La nova indústria de l'energia està accelerant la seva actualització i el valor d'aplicació de les peces ceràmiques en electrificació i camps elèctrics d'alt{0}}tensió continua augmentant.

Amb el ràpid desenvolupament de vehicles d'energia nova, emmagatzematge d'energia, fotovoltaica, energia d'hidrogen i tecnologia d'electrònica de potència d'alta-potència, els nous equips energètics han plantejat requisits més elevats per a la resistència a les altes-temperatura, l'aïllament, la resistència a la corrosió, la resistència mecànica i l'estabilitat dimensional dels materials. Amb el seu excel·lent aïllament elèctric, resistència a les altes temperatures, resistència a la corrosió, baixa pèrdua dielèctrica i bona estabilitat dimensional, els materials ceràmics estan entrant encara més en escenaris d'aplicació com ara bateries de potència, sistemes d'accionament elèctric, elèctrics d'alt-tensió, inversors d'emmagatzematge d'energia i electrònica de potència d'energia nova dels camps industrials tradicionals.

 

En comparació amb els materials metàl·lics, les ceràmiques d'enginyeria solen mantenir un rendiment relativament estable en ambients químics complexos, d'alta temperatura, d'alta freqüència i d'alta freqüència. Per tant, exerceixen funcions clau com l'aïllament, l'aïllament, el suport estructural, la gestió tèrmica i la protecció elèctrica en alguns equips d'energia nous. A mesura que la densitat de potència dels nous sistemes energètics continua augmentant, l'àmbit d'aplicació de les peces ceràmiques també s'estén des de components aïllants individuals fins a peces estructurals de precisió i components funcionals.

 

 

 

La bateria de potència és un dels sistemes bàsics més importants dels vehicles de nova energia. El seu entorn de treball implica alt voltatge, gran corrent, canvis de temperatura i-vibracions mecàniques a llarg termini, de manera que imposa requisits estrictes d'aïllament elèctric i seguretat tèrmica. Dins de la bateria, els materials ceràmics poden participar en la protecció de seguretat en diverses formes, com ara recobriments, separadors, peces estructurals aïllants i peces de segellat.

 

Els diafragmes recoberts-de ceràmica són una de les aplicacions més representatives. Mitjançant la introducció de partícules ceràmiques inorgàniques com ara alúmina i boehmita a la superfície de la pel·lícula base de poliolefina, es pot millorar l'estabilitat dimensional i la resistència a la calor del separador en condicions d'alta temperatura. Quan la bateria està a alta temperatura o en condicions de funcionament anormals, el recobriment ceràmic pot reduir el risc de contracció important del separador, proporcionant així condicions d'aïllament més estables entre els elèctrodes positius i negatius.

 

En sistemes de bateries d'alta tensió-, els aïllants ceràmics també es poden utilitzar per a l'aïllament elèctric entre elèctrodes, terminals i altres estructures conductores. Per exemple, el cos de ceràmica EV Fuse ha de complir el rendiment d'aïllament, la resistència mecànica i una certa estabilitat tèrmica al mateix temps. Les seves propietats del material afectaran directament la fiabilitat de funcionament dels components de protecció d'alta-tensió en condicions de corrent anormals.

 

A mesura que la plataforma de tensió dels vehicles d'energia nova es desenvolupa gradualment fins a 800 V o més, la tensió de tensió que suporten els components de protecció elèctrica d'alta tensió -continua augmentant. Les peces estructurals de ceràmica, com ara el cos de ceràmica per a fusible EV, han d'aconseguir un aïllament fiable en un espai limitat alhora que resisteixen el xoc tèrmic i l'estrès mecànic generats durant el procés de fusió. Per tant, la formulació del material, el procés de sinterització i la precisió dimensional s'han convertit en factors importants en el disseny del producte.

