Materiali per la gestione termica per veicoli elettrici, sistemi di accumulo energetico e sistemi industriali di alimentazione

Man mano che i sistemi elettronici diventano più compatti e potenti, una gestione termica efficace è diventata sempre più importante nei settori energetico e industriale. Veicoli elettrici (EV), sistemi di accumulo di energia, motori industriali e apparecchiature per energie rinnovabili dipendono tutti da elettronica di potenza che genera calore durante il funzionamento. Senza un’adeguata strategia di gestione termica, l’eccesso di calore e un trasferimento termico inefficace possono compromettere le prestazioni dei componenti e l'affidabilità a lungo termine delle attrezzature.

VOLSUN offre una gamma di materiali conduttivi termicamente progettati per soddisfare le esigenze di gestione termica di assemblaggi elettronici ed elettrici, tra cui pads termici, composti per encapsulamento termico, gel termici e adesivi termici. Questi materiali aiutano i produttori di apparecchiature a rispondere alle esigenze di trasferimento del calore, riempimento dei gap d’interfaccia, isolamento elettrico e protezione dei componenti in diverse applicazioni.

Sfide nella gestione termica dell’elettronica di potenza

I componenti elettronici di potenza, come i transistor bipolari a gate isolato (IGBT), i moduli di potenza, i convertitori e i controllori del motore, generano calore durante il funzionamento. Tuttavia, piccoli spazi tra i componenti e i dissipatori di calore possono introdurre una resistenza termica aggiuntiva, limitando l’efficienza del trasferimento termico.

I materiali conduttivi termicamente contribuiscono a riempire tali spazi e a creare percorsi di trasferimento termico più efficaci tra i componenti che generano calore e le strutture di raffreddamento. A seconda del materiale e dell’applicazione, possono inoltre fornire isolamento elettrico, ammortizzamento meccanico, adesione o incapsulamento.

La scelta del materiale appropriato richiede la valutazione della struttura del componente, dello spazio interfaciale, della temperatura di esercizio, delle sollecitazioni meccaniche e dei requisiti di isolamento. Una soluzione adeguata di gestione termica deve tenere conto di questi fattori nell’ambito della progettazione complessiva dell’apparecchiatura.

Applicazioni Chiave dell'Industria

1. Veicoli a energia nuova e mobilità elettrica

I veicoli elettrici integrano numerosi sistemi elettronici che richiedono una gestione termica efficace, tra cui i pacchi batteria, i regolatori del motore, i caricabatterie di bordo, i convertitori CC/CC e altri moduli di conversione di potenza.

I materiali conduttivi termicamente possono aiutare a trasferire il calore dai componenti elettronici verso strutture di raffreddamento designate. Possono inoltre compensare i giochi d’interfaccia e, ove necessario, fornire isolamento elettrico o ammortizzazione meccanica.

Nei sistemi elettronici automobilistici ad alta tensione, la scelta dei materiali deve tenere conto dell’effettivo ambiente operativo, della progettazione dell’assemblaggio e dei requisiti di sicurezza elettrica. La combinazione adeguata di conducibilità termica, comprimibilità e proprietà meccaniche può aiutare i produttori a realizzare assemblaggi elettronici più affidabili.

2. Infrastrutture per la ricarica di veicoli elettrici e sistemi di accumulo di energia

Le stazioni di ricarica e i sistemi di accumulo di energia per batterie contengono unità di conversione di potenza, moduli di ricarica, invertitori ed elettronica di controllo. Questi componenti devono gestire il calore durante il funzionamento sotto carichi elettrici variabili e condizioni ambientali diverse.

I materiali interfaccia termici possono migliorare il contatto tra i componenti di potenza e i dissipatori di calore, mentre i materiali di incapsulamento termicamente conduttivi possono essere utilizzati negli assemblaggi idonei per il trasferimento di calore, l’incapsulamento e una protezione aggiuntiva.

Per queste applicazioni, i materiali per la gestione termica devono essere selezionati in base alla progettazione del modulo, ai requisiti di dissipazione del calore e all’esposizione ambientale. Un’integrazione adeguata dei materiali supporta le prestazioni dell’apparecchiatura e contribuisce a soddisfare le esigenze di funzionamento continuo.

3. Motori industriali e sistemi di azionamento

I motori industriali, gli azionamenti a frequenza variabile (VFD), gli azionamenti servo e i controller per motori sono ampiamente utilizzati nelle attrezzature per la produzione industriale, nelle pompe e nei sistemi di produzione automatizzati.

I moduli di potenza e l’elettronica di controllo all’interno di questi sistemi generano calore durante il funzionamento. I foglietti termici e i gel termici possono contribuire a gestire il trasferimento di calore attraverso le interfacce dei componenti, mentre materiali idonei per la protezione (potting) o adesivi possono supportare la protezione e il fissaggio di determinati insiemi elettronici.

In applicazioni che prevedono funzionamento continuo o vibrazioni meccaniche, oltre alla conducibilità termica occorre considerare anche proprietà del materiale quali comprimibilità, flessibilità e resistenza alle temperature.

4. Sistemi di energia solare ed eolica

Gli inverter solari, i convertitori per energia eolica e l’elettronica di potenza correlata sono fondamentali per la generazione di energia rinnovabile. Questi sistemi convertono l’energia elettrica e gestiscono il flusso di potenza, generando carichi termici nei moduli di potenza e negli insiemi elettronici di controllo.

I materiali conduttivi termicamente aiutano a facilitare il trasferimento di calore tra i componenti elettrici e le strutture di raffreddamento. A seconda della progettazione, i materiali di incapsulamento selezionati possono anche garantire protezione dall’umidità e stabilizzazione dei componenti.

Poiché gli impianti per l’energia rinnovabile operano in ambienti diversi, i produttori devono valutare le prestazioni termiche insieme all’isolamento, alla resistenza all’invecchiamento e alla compatibilità ambientale.

Scegliere il materiale idoneo per la gestione termica

Diverse applicazioni richiedono combinazioni differenti di proprietà termiche e meccaniche. I fattori chiave da considerare nella scelta includono la conducibilità termica, lo spessore dell’interfaccia, la comprimibilità, la temperatura di esercizio, i requisiti di isolamento elettrico e la compatibilità con i materiali adiacenti.

VOLSUN offre cuscinetti termici, composti termici per incapsulamento, gel termici e adesivi termici per soddisfare una vasta gamma di requisiti applicativi. La selezione dei materiali può essere discussa in base alla struttura del componente, al processo di assemblaggio e alle condizioni operative previste.

VOLSUN: supporto per una gestione termica affidabile

Dai veicoli elettrici (EV) e dai sistemi di accumulo di energia agli azionamenti industriali e alle attrezzature per energie rinnovabili, la gestione termica svolge un ruolo fondamentale nell’elettronica di potenza moderna.

VOLSUN collabora con i clienti per individuare i materiali più adatti per la gestione termica di diversi insiemi elettronici ed elettrici. Grazie a discussioni mirate sull’applicazione e alla personalizzazione della selezione dei materiali, aiutiamo i clienti a identificare le soluzioni più allineate ai loro requisiti progettuali.

Cercate materiali per la gestione termica nell’elettronica di potenza o nelle applicazioni energetiche? Contattate VOLSUN per discutere la vostra applicazione e i vostri requisiti di materiale.