Nový energetický průmysl urychluje svou modernizaci a aplikační hodnota keramických dílů v elektrifikaci a vysokonapěťových elektrických polích se neustále zvyšuje.

S rychlým vývojem nových energetických vozidel, skladování energie, fotovoltaiky, vodíkové energie a-technologie výkonové elektroniky kladou nová energetická zařízení vyšší požadavky na vysokou-teplotní odolnost, izolaci, odolnost proti korozi, mechanickou pevnost a rozměrovou stálost materiálů. Díky své vynikající elektrické izolaci, odolnosti vůči vysokým teplotám, odolnosti proti korozi, nízkým dielektrickým ztrátám a dobré rozměrové stabilitě se keramické materiály dále dostávají do aplikačních scénářů, jako jsou napájecí baterie, elektrické pohonné systémy, vysokonapěťová elektrika, invertory pro ukládání energie a nová energetická výkonová elektronika z tradičních průmyslových oblastí.

 

Ve srovnání s kovovými materiály je technická keramika obvykle schopna udržet relativně stabilní výkon při vysoké teplotě, vysokém napětí, vysoké frekvenci a složitém chemickém prostředí. V některých nových energetických zařízeních proto hrají klíčové funkce, jako je izolace, izolace, konstrukční podpora, tepelný management a elektrická ochrana. Vzhledem k tomu, že hustota výkonu nových energetických systémů stále roste, rozsah použití keramických dílů se také rozšiřuje od jednotlivých izolačních součástí až po přesné konstrukční díly a funkční součásti.

 

 

 

Napájecí baterie je jedním z nejdůležitějších základních systémů nových energetických vozidel. Jeho pracovní prostředí zahrnuje vysoké napětí, velký proud, změny teploty a dlouhodobé{1}}mechanické vibrace, takže klade přísné požadavky na elektrickou izolaci a tepelnou bezpečnost. Uvnitř baterie se mohou keramické materiály podílet na bezpečnostní ochraně v různých formách, jako jsou povlaky, separátory, izolační konstrukční části a těsnící části.

 

Keramické-potažené membrány jsou jednou z reprezentativnějších aplikací. Zavedením anorganických keramických částic, jako je oxid hlinitý a boehmit na povrch polyolefinového základního filmu, lze zlepšit rozměrovou stabilitu a tepelnou odolnost separátoru za podmínek vysoké teploty. Když je baterie při vysoké teplotě nebo v abnormálních provozních podmínkách, keramický povlak může snížit riziko výrazného smrštění separátoru, a tím zajistit stabilnější izolační podmínky mezi kladnými a zápornými elektrodami.

 

Ve vysokonapěťových bateriových systémech lze keramické izolátory použít také k elektrické izolaci mezi elektrodami, svorkami a jinými vodivými strukturami. Například EV Fuse Ceramic Body potřebuje současně splňovat izolační výkon, mechanickou pevnost a určitou tepelnou stabilitu. Vlastnosti jeho materiálu přímo ovlivní provozní spolehlivost vysokonapěťových ochranných komponent za abnormálních aktuálních podmínek.

 

Jak se napěťová platforma nových energetických vozidel postupně rozvíjí na 800 V a vyšší, napěťové namáhání, které snášejí vysokonapěťové elektrické ochranné komponenty, se stále zvyšuje. Keramické konstrukční díly, jako je Ceramic Body for EV Fuse, potřebují dosáhnout spolehlivé izolace v omezeném prostoru a zároveň odolat tepelným šokům a mechanickému namáhání generovanému během procesu fixace. Proto se složení materiálu, proces slinování a rozměrová přesnost staly důležitými faktory při navrhování produktu.

 

 

Vysokonapěťové ochranné systémy v nových energetických vozidlech a zařízeních pro skladování energie obvykle potřebují rychle odpojit proud za abnormálních podmínek, jako jsou zkraty a přetížení. Jako důležitá součást nadproudové ochrany hrají vnitřní keramické součásti pojistek nejen izolační roli, ale také je třeba je sladit s taveninami a výplňovými materiály, aby se dokončilo uhašení oblouku, tepelná izolace a nosná konstrukce.

 

V tradičních nízkonapěťových a průmyslových elektrických zařízeních mají keramické trubky, keramická pouzdra a keramická pouzdra již poměrně vyzrálou aplikační základnu. S vývojem vysokonapěťových-systémů pro nová energetická vozidla se keramické materiály dále vylepšují na vysoké napětí, kompaktnost a vysokou spolehlivost. Například hliníková keramická trubice pro vysokonapěťové elektrické pojistky musí brát v úvahu vysokou dielektrickou pevnost, mechanickou pevnost a tepelnou odolnost, aby se přizpůsobila složitému pracovnímu prostředí ve vysokonapěťovém obvodu nových energetických vozidel.