 

 

Els sistemes de protecció d'alta tensió-en vehicles d'energia nova i equips d'emmagatzematge d'energia solen tallar ràpidament el corrent en condicions anormals, com ara curtcircuits i sobrecàrregues. Com a component de protecció contra sobreintensitat important, els components ceràmics interns dels fusibles no només tenen un paper aïllant, sinó que també s'han de combinar amb materials de fusió i farciment per completar l'extinció de l'arc, l'aïllament tèrmic i el suport estructural.

 

En els equips elèctrics industrials i de baixa tensió tradicionals, els tubs de ceràmica, els casquilles de ceràmica i les carcasses de ceràmica ja tenen una base d'aplicació relativament madura. Amb el desenvolupament de sistemes d'alta tensió-per a vehicles d'energia nova, els materials ceràmics s'actualitzen encara més a alt voltatge, compacitat i alta fiabilitat. Per exemple, el tub de ceràmica d'alúmina per a fusible EV d'alta tensió ha de tenir en compte l'alta resistència dielèctrica, la resistència mecànica i la resistència a la calor per adaptar-se al complex entorn de treball del circuit d'alta tensió-de vehicles d'energia nova.

 

La ceràmica d'alúmina és un dels materials ceràmics d'enginyeria comuns als fusibles d'alta tensió{0}. Té una gran resistència a l'aïllament, resistència a la calor i estabilitat química, i es pot convertir en estructures tubulars,-com a màniga o amb forma-especial mitjançant el procés de sinterització. El tub de ceràmica d'alúmina Al2O3 per a fusibles d'alta tensió -es pot utilitzar com a component aïllant i de suport estructural en dispositius de protecció d'alta tensió- per proporcionar un aïllament estable per a diferents àrees conductores dins del fusible.

 

Per als circuits auxiliars d'automoció i els sistemes d'accessoris d'alta{0}}tensió, les carcasses de ceràmica també s'han d'adaptar a un espai d'instal·lació més complex i als requisits de connexió mecànica. Un cos de ceràmica per a un fusible auxiliar de vehicle elèctric és una d'aquestes aplicacions. El seu disseny no només ha de prestar atenció a la distància d'aïllament, sinó que també ha de tenir en compte les toleràncies dimensionals, els mètodes de muntatge, l'augment de temperatura i la fiabilitat-a llarg termini.

 

 

 

Els nous sistemes de propulsió elèctrica de vehicles d'energia s'estan desenvolupant cap a una alta velocitat, una alta densitat de potència i una alta eficiència. Els motors, els inversors i els mòduls de potència relacionats han estat exposats a canvis d'alta-freqüència i temperatura durant molt de temps, i els materials tradicionals poden anar limitant-se gradualment en termes d'aïllament, resistència a la calor i resistència al desgast.

 

Els coixinets de ceràmica són una aplicació representativa en sistemes d'accionament elèctric. Les ceràmiques estructurals com el nitrur de silici tenen les característiques de baixa densitat, alta duresa, bona resistència al desgast i excel·lents propietats d'aïllament elèctric. Poden reduir la fricció mecànica en entorns de motors d'-alta velocitat i reduir el risc de corrosió elèctrica causada pels corrents de l'eix.

 

Per als sistemes d'accionament elèctric que utilitzen semiconductors de potència de carbur de silici, la freqüència de commutació de potència i la velocitat de commutació s'han incrementat encara més, fent que el sistema presenti requisits més estrictes per a materials aïllants i estructures d'embalatge. Els substrats ceràmics poden proporcionar un aïllament elèctric fiable entre les estructures conductores i les estructures de dissipació de calor mentre realitzen tasques de conducció de calor, cosa que els converteix en un material bàsic important per als mòduls electrònics de potència d'alta densitat de-potència-.

 

A més del substrat ceràmic dins del sistema d'accionament elèctric, els components de protecció de fusibles d'alta tensió-han de tenir una estructura d'aïllament estable. Per exemple, el cos de ceràmica per a fusibles de protecció contra sobrecàrregues i curtcircuits ha de mantenir un bon aïllament en condicions normals de funcionament i suportar grans tensions tèrmiques transitòries durant la protecció contra sobrecàrregues o curtcircuits.

