Nowy przemysł energetyczny przyspiesza swój rozwój, a zastosowanie części ceramicznych w elektryfikacji i polach elektrycznych-wysokiego napięcia stale rośnie.

Wraz z szybkim rozwojem nowych pojazdów energetycznych, magazynowania energii, fotowoltaiki, energii wodorowej i technologii elektroniki mocy-o dużej mocy, nowy sprzęt energetyczny postawił wyższe wymagania w zakresie odporności na wysokie-temperatury, izolacji, odporności na korozję, wytrzymałości mechanicznej i stabilności wymiarowej materiałów. Dzięki doskonałej izolacji elektrycznej, odporności na wysoką temperaturę, odporności na korozję, niskim stratom dielektrycznym i dobrej stabilności wymiarowej materiały ceramiczne w dalszym ciągu wkraczają do zastosowań takich jak akumulatory mocy, elektryczne układy napędowe, instalacje elektryczne wysokiego-napięcia, falowniki magazynujące energię i nowa elektronika energetyczna z tradycyjnych dziedzin przemysłu.

 

W porównaniu z materiałami metalowymi ceramika konstrukcyjna jest zwykle w stanie utrzymać stosunkowo stabilną wydajność w wysokich temperaturach, wysokim napięciu, wysokiej częstotliwości i złożonych środowiskach chemicznych. Dlatego pełnią kluczowe funkcje, takie jak izolacja, izolacja, wsparcie strukturalne, zarządzanie ciepłem i ochrona elektryczna w niektórych nowych urządzeniach energetycznych. Wraz ze wzrostem gęstości mocy nowych systemów energetycznych zakres zastosowań części ceramicznych rozciąga się również od pojedynczych elementów izolacyjnych po precyzyjne części konstrukcyjne i elementy funkcjonalne.

 

 

 

Akumulator zasilający jest jednym z najważniejszych układów podstawowych pojazdów nowej energii. Jego środowisko pracy obejmuje wysokie napięcie, duży prąd, zmiany temperatury i-długoterminowe wibracje mechaniczne, dlatego nakłada rygorystyczne wymagania dotyczące izolacji elektrycznej i bezpieczeństwa termicznego. Wewnątrz akumulatora materiały ceramiczne mogą pełnić funkcję ochrony bezpieczeństwa w różnych postaciach, takich jak powłoki, separatory, izolacyjne części konstrukcyjne i części uszczelniające.

 

Membrany-z powłoką ceramiczną to jedno z bardziej reprezentatywnych zastosowań. Wprowadzając nieorganiczne cząstki ceramiczne, takie jak tlenek glinu i bemit, na powierzchnię bazowej folii poliolefinowej, można poprawić stabilność wymiarową i odporność cieplną separatora w warunkach wysokiej temperatury. Gdy akumulator ma wysoką temperaturę lub pracuje w nietypowych warunkach, powłoka ceramiczna może zmniejszyć ryzyko znacznego skurczu separatora, zapewniając w ten sposób bardziej stabilne warunki izolacji pomiędzy elektrodami dodatnimi i ujemnymi.

 

W systemach akumulatorów-wysokonapięciowych izolatorów ceramicznych można także używać do izolacji elektrycznej pomiędzy elektrodami, zaciskami i innymi strukturami przewodzącymi. Na przykład korpus ceramiczny EV Fuse musi jednocześnie spełniać parametry izolacji, wytrzymałość mechaniczną i pewną stabilność termiczną. Jego właściwości materiałowe będą miały bezpośredni wpływ na niezawodność działania elementów zabezpieczających wysokonapięciowych-w nietypowych warunkach prądowych.

 

W miarę jak napięcie platformy napięciowej nowych pojazdów energetycznych stopniowo rośnie do 800 V i więcej, obciążenie napięciowe poddawane-elektrycznym elementom zabezpieczającym wysokiego napięcia stale rośnie. Ceramiczne części konstrukcyjne, takie jak korpus ceramiczny do bezpiecznika EV, muszą zapewniać niezawodną izolację na ograniczonej przestrzeni, a jednocześnie wytrzymywać szok termiczny i naprężenia mechaniczne powstające podczas procesu wtapiania. Dlatego skład materiału, proces spiekania i dokładność wymiarowa stały się ważnymi czynnikami przy projektowaniu produktu.

