高功率直流充电站内部的液冷电源模块

简答：液冷电源模块是高功率充电站的计算单元—— 60千瓦 每个模块都是一个完整的交流-直流转换器，安装在液冷板上。一个360kW的变电站由六个这样的模块共用一个直流母线组成。每个模块都包含独立的整流电路、采用SiC MOSFET的隔离式直流-直流转换级、控制电子器件和保护电路，由于0.025 K/W的液冷板在15.8 L/min的冷却液流量下，即使在满负荷运行时也能将结温保持在85°C左右，因此峰值效率高达97%。模块化架构使得360-960kW的变电站易于维护：故障模块会自动隔离，变电站以降低的功率继续运行，技术人员只需约40分钟即可使用快速连接的冷却液接头更换模块。模块也是升级的通用标准——只需在机柜中添加两个60kW的模块，即可将480kW的变电站升级为600kW。

要点总结：

• 60kW液冷模块是一个完整的转换器：交流输入、SiC直流-直流级、隔离输出、自身保护。
• 97% 的峰值效率来自 0.025 K/W 冷板和 15.8 L/min 流量保持结，温度接近 85°C。
• 冗余设计：故障模块隔离，站点降额运行一个模块，服务在 40 分钟内完成切换。
• 模块是升级途径：通过添加 60kW 模块，可将功率从 360kW 提升至 480kW 再提升至 600kW。 sp是机柜插槽。
• 40kW 和 60kW 模块系列涵盖了 360–960kW 的整个范围，并且只有一个备件库。模块即机器

高功率充电的语言已经改变：买家不再购买“充电器”，而是购买一个模块柜。60kW液冷功率模块是一个完整的功率转换单元——包括交流输入端子、功率因数校正整流器、带SiC MOSFET的隔离式DC-DC转换器、输出级、控制电子元件和保护装置——所有组件都安装在液冷板上，尺寸设计成可以像服务器一样滑入机柜插槽。一个360kW的充电站由六个模块组成；一个960kW的充电中心则由十六个模块组成。

模块化设计体现了该产品系列的经济性。一种模块设计即可满足360kW至960kW范围内所有规格的加油站需求，因此，拥有不同规格加油站的走廊式运营商只需储备一种备用模块即可。同样的模块也是升级的通用标准：只需添加模块，带有备用插槽的机柜即可将功率从360kW扩展到480kW，再到600kW，而无需改动冷却回路、分配器或固件架构。

模块的独立保护机制是冗余设计得以实现的关键。每个模块都会监测自身的输入电压、输出电流、温度和绝缘情况，并在发生故障时自动与直流母线隔离——电站控制系统会检测到一个模块离线，并继续以降低的功率运行其余模块。故障的粒度取决于模块的功率：对于一个480kW的电站来说，60kW的损失仅相当于12.5%的容量损失，而非停电。

60kW模块内部

电源路径：三相交流输入，经功率因数校正器（负载低至 20% 时功率因数仍高于 0.9）整流后进入直流母线，然后通过高频隔离式 DC-DC 转换器（采用开关频率为 40–100kHz 的 SiC MOSFET），输出至 200–1000V 的直流母线。隔离变压器将电网侧与车辆侧隔离——这是 IEC 61851-23 标准隔离要求的依据。

碳化硅（SiC）阶段是效率的关键所在：SiC器件兼具低导通损耗和快速低损耗开关特性，而液冷板则能将其保持在设计温度，从而避免因过热而削弱这些优势。满载时的实测损耗预算：60kW模块约为1.86kW——其中55%为导通损耗，30%为开关损耗，10%为磁性元件损耗，5%为辅助电子元件损耗。97%的峰值效率正是上述损耗预算的总和。

控制电子设备负责运行模块在电站逻辑中的部分：输出电压和电流调节、保护阈值以及可向OCPP报告的状态。每个模块都会报告自身的健康数据——温度、流量、效率、故障计数器——电站的远程诊断系统正是通过这些数据，在模块发生故障之前，告知运行团队哪个模块正在出现性能下降。