 

Keramika z oxidu hlinitého je jedním z běžných technických keramických materiálů ve vysokonapěťových pojistkách-. Vyznačuje se vysokou izolační pevností, tepelnou odolností a chemickou stabilitou a procesem slinování z něj lze vyrobit trubkové, pouzdrové- struktury nebo speciální{3}}tvarované struktury. Al2O3 hliníková keramická trubice pro vysokonapěťovou pojistku- lze použít jako izolační a konstrukční podpůrný prvek ve vysokonapěťových ochranných zařízeních k zajištění stabilní izolace pro různé vodivé oblasti uvnitř pojistky.

 

U automobilových pomocných obvodů a vysokonapěťových systémů příslušenství se keramická pouzdra také musí přizpůsobit složitějším instalačním prostorům a požadavkům na mechanické připojení. Keramické těleso pro pomocnou pojistku elektrického vozidla je jednou z takových aplikací. Při jeho návrhu je třeba věnovat pozornost nejen izolační vzdálenosti, ale také brát v úvahu rozměrové tolerance, způsoby montáže, nárůst teploty a dlouhodobou- spolehlivost.

 

 

 

Nové systémy elektrického pohonu energetických vozidel se vyvíjejí směrem k vysoké rychlosti, vysoké hustotě výkonu a vysoké účinnosti. Motory, měniče a související výkonové moduly byly po dlouhou dobu vystaveny vysokofrekvenčnímu spínání a změnám teploty a tradiční materiály mohou být postupně omezeny z hlediska izolace, tepelné odolnosti a odolnosti proti opotřebení.

 

Keramická ložiska jsou reprezentativní aplikací v systémech elektrických pohonů. Strukturní keramika, jako je nitrid křemíku, se vyznačuje nízkou hustotou, vysokou tvrdostí, dobrou odolností proti opotřebení a vynikajícími elektroizolačními vlastnostmi. Mohou snížit mechanické tření v prostředí vysokootáčkových motorů-a snížit riziko elektrické koroze způsobené proudy na hřídeli.

 

U elektrických pohonných systémů využívajících výkonové polovodiče z karbidu křemíku byla frekvence spínání výkonu a rychlost spínání dále zvýšena, takže systém klade přísnější požadavky na izolační materiály a obalové konstrukce. Keramické substráty mohou poskytovat spolehlivou elektrickou izolaci mezi vodivými strukturami a strukturami odvádějícími teplo při provádění úkolů souvisejících s vedením tepla, což z nich činí důležitý základní materiál pro výkonové elektronické moduly s vysokou-výkonovou-hustotou.

 

Kromě keramického substrátu uvnitř systému elektrického pohonu musí mít součásti ochrany vysokonapěťových pojistek také stabilní izolační strukturu. Například keramické těleso ochranné pojistky proti přetížení a zkratu potřebuje zachovat dobrou izolaci za normálních provozních podmínek a odolat velkému přechodnému tepelnému namáhání během ochrany proti přetížení nebo zkratu.

 

 

Výkonová polovodičová zařízení v nových energetických vozidlech, měničích pro ukládání energie a fotovoltaických měničích generují během provozu velké množství tepla. S rostoucí hustotou výkonu systému se odvod tepla stal jedním z důležitých faktorů omezujících výkon napájecích zařízení.

 

Keramické substráty mohou poskytovat funkci elektrické izolace i tepelné vodivosti, takže jsou široce používány v balení výkonových modulů.

 

Materiály jako oxid hlinitý a nitrid hliníku mají různé vlastnosti tepelné vodivosti a nákladové charakteristiky a lze je vybrat na základě provozního napětí, úrovně výkonu, požadavků na tepelný odpor a výrobních nákladů.

 

Mezi nimi má nitrid hliníku vysokou tepelnou vodivost a nízký koeficient tepelné roztažnosti a má vysokou aplikační hodnotu v oblasti vysoce výkonných elektronických obalů. Když jsou keramické materiály kombinovány s kovovými vodiči, jako je měď, mohou vytvořit kompozitní strukturu s vodivými, tepelnými a izolačními funkcemi, které poskytují stabilní obalový základ pro polovodičová zařízení se širokým{2}}pásmovým odstupem, jako je SiC.

 

V oblasti nové energetické elektrické ochrany mohou keramické materiály pro stejnosměrné automobilové pojistky využívat tepelnou odolnost a izolační vlastnosti keramických materiálů k zajištění stabilní konstrukční podpory pro automobilové stejnosměrné pojistky. Vzhledem k tomu, že výkon stejnosměrných vysokonapěťových-obvodů nových energetických vozidel neustále roste, musí související keramické díly dále zlepšovat svou odolnost proti tepelným šokům, mechanickou pevnost a rozměrovou stabilitu.

