大功率直流充电模块热模型简化方法及应用

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2026.02.009

电器与能效管理技术 ›› 2026, Vol. 0 ›› Issue (2): 67-76.doi: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2026.02.009

大功率直流充电模块热模型简化方法及应用

姚泽鹏, 黄菊, 周俊辉, 郑宗华, 毛行奎

福州大学电气工程与自动化学院, 福建福州 350108

收稿日期:2025-04-03 出版日期:2026-02-28 发布日期:2026-03-23
作者简介:姚泽鹏(2000—),男,硕士研究生,研究方向为电力电子变流技术。|黄菊(2000—),女,硕士研究生,研究方向为电力电子变流技术。|周俊辉(1999—),男,硕士研究生,研究方向为电力电子变流技术。
基金资助:
国家自然科学基金项目(51207025);国家自然科学基金项目(52107183)

Simplified Method and Application of Thermal Model for High-Power DC Charging Modules

YAO Zepeng, HUANG Ju, ZHOU Junhui, ZHENG Zonghua, MAO Xingkui

College of Electrical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China

Received:2025-04-03 Online:2026-02-28 Published:2026-03-23

摘要/Abstract

摘要：

随着大功率直流充电模块功率等级与功率密度的不断提高,对模块的散热设计提出更为严峻的挑战,其中强迫风冷散热被广泛应用于大功率直流充电模块。首先对模块入口段与充分发展段进行整体流体力学建模,得到统一的数学模型。在此基础上,求得系统阻抗特性曲线后再与风扇静压降联立,确定系统工作点并对散热器热阻进行数学建模。提出一种热模型的简化设计方法,基于该方法搭建了1台采用强迫风冷散热方式的60 kW大功率直流充电模块,并通过有限元仿真和热实验,验证建模与简化设计的合理性和可行性。

关键词: 直流充电模块, 流体力学建模, 散热器热阻, 强迫风冷, 简化方法

Abstract:

With the continuous improvement of the power level and power density of high-power DC charging modules, more severe challenges are posed to the heat dissipation design of modules, among which forced air cooling heat dissipation is widely used in high-power DC charging modules.First of all, the overall hydrodynamic modeling of the module inlet section and fully developed section is carried out to obtain a unified mathematical model.On this basis, the impedance characteristic curve of the system is obtained and then associated with the static pressure drop of the fan to determine the working point of the system and mathematically model the thermal resistance of radiator.A simplified design method of the thermal model is proposed, based on which a 60 kW high-power DC charging module with forced air-cooling heat dissipation is constructed, and the reasonableness and feasibility of the modeling and simplified design are verified through finite element simulation and thermal experiment.

Key words: DC charging module, fluid dynamics modeling, thermal resistance of radiator, forced air cooling, simplified method

中图分类号:

TM910.6

姚泽鹏, 黄菊, 周俊辉, 郑宗华, 毛行奎. 大功率直流充电模块热模型简化方法及应用[J]. 电器与能效管理技术, 2026, 0(2): 67-76.

YAO Zepeng, HUANG Ju, ZHOU Junhui, ZHENG Zonghua, MAO Xingkui. Simplified Method and Application of Thermal Model for High-Power DC Charging Modules[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2026, 0(2): 67-76.

图/表 13

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图2

图3

图4

图5

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表1

图7

表2

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图9

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参考文献 16

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风扇型号(恒泰)	高度/ mm	厚度/ mm	最大静压/ Pa	最大风量/ (m³·s^-1)
DA08025B12S	80	25	276	0.047 1
DA08032B12U	80	32	220	0.037 6
DZ08038B12U	80	38	286	0.046 3
DF08038B12V	80	38	646	0.051 3

器件	单个尺寸(长度×宽度×高度)/mm
共模电感	80×80×50
PFC电感	80×72×45
散热器	85×15×45
母线电容	35×35×45

参数	仿真数值	实验结果
散热器热阻/(℃·W^-1)	0.032 5	0.034 7
散热器表面最大温升/℃	27.3	29.2
功率器件壳温最大温升/℃	47.3	48.7

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Simplified Method and Application of Thermal Model for High-Power DC Charging Modules

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