Nova energetska industrija se pospešeno nadgrajuje, vrednost uporabe keramičnih delov v elektrifikaciji in visoko{0}}napetostnih električnih poljih pa še naprej narašča.

S hitrim razvojem novih energetskih vozil, shranjevanja energije, fotovoltaike, vodikove energije in tehnologije močnostne-močnostne elektronike je nova energetska oprema postavila višje zahteve glede odpornosti na visoke-temperature, izolacije, odpornosti proti koroziji, mehanske trdnosti in dimenzijske stabilnosti materialov. S svojo odlično električno izolacijo, odpornostjo na visoke temperature, odpornostjo proti koroziji, nizkimi dielektričnimi izgubami in dobro dimenzijsko stabilnostjo keramični materiali vse bolj vstopajo v scenarije uporabe, kot so napajalne baterije, električni pogonski sistemi, visoko{3}}napetostna elektrika, pretvorniki za shranjevanje energije in nova energetska elektronika s tradicionalnih industrijskih področij.

 

V primerjavi s kovinskimi materiali lahko inženirska keramika običajno ohrani razmeroma stabilno delovanje pri visoki temperaturi, visoki napetosti, visoki frekvenci in kompleksnih kemičnih okoljih. Zato imajo v nekaterih novih energetskih napravah ključne funkcije, kot so izolacija, izolacija, strukturna podpora, toplotno upravljanje in električna zaščita. Ker se gostota moči novih energetskih sistemov še naprej povečuje, se obseg uporabe keramičnih delov širi od posameznih izolacijskih komponent do natančnih strukturnih delov in funkcionalnih komponent.

 

 

 

Napajalna baterija je eden najpomembnejših osrednjih sistemov novih energetskih vozil. Njegovo delovno okolje vključuje visoko napetost, velik tok, temperaturne spremembe in dolgotrajne-mehanske vibracije, zato postavlja stroge zahteve glede električne izolacije in toplotne varnosti. Znotraj baterije lahko keramični materiali sodelujejo pri varnostni zaščiti v različnih oblikah, kot so premazi, separatorji, izolacijski strukturni deli in tesnilni deli.

 

Diafragme s-keramično prevleko so ena bolj reprezentativnih aplikacij. Z uvedbo anorganskih keramičnih delcev, kot sta aluminijev oksid in boemit, na površino poliolefinske osnovne folije je mogoče izboljšati dimenzijsko stabilnost in toplotno odpornost separatorja pri visokih temperaturah. Ko je baterija pri visoki temperaturi ali v neobičajnih delovnih pogojih, lahko keramična prevleka zmanjša tveganje znatnega krčenja separatorja in s tem zagotovi stabilnejše izolacijske pogoje med pozitivno in negativno elektrodo.

 

V visoko-napetostnih baterijskih sistemih se lahko keramični izolatorji uporabljajo tudi za električno izolacijo med elektrodami, sponkami in drugimi prevodnimi strukturami. Na primer, keramično ohišje varovalke EV mora hkrati izpolnjevati izolacijo, mehansko trdnost in določeno toplotno stabilnost. Lastnosti njegovega materiala bodo neposredno vplivale na delovno zanesljivost visokonapetostnih zaščitnih-komponent v nenormalnih trenutnih pogojih.

 

Ko se napetostna platforma novih energetskih vozil postopoma razvije do 800 V in višje, se napetostna obremenitev, ki jo prenašajo visokonapetostne komponente električne zaščite, še naprej povečuje. Keramični strukturni deli, kot je keramično ohišje za varovalko EV, morajo doseči zanesljivo izolacijo v omejenem prostoru, hkrati pa vzdržati toplotni udar in mehanske obremenitve, ki nastanejo med postopkom taljenja. Zato so formulacija materiala, postopek sintranja in dimenzijska natančnost postali pomembni dejavniki pri oblikovanju izdelka.

 

 

Visoko{0}}napetostni zaščitni sistemi v novih energetskih vozilih in opremi za shranjevanje energije morajo običajno hitro prekiniti tok v neobičajnih pogojih, kot so kratki stiki in preobremenitve. Notranji keramični sestavni deli varovalk kot pomembna komponenta pretokovne zaščite nimajo samo izolacijske vloge, ampak jih je treba uskladiti tudi s talino in polnilnimi materiali za popolno gašenje obloka, toplotno izolacijo in strukturno podporo.

