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Lösungen für ein heißes Thema

Die meisten Experten sind sich einig: Die Autos von morgen werden elektrisch sein. Die Automobilindustrie hat die Entwicklung von Elektromobilität ganz oben auf ihre Agenda gesetzt. Bevor Elektroautos in Masse produziert werden können, sind allerdings noch einige Hindernisse zu überwinden. Eine brennende Frage lautet: Wie schützt man sensitive Elektronik in Fahrzeugen vor dem Überhitzen?

Elektromotor, Antriebsbatterie und Leistungselektronik von Elektroautos arbeiten mit starker elektrischer Leistung und erzeugen während des Betriebs Hitze. Wenn sie überhitzen, kann das zur Alterung und einem vorzeitigem Ausfall der Bauelemente führen. Um dies zu vermeiden, muss die frei werdende Wärmeenergie schnell und effektiv abgeleitet werden.

Für das Wärmemanagement sind Silicone das perfekte Material. Sie können Wärme effektiv ableiten – selbst bei komplizierten Formen – und sie behalten ihre Eigenschaften über einen langen Zeitraum in einem breiten Temperaturbereich (von -50 °C bis +180 °C, spezielle Typen bis zu +230 °C) bei. Sie halten auch mechanischer Belastung, Vibrationen und Temperaturwechsel stand und sind daher ideal, um die extremen Anforderungen in Elektroautos zu erfüllen.

Effiziente Wärmeabführung mit Siliconen

Die folgenden Abbildungen zeigen, wie wärmeleitfähige Silicone zum Wärmemanagement beitragen.

Wärmeleitkleber

Wärmeleitkleber leiten die Wärme vom Bauteil zum Kühlkörper ab. Gleichzeitig stellen sie eine feste und zugleich elastische mechanische Verbindung her, die eine weitere Verbindung unnötig macht und so die Herstellungskosten reduziert. Wärmeleitkleber auf Siliconbasis weisen eine herausragende Beständigkeit und eine langfristige Anwendungssicherheit bei Dauerhitzebelastung auf. Die mechanischen Eigenschaften bleiben selbst nach 2.000 Betriebsstunden bei 150 °C fast konstant.

Wärmeleitfähige Siliconvergussmassen

Wärmeleitfähige Siliconvergussmassen leiten Wärme effizient selbst von komplizierten Formen ab. Gleichzeitig schützen sie Schlüsselbauteile wie Wandler und Halbleiterstrukturen vor Umwelteinflüssen.

Wärmeleitfähige Gap-Filler und Wärmeleitpasten

Wärmeleitfähige Gap-Filler und Wärmeleitpasten sind eine effektive Alternative, wenn keine strukturelle Verklebung zwischen dem Kühlkörper und dem Gerät notwendig ist. Sie leiten die Wärme effizient ab und sind aufgrund ihrer weichen Konsistenz dauerhaft widerstandsfähig gegen Stoßbelastung, Vibrationen und Temperaturwechsel.

Wärmemanagement in Batterien

Elektrofahrzeuge nutzen hauptsächlich Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) als Energiespeicher. Diese werden in der Regel unterhalb des Fahrgastraums eingebaut und erfordern ein aktives Thermomanagement. Für die thermische Anbindung zwischen den Batteriemodulen und dem Wärmeableitungssystem wird ein wärmeleitfähiger Gap-Filler benötigt. Er muss alterungsstabil sein, um einen vorzeitigen Ausfall der Batterie zu verhindern, und er muss in kürzester Zeit auf größeren Flächen applizierbar sein.

Mit der Reihe SEMICOSIL® 96x TC hat WACKER Eine Reihe von wärmeleitfähigen Gap-Fillern entwickelt, die nicht nur kosteneffizient und leicht verarbeitbar sind, sondern auch Funktionssicherheit und eine besonders lange Haltbarkeit bieten.

Wärmemanagement in der Leistungselektronik

Eine weitere Wärmequelle bei Elektrofahrzeugen ist die Leistungselektronik, die elektrischen Strom umwandelt und steuert. Inverter überführen zum Beispiel Gleichstrom in Wechselstrom und umgekehrt, während Spannungsumrichter (Konverter) das Spannungsniveau verändern. Power-Module-Bauteile wie zum Beispiel IGBTs (Integrated Gate Bipolar Transistors) können im Betrieb über 100 °C warm werden. Zu hohe Temperaturen können aber die empfindlichen Halbleiterstrukturen schädigen, was zur Alterung und schließlich zum Ausfall der Bauelemente führt.

Um einem solchen Ausfall vorzubeugen, werden die mit IGBT bestückten Leiterplatten aktiv gekühlt. Bei Betriebstemperaturen über 150 °C sind siliconbasierte TIMs (thermische Interface-Materialien) das Material der Wahl zur thermischen Ankopplung, da organische Polymere dieser Temperaturbelastung nicht dauerhaft standhalten würden. Abhängig von der Konstruktion eignen sich wärmeleitende Gap-Filler, wärmeleitfähige Siliconvergussmassen, Wärmeleitpasten oder wärmeleitende Klebstoffe für die effiziente Kühlung des Bauteils. Produkte der Wahl finden sich in der Reihe SEMICOSIL® und ELASTOSIL® von WACKER.

Wärmemanagement in Elektromotoren

Auch ein Elektromotor erzeugt im Betrieb Wärme – trotz eines hohen Wirkungsgrades, der in der Regel bei über 90 Prozent liegt (im Vergleich zu 30 – 45 Prozent bei Verbrennungsmotoren). Aus zwei Gründen ist eine effiziente Wärmeableitung auch bei Elektromotoren notwendig: Zum einen müssen die auf die Statorwicklungen aufgetragenen Drahtlacke vor wärmebedingter Alterung geschützt werden. Zum anderen enthalten permanentmagnetische Synchronmotoren magnetische Materialien aus Seltenerdmetallen, die bei Temperaturen über 130 °C ihre Magnetisierung verlieren können. Außerdem kann die vom Elektromotor abgeführte Wärme problemlos an anderer Stelle zur Beheizung des Fahrgastraums und der Windschutzscheibe genutzt werden.

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