Nova energetska industrija ubrzava svoju nadogradnju, a vrijednost primjene keramičkih dijelova u elektrifikaciji i visoko-naponskim električnim poljima nastavlja da raste.

S brzim razvojem novih energetskih vozila, skladištenja energije, fotonaponskih uređaja, energije vodonika i tehnologije energetske elektronike velike snage, nova energetska oprema je postavila veće zahtjeve za visoko-otpornost na temperaturu, izolaciju, otpornost na koroziju, mehaničku čvrstoću i stabilnost dimenzija materijala. Sa svojom odličnom električnom izolacijom, otpornošću na visoke temperature, otpornošću na koroziju, niskim dielektričnim gubicima i dobrom dimenzijskom stabilnošću, keramički materijali dalje ulaze u scenarije primjene kao što su energetske baterije, sistemi električnih pogona, visoko-naponski električni, invertori za pohranu energije i nova energetska elektronika iz tradicionalnih industrijskih polja.

 

U poređenju sa metalnim materijalima, inženjerska keramika je obično u stanju da održi relativno stabilne performanse pod visokim temperaturama, visokim naponom, visokom frekvencijom i složenim hemijskim okruženjima. Stoga igraju ključne funkcije kao što su izolacija, izolacija, konstrukcijska podrška, upravljanje toplinom i električna zaštita u nekoj novoj energetskoj opremi. Kako gustina snage novih energetskih sistema nastavlja da raste, opseg primene keramičkih delova se takođe proteže od pojedinačnih izolacionih komponenti do preciznih strukturnih delova i funkcionalnih komponenti.

 

 

 

Baterija za napajanje je jedan od najvažnijih osnovnih sistema novih energetskih vozila. Njegovo radno okruženje uključuje visok napon, veliku struju, promjene temperature i dugotrajne-mehaničke vibracije, tako da nameće stroge zahtjeve za električnu izolaciju i termičku sigurnost. Unutar baterije, keramički materijali mogu sudjelovati u sigurnosnoj zaštiti u različitim oblicima kao što su premazi, separatori, izolacijski strukturni dijelovi i dijelovi za brtvljenje.

 

Keramičke{0}}membrane obložene su jedna od reprezentativnijih primjena. Unošenjem neorganskih keramičkih čestica kao što su glinica i bemit na površinu poliolefinskog osnovnog filma, može se poboljšati stabilnost dimenzija i otpornost na toplinu separatora u uvjetima visoke temperature. Kada je baterija na visokoj temperaturi ili u nenormalnim radnim uvjetima, keramički premaz može smanjiti rizik od značajnog skupljanja separatora, čime se osiguravaju stabilniji uvjeti izolacije između pozitivne i negativne elektrode.

 

U sistemima baterija visokog{0}}napona, keramički izolatori se također mogu koristiti za električnu izolaciju između elektroda, terminala i drugih provodljivih struktura. Na primjer, keramičko tijelo EV osigurača mora istovremeno zadovoljiti performanse izolacije, mehaničku čvrstoću i određenu termičku stabilnost. Svojstva njegovog materijala direktno će uticati na pouzdanost rada visokonaponskih zaštitnih-komponenti pod nenormalnim strujnim uslovima.

 

Kako se naponska platforma novih energetskih vozila postepeno razvija do 800V i više, napon koji podnose visoko-komponente električne zaštite nastavlja se povećavati. Keramički strukturni dijelovi, kao što je keramičko tijelo za EV osigurač, moraju postići pouzdanu izolaciju u ograničenom prostoru dok izdrže toplinski udar i mehanički stres koji nastaje tokom procesa spajanja. Stoga su formulacija materijala, proces sinterovanja i tačnost dimenzija postali važni faktori u dizajnu proizvoda.

