Nový energetický priemysel zrýchľuje svoju modernizáciu a aplikačná hodnota keramických častí pri elektrifikácii a vysokonapäťových elektrických poliach sa neustále zvyšuje.

S rýchlym vývojom nových energetických vozidiel, skladovania energie, fotovoltaiky, vodíkovej energie a-technológie vysokovýkonnej elektroniky kladú nové energetické zariadenia vyššie požiadavky na vysokú-teplotnú odolnosť, izoláciu, odolnosť proti korózii, mechanickú pevnosť a rozmerovú stálosť materiálov. Vďaka svojej vynikajúcej elektrickej izolácii, odolnosti voči vysokej teplote, odolnosti proti korózii, nízkym dielektrickým stratám a dobrej rozmerovej stabilite sa keramické materiály ďalej dostávajú do aplikačných scenárov, ako sú batérie, elektrické pohonné systémy, vysokonapäťové elektrické-elektriky, invertory na ukladanie energie a nová energetická výkonová elektronika z tradičných priemyselných oblastí.

 

V porovnaní s kovovými materiálmi je technická keramika zvyčajne schopná udržiavať relatívne stabilný výkon pri vysokej teplote, vysokom napätí, vysokej frekvencii a zložitých chemických prostrediach. Preto zohrávajú kľúčové funkcie, ako je izolácia, izolácia, štrukturálna podpora, tepelné riadenie a elektrická ochrana v niektorých nových energetických zariadeniach. Keďže hustota výkonu nových energetických systémov neustále rastie, rozsah použitia keramických dielov sa rozširuje od jednotlivých izolačných komponentov až po presné konštrukčné diely a funkčné komponenty.

 

 

 

Napájacia batéria je jedným z najdôležitejších základných systémov nových energetických vozidiel. Jeho pracovné prostredie zahŕňa vysoké napätie, veľký prúd, zmeny teploty a dlhodobé-mechanické vibrácie, takže kladie prísne požiadavky na elektrickú izoláciu a tepelnú bezpečnosť. Vo vnútri batérie sa môžu keramické materiály podieľať na bezpečnostnej ochrane v rôznych formách, ako sú nátery, separátory, izolačné konštrukčné časti a tesniace časti.

 

Keramické-membrány sú jednou z najreprezentatívnejších aplikácií. Zavedením anorganických keramických častíc, ako je oxid hlinitý a bôhmit na povrch polyolefínového základného filmu, sa môže zlepšiť rozmerová stabilita a tepelná odolnosť separátora za podmienok vysokej teploty. Keď je batéria pri vysokej teplote alebo v abnormálnych prevádzkových podmienkach, keramický povlak môže znížiť riziko výrazného zmrštenia separátora, čím sa zabezpečia stabilnejšie izolačné podmienky medzi kladnými a zápornými elektródami.

 

Vo vysokonapäťových batériových systémoch možno keramické izolátory použiť aj na elektrickú izoláciu medzi elektródami, svorkami a inými vodivými štruktúrami. Napríklad keramické teleso EV Fuse musí súčasne spĺňať izolačný výkon, mechanickú pevnosť a určitú tepelnú stabilitu. Jeho materiálové vlastnosti priamo ovplyvnia prevádzkovú spoľahlivosť vysokonapäťových{3}}ochranných komponentov za abnormálnych aktuálnych podmienok.

 

Ako sa napäťová platforma nových energetických vozidiel postupne vyvíja na 800 V a vyššie, napäťové napätie, ktoré znášajú vysokonapäťové elektrické ochranné komponenty, sa neustále zvyšuje. Keramické konštrukčné diely, ako je keramické telo pre EV Fuse, musia dosiahnuť spoľahlivú izoláciu v obmedzenom priestore a zároveň odolávať teplotným šokom a mechanickému namáhaniu, ktoré vznikajú počas procesu natavovania. Preto sa zloženie materiálu, proces spekania a rozmerová presnosť stali dôležitými faktormi pri navrhovaní produktov.