 

V tradicionalni nizko{0}}napetostni in industrijski električni opremi imajo keramične cevi, keramične puše in keramična ohišja že razmeroma zrelo osnovo za uporabo. Z razvojem visoko{2}}napetostnih sistemov za nova energetska vozila so keramični materiali dodatno nadgrajeni v visoko napetost, kompaktnost in visoko zanesljivost. Keramična cev iz aluminijevega oksida za visokonapetostno varovalko EV mora na primer upoštevati visoko dielektrično trdnost, mehansko trdnost in toplotno odpornost, da se prilagodi zapletenemu delovnemu okolju v visoko-napetostnem tokokrogu novih energetskih vozil.

 

Keramika iz aluminijevega oksida je eden od pogostih inženirskih keramičnih materialov v visoko-napetostnih varovalkah. Ima visoko izolacijsko trdnost, toplotno odpornost in kemično stabilnost ter ga je mogoče s postopkom sintranja izdelati v cevaste strukture, -podobne rokavom ali posebne-oblike. Keramična cev iz aluminijevega oksida Al2O3 za visoko-napetostno varovalko se lahko uporablja kot izolacijska in strukturna podporna komponenta v visoko-napetostnih zaščitnih napravah za zagotavljanje stabilne izolacije za različna prevodna področja znotraj varovalke.

 

Pri avtomobilskih pomožnih tokokrogih in visoko{0}}napetostnih sistemih dodatne opreme se morajo tudi keramična ohišja prilagoditi bolj zapletenim zahtevam glede prostora za namestitev in mehanskih povezav. Ena taka uporaba je keramično ohišje za pomožno varovalko električnega vozila. Njegova zasnova ne sme biti pozorna le na izolacijsko razdaljo, ampak mora upoštevati tudi tolerance dimenzij, načine sestavljanja, dvig temperature in dolgoročno-zanesljivost.

 

 

 

Novi električni pogonski sistemi za energetska vozila se razvijajo v smeri visoke hitrosti, visoke gostote moči in visoke učinkovitosti. Motorji, inverterji in sorodni napajalni moduli so bili dolgo časa izpostavljeni visoko{1}}frekvenčnim preklopom in temperaturnim spremembam, tradicionalni materiali pa so lahko postopoma omejeni glede izolacije, toplotne odpornosti in odpornosti proti obrabi.

 

Keramični ležaji so reprezentativna uporaba v električnih pogonskih sistemih. Strukturna keramika, kot je silicijev nitrid, ima nizko gostoto, visoko trdoto, dobro odpornost proti obrabi in odlične električne izolacijske lastnosti. Zmanjšajo lahko mehansko trenje v motornih okoljih z-visoko hitrostjo in zmanjšajo tveganje električne korozije, ki jo povzročajo tokovi gredi.

 

Pri električnih pogonskih sistemih, ki uporabljajo močnostne polprevodnike iz silicijevega karbida, sta bili frekvenca preklopa moči in hitrost preklopa dodatno povečani, zaradi česar sistem postavlja strožje zahteve za izolacijske materiale in strukture embalaže. Keramične podlage lahko zagotovijo zanesljivo električno izolacijo med prevodnimi strukturami in strukturami za odvajanje toplote, medtem ko opravljajo naloge toplotne prevodnosti, zaradi česar so pomemben osnovni material za močnostne elektronske module z visoko-močjo-gostoto.

 

Poleg keramične podlage v sistemu električnega pogona morajo imeti -komponente zaščite z visokonapetostnimi varovalkami tudi stabilno izolacijsko strukturo. Na primer, keramično ohišje varovalke za zaščito pred preobremenitvijo in kratkim stikom mora ohranjati dobro izolacijo v normalnih delovnih pogojih in vzdržati velike prehodne toplotne obremenitve med zaščito pred preobremenitvijo ali kratkim stikom.