 

 

Visokonaponski{0}}sistemi zaštite u novim energetskim vozilima i opremi za skladištenje energije obično moraju brzo prekinuti struju u nenormalnim uvjetima kao što su kratki spojevi i preopterećenja. Kao važna komponenta zaštite od prekomjerne struje, unutrašnje keramičke komponente osigurača ne samo da igraju izolacijsku ulogu, već također moraju biti usklađene s materijalima za taljenje i punjenje kako bi se završilo gašenje luka, toplinska izolacija i konstrukcijska podrška.

 

U tradicionalnoj niskonaponskoj-opremi i industrijskoj električnoj opremi, keramičke cijevi, keramičke čahure i keramička kućišta već imaju relativno zrelu osnovu primjene. Sa razvojem visoko-naponskih sistema za nova energetska vozila, keramički materijali su dodatno unapređeni do visokog napona, kompaktnosti i visoke pouzdanosti. Na primjer, aluminijska keramička cijev za visokonaponski EV osigurač treba uzeti u obzir visoku dielektričnu čvrstoću, mehaničku čvrstoću i otpornost na toplinu kako bi se prilagodila složenom radnom okruženju u visokonaponskom kolu-kola novih energetskih vozila.

 

Aluminijumska keramika je jedan od uobičajenih inženjerskih keramičkih materijala u visokonaponskim-osiguračima. Ima visoku izolacijsku čvrstoću, otpornost na toplinu i hemijsku stabilnost, a može se napraviti u cjevaste strukture, u obliku rukava- ili specijalnog-oblika kroz proces sinterovanja. Al2O3 Alumina keramička cijev za visokonaponski-osigurač može se koristiti kao izolacijska i strukturalna potporna komponenta u visokonaponskim-uređajima za zaštitu kako bi se osigurala stabilna izolacija za različite provodne oblasti unutar osigurača.

 

Za automobilska pomoćna kola i sisteme dodataka visokog{0}}napona, keramička kućišta također se moraju prilagoditi složenijim prostorima za instalaciju i zahtjevima mehaničkog povezivanja. Keramičko tijelo za pomoćni osigurač električnog vozila je jedna takva primjena. Njegov dizajn ne samo da treba obratiti pažnju na izolacijsku udaljenost, već također treba uzeti u obzir tolerancije dimenzija, metode montaže, porast temperature i dugoročnu pouzdanost.

 

 

 

Električni pogonski sistemi novih energetskih vozila razvijaju se u pravcu velike brzine, velike gustine snage i visoke efikasnosti. Motori, pretvarači i srodni moduli napajanja bili su izloženi visoko-prekidanju frekvencije i temperaturnim promjenama dugo vremena, a tradicionalni materijali mogu postepeno biti ograničeni u smislu izolacije, otpornosti na toplinu i otpornosti na habanje.

 

Keramički ležajevi su reprezentativna primena u električnim pogonskim sistemima. Strukturalna keramika kao što je silicijum nitrid ima karakteristike niske gustine, visoke tvrdoće, dobre otpornosti na habanje i odličnih svojstava električne izolacije. Oni mogu smanjiti mehaničko trenje u okolini motora velikih{2}}brzina i smanjiti rizik od električne korozije uzrokovane strujama osovine.

 

Za sisteme električnih pogona koji koriste energetske poluprovodnike od silicijum karbida, frekvencija prebacivanja snage i brzina prebacivanja su dodatno povećane, što je učinilo da sistem postavlja strože zahteve za izolacione materijale i strukture pakovanja. Keramičke podloge mogu pružiti pouzdanu električnu izolaciju između provodljivih struktura i struktura za rasipanje topline dok obavljaju zadatke provodljivosti topline, što ih čini važnim osnovnim materijalom za energetske elektronske module velike-snage{2}}gustine.

 

Pored keramičke podloge unutar sistema električnog pogona, visoko-komponente za zaštitu osigurača od visokog napona također moraju imati stabilnu strukturu izolacije. Na primjer, keramičko tijelo za osigurač za zaštitu od preopterećenja i kratkog spoja mora održavati dobru izolaciju u normalnim radnim uvjetima i izdržati veliki prolazni toplinski stres tokom zaštite od preopterećenja ili kratkog spoja.

