Die neue Energiebranche beschleunigt ihre Modernisierung und der Einsatzwert von Keramikteilen in der Elektrifizierung und in elektrischen Hochspannungsfeldern nimmt weiter zu.

Mit der rasanten Entwicklung neuer Energiefahrzeuge, Energiespeicher, Photovoltaik, Wasserstoffenergie und Hochleistungs-Leistungselektroniktechnologie stellen neue Energiegeräte höhere Anforderungen an Hochtemperaturbeständigkeit, Isolierung, Korrosionsbeständigkeit, mechanische Festigkeit und Dimensionsstabilität von Materialien. Aufgrund ihrer hervorragenden elektrischen Isolierung, hohen Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, ihres geringen dielektrischen Verlusts und ihrer guten Dimensionsstabilität finden keramische Materialien immer mehr Anwendungsmöglichkeiten wie Leistungsbatterien, elektrische Antriebssysteme, elektrische Hochspannungssysteme, Energiespeicher-Wechselrichter und Leistungselektronik für neue Energien aus traditionellen Industriebereichen.

 

Im Vergleich zu Metallwerkstoffen sind technische Keramiken in der Regel in der Lage, bei hohen Temperaturen, hoher Spannung, hoher Frequenz und komplexen chemischen Umgebungen eine relativ stabile Leistung aufrechtzuerhalten. Daher spielen sie in einigen neuen Energiegeräten Schlüsselfunktionen wie Isolierung, Isolierung, strukturelle Unterstützung, Wärmemanagement und elektrischen Schutz. Da die Leistungsdichte neuer Energiesysteme immer weiter zunimmt, erweitert sich auch der Anwendungsbereich keramischer Teile von einzelnen Isolierkomponenten bis hin zu Präzisionsstrukturteilen und Funktionskomponenten.

 

 

 

Die Power-Batterie ist eines der wichtigsten Kernsysteme von New-Energy-Fahrzeugen. Die Arbeitsumgebung ist mit Hochspannung, großem Strom, Temperaturschwankungen und langfristigen mechanischen Vibrationen verbunden und stellt daher strenge Anforderungen an die elektrische Isolierung und thermische Sicherheit. Im Inneren der Batterie können keramische Materialien in verschiedenen Formen zum Sicherheitsschutz beitragen, beispielsweise als Beschichtungen, Separatoren, isolierende Strukturteile und Dichtungsteile.

 

Eine der repräsentativeren Anwendungen sind keramikbeschichtete Membranen. Durch das Einbringen anorganischer Keramikpartikel wie Aluminiumoxid und Böhmit auf die Oberfläche der Polyolefin-Basisfolie können die Dimensionsstabilität und die Hitzebeständigkeit des Separators unter Hochtemperaturbedingungen verbessert werden. Wenn die Batterie einer hohen Temperatur ausgesetzt ist oder sich in anormalen Betriebsbedingungen befindet, kann die Keramikbeschichtung das Risiko einer erheblichen Schrumpfung des Separators verringern und so für stabilere Isolationsbedingungen zwischen den positiven und negativen Elektroden sorgen.

 

In Hochspannungsbatteriesystemen können Keramikisolatoren auch zur elektrischen Isolierung zwischen Elektroden, Anschlüssen und anderen leitfähigen Strukturen verwendet werden. Beispielsweise muss der Keramikkörper von EV-Sicherungen gleichzeitig die Isolationsleistung, die mechanische Festigkeit und eine gewisse thermische Stabilität erfüllen. Seine Materialeigenschaften wirken sich direkt auf die Funktionszuverlässigkeit von Hochspannungsschutzkomponenten unter anormalen Strombedingungen aus.

 

Da sich die Spannungsplattform von Fahrzeugen mit neuer Energie schrittweise auf 800 V und mehr weiterentwickelt, nimmt die Spannungsbelastung, der elektrische Hochspannungsschutzkomponenten ausgesetzt sind, weiter zu. Keramische Strukturteile wie der Keramikkörper für EV-Sicherung müssen auf begrenztem Raum eine zuverlässige Isolierung erreichen und gleichzeitig dem thermischen Schock und der mechanischen Belastung standhalten, die während des Schmelzprozesses entstehen. Daher sind Materialformulierung, Sinterprozess und Maßgenauigkeit zu wichtigen Faktoren im Produktdesign geworden.