 

 

Els dispositius semiconductors d'alimentació en els vehicles d'energia nova, els convertidors d'emmagatzematge d'energia i els inversors fotovoltaics generen una gran quantitat de calor durant el funcionament. A mesura que augmenta la densitat de potència del sistema, la dissipació de calor s'ha convertit en un dels factors importants que limita el rendiment dels dispositius d'alimentació.

 

Els substrats ceràmics poden proporcionar funcions d'aïllament elèctric i de conducció tèrmica, de manera que s'utilitzen àmpliament en l'embalatge de mòduls de potència.

 

Materials com l'òxid d'alumini i el nitrur d'alumini tenen diferents propietats de conductivitat tèrmica i característiques de cost, i es poden seleccionar en funció de la tensió de funcionament, el nivell de potència, els requisits de resistència tèrmica i el cost de fabricació.

 

Entre ells, el nitrur d'alumini té una alta conductivitat tèrmica i un baix coeficient d'expansió tèrmica, i té un alt valor d'aplicació en l'àmbit dels envasos electrònics d'alta{0}}potència. Quan els materials ceràmics es combinen amb conductors metàl·lics com ara el coure, poden formar una estructura composta amb funcions conductores, de dissipació de calor i d'aïllament, proporcionant una base d'embalatge estable per a dispositius semiconductors de banda ampla-com ara SiC.

 

En l'àmbit de la protecció elèctrica de les noves energies, els materials ceràmics per a fusibles d'automòbil de corrent continu poden utilitzar les característiques de resistència a la calor i d'aïllament dels materials ceràmics per proporcionar un suport estructural estable als fusibles de corrent continu d'automòbils. A mesura que la potència dels circuits d'alta tensió de corrent continu-de vehicles d'energia nova continua augmentant, les peces ceràmiques relacionades han de millorar encara més la seva resistència als xocs tèrmics, la resistència mecànica i l'estabilitat dimensional.

 

 

Els sistemes d'emmagatzematge d'energia solen funcionar durant molt de temps i poden estar en entorns complexos com ara alta temperatura, baixa temperatura, humitat, pols, etc. Els inversors d'emmagatzematge d'energia, els equips de distribució d'energia de CC, els sistemes de gestió de bateries i els sistemes de protecció d'alta-tensió tenen una gran demanda de materials aïllants.

 

En els convertidors i inversors d'emmagatzematge d'energia, els substrats ceràmics poden connectar dispositius d'alimentació i sistemes de dissipació de calor, assegurant l'aïllament elèctric alhora que condueixen ràpidament la calor generada pels dispositius. Per als sistemes de commutació d'alta-freqüència, les propietats dielèctriques dels materials ceràmics també afecten els paràmetres paràsits i la integritat del senyal, de manera que la selecció del material s'ha d'avaluar de manera exhaustiva juntament amb tot el sistema d'electrònica de potència.

 

En aplicacions de fusibles, el cos fos de ceràmica d'esteatita elèctrica aïllant pot aprofitar el bon aïllament elèctric i les propietats de resistència a la calor de materials com la porcellana d'esteatita que s'utilitzaran per a l'aïllament i el suport estructural de dispositius de protecció elèctrica específics. Els diferents sistemes ceràmics tenen diferents rigideses dielèctriques, propietats mecàniques, coeficients d'expansió tèrmica i característiques de processament, de manera que la selecció real s'ha de determinar de manera exhaustiva en funció de la tensió, el corrent, la temperatura i la càrrega mecànica.

 

 

 

L'inversor fotovoltaic és un dispositiu important que connecta el sistema de generació d'energia fotovoltaica i la xarxa elèctrica de CA. Conté un gran nombre de semiconductors de potència, dispositius de filtre i components elèctrics d'alta tensió-. A mesura que els nivells de potència dels sistemes fotovoltaics continuen augmentant, la gestió tèrmica i el disseny d'aïllament dins dels equips esdevenen més importants.