 

 

Systémy akumulace energie obvykle potřebují fungovat po dlouhou dobu a mohou být ve složitých prostředích, jako je vysoká teplota, nízká teplota, vlhkost, prach atd. Střídače pro akumulaci energie, zařízení pro distribuci stejnosměrného proudu, systémy správy baterií a vysokonapěťové ochranné systémy mají vysokou poptávku po izolačních materiálech.

 

V konvertorech a invertorech pro ukládání energie mohou keramické substráty propojovat výkonová zařízení a systémy rozptylu tepla, čímž zajišťují elektrickou izolaci a zároveň rychle odvádějí teplo generované zařízeními. U vysokofrekvenčních spínacích systémů ovlivňují dielektrické vlastnosti keramických materiálů také parazitní parametry a integritu signálu, takže výběr materiálu je třeba komplexně hodnotit ve spojení s celým systémem výkonové elektroniky.

 

V pojistkových aplikacích může izolační elektrické steatitové keramické tavené těleso využít dobré elektrické izolace a tepelně odolných vlastností materiálů, jako je steatitový porcelán, které se používají k izolaci a strukturální podpoře specifických elektrických ochranných zařízení. Různé keramické systémy mají různé dielektrické pevnosti, mechanické vlastnosti, koeficienty tepelné roztažnosti a charakteristiky zpracování, takže skutečný výběr je třeba komplexně určit na základě napětí, proudu, teploty a mechanického zatížení.

 

 

 

Fotovoltaický střídač je důležité zařízení, které propojuje fotovoltaický systém výroby elektrické energie a střídavou elektrickou síť. Obsahuje velké množství výkonových polovodičů, filtračních zařízení a vysokonapěťových{1}}elektrických součástek. Vzhledem k tomu, že se úrovně výkonu fotovoltaických systémů neustále zvyšují, nabývá na významu tepelný management a návrh izolace uvnitř zařízení.

 

Keramický měděný-podklad může realizovat přenos proudu kovovou vrstvou a využívat keramické dielektrikum k dosažení elektrické izolace a zároveň rychle přenášet teplo generované energetickým zařízením do struktury pro odvod tepla. U vysoce-výkonových IGBT, SiC MOSFET a dalších zařízení tepelná vodivost, přizpůsobení tepelné roztažnosti a izolační výkon obalového materiálu přímo ovlivní dlouhodobou- spolehlivost modulu.

 

Vysokonapěťové pojistky a jejich keramické konstrukční části zároveň hrají roli ve fotovoltaické stejnosměrné boční ochraně. Keramické pouzdro pro pojistkovou vložku může poskytnout izolační pouzdro a mechanickou podporu pro pojistkový prvek a odolat odpovídajícímu tepelnému a mechanickému namáhání během procesu vypínání- poruchy.

 

 

Keramika z oxidu hlinitého má vyspělý průmyslový výrobní základ. Jeho materiálový systém je stabilní, jeho náklady jsou relativně kontrolovatelné a může vyrábět složité struktury prostřednictvím různých procesů formování a slinování. Proto má široké uplatnění v oblasti nových energetických a elektrických spotřebičů.

 

U nových vysokonapěťových pojistek energetických vozidel- lze hliníkovou keramickou izolační trubici pro pojistku použít k izolaci a izolaci mezi různými vodivými částmi. Pro automobilové ochranné systémy s vyššími úrovněmi napětí musí keramické trubky splňovat také komplexní požadavky, jako je povrchová vzdálenost, elektrická vůle, odolnost proti tepelným šokům a mechanická montáž.

 

U vysokonapěťových automobilových pojistek má čistota materiálu vliv také na dielektrické vlastnosti a mechanickou stabilitu produktu . 95% hliníková keramická trubice pro vysokonapěťovou pojistku je jednou z běžných aluminových keramických aplikací. Konkrétní materiálový systém musí být přizpůsoben podle pracovního napětí, teploty, konstrukční velikosti a výrobního procesu.

 

S vývojem automobilových vysokonapěťových platforem se prostředí, kterému čelí hliníkové keramické trubice pro vysokonapěťové-automobilové pojistky, stalo složitějším, včetně vysokofrekvenčního spínání, proudových rázů, teplotních cyklů a mechanických vibrací. Pouhé zlepšení izolační pevnosti keramických materiálů proto ke splnění požadavků nestačí. Je také nutné komplexně optimalizovat složení keramiky, hustotu slinování, rozměrovou přesnost a konstrukční řešení.

 

 

Inteligentní vývoj nových energetických zařízení vedl také k použití keramických senzorů a funkčních keramických materiálů. Materiály jako oxid zirkoničitý, piezoelektrická keramika a ferit mohou využívat své speciální elektrické, tepelné a mechanické vlastnosti k detekci parametrů, jako je teplota, tlak, koncentrace plynu a proud.