 

 

Systemy ochrony-wysokonapięciowego w nowych pojazdach zasilanych energią elektryczną i urządzeniach do magazynowania energii zwykle muszą szybko odcinać prąd w nietypowych warunkach, takich jak zwarcia i przeciążenia. Jako ważny element zabezpieczenia nadprądowego, wewnętrzne elementy ceramiczne bezpieczników pełnią nie tylko rolę izolacyjną, ale także muszą być dopasowane do materiałów stopionych i wypełniających, aby zapewnić całkowite wygaszenie łuku, izolację cieplną i wsparcie konstrukcyjne.

 

W tradycyjnym{0}}elektrycznym sprzęcie przemysłowym niskiego napięcia i urządzeniach elektrycznych rury ceramiczne, tuleje ceramiczne i obudowy ceramiczne mają już stosunkowo dojrzałe podstawy zastosowań. Wraz z rozwojem systemów-wysokiego napięcia dla pojazdów nowych źródeł energii materiały ceramiczne są w dalszym ciągu ulepszane, aby zapewnić wysokie napięcie, zwartość i wysoką niezawodność. Na przykład rura ceramiczna z tlenku glinu do bezpieczników elektrycznych wysokiego napięcia musi uwzględniać wysoką wytrzymałość dielektryczną, wytrzymałość mechaniczną i odporność cieplną, aby dostosować się do złożonego środowiska pracy w obwodzie wysokiego-pojazdów nowych energii.

 

Ceramika z tlenku glinu jest jednym z powszechnych materiałów ceramicznych do inżynierii w bezpiecznikach wysokonapięciowych. Ma wysoką wytrzymałość izolacyjną, odporność na ciepło i stabilność chemiczną, a w procesie spiekania można go przekształcić w struktury rurowe,-tulejowe lub o specjalnych-kształtach. Rurka ceramiczna z tlenku glinu Al2O3 do bezpieczników wysokonapięciowych może być stosowana jako element izolacyjny i konstrukcyjny w urządzeniach zabezpieczających wysokonapięciowych-, aby zapewnić stabilną izolację różnych obszarów przewodzących wewnątrz bezpiecznika.

 

W przypadku samochodowych obwodów pomocniczych i systemów akcesoriów-wysokonapięciowych obudowy ceramiczne muszą także dostosować się do bardziej złożonej przestrzeni instalacyjnej i wymagań dotyczących połączeń mechanicznych. Jednym z takich zastosowań jest ceramiczny korpus dodatkowego bezpiecznika pojazdu elektrycznego. Jego projekt musi uwzględniać nie tylko odległość izolacji, ale także tolerancje wymiarowe, metody montażu, wzrost temperatury i-długoterminową niezawodność.

 

 

 

Nowe elektryczne układy napędowe pojazdów energetycznych rozwijają się w kierunku dużych prędkości, dużej gęstości mocy i wysokiej wydajności. Silniki, falowniki i powiązane moduły mocy były przez długi czas narażone na-przełączanie wysokiej częstotliwości i zmiany temperatury, a tradycyjne materiały mogą stopniowo ograniczać się pod względem izolacji, odporności na ciepło i odporności na zużycie.

 

Łożyska ceramiczne są reprezentatywnym zastosowaniem w elektrycznych układach napędowych. Ceramika konstrukcyjna, taka jak azotek krzemu, charakteryzuje się niską gęstością, wysoką twardością, dobrą odpornością na zużycie i doskonałymi właściwościami izolacji elektrycznej. Mogą zmniejszać tarcie mechaniczne w środowiskach silników-o wysokich prędkościach i zmniejszać ryzyko korozji elektrycznej spowodowanej prądami na wale.

 

W przypadku elektrycznych układów napędowych wykorzystujących półprzewodniki mocy z węglika krzemu częstotliwość przełączania mocy i prędkość przełączania zostały dodatkowo zwiększone, co powoduje, że system stawia bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące materiałów izolacyjnych i konstrukcji opakowań. Podłoża ceramiczne mogą zapewnić niezawodną izolację elektryczną pomiędzy strukturami przewodzącymi a strukturami rozpraszającymi ciepło, jednocześnie podejmując zadania przewodzenia ciepła, co czyni je ważnym podstawowym materiałem do modułów elektronicznych mocy o dużej-mocy-gęstości.

 

Oprócz podłoża ceramicznego wewnątrz elektrycznego układu napędowego-elementy zabezpieczające wysokonapięciowe również muszą mieć stabilną strukturę izolacji. Na przykład korpus ceramiczny bezpiecznika przeciążeniowego i przeciwzwarciowego musi utrzymywać dobrą izolację w normalnych warunkach pracy i wytrzymywać duże przejściowe naprężenia termiczne podczas zabezpieczenia przed przeciążeniem lub zwarciem.