 

El substrat revestit de coure-ceràmic pot realitzar la transmissió de corrent a través de la capa metàl·lica i utilitzar el dielèctric ceràmic per aconseguir l'aïllament elèctric, alhora que transfereix ràpidament la calor generada pel dispositiu d'alimentació a l'estructura de dissipació de calor. Per a dispositius IGBT d'alta potència, MOSFET SiC i altres dispositius, la conductivitat tèrmica, la concordança d'expansió tèrmica i el rendiment d'aïllament del material d'embalatge afectaran directament la fiabilitat-a llarg termini del mòdul.

 

Al mateix temps, els fusibles d'alta -tensió i les seves parts estructurals ceràmiques també tenen un paper en la protecció lateral de CC fotovoltaica. La carcassa de ceràmica per a Fuse Link pot proporcionar una carcassa aïllant i un suport mecànic per a l'element fusible i suportar l'estrès tèrmic i mecànic corresponent durant el procés-de tall de falla.

 

 

Les ceràmiques d'alúmina tenen una base de fabricació industrial madura. El seu sistema de materials és estable, el seu cost és relativament controlable i pot fabricar estructures complexes mitjançant diferents processos d'emmotllament i sinterització. Per tant, té un ampli ventall d'aplicacions en l'àmbit de les noves energies i els electrodomèstics.

 

En els fusibles d'alta -tensió de vehicles d'energia nova, el tub aïllant de ceràmica d'alúmina per a fusibles es pot utilitzar per aïllar i aïllar entre diferents parts conductores. Per als sistemes de protecció d'automòbils amb nivells de tensió més alts, els tubs ceràmics també han de complir requisits complets com ara la distància de fuga, l'espai lliure elèctric, la resistència al xoc tèrmic i el muntatge mecànic.

 

Per als fusibles d'automoció d'alta tensió-, la puresa del material també afecta les propietats dielèctriques i l'estabilitat mecànica del producte.. 95% El tub de ceràmica d'alúmina per a fusibles d'alta tensió és una de les formes d'aplicació de ceràmica d'alúmina habituals. El sistema de material específic s'ha de fer coincidir segons la tensió de treball, la temperatura, la mida estructural i el procés de producció.

 

Amb el desenvolupament de plataformes d'alta tensió d'automoció, l'entorn al qual s'enfronta el tub de ceràmica d'alúmina per a fusibles d'automòbil d'alta tensió-s'ha tornat més complex, com ara la commutació d'alta-freqüència, les pujades de corrent, els cicles de temperatura i les vibracions mecàniques. Per tant, simplement millorar la força d'aïllament dels materials ceràmics no és suficient per complir els requisits. També és necessari optimitzar de manera integral la fórmula ceràmica, la densitat de sinterització, la precisió dimensional i el disseny estructural.

 

 

El desenvolupament intel·ligent de nous equips energètics també ha impulsat l'aplicació de sensors ceràmics i materials ceràmics funcionals. Materials com la zirconia, la ceràmica piezoelèctrica i la ferrita poden utilitzar les seves propietats elèctriques, tèrmiques i mecàniques especials per detectar paràmetres com la temperatura, la pressió, la concentració de gas i el corrent.

 

En entorns d'alta-temperatura, els materials ceràmics tenen una bona estabilitat tèrmica i es poden utilitzar en estructures de protecció de sensors i components sensibles. Alguns materials ceràmics també tenen propietats de conversió piezoelèctrica, dielèctrica o magnetoelèctrica i es poden utilitzar en sistemes de detecció en vehicles d'energia nova, control industrial i equips d'energia intel·ligent.

 

Amb el desenvolupament continu dels sistemes de control de conducció autònoma, gestió de bateries i emmagatzematge d'energia, els requisits d'estabilitat a llarg termini, interferències anti-ambientals i precisió dimensional dels sensors continuen augmentant, fet que també promou el desenvolupament de ceràmiques funcionals en la direcció de la precisió i la integració.

 

 

 

Els equips energètics nous solen funcionar de manera continuada durant molts anys, de manera que les peces de ceràmica no només compleixen els indicadors de rendiment inicials, sinó que també han de tenir una bona fiabilitat-a llarg termini. La selecció del material, el procés d'emmotllament, el procés de sinterització, el tractament superficial i el control dimensional tenen un impacte en el rendiment final.

