为什么液冷直流充电器能达到97%的效率

简答：液冷直流充电器的峰值效率可达 97%，这是因为冷却液循环系统在满载时能将半导体结温维持在 85°C 左右，而半导体损耗（功率转换器中的主要损耗机制）会随温度急剧上升。在每模块堆通过 0.025 K/W 冷板的流量为 15.8 L/min 的情况下，一个 60kW 的模块能够使其 SiC 和 IGBT 器件保持在设计点运行，而无需降额，这正是效率提升的来源。97% 效率下的损耗预算：每个 60kW 模块在满负荷输出时大约会产生 1.8kW 的热量。 sp损耗主要体现在传导损耗、开关损耗、磁损耗和辅助损耗之间。与风冷设计相比，这种1-1.5个百分点的效率优势，累积起来可使每输送10万千瓦时电力节省4000-6000千瓦时——这个数字会体现在运营商的月度能源审计中。

要点总结：

• 结温控制是其作用机制：结温每降低 10°C，开关损耗和导通损耗就会显著降低。
• 一个效率为 97% 的 60kW 模块会浪费大约 1.8kW 的功率；液体循环通过 0.025 K/W 的冷板将其排出。
• 从 20% 到 100% 的负载范围内，效率保持在 94% 以上，而不仅仅是在数据表峰值处。
• 液冷还可以减少辅助损耗——在 360kW 规模下，风扇功率从 3-5kW 降至 2kW 以下。
• 按照相同的方法测量，在相同功率下，液冷效率比风冷效率高 1-1.5 个百分点。“97%效率”的真正含义是什么？

直流充电器的效率是指直流输出功率与交流输入功率之比，测量点为模块端子，并包含模块自身的控制功率。一个效率为 97% 的 60kW 模块从交流侧接收 61.86kW 的功率，并将 60kW 的功率输出到直流母线；缺失的 1.86kW 功率转化为热量，需要冷却系统排出。实际情况是：在 97% 的效率下，一个 60kW 的模块在满负荷运行时每小时会散发约 1.9kWh 的热量，而一个 360kW 的充电站每小时会散发约 10kWh 的热量。

效率指标至关重要，它影响能源账单和冷却设计。一座电站每月输送 10 万千瓦时的电量，效率为 97% 时，转换损耗约为 3000 千瓦时；效率为 95.5% 时，损耗约为 4700 千瓦时。两者相差 1700 千瓦时/电站/月——这还不包括效率较低的设计需要风扇功率来排出多余热量。

需要注意的是：97% 是峰值效率，是在模块的最佳工作点（通常为额定电压下额定输出的 60% 至 80%）测得的。真正有用的工程数据是负载下的效率曲线，液冷模块在 20% 到 100% 负载范围内都能保持 94% 以上的效率。在部分负载下，冷却液循环系统能够保持温度稳定，因此效率曲线保持平稳，而不会像风冷模块在低负载和高环境温度下那样出现下垂。

物理学原理：为什么温度是效率杠杆

功率变换器中的半导体损耗分为导通损耗和开关损耗，两者都会随着结温升高而增大。导通损耗增大的原因是MOSFET的导通电阻和二极管的正向压降随温度升高而增大——对于碳化硅器件，通常为0.5%至0.7%/°C。开关损耗也会随温度升高而增大，因为IGBT的尾电流和二极管的恢复电荷对温度敏感。两者相加形成一个自增强回路：结温升高会产生更多损耗，而损耗又会产生更多热量。

液冷打破了循环回路。在45°C的环境温度下，一个进水温度为30–36°C、冷却液流量为15.8 L/min的0.025 K/W冷板，能使一个60kW模块在满载运行时结温保持在约85°C。而在相同条件下，一个采用翅片式散热器的风冷模块，其结温则高达110–125°C——而且在该温度下，同一器件的损耗会增加15–25%。两种技术之间的效率差距主要在于温度差异，而非器件本身的功率差异。

器件的选择进一步强化了其优势。液冷模块的输出级采用SiC MOSFET，兼具低导通损耗和快速低损耗开关特性。冷却回路能够使SiC器件保持足够低的温度，从而避免其优势因温度升高而降低。模块实测数据：满载时，导通损耗约占总损耗的55%，开关损耗约占30%，磁性元件损耗约占10%，辅助电子元件损耗约占5%。

损失预算详情

对于效率为 97% 的 60kW 模块，其损耗预算为 1.86kW。其中，输入整流器和输出级的导通损耗约为 1.0kW，这是电流流经半导体通道和母线的电阻损耗。开关损耗约为 0.56kW，这是由于开关器件的有限转换时间造成的。磁损耗（包括隔离式 DC-DC 级变压器铁芯和绕组的损耗）约为 0.19kW。控制电子器件、栅极驱动器和传感器损耗为剩余的 0.11kW。