冷板：液体与电子元件的交汇处

冷板是模块的热基础：一块液冷铝制底板，内部通道输送40%丙二醇冷却液，功率级到冷却液的导热系数为0.025 K/W。在0.8–1.0 bar的压力下，每个模块堆叠的冷却液流量为15.8 L/min，在45°C的环境温度下，冷板可将模块在满载时的结温保持在85°C左右——比元件极限温度低约20°C。

模块底板与冷板之间的热界面是一个厚度为 0.5 毫米、导热系数为 0.15 K/W 的导热垫。该导热垫属于消耗品：每次更换模块时都需要更换。安装螺钉的扭矩顺序经过严格规定，以确保导热垫均匀受压——扭矩分布不均会导致局部过热，并在季度红外扫描中显现出来。

快速连接冷却液接头是该模块易维护性的关键所在：干式快速接头每次断开连接仅损失不到 5 毫升冷却液，因此更换模块不会排空站内冷却液循环系统。接头采用极性防呆设计，模块的入口过滤器（100 微米）可保护内部通道——该过滤器包含在年度维护套件中。

冗余和故障行为

该加油站的故障机制在于模块的行为：模块故障会自我隔离，警报通过 OCPP 协议传输，加油站以降低的功率继续运行。在一个 480kW 的加油站中，一个模块故障意味着同一组加油机的功率降至 420kW——这是一次维护事件，而非驾驶员可见的停电。控制系统会将功率重新分配到其他正常运行的模块，以确保正在运行的加油时段不会低于其协商的功率。

更换流程是现场常规操作：关闭机柜部分电源，断开冷却液接头和直流/交流连接，滑出旧模块，滑入新模块，然后重新通电——经过培训的技术人员大约需要 40 分钟。40kW 模块系列（用于 400kW 和 800kW 配置）采用相同的操作流程和接头，因此一次培训即可涵盖整个产品线。

性能衰减模式是通过监测而非发现实现的：组件的温度和效率趋势可通过 OCPP 遥测数据查看，年度审查会在组件失效前发出过热或效率下降的预警。运行预算中每年 2% 的组件储备金用于支付最终的更换费用。

40kW 和 60kW 系列

该产品系列提供两种模块尺寸：40kW 模块（流量 12 升/分钟，用于 400kW 十模块和 800kW 二十模块配置）和 60kW 模块（流量 15.8 升/分钟，用于 360kW、480kW、600kW、720kW 和 960kW 配置）。40kW 模块的精细化程度更适合卡车密集、需要精确分配的场所；60kW 模块的高密度则更适合机柜空间有限的走廊式站点。

这两个系列产品采用相同的架构：冷板、SiC DC-DC转换器、独立保护和快速连接服务。两者均报告相同的遥测数据，并遵循相同的维护流程。运营400kW站场和800kW卡车站点的车队运营商配备一种备用模块（40kW）；运营480-960kW站点的走廊运营商配备60kW备用模块。

模块额定功率决定了充电站特定电压下的电流：例如，1000V 输出电压下，60kW 的模块每个模块可提供 60A 的电流；六个模块并联，在电压范围上限时，每根电缆可提供 600A 的电流。低于 600V 输出电压时，模块电流限制会限制充电站每个端口的功率——正是由于这个物理原理，无论充电站规模大小，400V 车辆的充电功率都约为 240kW。

效率和热预算

该模块97%的峰值效率不仅体现在电性能上，也体现在热性能上：满载时，模块通过冷板散发1.86kW的热量，并通过回路输送至散热器。从20%到100%的负载范围内，效率曲线始终保持在94%以上，这是因为冷板能够使结温在整个负载范围内保持稳定——与风冷模块不同，该模块在部分负载下不会出现效率下降。

站点级效率是指模块效率减去辅助设备（例如泵、风扇、控制系统和分配器电子设备）的能耗，这些设备大约消耗1%的吞吐量。模块遥测功能使操作员能够实时查看站点级运行情况——每个模块的输入能量、输出能量以及损耗数据，这些数据会显示在每月能源审计报告中。