 

Per a les ceràmiques aïllants d'alta tensió-, cal centrar-se en indicadors com ara la rigidesa dielèctrica, la resistivitat de volum, la distància de fuga i la descàrrega parcial. Per a peces estructurals ceràmiques sotmeses a càrregues mecàniques, cal centrar-se en l'avaluació de la resistència a la flexió, la tenacitat a la fractura, el rendiment del xoc tèrmic i la tensió del muntatge.

 

A més, la diferència en el coeficient d'expansió tèrmica entre la ceràmica i els metalls també és un tema important que cal tenir en compte en el disseny d'enginyeria. Quan l'equip pateix cicles freqüents d'alta i baixa temperatura, es pot desenvolupar estrès tèrmic entre diferents materials. Si el disseny estructural i la concordança del material no són raonables, el cicle a llarg termini-podria provocar esquerdes de la interfície, delaminació i fins i tot fallades de l'aïllament.

 

Per tant, durant el procés de desenvolupament de components d'aïllament d'alta tensió-com ara el tub de ceràmica aïllat en fusibles EV, és necessari dur a terme un disseny integral a partir de múltiples dimensions de material, estructura, fabricació i verificació, i la fiabilitat del producte no es pot jutjar basant-se només en un únic índex de rendiment del material.
 

 

Actualment, la nova indústria energètica està canviant de simplement ampliar la capacitat instal·lada a millorar la densitat de potència, l'eficiència del sistema i la fiabilitat operativa. Els vehicles d'energia nous s'estan desenvolupant cap a plataformes d'alta-tensió de 800 V, els sistemes d'emmagatzematge d'energia s'estan actualitzant cap a una potència més gran i una vida útil més llarga, i els inversors fotovoltaics continuen millorant l'eficiència de conversió i la densitat de potència. Aquests canvis han plantejat nous requisits tècnics per als materials ceràmics.

 

En el futur, el desenvolupament depeces ceràmiques de nova energiaprestarà més atenció a l'optimització col·laborativa del rendiment dels materials i del disseny estructural. D'una banda, és necessari desenvolupar materials ceràmics amb major conductivitat tèrmica, major rigidesa dielèctrica i millor rendiment d'acoblament d'expansió tèrmica; d'altra banda, també cal millorar la consistència dimensional del producte i l'estabilitat del lot mitjançant l'emmotllament de precisió, la sinterització avançada i la inspecció automatitzada.

 

Al mateix temps, l'aplicació de peces ceràmiques s'ampliarà gradualment des de mànigues, carcasses i substrats aïllants tradicionals fins a connexions d'alta tensió, envasos de mòduls de potència, sensors, fusibles i peces estructurals de precisió dels nous equips energètics. Per als fusibles d'alta tensió-, els materials ceràmics seguiran sent un sistema de materials important en els vehicles d'energia nova i els sistemes de protecció d'emmagatzematge d'energia a causa dels seus avantatges integrals en aïllament, resistència a la calor i suport estructural.

 

En termes generals, encara que les peces ceràmiques no solen participar directament en la conversió d'energia, realitzen funcions clau com aïllament, dissipació de calor, protecció, suport i connexió fiable. Amb el desenvolupament continu de nous vehicles d'energia, l'emmagatzematge d'energia, la fotovoltaica i les tecnologies d'electrònica de potència d'alta-tensió, els materials ceràmics s'estan transformant de materials auxiliars tradicionals a materials bàsics importants que afecten la seguretat, l'eficiència i la vida útil dels nous equips d'energia.

 

En el futur, la innovació tecnològica ceràmica centrada en una alta fiabilitat, alta conductivitat tèrmica, alt aïllament, lleugeresa i fabricació de precisió promourà encara més el desenvolupament de nous equips d'energia cap a una alta densitat de potència, una alta eficiència i un funcionament fiable a llarg termini.