 

 

Energetski poluvodički uređaji u novim energetskim vozilima, pretvarači za skladištenje energije i fotonaponski invertori stvaraju veliku količinu topline tokom rada. Kako se gustina snage sistema povećava, disipacija toplote je postala jedan od važnih faktora koji ograničavaju performanse energetskih uređaja.

 

Keramičke podloge mogu pružiti i električnu izolaciju i funkcije toplinske provodljivosti, tako da se široko koriste u pakiranju energetskih modula.

 

Materijali kao što su aluminijum oksid i aluminijum nitrid imaju različita svojstva toplotne provodljivosti i karakteristike troškova i mogu se birati na osnovu radnog napona, nivoa snage, zahteva toplotne otpornosti i troškova proizvodnje.

 

Među njima, aluminijum nitrid ima visoku toplotnu provodljivost i nizak koeficijent toplotnog širenja, i ima visoku primenu u oblasti elektronske ambalaže velike{0}} Kada se keramički materijali kombinuju sa metalnim provodnicima kao što je bakar, oni mogu formirati kompozitnu strukturu sa funkcijama provodljivosti, disipacije toplote i izolacije, obezbeđujući stabilnu osnovu za pakovanje za poluvodičke uređaje sa širokim-pojasnim razmakom kao što je SiC.

 

U polju nove energetske zaštite od električne energije, keramički materijali za DC automobilske osigurače mogu koristiti otpornost na toplinu i izolacijske karakteristike keramičkih materijala kako bi osigurali stabilnu strukturnu podršku za automobilske DC osigurače. Kako snaga DC visokonaponskih-kola novih energetskih vozila nastavlja da raste, povezani keramički dijelovi moraju dodatno poboljšati svoju otpornost na termički udar, mehaničku čvrstoću i stabilnost dimenzija.

 

 

Sistemi za pohranu energije obično moraju raditi dugo vremena i mogu biti u složenim okruženjima kao što su visoka temperatura, niska temperatura, vlaga, prašina, itd. Invertori za pohranu energije, oprema za distribuciju istosmjerne struje, sistemi upravljanja baterijama i sistemi zaštite od visokog{1}}napona imaju veliku potražnju za izolacijskim materijalima.

 

U pretvaračima i inverterima za skladištenje energije, keramičke podloge mogu povezati uređaje za napajanje i sisteme za disipaciju toplote, obezbeđujući električnu izolaciju dok brzo provode toplotu koju proizvodi uređaji. Za visokofrekventne komutacijske sisteme, dielektrična svojstva keramičkih materijala također utiču na parazitske parametre i integritet signala, tako da izbor materijala treba sveobuhvatno procijeniti u kombinaciji sa cijelim sistemom energetske elektronike.

 

U primjenama osigurača, izolacijsko tijelo sa steatitnom keramikom može iskoristiti prednosti dobre električne izolacije i svojstva otpornosti na toplinu materijala kao što je steatit porcelan koji će se koristiti za izolaciju i strukturnu podršku specifičnih električnih zaštitnih uređaja. Različiti keramički sistemi imaju različitu dielektričnu čvrstoću, mehanička svojstva, koeficijente termičkog širenja i karakteristike obrade, tako da stvarni izbor treba sveobuhvatno odrediti na osnovu napona, struje, temperature i mehaničkog opterećenja.

 

 

 

Fotonaponski inverter je važan uređaj koji povezuje fotonaponski sistem za proizvodnju energije i AC električnu mrežu. Sadrži veliki broj energetskih poluprovodnika, filter uređaja i električnih-komponenti visokog napona. Kako nivoi snage fotonaponskih sistema nastavljaju da rastu, upravljanje toplotom i dizajn izolacije unutar opreme postaju sve važniji.