 

 

Vysokonapäťové ochranné systémy v nových energetických vozidlách a zariadeniach na ukladanie energie zvyčajne potrebujú rýchlo prerušiť prúd za abnormálnych podmienok, ako sú skraty a preťaženia. Ako dôležitý prvok nadprúdovej ochrany zohrávajú vnútorné keramické komponenty poistiek nielen izolačnú úlohu, ale musia byť tiež zladené s taveninami a výplňovými materiálmi, aby sa dokončilo uhasenie oblúka, tepelná izolácia a konštrukčná podpora.

 

V tradičných nízkonapäťových{0}}a priemyselných elektrických zariadeniach majú keramické rúrky, keramické objímky a keramické puzdrá už pomerne vyspelý aplikačný základ. S vývojom vysokonapäťových-systémov pre nové energetické vozidlá sa keramické materiály ďalej zdokonaľujú na vysoké napätie, kompaktnosť a vysokú spoľahlivosť. Napríklad hliníková keramická trubica pre vysokonapäťové elektrické poistky musí brať do úvahy vysokú dielektrickú pevnosť, mechanickú pevnosť a tepelnú odolnosť, aby sa prispôsobila zložitému pracovnému prostrediu vo vysokonapäťovom obvode nových energetických vozidiel.

 

Keramika z oxidu hlinitého je jedným z bežných technických keramických materiálov vo vysokonapäťových poistkách. Má vysokú izolačnú pevnosť, tepelnú odolnosť a chemickú stabilitu a procesom spekania sa z neho dajú vyrobiť rúrkové, objímkové-štruktúry alebo špeciálne{3}}tvarované štruktúry. Al2O3 hliníková keramická trubica pre vysokonapäťovú-poistku možno použiť ako izolačný a konštrukčný podporný komponent vo vysokonapäťových{8}}ochranných zariadeniach na zabezpečenie stabilnej izolácie rôznych vodivých oblastí vo vnútri poistky.

 

V prípade automobilových pomocných obvodov a vysokonapäťových doplnkových systémov sa keramické kryty tiež musia prispôsobiť zložitejšiemu inštalačnému priestoru a požiadavkám na mechanické pripojenie. Keramické teleso prídavnej poistky elektrického vozidla je jednou z takýchto aplikácií. Pri jeho návrhu sa musí venovať pozornosť nielen izolačnej vzdialenosti, ale musí brať do úvahy aj rozmerové tolerancie, spôsoby montáže, nárast teploty a-dlhodobú spoľahlivosť.

 

 

 

Nové systémy elektrického pohonu energetických vozidiel sa vyvíjajú smerom k vysokej rýchlosti, vysokej hustote výkonu a vysokej účinnosti. Motory, meniče a súvisiace výkonové moduly boli dlho vystavené vysokofrekvenčnému spínaniu a zmenám teploty a tradičné materiály môžu byť postupne obmedzené z hľadiska izolácie, tepelnej odolnosti a odolnosti proti opotrebovaniu.

 

Keramické ložiská sú reprezentatívnou aplikáciou v systémoch elektrického pohonu. Štrukturálna keramika, ako je nitrid kremíka, sa vyznačuje nízkou hustotou, vysokou tvrdosťou, dobrou odolnosťou proti opotrebovaniu a vynikajúcimi elektrickými izolačnými vlastnosťami. Môžu znížiť mechanické trenie v prostredí vysokootáčkových motorov-a znížiť riziko elektrickej korózie spôsobenej prúdmi hriadeľa.

 

Pre elektrické pohonné systémy využívajúce výkonové polovodiče z karbidu kremíka sa ďalej zvýšila frekvencia spínania výkonu a rýchlosť spínania, vďaka čomu systém kladie prísnejšie požiadavky na izolačné materiály a obalové konštrukcie. Keramické substráty môžu poskytnúť spoľahlivú elektrickú izoláciu medzi vodivými štruktúrami a štruktúrami na odvádzanie tepla pri vykonávaní úloh vedenia tepla, vďaka čomu sú dôležitým základným materiálom pre výkonové elektronické moduly s vysokou-výkonovou{2}}hustotou.

 

Okrem keramického substrátu vo vnútri systému elektrického pohonu musia mať komponenty na ochranu vysokonapäťových poistiek aj stabilnú izolačnú štruktúru. Napríklad keramické telo poistky proti preťaženiu a skratu si musí zachovať dobrú izoláciu za normálnych prevádzkových podmienok a odolať veľkému prechodnému tepelnému namáhaniu počas ochrany proti preťaženiu alebo skratu.

