Thermische Management-Materialien für Elektrofahrzeuge, Energiespeichersysteme und industrielle Stromversorgungssysteme

Da elektronische Systeme immer kompakter und leistungsstärker werden, gewinnt ein effektives Thermomanagement zunehmend an Bedeutung in den Bereichen Energie und Industrie. Elektrofahrzeuge, Energiespeichersysteme, industrielle Motoren sowie Anlagen für erneuerbare Energien setzen alle auf Leistungselektronik, die während des Betriebs Wärme erzeugt. Ohne eine geeignete Strategie zum Thermomanagement können übermäßige Wärmeentwicklung und unzureichender Wärmetransfer die Komponentenleistung sowie die langfristige Zuverlässigkeit der Geräte beeinträchtigen.

VOLSUN bietet eine breite Palette wärmeleitfähiger Materialien zur Unterstützung der Thermomanagement-Anforderungen elektronischer und elektrischer Baugruppen, darunter Wärmeleitpads, Wärmeleitgussmassen, Wärmeleitgele und Wärmeleitklebstoffe. Diese Materialien helfen Geräteherstellern, Anforderungen an Wärmeübertragung, Ausgleich von Fugen zwischen Komponenten, elektrische Isolierung sowie Schutz von Bauteilen in unterschiedlichen Anwendungen zu erfüllen.

Herausforderungen beim Thermomanagement in der Leistungselektronik

Leistungselektronische Komponenten wie isolierte Gate-Bipolartransistoren (IGBTs), Leistungsbaugruppen, Wandler und Motorsteuerungen erzeugen im Betrieb Waerme. Kleine Spalte zwischen Komponenten und Kuehlkoerpern koennen jedoch zusaetzlichen thermischen Widerstand verursachen und so die Effizienz des Waermetransfers beeintraechtigen.

Waermeleitfaehige Materialien helfen, diese Spalte zu fuellen und effektivere Waermetransferpfade zwischen waermeerzeugenden Komponenten und Kuehlstrukturen herzustellen. Je nach Material und Anwendungsfall koennen sie zusaetzlich elektrische Isolation, mechanische Dampfung, Verklebung oder Verguss bieten.

Die Auswahl des geeigneten Materials erfordert die Beruecksichtigung der Komponentenstruktur, der Interface-Spalte, der Betriebstemperatur, mechanischer Spannungen sowie der Isolationsanforderungen. Eine geeignete Waerme-Management-Loesung sollte diese Faktoren als Teil des gesamten Geraetedesigns beruecksichtigen.

Schlüsselanwendungen in der Industrie

1. Neue Energie-Fahrzeuge und Elektromobilitaet

Elektrofahrzeuge enthalten zahlreiche elektronische Systeme, die ein effektives Wärmemanagement erfordern – darunter Batteriepacks, Motorsteuerungen, Onboard-Ladegeräte, Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler sowie andere Leistungswandlungsmodulen.

Wärmeleitfähige Materialien können dabei helfen, Wärme von elektronischen Komponenten auf vorgesehene Kühlstrukturen abzuleiten. Sie können zudem Fugen zwischen den Schnittstellen ausgleichen und bei Bedarf elektrische Isolierung oder mechanische Dämpfung bereitstellen.

Bei Hochspannungselektronik für Fahrzeuge muss die Materialauswahl die tatsächlichen Betriebsbedingungen, das Konstruktionsdesign der Montage sowie die Anforderungen an die elektrische Sicherheit berücksichtigen. Die richtige Kombination aus Wärmeleitfähigkeit, Kompressibilität und mechanischen Eigenschaften kann Herstellern dabei helfen, zuverlässigere elektronische Baugruppen zu entwickeln.

2. Ladeinfrastruktur und Energiespeicherung für Elektrofahrzeuge

Ladestationen und Batteriespeichersysteme enthalten Leistungswandlereinheiten, Lademodule, Wechselrichter und Steuerelektronik. Diese Komponenten müssen bei unterschiedlichen elektrischen Lasten und Umgebungsbedingungen Wärme ableiten.