 

 

Hoch{0}Spannungsschutzsysteme in Fahrzeugen mit neuer Energie und Energiespeichergeräten müssen in der Regel den Strom unter ungewöhnlichen Bedingungen wie Kurzschlüssen und Überlastungen schnell unterbrechen. Als wichtige Überstromschutzkomponente spielen die internen Keramikkomponenten von Sicherungen nicht nur eine isolierende Rolle, sondern müssen auch mit Schmelz- und Füllmaterialien abgestimmt werden, um die Lichtbogenlöschung, Wärmeisolierung und strukturelle Unterstützung zu gewährleisten.

 

In herkömmlichen Niederspannungs- und industriellen Elektrogeräten haben Keramikrohre, Keramikbuchsen und Keramikgehäuse bereits eine relativ ausgereifte Anwendungsbasis. Mit der Entwicklung von Hochspannungssystemen für Fahrzeuge mit neuer Energie werden keramische Materialien weiter auf Hochspannung, Kompaktheit und hohe Zuverlässigkeit aufgewertet. Beispielsweise müssen Aluminiumoxid-Keramikrohre für Hochspannungs-EV-Sicherungen eine hohe Durchschlagsfestigkeit, mechanische Festigkeit und Hitzebeständigkeit berücksichtigen, um sich an die komplexe Arbeitsumgebung im Hochspannungskreis von Fahrzeugen mit neuer Energie anzupassen.

 

Aluminiumoxidkeramik ist eines der häufigsten technischen Keramikmaterialien in Hochspannungssicherungen. Es verfügt über eine hohe Isolationsfestigkeit, Hitzebeständigkeit und chemische Stabilität und kann durch den Sinterprozess in röhrenförmige, hülsenartige oder spezielle{3}förmige Strukturen umgewandelt werden. Al2O3-Aluminiumoxid-Keramikrohr für Hochspannungssicherungen kann als isolierende und strukturelle Stützkomponente in Hochspannungsschutzgeräten verwendet werden, um eine stabile Isolierung für verschiedene leitende Bereiche innerhalb der Sicherung zu gewährleisten.

 

Für Kfz-Hilfsstromkreise und Hochspannungszubehörsysteme müssen sich Keramikgehäuse auch an komplexere Einbauräume und mechanische Verbindungsanforderungen anpassen. Ein Keramikkörper für die Zusatzsicherung eines Elektrofahrzeugs ist eine dieser Anwendungen. Bei der Konstruktion muss nicht nur auf den Isolationsabstand geachtet werden, sondern auch auf Maßtoleranzen, Montagemethoden, Temperaturanstieg und langfristige Zuverlässigkeit.

 

 

 

Neue elektrische Antriebssysteme für Energiefahrzeuge entwickeln sich in Richtung hoher Geschwindigkeit, hoher Leistungsdichte und hohem Wirkungsgrad. Motoren, Wechselrichter und zugehörige Leistungsmodule sind seit langem hochfrequenten Schaltvorgängen und Temperaturschwankungen ausgesetzt, und herkömmliche Materialien können hinsichtlich Isolierung, Hitzebeständigkeit und Verschleißfestigkeit allmählich an Einschränkungen verlieren.

 

Keramiklager sind eine repräsentative Anwendung in elektrischen Antriebssystemen. Strukturkeramiken wie Siliziumnitrid zeichnen sich durch geringe Dichte, hohe Härte, gute Verschleißfestigkeit und hervorragende elektrische Isolationseigenschaften aus. Sie können die mechanische Reibung in Umgebungen mit Hochgeschwindigkeitsmotoren reduzieren und das Risiko elektrischer Korrosion durch Wellenströme verringern.

 

Für elektrische Antriebssysteme mit Siliziumkarbid-Leistungshalbleitern wurden die Leistungsschaltfrequenz und die Schaltgeschwindigkeit weiter erhöht, wodurch das System strengere Anforderungen an Isoliermaterialien und Verpackungsstrukturen stellt. Keramiksubstrate können eine zuverlässige elektrische Isolierung zwischen leitenden Strukturen und Wärmeableitungsstrukturen bieten und gleichzeitig Wärmeleitungsaufgaben übernehmen, was sie zu einem wichtigen Grundmaterial für leistungselektronische Module mit hoher -Leistung-Dichte macht.

 

Zusätzlich zum Keramiksubstrat im Inneren des elektrischen Antriebssystems müssen Hochspannungs-Sicherungsschutzkomponenten auch über eine stabile Isolationsstruktur verfügen. Beispielsweise muss der Keramikkörper für Sicherungen zum Überlast- und Kurzschlussschutz unter normalen Betriebsbedingungen eine gute Isolierung aufrechterhalten und großen vorübergehenden thermischen Belastungen während des Überlast- oder Kurzschlussschutzes standhalten.