 

 

Półprzewodnikowe urządzenia mocy w nowych pojazdach energetycznych, przetwornicach magazynujących energię i falownikach fotowoltaicznych generują podczas pracy dużą ilość ciepła. Wraz ze wzrostem gęstości mocy systemu, rozpraszanie ciepła stało się jednym z ważnych czynników ograniczających wydajność urządzeń zasilających.

 

Podłoża ceramiczne mogą pełnić zarówno funkcję izolacji elektrycznej, jak i przewodzenia ciepła, dlatego są szeroko stosowane w opakowaniach modułów mocy.

 

Materiały takie jak tlenek glinu i azotek glinu mają różne właściwości przewodności cieplnej i charakterystykę kosztową i można je wybierać na podstawie napięcia roboczego, poziomu mocy, wymagań dotyczących odporności termicznej i kosztów produkcji.

 

Wśród nich azotek glinu ma wysoką przewodność cieplną i niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, a także ma wysoką wartość aplikacyjną w dziedzinie-opakowań elektronicznych dużej mocy. Kiedy materiały ceramiczne są połączone z przewodnikami metalowymi, takimi jak miedź, mogą utworzyć strukturę kompozytową o funkcjach przewodzących, rozpraszających ciepło i izolacyjnych, zapewniając stabilną podstawę pakowania dla urządzeń półprzewodnikowych o szerokiej-przerwie wzbronionej, takich jak SiC.

 

W dziedzinie zabezpieczeń elektrycznych nowej energii materiały ceramiczne do bezpieczników samochodowych prądu stałego mogą wykorzystywać odporność cieplną i właściwości izolacyjne materiałów ceramicznych, aby zapewnić stabilne wsparcie konstrukcyjne dla samochodowych bezpieczników prądu stałego. Ponieważ moc obwodów prądu stałego-wysokonapięciowego w pojazdach nowej generacji stale rośnie, powiązane części ceramiczne muszą w dalszym ciągu poprawiać swoją odporność na szok termiczny, wytrzymałość mechaniczną i stabilność wymiarową.

 

 

Systemy magazynowania energii zwykle muszą działać przez długi czas i mogą znajdować się w złożonych środowiskach, takich jak wysoka i niska temperatura, wilgoć, kurz itp. Falowniki do magazynowania energii, urządzenia do dystrybucji prądu stałego, systemy zarządzania akumulatorami i systemy ochrony-wysokiego napięcia charakteryzują się dużym zapotrzebowaniem na materiały izolacyjne.

 

W przetwornicach i falownikach magazynujących energię podłoża ceramiczne mogą łączyć urządzenia zasilające i układy odprowadzania ciepła, zapewniając izolację elektryczną, jednocześnie szybko przewodząc ciepło wytwarzane przez urządzenia. W przypadku systemów przełączających o wysokiej-częstotliwości właściwości dielektryczne materiałów ceramicznych wpływają również na parametry pasożytnicze i integralność sygnału, dlatego wybór materiału należy wszechstronnie ocenić w powiązaniu z całym systemem energoelektroniki.

 

W zastosowaniach bezpiecznikowych izolacyjny korpus ceramiczny ze steatytu może wykorzystywać dobre właściwości izolacji elektrycznej i odporności cieplnej materiałów, takich jak porcelana steatytowa, do stosowania do izolacji i wsparcia konstrukcyjnego określonych urządzeń ochrony elektrycznej. Różne systemy ceramiczne mają różną wytrzymałość dielektryczną, właściwości mechaniczne, współczynniki rozszerzalności cieplnej i charakterystykę przetwarzania, dlatego rzeczywisty wybór należy kompleksowo określić na podstawie napięcia, prądu, temperatury i obciążenia mechanicznego.

 

 

 

Falownik fotowoltaiczny jest ważnym urządzeniem łączącym system wytwarzania energii fotowoltaicznej z siecią energetyczną prądu przemiennego. Zawiera dużą liczbę półprzewodników mocy, urządzeń filtrujących i komponentów elektrycznych-wysokiego napięcia. W miarę ciągłego wzrostu poziomu mocy systemów fotowoltaicznych coraz ważniejsze staje się zarządzanie ciepłem i projektowanie izolacji w sprzęcie.

