ケーブル）は、電流が流れる電力線１１を含むケーブルコアと、ケーブルコアを冷却する冷媒が流通する冷媒用復路Ｆ１（第１の冷媒用通路）と、を有する第１のケーブル部１０と、冷媒用復路Ｆ１に連通する冷媒用往路Ｆ２（第２の冷媒用通路）を有し、長手方向に沿って第１のケーブル部１０に並設される第２のケーブル部２０と、を備える。第１のケーブル部１０と第２のケーブル部２０は、押出成形により一体的に形成されている。言い換えると、第１のケーブル部１０と第２のケーブル部２０は、首部３０を介して、または、首部３０を介さないで、連設されている。

充電用ケーブル１は、第１のケーブル部１０と第２のケーブル部２０が押出成形により一体的に形成されるので、生産性に優れ、取り回し性もよい。また、冷媒用復路Ｆ１と冷媒用往路Ｆ２が離間して形成されているので、ケーブルコアの冷却効率が高い。したがって、大電流が要求される充電用ケーブルとして好適である。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、内部にケーブルコアが配置されない冷媒用復路Ｆ１専用の復路用パイプを第１のケーブル部１０内に１本または複数本配置してもよい。この場合、復路用パイプは、電力線に近接して配置される。内部にケーブルコアが配置されない冷媒用復路専用の復路用パイプを複数本配置する場合は、冷媒用復路と電力線との接触面積が大きくなるので、１本の場合に比べてより効率良くケーブルコアを冷却することができる。

また例えば、押出成形により冷媒用復路Ｆ１及び冷媒用往路Ｆ２を形成することもできる。この場合は、復路用パイプ１５及び往路用パイプ２１を省略することができる。

また例えば、第１のケーブル部１０に冷媒用往路を配置し、第２のケーブル部２０に冷媒用復路を配置して、冷媒用往路を流通する低温冷媒がケーブルコアの発熱を吸収し、暖められた冷媒が冷媒用復路を流通して冷却装置に戻るようにしてもよい。暖められた冷媒が第２のケーブル部２０内を流通することになるが、冷媒用復路と冷媒用往路は離間して形成されているので、ケーブルコアの冷却効率は確保される。

本発明の内部冷却ケーブルは、充電用ケーブルに限らず、大電流が要求される用途に好適である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 充電用ケーブル（内部冷却ケーブル）
２ 電源ユニット
３ 循環装置
１０ 第１のケーブル部
１１ 電力線
１２ 制御線
１３ 接地線
１４ シース
１５ 復路用パイプ
２０ 第２のケーブル部
２１ 往路用パイプ
２２ シース
Ｃ 急速充電器
Ｆ１ 冷媒用復路（第１の冷媒用通路）
Ｆ２ 冷媒用往路（第２の冷媒用通路）

Claims (3)

1. 電流が流れる電力線を含むケーブルコアと、前記ケーブルコアを冷却する冷媒が流通する第１の冷媒用通路と、を有する第１のケーブル部と、
   前記第１の冷媒用通路に連通する第２の冷媒用通路を有し、長手方向に沿って前記第１のケーブル部に並設される第２のケーブル部と、を備え、
   前記第１のケーブル部と前記第２のケーブル部は、押出成形により一体的に形成され、互いに連結された８字状の断面形状を有しており、
   前記電力線は、導体を絶縁体で被覆した構成を有しており、
   前記ケーブルコアは、前記第１の冷媒用通路内に配置されていることを特徴とする内部冷却ケーブル。
2. 前記第１の冷媒用通路及び前記第２の冷媒用通路は、パイプで形成されることを特徴とする請求項１に記載の内部冷却ケーブル。
3. 前記第２の冷媒用通路は、循環装置から送出される低温の冷媒が流通する冷媒用往路であり、
   前記第１の冷媒用通路は、前記第２の冷媒用通路を流れる冷媒が循環して戻る冷媒用復路であることを特徴とする請求項１または２に記載の内部冷却ケーブル。

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