每个模块的冷却负荷是散热器尺寸设计的起始值：60kW 模块满负荷运行时为 1.86kW，40kW 模块满负荷运行时为 1.24kW。一个 480kW 的电站的八个模块总共会产生约 14kW 的热量，散热器、风扇和膨胀水箱的尺寸均根据该总和以及 55°C 的环境温度上限进行设计。

模块生命周期和升级路径

该模块的设计寿命为10年或10万运行小时，其中冷板和功率级的寿命比输入级中的电解电容器更长——电解电容器是计划中的首批更换部件，大约在8年后更换。年度维护包括通过模块的遥测功能对电容器进行健康状况监测。

升级路径是该模块的第二项功能：一个带有两个备用插槽的 480kW 机柜，只需添加两个 60kW 模块，即可升级至 600kW，前提是电网容量已相应配置。升级工作可在现场当天完成——只需插入模块、更新固件配置文件、进行满载老化测试即可——这也是为什么现场设计指南建议从一开始就按目标容量订购电网的原因。

MIDA液冷增压器系列

这款大功率直流充电站内部的液冷电源模块，是围绕同一散热架构打造的一整套大功率充电设备系列的一部分。 落地式直流充电站 平台承载着电源柜和分配器区域， 液冷系统 这是本文所述每种配置背后的闭环热架构，以及 液冷式电源模块 是每个站点的核心组成部分。买家可以比较完整的 直流电动汽车充电器 阵容及完整信息 产品目录 以匹配功率等级、连接器标准和现场要求。

常见问题解答

1. 什么是液冷电源模块？ 一套完整的交流-直流转换器——包括整流器、隔离式碳化硅直流-直流转换级、控制装置和保护装置——安装在液冷板上，尺寸设计适合机柜安装。一个360kW的电站由六个60kW的模块组成；一个960kW的中心站由十六个模块组成。

2. 该模块如何实现 97% 的效率？ 0.025 K/W 的冷板在 15.8 L/min 的流量下，使满载时的结温保持在 85°C 左右，较低的结温意味着更小的功率损耗。SiC MOSFET 级兼具低导通损耗和快速开关特性，而冷板则确保了其在负载下的这一优势。

3. 当模块发生故障时会发生什么？ 它会与直流母线隔离，报警信号通过OCPP传输，电站以降低的功率继续运行——对于一个480kW的电站来说，60kW的功率损失仅相当于12.5%的容量损失，而非停电。技术人员大约40分钟即可更换模块。

4. 如何更换模块？ 关闭机柜部分的电源，断开快速连接冷却液接头（冷却液损耗小于 5 毫升），断开直流和交流连接，滑出旧模块，滑入新模块，然后重新通电。由于采用了干式断开接头，因此无需循环排水。

5. 能否通过添加模块来升级空间站？ 是的——每种配置的机柜都预留了两个空位。添加 60kW 模块即可将功率从 480kW 升级到 600kW，或从 600kW 升级到 720kW，前提是电网和变压器的容量能够满足要求。升级工作当天即可完成。

6. 一个模块能用多久？ 设计寿命为10年或10万工作小时。输入级电解电容器是计划的首批更换部件，大约在8年后更换，年度维护包括通过模块遥测技术对电容器健康状况进行监测。

7. 买方应该采用哪种模块尺寸作为标准？ 运营360-960kW充电站的走廊运营商统一采用60kW模块——整个网络仅需一种备用模块。运营400kW车库和800kW卡车站点的车队运营商统一采用40kW模块。

相关新闻

• 高功率充电的未来：液冷式电动汽车电源模块技术
• 40kW/60kW液冷充电模块：电动汽车充电站的新技术基准
• 液冷式电动汽车超级充电站：技术概述
• 液冷技术如何帮助直流充电器最大限度地提高性能
• 液冷与风冷：哪种更适合直流充电器？