 

 

Napajalne polprevodniške naprave v novih energetskih vozilih, pretvornikih za shranjevanje energije in fotovoltaičnih pretvornikih med delovanjem proizvajajo veliko količino toplote. Ko se gostota moči sistema povečuje, je odvajanje toplote postalo eden od pomembnih dejavnikov, ki omejujejo delovanje napajalnih naprav.

 

Keramične podlage lahko zagotavljajo tako električno izolacijo kot toplotno prevodnost, zato se pogosto uporabljajo v embalaži napajalnih modulov.

 

Materiali, kot sta aluminijev oksid in aluminijev nitrid, imajo različne lastnosti toplotne prevodnosti in stroškovne značilnosti ter jih je mogoče izbrati na podlagi delovne napetosti, ravni moči, zahtev glede toplotne odpornosti in stroškov izdelave.

 

Med njimi ima aluminijev nitrid visoko toplotno prevodnost in nizek koeficient toplotnega raztezanja ter visoko uporabno vrednost na področju visoko{0}}zmogljive elektronske embalaže. Ko se keramični materiali kombinirajo s kovinskimi vodniki, kot je baker, lahko tvorijo kompozitno strukturo s prevodnimi funkcijami, funkcijami odvajanja toplote in izolacijo, kar zagotavlja stabilno osnovo za polprevodniške naprave s široko-pasovno vrzeljo, kot je SiC.

 

Na področju nove energetske električne zaščite lahko keramični materiali za enosmerne avtomobilske varovalke izkoristijo toplotno odpornost in izolacijske lastnosti keramičnih materialov, da zagotovijo stabilno strukturno podporo za avtomobilske enosmerne varovalke. Ker se moč enosmernih visoko{1}}napetostnih tokokrogov novih energetskih vozil še naprej povečuje, morajo povezani keramični deli še izboljšati svojo odpornost na toplotne udarce, mehansko trdnost in dimenzijsko stabilnost.

 

 

Sistemi za shranjevanje energije običajno morajo delovati dolgo časa in so lahko v zapletenih okoljih, kot so visoka temperatura, nizka temperatura, vlaga, prah itd. Inverterji za shranjevanje energije, oprema za distribucijo enosmernega toka, sistemi za upravljanje baterij in visoko{1}}napetostni zaščitni sistemi imajo veliko povpraševanje po izolacijskih materialih.

 

V pretvornikih in inverterjih za shranjevanje energije lahko keramične podlage povezujejo napajalne naprave in sisteme za odvajanje toplote, kar zagotavlja električno izolacijo, hkrati pa hitro prevaja toploto, ki jo naprave ustvarijo. Pri visoko-frekvenčnih stikalnih sistemih dielektrične lastnosti keramičnih materialov vplivajo tudi na parazitske parametre in celovitost signala, zato je treba izbiro materiala celovito ovrednotiti v povezavi s celotnim sistemom močnostne elektronike.

 

Pri aplikacijah z varovalkami lahko izolacijsko steatitno keramično taljeno telo izkoristi prednosti dobre električne izolacije in toplotne odpornosti materialov, kot je steatitni porcelan, ki se uporablja za izolacijo in strukturno podporo posebnih električnih zaščitnih naprav. Različni keramični sistemi imajo različne dielektrične trdnosti, mehanske lastnosti, koeficiente toplotnega raztezanja in značilnosti obdelave, zato je treba dejansko izbiro celovito določiti na podlagi napetosti, toka, temperature in mehanske obremenitve.

 

 

 

Fotovoltaični pretvornik je pomembna naprava, ki povezuje fotovoltaični sistem za proizvodnjo električne energije in AC električno omrežje. Vsebuje veliko število močnostnih polprevodnikov, filtrirnih naprav in visoko{1}}napetostnih električnih komponent. Ker se ravni moči fotonapetostnih sistemov še naprej povečujejo, postajata upravljanje toplote in zasnova izolacije znotraj opreme pomembnejša.