 

 

Výkonové polovodičové zariadenia v nových energetických vozidlách, meničoch na ukladanie energie a fotovoltaických invertoroch vytvárajú počas prevádzky veľké množstvo tepla. S rastúcou hustotou výkonu systému sa rozptyl tepla stal jedným z dôležitých faktorov obmedzujúcich výkon energetických zariadení.

 

Keramické substráty môžu poskytovať elektrickú izoláciu aj tepelnú vodivosť, takže sa široko používajú v balení výkonových modulov.

 

Materiály ako oxid hlinitý a nitrid hliníka majú rôzne vlastnosti tepelnej vodivosti a nákladové charakteristiky a možno ich vybrať na základe prevádzkového napätia, úrovne výkonu, požiadaviek na tepelný odpor a výrobných nákladov.

 

Medzi nimi má nitrid hliníka vysokú tepelnú vodivosť a nízky koeficient tepelnej rozťažnosti a má vysokú aplikačnú hodnotu v oblasti-výkonných elektronických obalov. Keď sa keramické materiály skombinujú s kovovými vodičmi, ako je meď, môžu vytvoriť kompozitnú štruktúru s vodivými, tepelnými a izolačnými funkciami, čím poskytujú stabilný obalový základ pre polovodičové zariadenia so širokým{2}}pásmovým odstupom, ako je SiC.

 

V oblasti novej energetickej elektrickej ochrany môžu keramické materiály pre jednosmerné automobilové poistky využiť tepelnú odolnosť a izolačné vlastnosti keramických materiálov na zabezpečenie stabilnej konštrukčnej podpory pre automobilové jednosmerné poistky. Keďže výkon jednosmerných vysokonapäťových obvodov-v nových energetických vozidlách neustále rastie, súvisiace keramické časti musia ďalej zlepšovať svoju odolnosť proti tepelným šokom, mechanickú pevnosť a rozmerovú stabilitu.

 

 

Systémy na uchovávanie energie zvyčajne potrebujú pracovať dlhú dobu a môžu sa nachádzať v zložitých prostrediach, ako sú vysoké teploty, nízke teploty, vlhkosť, prach atď. Invertory na uchovávanie energie, zariadenia na distribúciu jednosmerného prúdu, systémy správy batérií a systémy ochrany vysokého-napätia majú vysoký dopyt po izolačných materiáloch.

 

V konvertoroch a invertoroch na ukladanie energie môžu keramické substráty spájať napájacie zariadenia a systémy odvádzania tepla, čím sa zaisťuje elektrická izolácia a zároveň rýchlo vedie teplo generované zariadeniami. V prípade vysokofrekvenčných spínacích systémov ovplyvňujú dielektrické vlastnosti keramických materiálov aj parazitné parametre a integritu signálu, takže výber materiálu je potrebné komplexne posúdiť v spojení s celým systémom výkonovej elektroniky.

 

V poistkových aplikáciách môže izolačné elektrické steatitové keramické tavené teleso využiť dobrú elektrickú izoláciu a tepelnú odolnosť materiálov, ako je steatitový porcelán, ktoré sa majú použiť na izoláciu a štrukturálnu podporu špecifických elektrických ochranných zariadení. Rôzne keramické systémy majú rôznu dielektrickú pevnosť, mechanické vlastnosti, koeficienty tepelnej rozťažnosti a charakteristiky spracovania, takže skutočný výber je potrebné komplexne určiť na základe napätia, prúdu, teploty a mechanického zaťaženia.

 

 

 

Fotovoltaický menič je dôležitým zariadením, ktoré spája systém výroby fotovoltaickej energie a striedavú sieť. Obsahuje veľké množstvo výkonových polovodičov, filtračných zariadení a vysokonapäťových{1}}elektrických komponentov. Keďže úrovne výkonu fotovoltaických systémov sa neustále zvyšujú, tepelný manažment a návrh izolácie v rámci zariadenia sa stávajú čoraz dôležitejšími.

