在新能源汽車的動力傳動系統(tǒng)中，逆變器扮演著至關重要的角色，其核心任務是將電池中的直流電（DC）轉(zhuǎn)換為交流電（AC），以驅(qū)動電動機。

當前，新能源汽車正朝著更高續(xù)航里程、快充、更大空間、更加智能化、綠色與可持續(xù)等方向發(fā)展。這些高耗能的發(fā)展趨勢，為更大功率的碳化硅逆變器帶來了市場需求。

根據(jù)《電力電子技術與應用》報道，全球2023年第四季裝配碳化硅功率芯片的逆變器已占整體逆變器裝機量15%。而據(jù)S&P Global Mobility預測，預計到2034年，碳化硅逆變器的需求將以22.8%的復合年增長率增長，達到5250萬臺。

更高功率的輸出，也帶來了更高的熱量。如何解決功率逆變器導熱問題？在相變化材料領域深耕30多年的霍尼韋爾，為頭痛不已的逆變器廠商推出一款理想的材料解決方案。

01

成功應用于碳化硅MOSFET逆變器

霍尼韋爾的相變化材料已經(jīng)成功應用于碳化硅MOSFET逆變器中。

實際上，碳化硅逆變器正在演變成新能源汽車逆變器的主流方案之一。

2021年以來，隨著特斯拉率先在model 3的主驅(qū)上采用全碳化硅模塊后，碳化硅在汽車界掀起一股“上車熱”，比亞迪等越來越多車企開始在電驅(qū)系統(tǒng)中導入碳化硅技術。

根據(jù)《電力電子技術與應用》報道，2022年，特斯拉生產(chǎn)了近204萬臺碳化硅逆變器，引領了碳化硅生產(chǎn)。

碳化硅逆變器的“上位”原因在于，與硅基IGBT相比，碳化硅具有更高的電場擊穿能力、更好的熱導率、在更高的溫度工作，以及更高的開關頻率(由于電子禁帶寬)，因而開關和傳導損耗更低。

霍尼韋爾的相變化材料，緊跟著著新能源汽車逆變器的變化。

不過，有“金剛鉆”才能“攬瓷器活”。

碳化硅逆變器的誕生，應對更高的電壓是主要的原因之一。為了提升新能源汽車續(xù)航里程以及滿足快充的要求，新能源汽車電池由400V向800V發(fā)展。奧迪、保時捷、現(xiàn)代和起亞等汽車品牌已經(jīng)搬出基于800V架構的電動汽車。

霍尼韋爾相變化材料在碳化硅MOSFET逆變器的應用，正是基于800V的電壓平臺。

更高電壓意味著更大功率和更高溫度。硅基功率模塊工作溫度不超過80℃，而碳化硅功率模塊工作溫度動輒上100℃。

高溫的條件下，考驗著導熱界面材料的導熱效率，而導熱效果取決于導熱系數(shù)及熱阻?；裟犴f爾已發(fā)布導熱系數(shù)達到8.5瓦的相變材料，為目前業(yè)內(nèi)少有的導熱水準。

另外，霍尼韋爾從分子層面開始對導熱界面材料的每一種組分進行結構設計、篩選和優(yōu)化，基于分子層面的優(yōu)化，霍尼韋爾相變化材料具備了較低熱阻。

提升新能源汽車續(xù)航里程，除了提升電壓，提高零部件的集成度是另一條重要手段。汽車中更高的集成度可以提升空間利用率，減少系統(tǒng)損耗和提供更好的熱性能。截至2023年，電機+逆變器的集成是新能源汽車中使用最廣泛的配置。相關數(shù)據(jù)顯示，到2034年，這種配置的份額將增加到61%。

尺寸的縮減傳導到逆變器。在同等功率及安全性等條件下，車載逆變器重量和體積越小越好，可滿足汽車輕量化的需求。

霍尼韋爾相變化材料同樣可為車載逆變器體積小型化助力。霍尼韋爾相變化材料的相變溫度為45℃，施加一定壓力后，實際使用中的薄度可達到0.05毫米。相較于傳統(tǒng)的導熱界面材料，不但可以明顯減少導熱界面材料的厚度（減少2~3毫米），而且由于優(yōu)秀的導熱效果，同時縮小了散熱面的設計尺寸。

02

125℃下1000小時循環(huán)壽命

新能源汽車工作的環(huán)境較復雜，需要面對不同的路況及環(huán)境，另外還需要長達10年的服役期。

這意味著逆變器長期在高電壓、強電流、隨機振動沖擊以及大量電磁干擾的環(huán)境中運行，其性能直接關系電機功率的輸出表現(xiàn)和新能源汽車的續(xù)航能力。

因此，如何在滿足高效導熱的同時，確保其穩(wěn)定可靠的工作也同樣重要。

其中，導熱界面材料的抗垂流性備受廠商關注?；裟犴f爾對相變化材料分子結構進行了設計，其分子結構比硅脂的硅氧結構旋轉(zhuǎn)力度更困難，不容易位移，難以產(chǎn)生分子的分解或者游離，使得可靠性提升。

因此，無論是在車輛的震動情況下，還是在逆變器垂直放置的狀態(tài)下，霍尼韋爾的相變化材料都不易發(fā)生垂流現(xiàn)象。

另外，由于導熱材料的導熱功能主要是通過填料完成，霍尼韋爾將相變化材料的填料以基材進行多鏈結構的包覆，可以將填料和基材緊密結合起來，避免了單鏈結構包覆后容易斷開帶來填料游離的風險，使其具備高可靠性。

霍尼韋爾相變化材料在可靠性方面表現(xiàn)優(yōu)異。經(jīng)過高溫烘烤的測試，熱循環(huán)的時候壽命更長。經(jīng)過測試，霍尼韋爾的相變化材料在150℃的條件下仍舊能保持1000小時的使用壽命。

相較而言，盡管硅脂也能耐高溫達200℃，但到達一定溫度后，硅脂會產(chǎn)生流動，難以勝任更高溫度下的導熱任務。而相變化材料在150℃以內(nèi)，可以保持不流動。

在導熱效果方面，與導熱墊片及凝膠相比，兩者厚度更厚，導致導熱路徑長，導熱效果差。從這一點來看，由于相變化材料更薄，導熱效率為5W的相變化材料甚至比10W的墊片效果更好。

基于相變材料的優(yōu)勢，霍尼韋爾正瞄準新能源汽車碳化硅逆變器的市場。相關資料顯示，到2034年，豐田、大眾、雷諾-日產(chǎn)-三菱、Stellantis、寶馬、梅賽德斯-奔馳、吉利和特斯拉將引領對碳化硅逆變器的需求。

在碳化硅MOSFET的應用案例中，可以看到，霍尼韋爾的相變化材料應用于MOSFET功率模組兩側(cè)的雙面水冷板，作為熱源與散熱器件之間的導熱材料。一個逆變器中設計N個MOSFET芯片，因此可以用到2N片相變化材料。

總體而言，霍尼韋爾相變化材料（PTM7000,PTM7900, PTM7950)在碳化硅逆變器的應用中可滿足其小型化設計、更高的導熱效率、更可靠的穩(wěn)定性等諸多要求，更好的為逆變器廠商賦能。