 

Podlaga, prevlečena s keramičnim- bakrom, lahko izvede prenos toka skozi kovinsko plast in uporabi keramični dielektrik za doseganje električne izolacije, hkrati pa hitro prenese toploto, ki jo ustvari napajalna naprava, na strukturo za odvajanje toplote. Pri visoko-zmogljivih IGBT, SiC MOSFET in drugih napravah bodo toplotna prevodnost, ujemanje toplotnega raztezanja in izolacijska zmogljivost embalažnega materiala neposredno vplivali na dolgoročno-zanesljivost modula.

 

Hkrati imajo visoko{0}}napetostne varovalke in njihovi keramični strukturni deli vlogo pri fotovoltaični enosmerni stranski zaščiti. Keramično ohišje za vložek varovalke lahko zagotovi izolacijsko ohišje in mehansko podporo za element varovalke ter vzdrži ustrezne toplotne in mehanske obremenitve med-postopkom izklopa napake.

 

 

Keramika iz aluminijevega oksida ima zrelo industrijsko proizvodno osnovo. Njegov materialni sistem je stabilen, njegovi stroški so razmeroma obvladljivi in ​​lahko izdeluje kompleksne strukture z različnimi postopki oblikovanja in sintranja. Zato ima širok spekter uporabe na področju nove energije in električnih naprav.

 

V novih visokonapetostnih varovalkah za energetska{0}}vozila je mogoče za izolacijo in izolacijo med različnimi prevodnimi deli uporabiti keramično izolatorsko cev za varovalko. Za avtomobilske zaščitne sisteme z višjimi nivoji napetosti morajo keramične cevi izpolnjevati tudi celovite zahteve, kot so plazilna pot, električna zračnost, odpornost na toplotne udarce in mehanska montaža.

 

Pri visoko-napetostnih avtomobilskih varovalkah čistost materiala vpliva tudi na dielektrične lastnosti in mehansko stabilnost izdelka. 95% Keramična cev iz aluminijevega oksida za visokonapetostno varovalko je ena od pogostih oblik uporabe keramike iz aluminijevega oksida. Poseben materialni sistem je treba uskladiti glede na delovno napetost, temperaturo, strukturno velikost in proizvodni proces.

 

Z razvojem avtomobilskih visoko-napetostnih platform je okolje, s katerim se sooča aluminijeva keramična cev za visoko-napetostne avtomobilske varovalke, postalo bolj zapleteno, vključno z visoko-frekvenčnim preklopom, tokovnimi sunki, temperaturnimi cikli in mehanskimi vibracijami. Zato samo izboljšanje izolacijske trdnosti keramičnih materialov ni dovolj za izpolnitev zahtev. Prav tako je potrebno celovito optimizirati keramično formulo, gostoto sintranja, dimenzijsko natančnost in konstrukcijsko zasnovo.

 

 

Inteligentni razvoj nove energetske opreme je spodbudil tudi uporabo keramičnih senzorjev in funkcionalnih keramičnih materialov. Materiali, kot so cirkonij, piezoelektrična keramika in ferit, lahko uporabljajo svoje posebne električne, toplotne in mehanske lastnosti za zaznavanje parametrov, kot so temperatura, tlak, koncentracija plina in tok.

 

V okoljih z visoko-temperaturo imajo keramični materiali dobro toplotno stabilnost in se lahko uporabljajo v strukturah za zaščito senzorjev in občutljivih komponentah. Nekateri keramični materiali imajo tudi piezoelektrične, dielektrične ali magnetoelektrične lastnosti pretvorbe in se lahko uporabljajo v sistemih zaznavanja v novih energetskih vozilih, industrijskem nadzoru in pametni energetski opremi.

 

Z nenehnim razvojem avtonomne vožnje, upravljanja baterije in sistemov za spremljanje shranjevanja energije se zahteve za dolgoročno-stabilnost, zaščito pred-okoljskimi motnjami in dimenzijsko natančnostjo senzorjev še naprej povečujejo, kar spodbuja tudi razvoj funkcionalne keramike v smeri natančnosti in integracije.

 

 

 

Nova energetska oprema mora običajno neprekinjeno delovati več let, zato keramični deli ne morejo le izpolnjevati začetnih kazalnikov učinkovitosti, ampak morajo imeti tudi dobro dolgoročno-zanesljivost. Izbira materiala, postopek oblikovanja, postopek sintranja, površinska obdelava in nadzor dimenzij vplivajo na končno zmogljivost.