 

Podłoże pokryte-ceramiczną miedzią może przepuszczać prąd przez warstwę metalu i wykorzystywać ceramiczny dielektryk do uzyskania izolacji elektrycznej, jednocześnie szybko przenosząc ciepło wytwarzane przez urządzenie zasilające do struktury rozpraszającej ciepło. W przypadku-wysokoenergetycznych tranzystorów IGBT, SiC MOSFET i innych urządzeń przewodność cieplna, dopasowanie rozszerzalności cieplnej i właściwości izolacyjne materiału opakowaniowego będą miały bezpośredni wpływ na-długoterminową niezawodność modułu.

 

Jednocześnie bezpieczniki wysokonapięciowe-i ich ceramiczne części konstrukcyjne również odgrywają rolę w fotowoltaicznym zabezpieczeniu strony prądu stałego. Ceramiczna obudowa wkładki bezpiecznikowej może stanowić obudowę izolacyjną i mechaniczne wsparcie dla elementu bezpiecznikowego oraz wytrzymywać odpowiednie naprężenia termiczne i mechaniczne podczas-procesu wyłączania zwarcia.

 

 

Ceramika z tlenku glinu ma dojrzałe podstawy produkcji przemysłowej. Jego system materiałowy jest stabilny, jego koszt jest stosunkowo kontrolowany i może wytwarzać złożone konstrukcje w drodze różnych procesów formowania i spiekania. Dlatego ma szerokie zastosowanie w dziedzinie nowej energii i urządzeń elektrycznych.

 

W nowych bezpiecznikach wysokonapięciowych-pojazdów energetycznych rurkę izolacyjną z tlenku glinu do bezpieczników można stosować do izolacji i izolacji pomiędzy różnymi częściami przewodzącymi. W przypadku samochodowych systemów ochronnych o wyższych poziomach napięcia rury ceramiczne muszą również spełniać kompleksowe wymagania, takie jak droga pełzania, odstęp elektryczny, odporność na szok termiczny i montaż mechaniczny.

 

W przypadku bezpieczników samochodowych-czystość materiału wpływa również na właściwości dielektryczne i stabilność mechaniczną produktu.. 95% Rurka ceramiczna z tlenku glinu do bezpieczników wysokonapięciowych jest jedną z powszechnych form zastosowań ceramiki z tlenku glinu. Konkretny system materiałów musi być dopasowany do napięcia roboczego, temperatury, rozmiaru konstrukcji i procesu produkcyjnego.

 

Wraz z rozwojem samochodowych platform-wysokiego napięcia środowisko, w którym znajdują się rurki ceramiczne z tlenku glinu do bezpieczników samochodowych-wysokonapięciowych, stało się bardziej złożone i obejmuje przełączanie-wysokiej częstotliwości, skoki prądu, cykle temperatur i wibracje mechaniczne. Dlatego samo poprawienie wytrzymałości izolacji materiałów ceramicznych nie wystarczy, aby spełnić wymagania. Niezbędna jest także kompleksowa optymalizacja receptury ceramiki, gęstości spieku, dokładności wymiarowej i projektu konstrukcyjnego.

 

 

Inteligentny rozwój nowego sprzętu energetycznego przyczynił się również do zastosowania czujników ceramicznych i funkcjonalnych materiałów ceramicznych. Materiały takie jak tlenek cyrkonu, ceramika piezoelektryczna i ferryt mogą wykorzystywać swoje specjalne właściwości elektryczne, termiczne i mechaniczne do wykrywania takich parametrów, jak temperatura, ciśnienie, stężenie gazu i prąd.

 

W środowiskach o wysokiej-temperaturze materiały ceramiczne mają dobrą stabilność termiczną i mogą być stosowane w konstrukcjach zabezpieczających czujniki i wrażliwych komponentach. Niektóre materiały ceramiczne mają również właściwości konwersji piezoelektrycznej, dielektrycznej lub magnetoelektrycznej i mogą być stosowane w systemach czujnikowych w pojazdach nowych źródeł energii, sterowaniu przemysłowym i inteligentnym sprzęcie energetycznym.

 

Wraz z ciągłym rozwojem systemów autonomicznej jazdy, zarządzania akumulatorami i magazynowania energii wymagania dotyczące-długoterminowej stabilności, ochrony-środowiska i dokładności wymiarowej czujników stale rosną, co sprzyja również rozwojowi ceramiki funkcjonalnej w kierunku precyzji i integracji.

 

 

 

Nowy sprzęt energetyczny zwykle musi działać nieprzerwanie przez wiele lat, więc części ceramiczne nie tylko spełniają początkowe wskaźniki wydajności, ale muszą także charakteryzować się dobrą-terminową niezawodnością. Wybór materiału, proces formowania, proces spiekania, obróbka powierzchni i kontrola wymiarów mają wpływ na ostateczną wydajność.

