Materiały do zarządzania temperaturą w pojazdach elektrycznych, systemach magazynowania energii oraz przemysłowych systemach zasilania

W miarę jak systemy elektroniczne stają się coraz bardziej zwarte i wydajne, skuteczne zarządzanie ciepłem nabiera rosnącego znaczenia w sektorach energetycznym i przemysłowym. Pojazdy elektryczne, systemy magazynowania energii, silniki przemysłowe oraz sprzęt do odnawialnych źródeł energii opierają się na elektronice mocy, która podczas pracy generuje ciepło. Bez odpowiedniej strategii zarządzania ciepłem nadmierna temperatura i słaba wymiana ciepła mogą negatywnie wpływać na wydajność komponentów oraz długoterminową niezawodność sprzętu.

Firma VOLSUN oferuje szeroką gamę materiałów przewodzących ciepło, zaprojektowanych tak, aby spełniać potrzeby zarządzania ciepłem w złożeniach elektronicznych i elektrycznych, w tym podkładki termiczne, masy impregnujące termiczne, żele termiczne oraz kleje termiczne. Te materiały pomagają producentom sprzętu w rozwiązywaniu zagadnień związanych z wymianą ciepła, wypełnianiem luk między powierzchniami stykowymi, izolacją elektryczną oraz ochroną komponentów w różnych zastosowaniach.

Wyzwania związane z zarządzaniem ciepłem w elektronice mocy

Składniki elektroniczne mocy, takie jak tranzystory bipolarnie z izolowaną bramką (IGBT), moduły mocy, przekształtniki oraz sterowniki silników, generują ciepło podczas pracy. Jednak niewielkie szczeliny pomiędzy elementami a radiatorami mogą wprowadzać dodatkowy opór cieplny, ograniczając wydajność przenoszenia ciepła.

Materiały przewodzące ciepło pomagają wypełnić te szczeliny i tworzą bardziej skuteczne ścieżki przenoszenia ciepła pomiędzy elementami generującymi ciepło a strukturami chłodzącymi. W zależności od materiału i zastosowania mogą one również zapewniać izolację elektryczną, amortyzację mechaniczną, klejenie lub hermetyzację.

Wybór odpowiedniego materiału wymaga uwzględnienia konstrukcji elementu, wielkości szczeliny między powierzchniami styku, temperatury roboczej, naprężeń mechanicznych oraz wymagań dotyczących izolacji. Odpowiednie rozwiązanie do zarządzania ciepłem powinno uwzględniać te czynniki jako część ogólnego projektu urządzenia.

Główne zastosowania branżowe

1. Pojazdy o napędzie alternatywnym i mobilność elektryczna

Pojazdy elektryczne zawierają wiele systemów elektronicznych, które wymagają skutecznej zarządzania ciepłem, w tym pakiety akumulatorów, sterowniki silników, ładowarki pokładowe, przetwornice DC/DC oraz inne moduły konwersji mocy.

Materiały przewodzące ciepło mogą pomóc w odprowadzaniu ciepła od komponentów elektronicznych do przeznaczonych struktur chłodzących. Mogą również wypełniać luki na stykach, a w razie potrzeby zapewniać izolację elektryczną lub amortyzację mechaniczną.

W wysokonapięciowych elektronikach motocyklowych wybór materiałów musi uwzględniać rzeczywiste warunki eksploatacji, projekt montażu oraz wymagania bezpieczeństwa elektrycznego. Odpowiednie połączenie przewodności cieplnej, ściśliwości i właściwości mechanicznych może pomóc producentom w tworzeniu bardziej niezawodnych zespołów elektronicznych.

2. Infrastruktura ładowania pojazdów EV i magazynowanie energii

Stacje ładowania oraz systemy magazynowania energii w bateriach zawierają jednostki konwersji mocy, moduły ładowania, falowniki i elektronikę sterującą. Te komponenty muszą skutecznie odprowadzać ciepło podczas pracy przy zmiennych obciążeniach elektrycznych oraz różnych warunkach środowiskowych.