 

 

Leistungshalbleiterbauelemente in New-Energy-Fahrzeugen, Energiespeicherwandler und Photovoltaik-Wechselrichter erzeugen im Betrieb große Mengen Wärme. Mit zunehmender Systemleistungsdichte ist die Wärmeableitung zu einem der wichtigen Faktoren geworden, die die Leistung von Leistungsgeräten einschränken.

 

Keramiksubstrate können sowohl elektrische Isolations- als auch Wärmeleitungsfunktionen erfüllen und werden daher häufig in der Verpackung von Leistungsmodulen verwendet.

 

Materialien wie Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid weisen unterschiedliche Wärmeleitfähigkeitseigenschaften und Kosteneigenschaften auf und können basierend auf Betriebsspannung, Leistungsniveau, Anforderungen an den Wärmewiderstand und Herstellungskosten ausgewählt werden.

 

Unter diesen weist Aluminiumnitrid eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf und hat einen hohen Anwendungswert im Bereich der Hochleistungs-Elektronikverpackung. Wenn Keramikmaterialien mit Metallleitern wie Kupfer kombiniert werden, können sie eine Verbundstruktur mit Leit-, Wärmeableitungs- und Isolationsfunktionen bilden und so eine stabile Verpackungsbasis für Halbleiterbauelemente mit großer Bandlücke wie SiC bieten.

 

Im Bereich des elektrischen Schutzes neuer Energien können Keramikmaterialien für Gleichstrom-Automobilsicherungen die Hitzebeständigkeit und Isolationseigenschaften von Keramikmaterialien nutzen, um eine stabile strukturelle Unterstützung für Automobil-Gleichstromsicherungen zu bieten. Da die Leistung von Gleichstrom-Hochspannungsschaltkreisen in Fahrzeugen mit neuer Energie immer weiter zunimmt, müssen entsprechende Keramikteile ihre Temperaturwechselbeständigkeit, mechanische Festigkeit und Dimensionsstabilität weiter verbessern.

 

 

Energiespeichersysteme müssen in der Regel über einen langen Zeitraum betrieben werden und können in komplexen Umgebungen wie hohen oder niedrigen Temperaturen, Feuchtigkeit, Staub usw. eingesetzt werden. Für Energiespeicher-Wechselrichter, Gleichstromverteilungsgeräte, Batteriemanagementsysteme und Hochspannungsschutzsysteme besteht ein hoher Bedarf an Isoliermaterialien.

 

In Energiespeicherkonvertern und Wechselrichtern können Keramiksubstrate Leistungsgeräte und Wärmeableitungssysteme verbinden und so die elektrische Isolierung gewährleisten und gleichzeitig die von den Geräten erzeugte Wärme schnell ableiten. Bei Hochfrequenz-Schaltsystemen wirken sich die dielektrischen Eigenschaften keramischer Materialien auch auf parasitäre Parameter und die Signalintegrität aus. Daher muss die Materialauswahl im Zusammenhang mit dem gesamten Leistungselektroniksystem umfassend bewertet werden.

 

Bei Sicherungsanwendungen kann der Isolierkörper aus elektrischer Steatit-Keramik die guten elektrischen Isolations- und Hitzebeständigkeitseigenschaften von Materialien wie Steatit-Porzellan nutzen, um zur Isolierung und strukturellen Unterstützung spezifischer elektrischer Schutzgeräte verwendet zu werden. Unterschiedliche Keramiksysteme weisen unterschiedliche Durchschlagsfestigkeiten, mechanische Eigenschaften, Wärmeausdehnungskoeffizienten und Verarbeitungseigenschaften auf, sodass die tatsächliche Auswahl anhand von Spannung, Strom, Temperatur und mechanischer Belastung umfassend bestimmt werden muss.

 

 

 

Der Photovoltaik-Wechselrichter ist ein wichtiges Gerät, das die Photovoltaik-Stromerzeugungsanlage und das Wechselstromnetz verbindet. Es enthält eine große Anzahl von Leistungshalbleitern, Filtergeräten und elektrischen Hochspannungskomponenten. Da die Leistung von Photovoltaikanlagen immer weiter steigt, werden Wärmemanagement und Isolierungsdesign innerhalb der Ausrüstung immer wichtiger.

