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  • 1.?**基本概念**

    ???-?在鋼廠水車上,DCDC(直流?-?直流轉(zhuǎn)換器)主要用于電壓轉(zhuǎn)換。鋼廠水車的電源系統(tǒng)可能會涉及到不同的直流電壓等級,DCDC的作用就是將一個(gè)直流電壓轉(zhuǎn)換為另一個(gè)直流電壓,以滿足車上各種設(shè)備的用電需求。
    2.?**工作原理核心?-?開關(guān)電源技術(shù)**
    ???-?鋼廠水車DCDC轉(zhuǎn)換器大多采用開關(guān)電源技術(shù)。其基本原理是通過控制開關(guān)管(通常是MOSFET等功率半導(dǎo)體器件)的導(dǎo)通和關(guān)斷來實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。
    ???-?當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),輸入電壓加在電感上,電感開始儲存能量,此時(shí)電流線性上升。同時(shí),電容為負(fù)載提供能量,以維持輸出電壓的穩(wěn)定。
    ???-?當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí),電感中的磁場發(fā)生變化,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢與輸入電壓疊加后通過二極管(續(xù)流二極管)為負(fù)載和電容供電。電感中的能量逐漸釋放,電流線性下降。通過不斷地重復(fù)這個(gè)導(dǎo)通和關(guān)斷的過程,就可以在輸出端得到穩(wěn)定的直流電壓。
    3.?**電壓調(diào)節(jié)原理**
    ???-?DCDC轉(zhuǎn)換器通過改變開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間(占空比)來調(diào)節(jié)輸出電壓。占空比是指開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間與開關(guān)周期的比值。
    ???-?如果要升高輸出電壓,就會增加占空比,使得電感儲存更多的能量,從而在輸出端得到更高的電壓。相反,如果要降低輸出電壓,就減小占空比。
    ???-?在鋼廠水車的實(shí)際應(yīng)用中,車上的控制系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)備的電壓需求,通過反饋電路監(jiān)測輸出電壓,并將信號反饋給控制器??刂破鞲鶕?jù)反饋信號調(diào)整開關(guān)管的占空比,從而精確地控制輸出電壓。
    4.?**濾波電路的作用**
    ???-?為了得到純凈的直流輸出電壓,DCDC轉(zhuǎn)換器還配備有濾波電路。濾波電路主要由電容和電感組成。
    ???-?輸入濾波電路可以濾除輸入電源中的高頻雜波和干擾信號,保證輸入到開關(guān)電源部分的電壓相對穩(wěn)定和純凈。
    ???-?輸出濾波電路則用于平滑輸出電壓。在開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷的過程中,輸出電壓會有一定的紋波。輸出濾波電容可以儲存電荷,在電壓下降時(shí)釋放電荷來減小紋波,電感可以阻止電流的突變,進(jìn)一步降低紋波系數(shù),使輸出電壓更接近理想的直流電壓,滿足鋼廠水車設(shè)備對電源質(zhì)量的要求。[查看詳情]
    1. 燃料電池與儲能系統(tǒng)之間的能量管理
      • 能量回收與存儲:在燃料電池汽車等應(yīng)用場景中,當(dāng)車輛制動(dòng)或者燃料電池輸出功率大于車輛實(shí)際需求功率時(shí),大功率雙向 DCDC 變換器可以將多余的能量回收。例如,車輛在減速過程中,驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)模式產(chǎn)生電能,這些電能可以通過雙向 DCDC 變換器轉(zhuǎn)換為適合儲能電池(如鋰離子電池)充電的電壓和電流,將能量存儲起來,以供后續(xù)車輛加速或者其他高功率需求工況使用。