 

Podloga obložena keramičkom bakrom-može ostvariti prijenos struje kroz metalni sloj i koristiti keramički dielektrik za postizanje električne izolacije, dok brzo prenosi toplinu koju generiše energetski uređaj na strukturu za rasipanje topline. Za IGBT-snažne IGBT, SiC MOSFET i druge uređaje, toplotna provodljivost, usklađenost termičkog širenja i performanse izolacije materijala za pakovanje direktno će uticati na dugoročnu-pouzdanost modula.

 

U isto vrijeme, visoko-osigurači i njihovi keramički strukturni dijelovi također igraju ulogu u fotonaponskoj DC bočnoj zaštiti. Keramičko kućište za Fuse Link može pružiti izolacijsko kućište i mehaničku potporu za element osigurača i izdržati odgovarajuće termičko i mehaničko naprezanje tokom procesa-isjecanja kvara.

 

 

Aluminijska keramika ima zrelu industrijsku proizvodnju. Njegov materijalni sistem je stabilan, njegova cijena je relativno kontrolirana i može proizvoditi složene strukture kroz različite procese oblikovanja i sinterovanja. Stoga ima širok spektar primjena u području novih energetskih i električnih uređaja.

 

U visokonaponskim -osiguračima za nova energetska vozila, aluminijska keramička izolacijska cijev za osigurač može se koristiti za izolaciju i izolaciju između različitih provodljivih dijelova. Za sisteme zaštite automobila sa višim nivoima napona, keramičke cijevi također moraju ispuniti sveobuhvatne zahtjeve kao što su puzna staza, električni razmak, otpornost na termički udar i mehanički sklop.

 

Za automobilske osigurače visokog{0}}napona, čistoća materijala također utiče na dielektrična svojstva i mehaničku stabilnost proizvoda. 95% Alumina keramička cijev za visokonaponske osigurače je jedan od uobičajenih oblika primjene glinice keramike. Specifični sistem materijala mora biti usklađen prema radnom naponu, temperaturi, strukturnoj veličini i proizvodnom procesu.

 

Sa razvojem automobilskih visokonaponskih{0}}platformi, okruženje sa kojim se suočavaju aluminijske keramičke cijevi za visoko-osigurače za automobile postalo je složenije, uključujući visoko-prebacivanje, strujne udare, temperaturne cikluse i mehaničke vibracije. Stoga jednostavno poboljšanje izolacijske čvrstoće keramičkih materijala nije dovoljno za ispunjavanje zahtjeva. Također je potrebno sveobuhvatno optimizirati keramičku formulu, gustoću sinterovanja, točnost dimenzija i konstrukcijski dizajn.

 

 

Inteligentni razvoj nove energetske opreme također je pokrenuo primjenu keramičkih senzora i funkcionalnih keramičkih materijala. Materijali kao što su cirkonijum, piezoelektrična keramika i ferit mogu koristiti svoja posebna električna, termička i mehanička svojstva za detekciju parametara kao što su temperatura, pritisak, koncentracija gasa i struja.

 

U okruženjima visokih{0}}temperatura, keramički materijali imaju dobru termičku stabilnost i mogu se koristiti u strukturama za zaštitu senzora i osjetljivim komponentama. Neki keramički materijali također imaju svojstva piezoelektrične, dielektrične ili magnetoelektrične konverzije i mogu se koristiti u senzorskim sistemima u novim energetskim vozilima, industrijskoj kontroli i pametnoj energetskoj opremi.

 

Kontinuiranim razvojem autonomne vožnje, upravljanja baterijama i sistema za praćenje skladištenja energije, zahtjevi za-dugoročnom stabilnošću, anti-smetnjama iz okoline i preciznošću dimenzija senzora nastavljaju rasti, što također promovira razvoj funkcionalne keramike u smjeru preciznosti i integracije.

 

 

 

Nova energetska oprema obično treba da radi kontinuirano dugi niz godina, tako da keramički dijelovi ne mogu samo zadovoljiti početne pokazatelje učinka, već moraju imati i dobru dugoročnu{0}}pouzdanost. Odabir materijala, proces oblikovanja, proces sinteriranja, površinska obrada i kontrola dimenzija imaju utjecaj na konačni učinak.