 

W przypadku ceramiki izolacyjnej wysokonapięciowej-należy skupić się na wskaźnikach, takich jak wytrzymałość dielektryczna, rezystywność skrośna, droga upływu i wyładowanie niezupełne. W przypadku ceramicznych części konstrukcyjnych poddawanych obciążeniom mechanicznym należy skupić się na ocenie wytrzymałości na zginanie, odporności na pękanie, odporności na szok termiczny i naprężeń montażowych.

 

Ponadto różnica we współczynniku rozszerzalności cieplnej pomiędzy ceramiką i metalami jest również ważną kwestią, którą należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu inżynierskim. Kiedy sprzęt poddawany jest częstym cyklom wysokich i niskich temperatur, pomiędzy różnymi materiałami mogą powstać naprężenia termiczne. Jeśli projekt konstrukcyjny i dopasowanie materiałów nie są rozsądne,-długotrwała cykliczna praca może prowadzić do pękania interfejsu, rozwarstwiania, a nawet uszkodzenia izolacji.

 

Dlatego podczas procesu opracowywania komponentów izolacyjnych-wysokonapięciowych, takich jak izolowana rurka ceramiczna w bezpiecznikach EV, konieczne jest przeprowadzenie kompleksowego projektu z uwzględnieniem wielu wymiarów materiału, konstrukcji, produkcji i weryfikacji, a niezawodności produktu nie można oceniać wyłącznie na podstawie jednego wskaźnika wydajności materiału.
 

 

Obecnie nowa branża energetyczna przechodzi od prostego zwiększania mocy zainstalowanej do poprawy gęstości mocy, wydajności systemu i niezawodności działania. Nowe pojazdy energetyczne rozwijają się w kierunku platform-wysokonapięciowego 800 V, systemy magazynowania energii są unowocześniane w kierunku wyższej mocy i dłuższej żywotności, a falowniki fotowoltaiczne w dalszym ciągu poprawiają wydajność konwersji i gęstość mocy. Zmiany te postawiły nowe wymagania techniczne dla materiałów ceramicznych.

 

W przyszłości rozwójnowe, energetyczne części ceramicznezwróci większą uwagę na wspólną optymalizację wydajności materiałów i projektowania konstrukcyjnego. Z jednej strony konieczne jest opracowanie materiałów ceramicznych o wyższej przewodności cieplnej, wyższej wytrzymałości dielektrycznej i lepszym dopasowaniu rozszerzalności cieplnej; z drugiej strony konieczna jest również poprawa spójności wymiarowej produktu i stabilności partii poprzez precyzyjne formowanie, zaawansowane spiekanie i automatyczną kontrolę.

 

Jednocześnie zastosowanie części ceramicznych będzie stopniowo rozszerzać się, począwszy od tradycyjnych tulejek izolacyjnych, obudów i podłoży, aż po złącza wysokiego napięcia, opakowania modułów mocy, czujniki, bezpieczniki i precyzyjne części konstrukcyjne nowego sprzętu energetycznego. W przypadku bezpieczników-wysokonapięciowych materiały ceramiczne pozostaną ważnym systemem materiałowym w nowych pojazdach napędzanych energią elektryczną i systemach zabezpieczających magazynowanie energii ze względu na ich wszechstronne zalety w zakresie izolacji, odporności cieplnej i wsparcia konstrukcyjnego.

 

Ogólnie rzecz biorąc, chociaż części ceramiczne zwykle nie uczestniczą bezpośrednio w konwersji energii, spełniają kluczowe funkcje, takie jak izolacja, odprowadzanie ciepła, ochrona, wsparcie i niezawodne połączenie. Wraz z ciągłym rozwojem nowych pojazdów energetycznych, magazynowania energii, fotowoltaiki i technologii energoelektroniki-wysokonapięciowej, materiały ceramiczne przekształcają się z tradycyjnych materiałów pomocniczych w ważne materiały podstawowe, które wpływają na bezpieczeństwo, wydajność i żywotność nowych urządzeń energetycznych.

 

W przyszłości innowacje w technologii ceramicznej skupiające się na wysokiej niezawodności, wysokiej przewodności cieplnej, wysokiej izolacji, lekkości i precyzyjnej produkcji będą w dalszym ciągu promować rozwój nowego sprzętu energetycznego w kierunku dużej gęstości mocy, wysokiej wydajności i-długoterminowego niezawodnego działania.