从风冷到液冷 800kW超充开启分钟级充电时代

800kW超充技术使电动汽车充电速度进入『分钟级』时代，2023年9月，中国工业和信息化部发布了两项电动汽车充电标准（GB/T20234.1-2023和GB/T20234.3-2023），将最大充电电流从250A提高至800A，充电功率提升至800kW，同时保障新老充电接口的兼容性。但高功率充电也带来了严重的发热问题，过去传统的风冷方式在面对大功率时，因散热不均、效果差、噪音大等问题难以满足高效散热的需求，液冷系统解决了这项问题，液冷技术可支持更高的电流和电压，以确保800kW超充设备在高功率条件下稳定运行，也减轻线缆和连接器的重量，改善了设备因过热而损坏，提升电动汽车充电设备的可靠性与寿命。

在充电桩架构中，前级（电源转换初始阶段，包含整流滤波、功率因子校正、EMI滤波）和后级（电源转换后续阶段，包含DC-DC转换、谐振变换、输出滤波）都使用了多种磁性组件来实现高效的能量转换。前级使用的磁性组件有PFC电感、共模电感和差模电感，其中PFC电感用来提高功率因子，减少谐波失真，共模电感则是抑制共模噪声，减少电磁干扰，差模电感处理了滤波和平滑电流。后级会用到差模电感为DC-DC转换器处理滤波工作，主变压器用于电压转换和电气隔离，谐振电感则在谐振变换器中提供高效能量传递。

磁性组件在高功率充电技术中的重要性不容忽视，可从磁芯材料、提高频率、绕线方式、散热管理等技术层面进行优化与设计。

优化磁性组件应对高频与散热的对策

电动车电源模块采用分组式架构，在800kW超充系统中，以每组30kW电源模块需要26组，由于体积受限，电源模块需缩小，但在狭小空间中热量难以散发，导致模块温度升高，可能引发组件失效，降低充电系统的可靠性。

CCM模式下的PFC电感面临磁饱和的问
为了实现充电桩的高功率输出，温度升高是最大的挑战
液冷模块电源在电流密度降低与高频工作的双重压力下
磁性组件从磁芯到绕组优化与设计对于实现800kW高功率超充非常重要，磁芯材料的饱和磁通密度与导磁率，决定了磁芯在特定磁场强度下能容纳的磁通量，高导磁率材料在低磁场强度下容易饱和，高电流则会导致磁通密度急剧增加，使磁芯进入饱和状态，高频操作产生了强烈磁场变化，也会增加磁芯饱和的风险，同时，工作温度升高也会造成导磁率下降，使磁芯更容易饱和，当电感值下降，使滤波效果减弱、共模噪声增加，变压器的转换效率变差，影响整个充电系统的稳定性和可靠性。

磁性组件影响高功率充电效能的关键｜磁饱和电流与温升电流

磁饱和与过热都会对电感的寿命产生负面影响，需要透过制定磁饱和电流（Isat）与温升电流（Irms）两个指标参数，以确保电感在正常工作条件下不会因饱和甚至过热而损坏，在电动汽车充电桩的高功率和高温条件下，磁饱和电流(Isat)能确保电感在大电流条件下不进入饱和状态，保持其储能和平滑电流的能力，温升电流(Irms)则确保电感在允许的温升范围内工作，避免因过热而导致性能下降或损坏，从而，优化充电桩电源系统的整体性能。

饱和电流是以电感值下降程度为指标的额定电流，通常定义为电感值下降20-30%时的电流，可利用直流叠加的方法，测试电感值在不同电流下的衰减情况，以分析电感磁饱和特性。

由于电感本身存在了寄生直流电阻，在工作状态下电感内部温度会随着电流增高而上升，一般会将电感自我温升温度不超过20℃或 40℃时的电流当作温升电流，也是电感产品的应用额定电流，确保在此电流范围内工作时，电感器不会因过热而损坏。

可透过直流迭加方式进行磁饱和电流与温升电流的验证与测试，MICROTEST DC Bias Current Test System最高电流输出到640A，频率响应100Hz-10MHz，提供电流扫图分析功能检视电感受到电流影响导致电感值下降幅度，精密验证磁饱和与温升特性。

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