EV用バッテリー熱管理および電力電子機器冷却のためのシリコーン系熱伝導シート

EVおよびパワーエレクトロニクスにおける熱管理の重要性

電気自動車（EV）やパワーエレクトロニクスの技術が進化を続ける中、効果的な熱管理はますます重要になっています。バッテリーセル、パワーモジュール、IGBTなど、さまざまな電子部品は動作中に熱を発生します。適切な放熱が行われないと、過度な温度上昇により部品の性能が低下したり、寿命が短くなったり、安全性のリスクが高まったりする可能性があります。

シリコーン系サーマルパッドは、発熱部品と冷却構造の間の熱伝達を向上させるための熱界面材料（TIM）として広く用いられています。微小な隙間や表面の凹凸を埋めることで、熱接触抵抗を低減するとともに、電気的絶縁性を維持します。

硬質の熱界面材料と比較して、柔軟性・圧縮性に優れたシリコーン系パッドは、振動、不均一な表面、組立時のギャップばらつきといった課題が顕著なEV用バッテリーシステムやパワーエレクトロニクス向けに特に適しています。

EV用途にシリコーン系熱伝導シートを選ぶ理由

シリコーン系熱伝導シートは、自動車・産業用電源アプリケーションにおいて以下のような利点を提供します：

・隙間充填性能に優れる： 柔軟な構造により、電池セル、電子部品、冷却プレートなどの凹凸のある表面や空隙に密着し、熱接触を向上させます。

・電気的絶縁： 熱伝導性を保ちながら電気絶縁性も確保するため、電子部品と金属製ハウジングや冷却構造との間の電気的分離が可能です。

・振動耐性に優れる： 柔らかく弾力性のある特性により、振動や機械的な動きが発生する環境下でも部品間の密着を維持でき、自動車向け用途に適しています。

・取付け・保守が容易： あらかじめ成形されたシートは位置決め・取付けが簡単で、硬化工程が不要です。これにより、より清潔な組立作業が可能となり、保守時の交換も容易になります。

・厚み・設計の自由度が高い： 特定の部品配置および熱管理要件に応じて、厚さ、形状、材質のグレードを自由に選択できます。

EVおよびパワーエレクトロニクス冷却における主要な性能要件

シリコーン系サーマルパッドを選定する際には、エンジニアが複数の重要な要素を検討する必要があります。

熱伝導性 電子部品によって発生する熱量は異なります。熱伝導率は、対象部品の発熱量および冷却システムの設計に応じて選定する必要があります。

動作温度： 自動車用途では、広範囲な温度条件下でも安定した性能を維持できる材料が求められます。標準的なVOLSUNシリコーン系サーマルパッドは−40℃～＋200℃で使用可能であり、GP1002-SIグレードは−60℃まで対応しています。

炎阻害性: 電気・自動車用途においては、難燃性も重要な検討項目の一つです。VOLSUNシリコーン系サーマルパッドは、UL94 V-0級の難燃性を満たします。

電気絶縁： サーマルパッドは、熱伝達性と電気的絶縁性の両方を備える必要があります。VOLSUN製サーマルパッドの体積抵抗率は≥10¹² Ω・cmです。

電気自動車（EV）および電力電子機器における代表的な用途

シリコーン製サーマルパッドは、電気自動車や電力電子システムのさまざまな部位に使用され、熱伝達性能の向上と感度の高い部品の保護を実現します。

適切な熱伝導率の選び方

適切な熱伝導率を選定することは、放熱性能、材料の柔軟性、および応用要件のバランスを取るために不可欠です。

・1.5～3.0 W／m・K： 中程度の放熱性能と優れた柔軟性が求められるEV用バッテリーパックや一般電子モジュールに適しています。

・4.0～6.0 W／m・K： 発熱量の多いIGBTや高電力電子部品に推奨されます。VOLSUN GP4001およびGP6001は、この熱伝導率範囲でご提供しています。

・低温環境向け用途： 寒冷地や極低温環境で使用されるEVシステムや機器向けに、GP1002-SIは－60℃までの耐寒性とショアOO硬度10未満の超柔軟性を実現するソリューションです。

組み立て時の隙間が狭い場合や部品表面が不均一な用途では、材料の柔軟性と圧縮性も重要な選定要件となります。

シリコーン製サーマルパッドは、EV用バッテリーの熱管理および電力電子機器の冷却において重要な役割を果たします。熱伝導性、電気絶縁性、柔軟性、ギャップ充填性を兼ね備えることで、電子部品と冷却構造の間に信頼性の高い熱界面を形成します。

熱管理に関するご要望やサンプルのご依頼は、ボルサングループまでお気軽にお問い合わせください。