 

V prostředí s vysokou teplotou- mají keramické materiály dobrou tepelnou stabilitu a lze je použít v ochranných konstrukcích senzorů a citlivých součástech. Některé keramické materiály mají také piezoelektrické, dielektrické nebo magnetoelektrické konverzní vlastnosti a lze je použít ve snímacích systémech v nových energetických vozidlech, průmyslovém řízení a inteligentních energetických zařízeních.

 

S neustálým vývojem autonomního řízení, správy baterií a monitorovacích systémů pro ukládání energie se stále zvyšují požadavky na dlouhodobou{0}}stabilitu, ochranu proti-okolnímu rušení a rozměrovou přesnost senzorů, což také podporuje vývoj funkční keramiky směrem k přesnosti a integraci.

 

 

 

Nová energetická zařízení obvykle musí fungovat nepřetržitě po mnoho let, takže keramické díly nesplňují pouze počáteční ukazatele výkonu, ale musí mít také dobrou dlouhodobou- spolehlivost. Výběr materiálu, proces formování, proces spékání, povrchová úprava a kontrola rozměrů – to vše má vliv na konečný výkon.

 

U vysokonapěťové izolační keramiky je nutné se zaměřit na ukazatele, jako je dielektrická pevnost, objemový odpor, povrchová vzdálenost a částečný výboj. U keramických konstrukčních dílů namáhaných mechanickým zatížením je nutné se zaměřit na hodnocení pevnosti v ohybu, lomové houževnatosti, odolnosti vůči teplotním šokům a montážního namáhání.

 

Kromě toho je rozdíl v koeficientu tepelné roztažnosti mezi keramikou a kovy také důležitou otázkou, kterou je třeba vzít v úvahu při konstrukčním návrhu. Když zařízení prochází častými cykly s vysokou a nízkou teplotou, může se mezi různými materiály vyvinout tepelné napětí. Pokud konstrukční návrh a přizpůsobení materiálu nejsou přiměřené, může dlouhodobé-cyklování vést k praskání rozhraní, delaminaci a dokonce k selhání izolace.

 

Proto je během procesu vývoje vysokonapěťových izolačních komponent, jako jsou izolační keramické trubice v pojistkách pro elektromobily, nutné provést komplexní návrh z různých rozměrů materiálu, struktury, výroby a ověření a spolehlivost produktu nelze posuzovat pouze na základě jediného indexu výkonnosti materiálu.
 

 

V současné době se nový energetický průmysl mění od pouhého rozšiřování instalované kapacity ke zlepšení hustoty výkonu, účinnosti systému a provozní spolehlivosti. Nová energetická vozidla se vyvíjejí směrem k 800V vysokonapěťovým platformám-, systémy pro ukládání energie jsou modernizovány směrem k vyššímu výkonu a delší životnosti a fotovoltaické střídače nadále zlepšují účinnost konverze a hustotu výkonu. Tyto změny přinesly nové technické požadavky na keramické materiály.

 

V budoucnu bude vývojnové energetické keramické dílybude věnovat větší pozornost společné optimalizaci materiálového výkonu a konstrukčního návrhu. Na jedné straně je nutné vyvinout keramické materiály s vyšší tepelnou vodivostí, vyšší dielektrickou pevností a lepším přizpůsobením tepelné roztažnosti; na druhé straně je také nutné zlepšit rozměrovou konzistenci produktu a stabilitu šarže pomocí přesného lisování, pokročilého slinování a automatizované kontroly.

 

Současně se bude aplikace keramických dílů postupně rozšiřovat od tradičních izolačních pouzder, pouzder a substrátů k vysokonapěťovým spojům, obalům výkonových modulů, senzorům, pojistkám a přesným konstrukčním dílům nových energetických zařízení. U vysokonapěťových pojistek zůstanou keramické materiály důležitým materiálovým systémem v nových energetických vozidlech a systémech ochrany akumulace energie díky svým komplexním výhodám v izolaci, tepelné odolnosti a nosné konstrukci.

 

Obecně řečeno, ačkoli se keramické díly obvykle přímo nepodílejí na přeměně energie, plní klíčové funkce, jako je izolace, odvod tepla, ochrana, podpora a spolehlivé spojení. S neustálým vývojem nových energetických vozidel, skladování energie, fotovoltaiky a vysokonapěťových{1}}technologií výkonové elektroniky se keramické materiály přeměňují z tradičních pomocných materiálů na důležité základní materiály, které ovlivňují bezpečnost, účinnost a životnost nových energetických zařízení.

 

Inovace keramické technologie zaměřené na vysokou spolehlivost, vysokou tepelnou vodivost, vysokou izolaci, nízkou hmotnost a přesnou výrobu budou v budoucnu dále podporovat vývoj nových energetických zařízení směrem k vysoké hustotě výkonu, vysoké účinnosti a dlouhodobému-spolehlivému provozu.