 

Das keramische Kupfersubstrat kann eine Stromübertragung durch die Metallschicht realisieren und mithilfe des keramischen Dielektrikums eine elektrische Isolierung erreichen, während die vom Leistungsgerät erzeugte Wärme schnell an die Wärmeableitungsstruktur übertragen wird. Bei Hochleistungs-IGBTs, SiC-MOSFETs und anderen Geräten wirken sich die Wärmeleitfähigkeit, die Anpassung an die Wärmeausdehnung und die Isolationsleistung des Verpackungsmaterials direkt auf die langfristige Zuverlässigkeit des Moduls aus.

 

Gleichzeitig spielen Hochspannungssicherungen und ihre keramischen Strukturteile auch eine Rolle beim DC-Seitenschutz der Photovoltaik. Das Keramikgehäuse für Sicherungseinsätze kann ein isolierendes Gehäuse und eine mechanische Unterstützung für das Sicherungselement bieten und den entsprechenden thermischen und mechanischen Belastungen während des Fehlerabschaltungsprozesses standhalten.

 

 

Aluminiumoxidkeramik verfügt über eine ausgereifte Grundlage für die industrielle Fertigung. Sein Materialsystem ist stabil, seine Kosten sind relativ kontrollierbar und es können komplexe Strukturen durch verschiedene Form- und Sinterprozesse hergestellt werden. Daher verfügt es über ein breites Anwendungsspektrum im Bereich neuer Energien und Elektrogeräte.

 

In Hochspannungssicherungen für neue Energiefahrzeuge kann das Aluminiumoxid-Keramik-Isolatorrohr für Sicherungen zur Isolierung und Isolierung zwischen verschiedenen leitenden Teilen verwendet werden. Für Kfz-Schutzsysteme mit höheren Spannungspegeln müssen Keramikrohre außerdem umfassende Anforderungen wie Kriechstrecke, elektrische Luftstrecke, Temperaturwechselbeständigkeit und mechanische Montage erfüllen.

 

Bei Hochspannungssicherungen für Kraftfahrzeuge wirkt sich die Materialreinheit auch auf die dielektrischen Eigenschaften und die mechanische Stabilität des Produkts aus. . 95% Aluminiumoxid-Keramikrohre für Hochspannungssicherungen sind eine der häufigsten Anwendungsformen für Aluminiumoxidkeramik. Das spezifische Materialsystem muss je nach Arbeitsspannung, Temperatur, Strukturgröße und Produktionsprozess abgestimmt werden.

 

Mit der Entwicklung von Hochspannungsplattformen für die Automobilindustrie ist die Umgebung, der Aluminiumoxid-Keramikrohre für Hochspannungssicherungen in der Automobilindustrie ausgesetzt sind, komplexer geworden, einschließlich Hochfrequenzschaltungen, Stromstößen, Temperaturzyklen und mechanischen Vibrationen. Daher reicht die bloße Verbesserung der Isolationsfestigkeit keramischer Materialien nicht aus, um die Anforderungen zu erfüllen. Darüber hinaus ist eine umfassende Optimierung der Keramikformel, der Sinterdichte, der Maßhaltigkeit und des Strukturdesigns erforderlich.

 

 

Die intelligente Entwicklung neuer Energiegeräte hat auch den Einsatz von Keramiksensoren und funktionellen Keramikmaterialien vorangetrieben. Materialien wie Zirkonoxid, piezoelektrische Keramik und Ferrit können ihre besonderen elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften nutzen, um Parameter wie Temperatur, Druck, Gaskonzentration und Strom zu erfassen.

 

In Hochtemperaturumgebungen weisen Keramikmaterialien eine gute thermische Stabilität auf und können in Sensorschutzstrukturen und empfindlichen Komponenten verwendet werden. Einige Keramikmaterialien verfügen auch über piezoelektrische, dielektrische oder magnetoelektrische Umwandlungseigenschaften und können in Sensorsystemen in Fahrzeugen mit neuer Energie, in der industriellen Steuerung und in intelligenten Energiegeräten verwendet werden.

 

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung autonomer Fahr-, Batteriemanagement- und Energiespeicher-Überwachungssysteme steigen die Anforderungen an Langzeitstabilität, Umwelteinflüsse und Maßhaltigkeit der Sensoren weiter, was auch die Entwicklung funktionaler Keramik in Richtung Präzision und Integration vorantreibt.

 

 

 

Neue Energieanlagen müssen in der Regel viele Jahre lang ununterbrochen betrieben werden, daher müssen Keramikteile nicht nur die anfänglichen Leistungsindikatoren erfüllen, sondern auch eine gute langfristige Zuverlässigkeit aufweisen. Materialauswahl, Formverfahren, Sinterverfahren, Oberflächenbehandlung und Maßkontrolle haben alle einen Einfluss auf die Endleistung.