      • 功率分配與協(xié)同工作:雙向 DCDC 變換器能夠協(xié)調(diào)燃料電池和儲能系統(tǒng)的功率輸出。在車輛啟動(dòng)或者加速時(shí),由于燃料電池的響應(yīng)速度相對較慢,儲能系統(tǒng)可以通過雙向 DCDC 變換器快速釋放電能,提供瞬間高功率支持,彌補(bǔ)燃料電池功率響應(yīng)的不足。當(dāng)燃料電池達(dá)到穩(wěn)定輸出功率后,雙向 DCDC 變換器可以調(diào)整功率分配,使兩者協(xié)同為車輛提供動(dòng)力。例如,在燃料電池客車啟動(dòng)時(shí),儲能系統(tǒng)通過雙向 DCDC 變換器在數(shù)秒內(nèi)提供高達(dá)幾十千瓦的功率輔助啟動(dòng),之后根據(jù)行駛工況調(diào)整功率分配。
    2. 電壓匹配與調(diào)節(jié)
      • 燃料電池輸出與負(fù)載適配:燃料電池的輸出電壓會隨著負(fù)載、溫度、氫氣流量等因素而變化。大功率雙向 DCDC 變換器可以將燃料電池輸出的不穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的、適合負(fù)載(如電機(jī)控制器、車載電子設(shè)備等)要求的電壓。例如,燃料電池的開路電壓可能在幾百伏左右,但隨著負(fù)載增加電壓會下降,雙向 DCDC 變換器可以將其輸出電壓穩(wěn)定在電機(jī)控制器所需的如 400V 左右的直流電壓,確保電機(jī)的高效運(yùn)行。
      • 與不同儲能系統(tǒng)電壓匹配:如果儲能系統(tǒng)的電壓與燃料電池的輸出電壓不同,雙向 DCDC 變換器可以進(jìn)行雙向的電壓匹配。比如,當(dāng)采用超級電容作為儲能系統(tǒng)時(shí),其電壓范圍(如從幾十伏到幾百伏)與燃料電池輸出電壓范圍可能不同,雙向 DCDC 變換器可以實(shí)現(xiàn)兩者之間的電壓轉(zhuǎn)換,方便能量的雙向流動(dòng)。
    3. 系統(tǒng)故障保護(hù)與隔離
      • 電氣隔離功能:大功率雙向 DCDC 變換器通常具備電氣隔離功能,這在燃料電池系統(tǒng)中非常重要。它可以防止燃料電池和儲能系統(tǒng)之間的電氣故障相互影響。例如,如果儲能系統(tǒng)出現(xiàn)短路等故障,雙向 DCDC 變換器的隔離功能可以保護(hù)燃料電池不受損害,反之亦然。這種隔離功能一般是通過高頻變壓器等部件實(shí)現(xiàn)的,能夠有效地提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。
      • 故障檢測與保護(hù)措施:雙向 DCDC 變換器可以內(nèi)置故障檢測電路,能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測燃料電池系統(tǒng)中的過流、過壓、欠壓等故障情況。一旦檢測到故障,它可以迅速采取保護(hù)措施,如切斷電路或者調(diào)整輸出,避免故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。例如,當(dāng)檢測到燃料電池輸出過壓時(shí),雙向 DCDC 變換器可以自動(dòng)降低輸入電壓轉(zhuǎn)換比例,或者暫時(shí)停止能量轉(zhuǎn)換,直到電壓恢復(fù)正常。
    4. 提高系統(tǒng)效率和動(dòng)態(tài)性能
      • 優(yōu)化能量轉(zhuǎn)換效率:通過采用先進(jìn)的控制策略和高效的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),大功率雙向 DCDC 變換器可以提高燃料電池系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。例如,采用軟開關(guān)技術(shù)可以減少開關(guān)損耗,提高轉(zhuǎn)換效率。在整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行過程中,雙向 DCDC 變換器能夠根據(jù)實(shí)際工況動(dòng)態(tài)調(diào)整轉(zhuǎn)換效率,在能量回收、存儲和釋放過程中盡可能地減少能量損失。
      • 增強(qiáng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力:雙向 DCDC 變換器能夠快速響應(yīng)燃料電池系統(tǒng)中的功率變化需求。在車輛行駛過程中,駕駛工況頻繁變化,如加速、減速、爬坡等,雙向 DCDC 變換器可以在短時(shí)間內(nèi)調(diào)整能量的流向和功率輸出,使燃料電池和儲能系統(tǒng)能夠及時(shí)適應(yīng)變化,提高系統(tǒng)的整體動(dòng)態(tài)性能。
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  • 以下是一些提高雙向 DCDC 變換器效率的方法:

    1. 電路拓?fù)鋬?yōu)化
      • 選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):不同的應(yīng)用場景和功率需求應(yīng)匹配不同的拓?fù)洹@?,在中大功率?yīng)用中,雙有源橋(Dual Active Bridge,DAB)拓?fù)渚哂泄β孰p向流動(dòng)、電氣隔離和易于實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)等優(yōu)點(diǎn),能有效提高效率;對于小功率、對體積要求較高的場景,非隔離式的 buck-boost 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能更合適,其結(jié)構(gòu)簡單、成本低。
      • 減少元件數(shù)量:簡化電路拓?fù)洌M量減少不必要的元件,如過多的電阻、電容等。元件數(shù)量的減少不僅可以降低成本,還能減少能量在元件上的損耗,提高變換器的整體效率。
    2. 元件選型與優(yōu)化
      • 選擇低導(dǎo)通電阻的開關(guān)器件:開關(guān)器件(如 MOSFET、IGBT 等)是 DCDC 變換器中的關(guān)鍵元件,其導(dǎo)通電阻直接影響到變換器的導(dǎo)通損耗。選擇導(dǎo)通電阻低、開關(guān)速度快的器件,可以降低導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。例如,采用新型的碳化硅(SiC)或氮化鎵(GaN)器件,它們具有更低的導(dǎo)通電阻和更快的開關(guān)速度,能顯著提高變換器的效率。
      • 選擇合適的電感和電容:電感和電容的參數(shù)選擇對變換器的效率也有重要影響。電感的磁芯材料應(yīng)具有高磁導(dǎo)率、低損耗的特點(diǎn),以減少磁芯損耗;電容應(yīng)選擇具有低等效串聯(lián)電阻(ESR)的產(chǎn)品,降低電容的發(fā)熱損耗。此外,根據(jù)變換器的工作頻率和功率等級,合理選擇電感和電容的數(shù)值,以確保變換器的穩(wěn)定工作和高效率。
    3. 控制策略優(yōu)化
      • 軟開關(guān)技術(shù):采用軟開關(guān)技術(shù)可以有效降低開關(guān)損耗。例如,零電壓開關(guān)(ZVS)技術(shù)使開關(guān)器件在零電壓條件下開通,零電流開關(guān)(ZCS)技術(shù)使開關(guān)器件在零電流條件下關(guān)斷,從而避免了開關(guān)過程中的電壓和電流重疊,減少了開關(guān)損耗。
      • 優(yōu)化控制算法:采用先進(jìn)的控制算法,如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等,對變換器的工作狀態(tài)進(jìn)行精確控制。這些算法可以根據(jù)輸入電壓、輸出電壓、負(fù)載電流等參數(shù)的變化,實(shí)時(shí)調(diào)整開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間和占空比,使變換器始終工作在**狀態(tài),提高效率。
      • 多模式控制:根據(jù)不同的工作條件,采用不同的工作模式。例如,在輕載時(shí)采用低功耗模式,降低開關(guān)頻率或調(diào)整占空比,減少能量損耗;在重載時(shí)采用正常工作模式,保證變換器的輸出性能。
    4. 散熱設(shè)計(jì)優(yōu)化
      • 合理的散熱布局:確保發(fā)熱元件(如開關(guān)器件、電感等)與散熱器之間有良好的接觸,以便將熱量迅速傳遞到散熱器上。同時(shí),合理安排元件的位置,避免熱量集中,影響變換器的效率和可靠性。
      • 選擇高效的散熱器:根據(jù)變換器的功率等級和散熱需求,選擇合適的散熱器。散熱器的材質(zhì)應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性能,如鋁、銅等;散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)有利于空氣流通,提高散熱效率。
    5. 降低電磁干擾
      • 優(yōu)化 PCB 布局:合理布置 PCB 上的元件,減小信號回路的面積,降低電磁干擾。同時(shí),將輸入電路和輸出電路分開布置,避免相互干擾。
      • 添加濾波元件:在變換器的輸入和輸出端添加濾波器,如電感、電容濾波器等,對電磁干擾信號進(jìn)行抑制,提高變換器的電磁兼容性,減少能量損耗。
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    1. 可再生能源系統(tǒng)中的意義
      • 提高能源利用率
        • 在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中,雙向 DCDC 變換器可用于儲能系統(tǒng)與光伏陣列之間的能量管理。當(dāng)光伏電池產(chǎn)生的電能大于負(fù)載需求時(shí),將多余的電能存儲到蓄電池中;當(dāng)光照不足,如陰天或者夜間時(shí),再將蓄電池中的電能釋放出來供給負(fù)載。通過提高雙向 DCDC 變換器的效率,可以減少在能量轉(zhuǎn)換過程中的損耗,使更多的太陽能被有效利用。例如,若變換器效率從 90% 提高到 95%,在一個(gè) 10kW 的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)中,每年可多利用約 50 - 60kWh 的電能,這對于大規(guī)模太陽能電站來說,節(jié)省的電量相當(dāng)可觀。
        • 對于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),尤其是小型離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),雙向 DCDC 變換器效率的提升有助于更好地存儲和利用風(fēng)電。當(dāng)風(fēng)速變化導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率波動(dòng)時(shí),高效的雙向 DCDC 變換器可以更有效地將多余的風(fēng)能存儲起來,或者在需要時(shí)將存儲的能量釋放出來,減少棄風(fēng)現(xiàn)象,提高風(fēng)能的利用效率。