 

Pri visoko{0}}napetostni izolacijski keramiki se je treba osredotočiti na kazalnike, kot so dielektrična trdnost, prostorninska upornost, plazilna pot in delna razelektritev. Pri keramičnih konstrukcijskih delih, ki so izpostavljeni mehanskim obremenitvam, se je treba osredotočiti na oceno upogibne trdnosti, lomne žilavosti, odpornosti proti toplotnemu udaru in montažne napetosti.

 

Poleg tega je pomembno vprašanje, ki ga je treba upoštevati pri inženirskem načrtovanju, tudi razlika v koeficientu toplotnega raztezanja med keramiko in kovino. Ko je oprema podvržena pogostim ciklom visokih in nizkih temperatur, se lahko razvije toplotna obremenitev med različnimi materiali. Če konstrukcijska zasnova in ujemanje materiala nista razumna, lahko dolgotrajno-ciklično spreminjanje povzroči razpoke na vmesniku, razslojevanje in celo okvaro izolacije.

 

Zato je treba med razvojnim procesom visoko{0}}napetostnih izolacijskih komponent, kot je izolirana keramična cev v EV varovalkah, izvesti celovito zasnovo iz več razsežnosti materiala, strukture, izdelave in preverjanja, zanesljivosti izdelka pa ni mogoče oceniti z zanašanjem samo na indeks učinkovitosti enega materiala.
 

 

Trenutno se nova energetska industrija spreminja od preprostega širjenja nameščene zmogljivosti k izboljšanju gostote moči, učinkovitosti sistema in zanesljivosti delovanja. Nova energetska vozila se razvijajo v smeri 800V visoko{2}}napetostnih platform, sistemi za shranjevanje energije se nadgrajujejo v smeri večje moči in daljše življenjske dobe, fotovoltaični pretvorniki pa še naprej izboljšujejo učinkovitost pretvorbe in gostoto moči. Te spremembe so postavile nove tehnične zahteve za keramične materiale.

 

V prihodnosti razvojnovi energetski keramični delibo več pozornosti namenil skupni optimizaciji učinkovitosti materiala in oblikovanju konstrukcije. Po eni strani je treba razviti keramične materiale z večjo toplotno prevodnostjo, večjo dielektrično trdnostjo in boljšim ujemanjem toplotnega raztezanja; po drugi strani pa je treba tudi izboljšati konsistentnost dimenzij izdelka in stabilnost serije z natančnim oblikovanjem, naprednim sintranjem in avtomatiziranim pregledom.

 

Hkrati se bo uporaba keramičnih delov postopoma razširila s tradicionalnih izolacijskih tulcev, ohišij in podlag na visoko-napetostne povezave, embalaže napajalnih modulov, senzorje, varovalke in natančne strukturne dele nove energetske opreme. Za visokonapetostne-varovalke bodo keramični materiali ostali pomemben materialni sistem v novih energetskih vozilih in zaščitnih sistemih za shranjevanje energije zaradi svojih obsežnih prednosti pri izolaciji, toplotni odpornosti in strukturni podpori.

 

Čeprav na splošno keramični deli običajno ne sodelujejo neposredno pri pretvorbi energije, opravljajo ključne funkcije, kot so izolacija, odvajanje toplote, zaščita, podpora in zanesljiva povezava. Z nenehnim razvojem novih energetskih vozil, shranjevanja energije, fotovoltaike in visoko{1}}napetostnih tehnologij močnostne elektronike se keramični materiali spreminjajo iz tradicionalnih pomožnih materialov v pomembne osnovne materiale, ki vplivajo na varnost, učinkovitost in življenjsko dobo nove energetske opreme.

 

V prihodnosti bodo inovacije v keramični tehnologiji, osredotočene na visoko zanesljivost, visoko toplotno prevodnost, visoko izolacijo, lahko in natančno proizvodnjo, še naprej spodbujale razvoj nove energetske opreme za visoko gostoto moči, visoko učinkovitost in dolgoročno-zanesljivo delovanje.