该预算中的每个要素都与温度相关，因此冷却设计会影响效率曲线。结温升高 20°C 时，传导损耗大约增加 10%–14%，开关损耗增加 5%–8%，模块的峰值效率下降 0.3%–0.5%。液冷回路的作用是将模块保持在数据手册规定的温度，从而确保用户实际获得的效率与数据手册规定的效率一致。

在比较不同供应商的产品数据时，测量方法至关重要。效率应使用校准过的仪表，在组件额定电压和特定环境条件下，于组件端子处进行测量，并需同时提供测量条件。在实验室工作台上，25°C环境温度下测得的97%效率值与45°C环境下测得的97%效率值不具有可比性。务必索取效率曲线和测量条件，并检查部分负载下的效率值——在30%负载下效率低于92%的曲线，在实际应用中会造成经济损失。

辅助损耗：隐藏的效率线

模块转换损耗只是效率问题的一半；加油站的辅助系统消耗的电力最终并未输送至车辆。在一个360kW液冷加油站中，辅助系统包括冷却液泵（约1.5kW）、散热风扇（0.5-1.5kW，取决于负载）、控制系统和显示器（0.2-0.4kW）以及加注机电子设备（每个加注机约0.15kW）。满负荷运行时，辅助系统的总功耗约为3.5-4kW，而输出功率为360kW——约占吞吐量的1%。

风冷电站除了承担同样的辅助设备负担外，风扇费用也更高：在360kW规模下，风冷风扇在温暖天气下会持续消耗3-5kW的功率，因为​​它们无法将转速降低到低于失速点。而液冷散热器风扇则根据冷却液温度调节转速，在部分负荷下可降至30%。在30%利用率下，仅风扇功率的差异，一年下来每个电站就能节省8,000-15,000kWh的电量。

空闲损耗是另一条辅助线路。液冷工作站空闲时会消耗约 180W 的功率，以维持控制系统和显示器的正常运行； OCPP 睡眠模式会将充电功率降至 40 瓦。一年下来，每个充电站通过睡眠模式可节省约 1200 千瓦时电量。虽然相对于充电站的吞吐量而言，这只是一个很小的数字，但这却是区分运营良好的充电站和仅仅繁忙的充电站的关键所在。

现场效率测量

数据表效率是实验室测量值；现场效率是实际运行效率，两者存在差异。我们采用的现场测量方案是：在一周的实际运行期间，记录加油站计量点的交流输入能量和加油机的直流输出能量，并计算包含辅助设备的加油站级效率。实际液冷加油站的典型利用率下，加油站级效率为 94.5%–96%，低于模块级效率 97%（这是由于辅助设备损耗、连接器损耗和电缆损耗造成的），但始终比同等运行的风冷加油站高出 1.5–2.5 个百分点。

连接器和电缆损耗值得一提，因为它们常常被归咎于充电器。在 600A 的电流下，一对连接器的接触电阻加上电缆电阻会在满电流下损耗 300-500W 的功率——大约占 360kW 充电功率的 0.1%。随着连接器的磨损，这个数值还会增加，因此，维护计划中每季度进行的接触电阻检查既能保证效率，又能保障安全。

计费和计量说明：电站的电表计量输送的电量，输入电量与输送电量之间的效率差距即为运营商的运营成本。采用分时电价的运营商应了解，效率损失与输送电量成正比，因此高峰时段每千瓦时的成本更高——这也是将非高峰时段的用电成本转移到非高峰时段的另一个理由。

效率与商业案例

效率优势可直接转化为收益。一座360千瓦的液冷电站，每月输送10万千瓦时的电量，电站效率为96%，则损耗4200千瓦时；而一座同等规模的空冷电站，效率为94%，则损耗6400千瓦时。按每千瓦时0.20欧元的综合能源成本计算，液冷电站每月可节省440欧元，每年节省5300欧元。在一个拥有10座电站的网络中，每年可节省5.3万欧元，足以覆盖该技术相当一部分的资本溢价。

从车队层面来看，效率也会影响需求电价：转换损耗会转化为站点需求曲线上的额外负荷，而效率降低2个百分点就能减少相应的负荷。例如，一个900kW的枢纽站，如果模块效率为97%而不是95.5%，就能减少约28kW的热量浪费——需求量减少3%，这在按需求付费的电价模式下是一笔不小的数目。