Materiały międzymetaliczne termiczne mogą poprawiać kontakt między komponentami mocy a radiatorami, podczas gdy przewodzące ciepło materiały do zalania (potting) mogą być stosowane w odpowiednich złożeniach w celu odprowadzania ciepła, hermetyzacji oraz dodatkowej ochrony.

W przypadku tych zastosowań materiały do zarządzania temperaturą należy dobierać zgodnie z projektem modułu, wymaganiami odprowadzania ciepła oraz warunkami ekspozycji środowiskowej. Poprawna integracja materiałów wspiera wydajność urządzeń i pomaga spełnić wymagania ciągłej eksploatacji.

3. Silniki przemysłowe i układy napędowe

Silniki przemysłowe, przemienniki częstotliwości (VFD), napędy serwo oraz sterowniki silników są powszechnie stosowane w sprzęcie produkcyjnym, pompach oraz zautomatyzowanych systemach produkcyjnych.

Moduły zasilania i elektronika sterująca w tych systemach generują ciepło podczas pracy. Pasty i podkładki termoprzewodzące mogą wspomagać odprowadzanie ciepła przez interfejsy między elementami, podczas gdy odpowiednie materiały do zalania (potting) lub klejenia mogą zapewnić ochronę i zamocowanie wybranych zespołów elektronicznych.

W zastosowaniach wymagających pracy ciągłej lub narażonych na wibracje mechaniczne należy uwzględnić także takie właściwości materiałów jak ściśliwość, elastyczność i odporność na temperaturę, obok przewodności cieplnej.

4. Systemy energii słonecznej i wiatrowej

Inwertery fotowoltaiczne, falowniki do turbin wiatrowych oraz powiązana z nimi elektronika mocy są kluczowe dla wytwarzania energii odnawialnej. Te systemy przekształcają energię elektryczną i zarządzają przepływem mocy, generując obciążenia cieplne w modułach mocy oraz zespołach elektronicznych sterowania.

Materiały przewodzące ciepło wspomagają przenoszenie ciepła między elementami mocy a konstrukcjami chłodzącymi. W zależności od projektu wybrane materiały wypełniające mogą również zapewniać ochronę przed wilgocią oraz stabilizację elementów.

Ponieważ sprzęt do produkcji energii ze źródeł odnawialnych działa w różnorodnych środowiskach, producenci muszą oceniać wydajność termiczną łącznie z izolacją, odpornością na starzenie się oraz zgodnością środowiskową.

Wybór odpowiedniego materiału do zarządzania temperaturą

Różne zastosowania wymagają różnych kombinacji właściwości termicznych i mechanicznych. Istotnymi czynnikami wpływającymi na wybór są przewodność cieplna, grubość warstwy styku, ściśliwość, temperatura pracy, wymagania dotyczące izolacji elektrycznej oraz zgodność z materiałami sąsiednimi.

VOLSUN oferuje podkładki termiczne, masy impregnujące termiczne, żele termiczne oraz kleje termiczne, aby spełnić różnorodne wymagania aplikacyjne. Dobór materiału można omówić z uwzględnieniem struktury komponentu, procesu montażu oraz przewidywanych warunków eksploatacji.

VOLSUN: wspieramy niezawodne zarządzanie ciepłem

Od pojazdów elektrycznych i systemów magazynowania energii po przemysłowe układy napędowe oraz sprzęt do odnawialnych źródeł energii – zarządzanie ciepłem odgrywa ważną rolę we współczesnej elektronice mocy.

VOLSUN współpracuje z klientami w celu określenia odpowiednich materiałów do zarządzania ciepłem dla różnych złożonych układów elektronicznych i elektrycznych. Dzięki skupieniu się na zastosowaniu oraz dyskusjom dotyczącym doboru i dostosowania materiałów pomagamy klientom znaleźć rozwiązania zgodne z ich wymaganiami projektowymi.

Szukasz materiałów do zarządzania ciepłem w zastosowaniach elektroniki mocy lub energetyki? Skontaktuj się z VOLSUN, aby omówić swoje wymagania aplikacyjne i materiałowe.