 

Keramický medený-podklad môže realizovať prenos prúdu cez kovovú vrstvu a použiť keramické dielektrikum na dosiahnutie elektrickej izolácie, pričom rýchlo prenáša teplo generované energetickým zariadením do štruktúry odvádzajúcej teplo. V prípade vysokovýkonných IGBT, SiC MOSFET a iných zariadení tepelná vodivosť, prispôsobenie tepelnej rozťažnosti a izolačný výkon obalového materiálu priamo ovplyvnia dlhodobú-spoľahlivosť modulu.

 

Vysokonapäťové{0}}poistky a ich keramické konštrukčné časti zároveň zohrávajú úlohu pri fotovoltaickej bočnej ochrane jednosmerného prúdu. Keramický kryt poistkovej vložky môže poskytnúť izolačné puzdro a mechanickú oporu pre poistkový prvok a odolať zodpovedajúcemu tepelnému a mechanickému namáhaniu počas procesu vypínania-poruchy.

 

 

Keramika z oxidu hlinitého má vyspelý priemyselný výrobný základ. Jeho materiálový systém je stabilný, jeho náklady sú relatívne kontrolovateľné a môže vyrábať zložité štruktúry prostredníctvom rôznych procesov formovania a spekania. Preto má široké uplatnenie v oblasti novej energetiky a elektrospotrebičov.

 

V nových vysokonapäťových poistkách pre energetické vozidlá- sa dá hliníková keramická izolačná trubica pre poistku použiť na izoláciu a izoláciu medzi rôznymi vodivými časťami. Pre automobilové ochranné systémy s vyššími úrovňami napätia musia keramické rúrky spĺňať aj komplexné požiadavky, ako je povrchová vzdialenosť, elektrická vzdialenosť, odolnosť proti tepelným šokom a mechanická montáž.

 

V prípade vysokonapäťových{0}}poistiek v automobiloch má čistota materiálu vplyv aj na dielektrické vlastnosti a mechanickú stabilitu produktu. 95% hliníková keramická trubica pre vysokonapäťovú poistku je jednou z bežných foriem aplikácie z keramiky z oxidu hlinitého. Špecifický materiálový systém musí byť prispôsobený pracovnému napätiu, teplote, veľkosti konštrukcie a výrobnému procesu.

 

S vývojom automobilových vysokonapäťových{0}}platforiem sa prostredie, ktorému čelia hliníkové keramické trubice pre vysokonapäťové-automobilové poistky, stalo zložitejším, vrátane vysoko-frekvenčného prepínania, prúdových rázov, teplotných cyklov a mechanických vibrácií. Jednoduché zlepšenie izolačnej pevnosti keramických materiálov preto nestačí na splnenie požiadaviek. Taktiež je potrebné komplexne optimalizovať keramický vzorec, hustotu spekania, rozmerovú presnosť a konštrukčné riešenie.

 

 

Inteligentný vývoj nových energetických zariadení poháňal aj aplikáciu keramických senzorov a funkčných keramických materiálov. Materiály ako oxid zirkoničitý, piezoelektrická keramika a ferit môžu využívať svoje špeciálne elektrické, tepelné a mechanické vlastnosti na detekciu parametrov, ako je teplota, tlak, koncentrácia plynu a prúd.

 

V prostredí s vysokou{0}}teplotou majú keramické materiály dobrú tepelnú stabilitu a možno ich použiť v ochranných štruktúrach snímačov a citlivých komponentoch. Niektoré keramické materiály majú tiež piezoelektrické, dielektrické alebo magnetoelektrické konverzné vlastnosti a možno ich použiť v snímacích systémoch v nových energetických vozidlách, priemyselnom riadení a inteligentných energetických zariadeniach.

 

S neustálym vývojom systémov autonómneho riadenia, správy batérií a skladovania energie sa neustále zvyšujú požiadavky na dlhodobú-stabilitu, ochranu proti-environmentálnemu rušeniu a rozmerovú presnosť snímačov, čo tiež podporuje vývoj funkčnej keramiky v smere presnosti a integrácie.

 

 

 

Nové energetické zariadenia zvyčajne potrebujú nepretržitú prevádzku po mnoho rokov, takže keramické diely nielenže spĺňajú počiatočné ukazovatele výkonnosti, ale musia mať aj dobrú dlhodobú-spoľahlivosť. Výber materiálu, proces formovania, proces spekania, povrchová úprava a kontrola rozmerov majú vplyv na konečný výkon.