效率提升的另一个方面体现在冷却方面：每避免1千瓦的损耗，冷却系统就无需排出1千瓦的热量。一个效率为97%、功率为960千瓦的轮毂需要排出约29千瓦的热量；而效率为95.5%的同等轮毂则需要排出约45千瓦的热量——冷却负荷增加了55%。液冷架构能够有效降低冷却负荷，并且散热器、水泵和风扇的尺寸也相应地进行了优化。

购买前请核实效率声明

在充电设备采购中，效率数据是最常被提及但验证最少的指标，而验证方法其实很简单。首先，要查看效率曲线，而不是峰值效率：如果供应商标称峰值效率为 97%，则还应提供在指定环境温度和输出电压下，负载从 20% 到 100% 的效率曲线。曲线反映了设备的运行情况——在整个负载范围内效率保持在 94% 以上的模块，与峰值效率为 97% 但在 30% 负载下降至 91% 的模块，是截然不同的产品。

其次，检查测量条件。在实验室工作台上，25°C环境温度下测得的97%效率值与45°C环境下测得的效率值不具有可比性；一旦测量条件一致，不同厂商之间的效率差距通常会缩小。标准要求提供测量方法、测量仪器以及校准溯源性——如果厂商无法描述测量设置，那么其提供的数据就缺乏依据。

第三，索取现场数据。面向国内市场的制造商会提供真实的加油站级测量数据——包括计量表处的输入能耗和加油机的输出能耗，并持续数周的运行数据。加油站级数据（典型使用情况下，液冷式加油机的能耗效率为 94.5% 至 96%）才是影响运营商能源账单的关键指标，能够提供此类数据的供应商才是真正拥有可靠产品的供应商。

第四，要模拟差异，而不是营销噱头。液冷和风冷之间1-1.5个百分点的能效优势，换算成每10万千瓦时输送量，每个百分点可节省约1700千瓦时——按每千瓦时0.20欧元计算，即每10万千瓦时每个百分点可节省340欧元。将运营商的实际月用量代入计算，这部分能效溢价就会成为商业计划书中的一项重要内容，而不是空谈。

第五，核对数据表中的损耗预算：传导损耗、开关损耗、磁性损耗和辅助损耗之和应与标称效率相符。如果数据表中的各项数值不符，则说明该数据表未经核查，其预测的产品也未经测试。核查只需一个下午，而买错产品却可能要五年才能发现。

MIDA液冷增压器系列

液冷直流充电器为何能达到97%的效率？这背后的原因在于，它源于一系列采用同一散热架构的高功率充电设备。 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. 97% 的效率真的能够实现吗？还是只是营销噱头？ 在模块层面，在模块的最佳工作点和特定条件下，这是可以实现和测量的。其工程原理很简单：冷却回路将结温维持在设计点，而较低的结温损耗更小。您可以向任何供应商索取效率曲线和测量条件。

2. 为什么液冷比风冷效率更高？ 由于半导体损耗随温度升高而增加，液冷可以使器件在满载时温度降低 20–40°C。一个 0.025 K/W、流量为 15.8 L/min 的冷板可以将结温保持在 85°C 左右；而风冷散热器则会使结温升高至 110–125°C，此时导通损耗和开关损耗会高出 15–25%。

3. 实际的站点级效率是多少，而不是模块数量是多少？ 通常情况下，包括辅助设备、连接器和电缆在内，典型利用率可达 94.5% 至 96%。由于泵、风扇和控制系统也会消耗电力，因此站级效率始终低于模块级效率。不同技术之间的公平比较应以站级效率为准，并采用相同的测量方法。

4. 提高效率能节省多少钱？ 每提高一个能效等级，每输送10万千瓦时电力，大约可节省1700千瓦时。对于每月用电量为10万千瓦时的电站而言，能效等级提高2级，按每千瓦时0.20欧元计算，每月可节省约440欧元，每年每个电站可节省5300欧元，此外还能降低需量电费并减轻制冷负担。

5. 夏季效率会下降吗？ 液冷：不会出现明显的性能下降，因为回路能将结温稳定在高达 55°C 的环境温度下；风扇转速会提高，但器件仍保持在设计温度。风冷：是的，数据手册中的降额曲线适用，效率会随环境温度降低而下降。

6. 如何衡量现场效率？ 记录一周内（包括空闲时间）加油站电表处的交流输入能量和加油机处的直流输出能量。该比值即为加油站效率。模块效率在工厂内使用校准过的电表，在规定的电压、负载和环境条件下进行测量。

7. 效率为 97% 的模块内部包含哪些器件？ 液冷式 60kW 模块的输出级采用 SiC MOSFET，并采用高频隔离式 DC-DC 设计。冷却液循环系统使 SiC 器件保持在设计温度，从而保证其在负载下仍能保持低损耗优势。

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