 

Za izolacionu keramiku visokog napona, potrebno je fokusirati se na indikatore kao što su dielektrična čvrstoća, zapreminski otpor, puzna staza i djelomično pražnjenje. Za keramičke konstrukcijske dijelove izložene mehaničkim opterećenjima, potrebno je usredotočiti se na procjenu čvrstoće na savijanje, žilavosti loma, performansi termičkog udara i naprezanja pri montaži.

 

Osim toga, razlika u koeficijentu toplinske ekspanzije između keramike i metala također je važno pitanje koje treba uzeti u obzir u inženjerskom dizajnu. Kada oprema prolazi kroz česte cikluse visokih i niskih temperatura, može doći do termičkog stresa između različitih materijala. Ako konstrukcijski dizajn i podudaranje materijala nisu razumni, dugotrajno ciklično mijenjanje može dovesti do pucanja međusklopa, raslojavanja, pa čak i kvara izolacije.

 

Stoga, tokom procesa razvoja visoko-komponenti za izolaciju kao što je izolirana keramička cijev u EV osiguračima, potrebno je izvesti sveobuhvatan dizajn iz više dimenzija materijala, strukture, proizvodnje i verifikacije, a pouzdanost proizvoda ne može se ocijeniti oslanjanjem samo na jedan indeks performansi materijala.
 

 

Trenutno, nova energetska industrija se mijenja od jednostavnog proširenja instaliranog kapaciteta ka poboljšanju gustine energije, efikasnosti sistema i operativne pouzdanosti. Nova energetska vozila se razvijaju prema 800V visokonaponskim-platformama, sistemi za skladištenje energije se unapređuju prema većoj snazi ​​i dužem vijeku trajanja, a fotonaponski invertori nastavljaju da poboljšavaju efikasnost konverzije i gustinu snage. Ove promjene su postavile nove tehničke zahtjeve za keramičke materijale.

 

U budućnosti, razvojnove energetske keramičke dijeloveposvetit će više pažnje zajedničkoj optimizaciji performansi materijala i konstrukcijskog dizajna. S jedne strane, potrebno je razviti keramičke materijale sa većom toplotnom provodljivošću, većom dielektričkom čvrstoćom i boljim performansama usklađivanja termičkog širenja; s druge strane, također je potrebno poboljšati konzistentnost dimenzija proizvoda i stabilnost serije kroz precizno oblikovanje, napredno sinteriranje i automatiziranu inspekciju.

 

Istovremeno, primjena keramičkih dijelova postepeno će se proširiti sa tradicionalnih izolacijskih navlaka, kućišta i podloga na visoko-naponske priključke, pakovanje energetskih modula, senzore, osigurače i precizne strukturne dijelove nove energetske opreme. Za visokonaponske -osigurače, keramički materijali će ostati važan sistem materijala u novim energetskim vozilima i sistemima zaštite za skladištenje energije zbog svojih sveobuhvatnih prednosti u izolaciji, otpornosti na toplinu i strukturnoj podršci.

 

Uopšteno govoreći, iako keramički dijelovi obično ne sudjeluju direktno u konverziji energije, oni obavljaju ključne funkcije kao što su izolacija, odvođenje topline, zaštita, podrška i pouzdana veza. Uz kontinuirani razvoj novih energetskih vozila, skladištenja energije, fotonaponskih i-naponskih tehnologija energetske elektronike, keramički materijali se iz tradicionalnih pomoćnih materijala pretvaraju u važne osnovne materijale koji utiču na sigurnost, efikasnost i vijek trajanja nove energetske opreme.

 

U budućnosti, inovacije u keramičkoj tehnologiji usmjerene na visoku pouzdanost, visoku toplotnu provodljivost, visoku izolaciju, laganu i preciznu proizvodnju dalje će promovirati razvoj nove energetske opreme prema velikoj gustoći snage, visokoj efikasnosti i dugoročno-pouzdanom radu.