直流充電樁的散熱方式-強制風冷

強制風冷是指通過風扇來強制循環空氣的散熱方式。風扇直接對著“熱源器件”（如MOS管、變壓器、電感、電解電容等）吹風或者抽風，以強排風的方式將熱量帶走。像MOS管這種熱源器件，需要將MOS緊貼散熱器，將MOS管的熱量分散開來，因為MOS管的體積很小，熱量很集中，累積得很快。散熱器大一些，風扇的轉速就可以小一些。

2025-12-03霆翔電氣（上海）有限公司27

由于充電樁的使用環境非常苛刻，工業界也一直在尋求散熱方式的突破。強制風冷、獨立風道、液冷、自然冷卻等四種散熱方式都用在了不同類型的直流充電樁上。本文主要討論前兩種方式。

強制風冷

強制風冷散熱方式是室內使用的開關電源類產品最常見的散熱方式，如服務器電腦、臺式電腦電源。和自然冷卻相比，強制風冷散熱更快、效率更高。強制風冷的缺點是：防護等級低，噪音大。

在強制風冷的方式中，一種特別的設計便是利用強制風扇和熱管一同進行散熱，這種設計方式在大功率電子產品（比如筆記本電腦、高性能臺式電腦等）中尤為常見。利用熱管的原理是通過熱管內部的液體蒸發和冷凝的方式來完成熱量的傳遞。具體而言，熱管內部有一個低位和一個高位，低位緊貼在熱源上，高位則連接風扇較高的位置。熱源上的高溫使得熱管內部的液體蒸發，而蒸汽則會由低位的地方流向高位，流動到高處后，由于風扇的幫助，蒸汽會快速地冷凝成液體，熱量轉移完成。利用熱管的方式，能夠在不增加太多空間的情況下解決散熱問題，同時也不影響產品性能和外觀的美觀。但是這種散熱方式并沒有在充電模塊領域獲得應用。

強制風冷的開關電源，講究的是風道的設計，如圖1所示是能效電氣的40kW充電模塊的內部和整體照片。現在的充電模塊多是采用兩個單板對扣的方式，共用80風扇，三個80風扇將大約1600W的熱量帶走。僅靠仿真是無法準確得知每個發熱元器件在不同環境溫度下的溫升。在溫度控制策略確定之前，需要上百個溫度采集探討來測量各種發熱元器件的溫升；但是實際產品中，溫度探頭不可能有這么多。實際產品中可能采用4-8個溫度探頭。根據上百個儀器測量出來的溫度來歸納到幾個溫度探頭的溫度采集結果，抽象出溫度控制算法。

充電模塊本身的防護等級只有IP32，但是，戶外充電樁的防護等級最低要求是IP54。利用充電模塊做成IP54的整樁，需要在模塊外部進行結構設計。為了實現IP5X，在風道的入口和出口要有防塵棉; 為了實現IPX4，在風道的入口和出口要有45度角的百葉窗。這樣一來，風道的阻力加大，就需要在模塊的外結構上增加額外的風扇來增加壓差。做成IP54的防護等級并不難，難的是適應戶外惡劣環境的長期可靠性。本文最后一節將深入說明IP54和IP65。

獨立風道

獨立風道可能不是一個學術名詞，曾經也不是一個約定俗成的圈內用語，但是由于能效電氣的使用，“獨立風道”已作為一種約定俗成的散熱方式，寫進了車企產品的SOR中。

獨立風道表示將PCBA完全密封，熱源器件產生的熱量以傳導的方式傳導到散熱器的齒片上，風扇只是對散熱器齒片吹風或者抽風就能將密封部分產生的熱量帶走。采用這種散熱方式，熱量被大面積的散熱片均勻分散開了，常溫下，風扇以很低的轉速（4000轉）就能將熱量排走，所以噪音可以很小。常溫下的噪音可以控制在45分貝以內。由于PCBA是被密封的，IP6X的“絕塵”是可以保證的。低噪音、高防護，是獨立風道設計的兩大優勢。

基于獨立風道的直流充電樁里面的充電模塊PCBA、充電控制器、充電樁輔助電源、計量單元、絕緣檢測單元等都可以做成板級的，高度集成化地設計為一體，也就是說壓鑄型散熱器里面的部分不僅僅是充電模塊。如圖2是業內享有盛譽的能效電氣20kW獨立風道充電樁里面的“充電模塊”。充電模塊的底殼是壓鑄鋁，底殼的四周有溝槽，溝槽里面有密封圈，上面用鈑金件鎖螺絲的方式實現密封。這樣的密封方式和車載產品是一樣的，理論上是可以做成到IP67的防護等級，但是，由于體積太大，面蓋上要鎖14顆螺絲，做成IP67對生產一致性要求很高。因此，我們說，這是一種基于車規級的設計。

雖然基于獨立風道的一體式充電模塊已集成了諸多充電樁功能單元，但是如果要做成整樁，風扇組件、燈語和急停按鍵這三個包括了電子電路的功能單元還是得放在一體式充電模塊外面。風扇組件、燈語組件和急停按鍵都要選擇IP65以上防護等級的元器件，結構設計上也要確保做到IP65以上，同時，充電模塊和這些功能單元之間的連接線束的端接部分也要使用防水端子。如圖2的右圖所示，有三組帶有防水端子的線束連接充電模塊外部的風扇組件、燈語組件和急停按鍵。

能效電氣出品了一系列基于獨立風道技術的小功率直流產品。獨立風道技術已成為高端直流充電產品的標志。