      • 增強(qiáng)可再生能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性
        • 以含有儲能系統(tǒng)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)為例,高效的雙向 DCDC 變換器能夠快速、準(zhǔn)確地在光伏電池和儲能裝置之間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)。在光照強(qiáng)度突然變化(如云層遮擋)的情況下,它可以迅速將儲能系統(tǒng)中的能量補(bǔ)充到電網(wǎng)或者本地負(fù)載中,或者將多余的光伏電能存儲起來,維持系統(tǒng)的輸出功率穩(wěn)定。這種穩(wěn)定性對于并入電網(wǎng)的可再生能源系統(tǒng)尤為重要,因?yàn)榉€(wěn)定的輸出功率有助于減輕電網(wǎng)的調(diào)節(jié)負(fù)擔(dān),提高電網(wǎng)對可再生能源的接納能力。
    2. 電動(dòng)汽車及儲能領(lǐng)域的意義
      • 延長電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程
        • 在電動(dòng)汽車中,雙向 DCDC 變換器用于動(dòng)力電池與電機(jī)系統(tǒng)、車載電器之間的能量管理。提高變換器的效率意味著在能量回收(如制動(dòng)能量回收)過程中,可以將更多的能量存儲到動(dòng)力電池中。例如,當(dāng)電動(dòng)汽車減速制動(dòng)時(shí),電機(jī)作為發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,通過雙向 DCDC 變換器將電能存儲到電池中。如果變換器效率提高,每次制動(dòng)回收的電能就會更多,從而在一定程度上延長電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。據(jù)估算,若雙向 DCDC 變換器效率從 92% 提高到 96%,對于一輛續(xù)航里程為 500 公里的電動(dòng)汽車來說,可能會額外增加 10 - 20 公里的續(xù)航里程。
        • 同時(shí),在車輛行駛過程中,高效的雙向 DCDC 變換器可以減少動(dòng)力電池向電機(jī)和車載電器供電過程中的能量損耗,進(jìn)一步優(yōu)化車輛的能耗性能。
      • 提升儲能系統(tǒng)的性能
        • 在大型儲能系統(tǒng)(如電網(wǎng)側(cè)儲能、分布式儲能電站等)中,雙向 DCDC 變換器是實(shí)現(xiàn)儲能單元(如鋰電池組、超級電容器等)與電網(wǎng)之間能量雙向流動(dòng)的關(guān)鍵設(shè)備。提高變換器效率能夠減少儲能系統(tǒng)在充電和放電過程中的能量損失,使得儲能系統(tǒng)在電網(wǎng)削峰填谷、頻率調(diào)節(jié)等應(yīng)用中發(fā)揮更有效的作用。例如,在電網(wǎng)高峰時(shí)段,儲能系統(tǒng)通過高效的雙向 DCDC 變換器將存儲的電能快速、高效地釋放到電網(wǎng)中,降低電網(wǎng)的峰值負(fù)荷;在低谷時(shí)段,又能將電網(wǎng)的電能高效地存儲到儲能單元中,提高了儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和能源利用效率。
    3. 工業(yè)節(jié)能及能源管理方面的意義
      • 工業(yè)設(shè)備節(jié)能
        • 在工業(yè)領(lǐng)域,許多設(shè)備需要使用雙向 DCDC 變換器進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換和管理,如一些帶有能量回收裝置的工業(yè)電機(jī)系統(tǒng)。高效的雙向 DCDC 變換器可以在電機(jī)的再生制動(dòng)階段更好地回收能量,將其反饋到工廠的供電系統(tǒng)或者存儲起來用于其他設(shè)備。例如,在起重機(jī)、電梯等設(shè)備中,通過提高雙向 DCDC 變換器的效率,在設(shè)備制動(dòng)時(shí)可以回收更多的能量,降低工業(yè)設(shè)備的能耗,減少企業(yè)的能源成本。
      • 優(yōu)化能源管理系統(tǒng)
        • 在智能微電網(wǎng)或者能源管理系統(tǒng)中,雙向 DCDC 變換器效率的提升有助于更精準(zhǔn)地進(jìn)行能量分配和管理。它可以使不同能源源(如分布式可再生能源、儲能系統(tǒng)、傳統(tǒng)電網(wǎng)等)之間的能量交換更加高效,從而優(yōu)化整個(gè)能源系統(tǒng)的運(yùn)行。例如,在一個(gè)包含太陽能光伏、儲能電池和小型燃?xì)廨啓C(jī)的智能微電網(wǎng)中,高效的雙向 DCDC 變換器能夠根據(jù)不同的能源價(jià)格、負(fù)載需求和能源供應(yīng)情況,靈活地進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換和分配,提高整個(gè)微電網(wǎng)的能源利用效率和經(jīng)濟(jì)效益。
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  • 電池包測試系統(tǒng)是一種用于檢測和分析電池包性能的關(guān)鍵設(shè)備,它在電動(dòng)汽車、儲能系統(tǒng)、移動(dòng)電源等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。以下是對電池包測試系統(tǒng)的詳細(xì)解析:

    ### 一、概述

    電池包測試系統(tǒng)通過模擬電池包在不同工況下的使用情況,對電池包的性能進(jìn)行全面評估。這些測試包括但不限于充放電性能、循環(huán)壽命、安全性能、溫度特性等,以確保電池包在實(shí)際應(yīng)用中能夠滿足設(shè)計(jì)要求和安全標(biāo)準(zhǔn)。

    ### 二、主要功能

    1. **充放電測試**:模擬電池包在正常使用過程中的充放電過程,測試其充放電性能、充放電效率以及充放電過程中的電壓、電流變化等參數(shù)。
    2. **循環(huán)壽命測試**:通過多次重復(fù)充放電循環(huán),測試電池包的循環(huán)壽命,評估其長期使用下的性能穩(wěn)定性。
    3. **安全性能測試**:包括過充、過放、短路、熱失控等安全性能測試,確保電池包在極端條件下的安全性能。
    4. **溫度特性測試**:測試電池包在不同溫度下的性能表現(xiàn),包括高溫、低溫以及溫度循環(huán)等測試。

    ### 三、技術(shù)特點(diǎn)

    1. **高精度**:電池包測試系統(tǒng)通常采用高精度的電流和電壓控制系統(tǒng),能夠精確模擬電池包的使用工況,確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
    2. **高效率**:測試系統(tǒng)能夠快速完成充放電測試、數(shù)據(jù)采集和分析等任務(wù),提高測試效率。
    3. **智能化**:集成先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法,能夠自動(dòng)處理和分析測試數(shù)據(jù),提供智能化的測試報(bào)告和決策支持。
    4. **可擴(kuò)展性**:支持多種電池包規(guī)格和測試需求,用戶可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行定制和擴(kuò)展。

    ### 四、應(yīng)用場景

    1. **電動(dòng)汽車領(lǐng)域**:在電動(dòng)汽車制造過程中,電池包測試系統(tǒng)用于評估電池包的性能,確保其符合安全和效能標(biāo)準(zhǔn)。
    2. **儲能系統(tǒng)**:在儲能系統(tǒng)中,測試系統(tǒng)用于評估電池的循環(huán)壽命和穩(wěn)定性,保證系統(tǒng)的長期可靠運(yùn)行。
    3. **移動(dòng)電源及其他電子產(chǎn)品**:用于確保產(chǎn)品的電池組件滿足所需的性能標(biāo)準(zhǔn)。

    ### 五、未來發(fā)展趨勢

    1. **智能化與自動(dòng)化**:未來的電池包測試系統(tǒng)將更加智能化和自動(dòng)化,集成更高級的數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法,提高測試效率和準(zhǔn)確性。
    2. **集成化**:測試系統(tǒng)將向集成化方向發(fā)展,將多個(gè)測試功能集成在一個(gè)平臺上,實(shí)現(xiàn)一站式測試服務(wù)。
    3. **定制化**:隨著市場需求的多樣化,測試系統(tǒng)將更加注重定制化服務(wù),滿足不同用戶的特定需求。

    綜上所述,電池包測試系統(tǒng)是電動(dòng)汽車、儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場的不斷發(fā)展,電池包測試系統(tǒng)將繼續(xù)向智能化、自動(dòng)化、集成化和定制化方向發(fā)展。
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    1. 上海穩(wěn)利達(dá)電力電子有限公司

      • 主營業(yè)務(wù)變換器、變流器、逆變器、光伏發(fā)電等多種能源技術(shù)產(chǎn)品。儲能變流器、儲能逆變器、離網(wǎng)逆變器、并網(wǎng)逆變器、逆變器、變換器等多種電源設(shè)備。
      • 產(chǎn)品示例:該公司提供儲能DCDC雙向直流升壓變換器降壓轉(zhuǎn)換器,功率范圍可達(dá)10KW-1000KW。單模塊可并聯(lián)。
      • 聯(lián)系信息
        • 公司地址:上海市華亭經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)高石公路2439號
        • 企業(yè)郵箱:947074041@qq.com
        • 企業(yè)網(wǎng)站:www.cixiyy.com
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