 

V prípade vysokonapäťovej izolačnej keramiky je potrebné zamerať sa na ukazovatele, ako sú dielektrická pevnosť, objemový odpor, povrchová vzdialenosť a čiastočný výboj. U keramických konštrukčných dielov vystavených mechanickému zaťaženiu je potrebné zamerať sa na hodnotenie pevnosti v ohybe, lomovej húževnatosti, tepelných šokov a montážneho napätia.

 

Okrem toho, rozdiel v koeficiente tepelnej rozťažnosti medzi keramikou a kovmi je tiež dôležitou otázkou, ktorú je potrebné zvážiť pri inžinierskom návrhu. Keď zariadenie podstupuje časté cykly vysokej a nízkej teploty, medzi rôznymi materiálmi sa môže vyvinúť tepelné napätie. Ak konštrukčný návrh a prispôsobenie materiálu nie sú primerané, dlhodobé-cyklovanie môže viesť k praskaniu rozhrania, delaminácii a dokonca k zlyhaniu izolácie.

 

Preto je počas procesu vývoja vysokonapäťových izolačných komponentov, ako je napríklad izolovaná keramická trubica v poistkách pre elektromobily, potrebné vykonať komplexný návrh z viacerých rozmerov materiálu, štruktúry, výroby a overenia a spoľahlivosť produktu nemožno posudzovať iba spoliehaním sa na jediný index výkonnosti materiálu.
 

 

V súčasnosti sa nový energetický priemysel mení z jednoduchého rozšírenia inštalovanej kapacity na zlepšenie hustoty výkonu, účinnosti systému a prevádzkovej spoľahlivosti. Nové energetické vozidlá sa vyvíjajú smerom k 800V vysokonapäťovým platformám-, systémy skladovania energie sa modernizujú smerom k vyššiemu výkonu a dlhšej životnosti a fotovoltaické invertory naďalej zlepšujú účinnosť konverzie a hustotu výkonu. Tieto zmeny predložili nové technické požiadavky na keramické materiály.

 

V budúcnosti rozvojnové energetické keramické dielybude venovať väčšiu pozornosť spoločnej optimalizácii materiálového výkonu a konštrukčného návrhu. Na jednej strane je potrebné vyvinúť keramické materiály s vyššou tepelnou vodivosťou, vyššou dielektrickou pevnosťou a lepšou tepelnou rozťažnosťou; na druhej strane je tiež potrebné zlepšiť rozmerovú konzistenciu produktu a stabilitu šarže pomocou presného lisovania, pokročilého spekania a automatizovanej kontroly.

 

Súčasne sa aplikácia keramických dielov postupne rozšíri z tradičných izolačných puzdier, plášťov a substrátov na vysokonapäťové spoje, obaly výkonových modulov, senzory, poistky a presné konštrukčné časti nových energetických zariadení. V prípade vysokonapäťových poistiek zostanú keramické materiály dôležitým materiálovým systémom v nových energetických vozidlách a systémoch ochrany skladovania energie vďaka svojim komplexným výhodám v oblasti izolácie, tepelnej odolnosti a štrukturálnej podpory.

 

Všeobecne povedané, aj keď sa keramické časti zvyčajne priamo nezúčastňujú na premene energie, plnia kľúčové funkcie, ako je izolácia, odvod tepla, ochrana, podpora a spoľahlivé spojenie. S neustálym vývojom nových energetických vozidiel, skladovania energie, fotovoltaiky a vysokonapäťových{1}}technológií výkonovej elektroniky sa keramické materiály premieňajú z tradičných pomocných materiálov na dôležité základné materiály, ktoré ovplyvňujú bezpečnosť, účinnosť a životnosť nových energetických zariadení.

 

Inovácia keramickej technológie zameraná na vysokú spoľahlivosť, vysokú tepelnú vodivosť, vysokú izoláciu, nízku hmotnosť a presnú výrobu bude v budúcnosti ďalej podporovať vývoj nových energetických zariadení smerom k vysokej hustote výkonu, vysokej účinnosti a-dlhodobej spoľahlivej prevádzke.