Thermische Schnittstellenmaterialien können den Kontakt zwischen Leistungskomponenten und Kühlkörpern verbessern, während thermisch leitfähige Vergussmaterialien in geeigneten Baugruppen zur Wärmeübertragung, zum Verguss sowie zum zusätzlichen Schutz eingesetzt werden können.

Für diese Anwendungen sollten Materialien für das thermische Management entsprechend dem Moduldesign, den Anforderungen an die Wärmeabfuhr und der Umgebungsexposition ausgewählt werden. Eine sachgerechte Integration der Materialien unterstützt die Geräteleistung und trägt dazu bei, die Anforderungen eines Dauerbetriebs zu erfüllen.

3. Industriemotoren und Antriebssysteme

Industriemotoren, Frequenzumrichter (VFDs), Servoantriebe und Motorsteuerungen werden weit verbreitet in Fertigungsanlagen, Pumpen und automatisierten Produktionssystemen eingesetzt.

Leistungsbaugruppen und Steuerelektronik in diesen Systemen erzeugen während des Betriebs Wärme. Thermische Pads und Gele können die Wärmeübertragung über Komponentenschnittstellen hinweg unterstützen, während geeignete Verguss- oder Klebematerialien den Schutz und die Befestigung ausgewählter elektronischer Baugruppen gewährleisten.

Bei Anwendungen mit Dauerbetrieb oder mechanischer Vibration sollten neben der Wärmeleitfähigkeit auch Materialeigenschaften wie Kompressibilität, Flexibilität und Temperaturbeständigkeit berücksichtigt werden.

4. Solarenergie- und Windenergiesysteme

Solare Wechselrichter, Windenergieumrichter und verwandte Leistungselektronik sind für die Erzeugung erneuerbarer Energien unverzichtbar. Diese Systeme wandeln elektrische Energie um und steuern den Energiefluss, wodurch thermische Lasten in Leistungsbaugruppen und elektronischen Steuerbaugruppen entstehen.

Wärmeleitfähige Materialien unterstützen den Wärmeübergang zwischen Leistungskomponenten und Kühleinrichtungen. Je nach Konstruktion können ausgewählte Vergussmaterialien zudem Feuchtigkeitsschutz und Komponentenstabilisierung bieten.

Da Anlagen für erneuerbare Energien in unterschiedlichen Umgebungen betrieben werden, müssen Hersteller die thermische Leistung gemeinsam mit Isolationsverhalten, Alterungsbeständigkeit und Umweltverträglichkeit bewerten.

Das richtige Material für das thermische Management wählen

Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Kombinationen thermischer und mechanischer Eigenschaften. Wichtige Auswahlkriterien sind Wärmeleitfähigkeit, Grenzschichtdicke, Kompressibilität, Betriebstemperatur, elektrische Isolieranforderungen sowie Verträglichkeit mit angrenzenden Materialien.

VOLSUN bietet Wärmeleitpads, Wärmeleitgussmassen, Wärmeleitgele und Wärmeleitklebstoffe an, um eine breite Palette an Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Die Materialauswahl kann entsprechend der Komponentenstruktur, des Montageprozesses und der vorgesehenen Betriebsbedingungen besprochen werden.

VOLSUN: Zuverlässige Wärme-Management-Lösungen

Vom Elektrofahrzeug und der Energiespeicherung bis hin zu industriellen Antriebssystemen und Ausrüstung für erneuerbare Energien spielt das Wärme-Management eine wichtige Rolle in moderner Leistungselektronik.

VOLSUN arbeitet mit Kunden zusammen, um geeignete Wärme-Management-Materialien für verschiedene elektronische und elektrische Baugruppen zu ermitteln. Durch anwendungsfokussierte Materialauswahl und individuelle Anpassungsgespräche unterstützen wir Kunden dabei, Optionen zu identifizieren, die ihren Konstruktionsanforderungen entsprechen.

Suchen Sie Wärme-Management-Materialien für Leistungselektronik oder Energieanwendungen? Kontaktieren Sie VOLSUN, um Ihre Anwendung und Ihre Materialanforderungen zu besprechen.