霍尼韦尔相变化材料为车载逆变器赋能

在新能源汽车的动力传动系统中，逆变器扮演着至关重要的角色，其核心任务是将电池中的直流电（DC）转换为交流电（AC），以驱动电动机。

当前，新能源汽车正朝着更高续航里程、快充、更大空间、更加智能化、绿色与可持续等方向发展。这些高耗能的发展趋势，为更大功率的碳化硅逆变器带来了市场需求。

根据《电力电子技术与应用》报道，全球2023年第四季装配碳化硅功率芯片的逆变器已占整体逆变器装机量15%。而据S&P Global Mobility预测，预计到2034年，碳化硅逆变器的需求将以22.8%的复合年增长率增长，达到5250万台。

更高功率的输出，也带来了更高的热量。如何解决功率逆变器导热问题？在相变化材料领域深耕30多年的霍尼韦尔，为头痛不已的逆变器厂商推出一款理想的材料解决方案。

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成功应用于碳化硅MOSFET逆变器

霍尼韦尔的相变化材料已经成功应用于碳化硅MOSFET逆变器中。

实际上，碳化硅逆变器正在演变成新能源汽车逆变器的主流方案之一。

2021年以来，随着特斯拉率先在model 3的主驱上采用全碳化硅模块后，碳化硅在汽车界掀起一股“上车热”，比亚迪等越来越多车企开始在电驱系统中导入碳化硅技术。

 

根据《电力电子技术与应用》报道，2022年，特斯拉生产了近204万台碳化硅逆变器，引领了碳化硅生产。

碳化硅逆变器的“上位”原因在于，与硅基IGBT相比，碳化硅具有更高的电场击穿能力、更好的热导率、在更高的温度工作，以及更高的开关频率(由于电子禁带宽)，因而开关和传导损耗更低。

霍尼韦尔的相变化材料，紧跟着着新能源汽车逆变器的变化。

不过，有“金刚钻”才能“揽瓷器活”。

碳化硅逆变器的诞生，应对更高的电压是主要的原因之一。为了提升新能源汽车续航里程以及满足快充的要求，新能源汽车电池由400V向800V发展。奥迪、保时捷、现代和起亚等汽车品牌已经搬出基于800V架构的电动汽车。

霍尼韦尔相变化材料在碳化硅MOSFET逆变器的应用，正是基于800V的电压平台。

更高电压意味着更大功率和更高温度。硅基功率模块工作温度不超过80℃，而碳化硅功率模块工作温度动辄上100℃。

高温的条件下，考验着导热界面材料的导热效率，而导热效果取决于导热系数及热阻。霍尼韦尔已发布导热系数达到8.5瓦的相变材料，为目前业内少有的导热水准。

 

另外，霍尼韦尔从分子层面开始对导热界面材料的每一种组分进行结构设计、筛选和优化， 基于分子层面的优化，霍尼韦尔相变化材料具备了较低热阻。

提升新能源汽车续航里程，除了提升电压，提高零部件的集成度是另一条重要手段。汽车中更高的集成度可以提升空间利用率，减少系统损耗和提供更好的热性能。截至2023年，电机+逆变器的集成是新能源汽车中使用最广泛的配置。相关数据显示，到2034年，这种配置的份额将增加到61%。

尺寸的缩减传导到逆变器。在同等功率及安全性等条件下，车载逆变器重量和体积越小越好，可满足汽车轻量化的需求。

霍尼韦尔相变化材料同样可为车载逆变器体积小型化助力。霍尼韦尔相变化材料的相变温度为45℃，施加一定压力后，实际使用中的薄度可达到0.05毫米。相较于传统的导热界面材料，不但可以明显减少导热界面材料的厚度（减少2~3毫米），而且由于优秀的导热效果，同时缩小了散热面的设计尺寸。

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125℃下1000小时循环寿命

新能源汽车工作的环境较复杂，需要面对不同的路况及环境，另外还需要长达10年的服役期。

这意味着逆变器长期在高电压、强电流、随机振动冲击以及大量电磁干扰的环境中运行，其性能直接关系电机功率的输出表现和新能源汽车的续航能力。

因此，如何在满足高效导热的同时，确保其稳定可靠的工作也同样重要。

其中，导热界面材料的抗垂流性备受厂商关注。霍尼韦尔对相变化材料分子结构进行了设计，其分子结构比硅脂的硅氧结构旋转力度更困难，不容易位移，难以产生分子的分解或者游离，使得可靠性提升。

因此，无论是在车辆的震动情况下，还是在逆变器垂直放置的状态下，霍尼韦尔的相变化材料都不易发生垂流现象。

另外，由于导热材料的导热功能主要是通过填料完成，霍尼韦尔将相变化材料的填料以基材进行多链结构的包覆，可以将填料和基材紧密结合起来，避免了单链结构包覆后容易断开带来填料游离的风险，使其具备高可靠性。

 

霍尼韦尔相变化材料在可靠性方面表现优异。经过高温烘烤的测试，热循环的时候寿命更长。经过测试，霍尼韦尔的相变化材料在150℃的条件下仍旧能保持1000小时的使用寿命。

相较而言，尽管硅脂也能耐高温达200℃，但到达一定温度后，硅脂会产生流动，难以胜任更高温度下的导热任务。而相变化材料在150℃以内，可以保持不流动。

在导热效果方面，与导热垫片及凝胶相比，两者厚度更厚，导致导热路径长，导热效果差。从这一点来看，由于相变化材料更薄，导热效率为5W的相变化材料甚至比10W的垫片效果更好。

基于相变材料的优势，霍尼韦尔正瞄准新能源汽车碳化硅逆变器的市场。相关资料显示，到2034年，丰田、大众、雷诺-日产-三菱、Stellantis、宝马、梅赛德斯-奔驰、吉利和特斯拉将引领对碳化硅逆变器的需求。

在碳化硅MOSFET的应用案例中，可以看到，霍尼韦尔的相变化材料应用于MOSFET功率模组两侧的双面水冷板，作为热源与散热器件之间的导热材料。一个逆变器中设计N个MOSFET芯片，因此可以用到2N片相变化材料。

总体而言，霍尼韦尔相变化材料（PTM7000,PTM7900, PTM7950)在碳化硅逆变器的应用中可满足其小型化设计、更高的导热效率、更可靠的稳定性等诸多要求，更好的为逆变器厂商赋能。