 

Bei hochspannungsisolierenden Keramiken ist es notwendig, sich auf Indikatoren wie Durchschlagsfestigkeit, spezifischer Durchgangswiderstand, Kriechstrecke und Teilentladung zu konzentrieren. Bei keramischen Bauteilen, die mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, muss der Schwerpunkt auf der Bewertung der Biegefestigkeit, der Bruchzähigkeit, des Thermoschockverhaltens und der Montagespannung liegen.

 

Darüber hinaus ist der Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Keramik und Metall ein wichtiger Aspekt, der bei der Konstruktion berücksichtigt werden muss. Wenn Geräte häufig hohen und niedrigen Temperaturzyklen ausgesetzt sind, kann es zu thermischen Spannungen zwischen verschiedenen Materialien kommen. Wenn das strukturelle Design und die Materialanpassung nicht angemessen sind, kann es bei langfristigen Zyklen zu Rissen an der Schnittstelle, Delamination und sogar zum Versagen der Isolierung kommen.

 

Daher ist es während des Entwicklungsprozesses von Hochspannungsisolationskomponenten wie isolierten Keramikrohren in EV-Sicherungen erforderlich, ein umfassendes Design auf der Grundlage mehrerer Dimensionen von Material, Struktur, Herstellung und Überprüfung durchzuführen, und die Produktzuverlässigkeit kann nicht allein anhand eines einzelnen Materialleistungsindex beurteilt werden.
 

 

Derzeit verändert sich die neue Energiebranche von der einfachen Erweiterung der installierten Kapazität hin zur Verbesserung der Leistungsdichte, der Systemeffizienz und der Betriebszuverlässigkeit. Neue Energiefahrzeuge entwickeln sich zu 800-V-Hochspannungsplattformen, Energiespeichersysteme werden auf höhere Leistung und längere Lebensdauer aufgerüstet und Photovoltaik-Wechselrichter verbessern weiterhin die Umwandlungseffizienz und Leistungsdichte. Diese Veränderungen haben neue technische Anforderungen an keramische Materialien gestellt.

 

In Zukunft wird die Entwicklung vonNeue Energiekeramikteilewird der gemeinsamen Optimierung von Materialleistung und Strukturdesign mehr Aufmerksamkeit schenken. Einerseits ist es notwendig, keramische Materialien mit höherer Wärmeleitfähigkeit, höherer Durchschlagsfestigkeit und besserer Wärmeausdehnungsanpassungsleistung zu entwickeln; Andererseits ist es auch notwendig, die Dimensionskonsistenz und Chargenstabilität des Produkts durch Präzisionsformen, fortschrittliches Sintern und automatisierte Inspektion zu verbessern.

 

Gleichzeitig wird sich die Anwendung von Keramikteilen schrittweise von herkömmlichen Isolierhülsen, Gehäusen und Substraten auf Hochspannungsverbindungen, Leistungsmodulverpackungen, Sensoren, Sicherungen und präzise Strukturteile neuer Energiegeräte ausweiten. Für Hochspannungssicherungen werden keramische Materialien aufgrund ihrer umfassenden Vorteile in Bezug auf Isolierung, Hitzebeständigkeit und strukturelle Unterstützung weiterhin ein wichtiges Materialsystem in Fahrzeugen mit neuer Energie und Energiespeicherschutzsystemen bleiben.

 

Obwohl Keramikteile in der Regel nicht direkt an der Energieumwandlung beteiligt sind, erfüllen sie im Allgemeinen wichtige Funktionen wie Isolierung, Wärmeableitung, Schutz, Halt und zuverlässige Verbindung. Mit der kontinuierlichen Entwicklung neuer Energiefahrzeuge, Energiespeicher, Photovoltaik und Hochspannungs-Leistungselektroniktechnologien wandeln sich keramische Materialien von traditionellen Hilfsmaterialien in wichtige Grundmaterialien, die sich auf die Sicherheit, Effizienz und Lebensdauer neuer Energiegeräte auswirken.

 

Künftig werden Innovationen in der Keramiktechnologie, die sich auf hohe Zuverlässigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Isolierung, geringes Gewicht und Präzisionsfertigung konzentrieren, die Entwicklung neuer Energiegeräte in Richtung hoher Leistungsdichte, hoher Effizienz und langfristig zuverlässigem Betrieb weiter vorantreiben.