L'industrie des nouvelles énergies accélère sa mise à niveau et la valeur d'application des pièces en céramique dans l'électrification et les champs électriques à haute tension - continue d'augmenter.

Avec le développement rapide des véhicules à énergie nouvelle, du stockage d'énergie, du photovoltaïque, de l'énergie hydrogène et de la technologie électronique de puissance-de puissance élevée, les nouveaux équipements énergétiques ont mis en avant des exigences plus élevées en matière de résistance aux températures élevées-, d'isolation, de résistance à la corrosion, de résistance mécanique et de stabilité dimensionnelle des matériaux. Avec leur excellente isolation électrique, leur résistance aux températures élevées, leur résistance à la corrosion, leur faible perte diélectrique et leur bonne stabilité dimensionnelle, les matériaux céramiques entrent de plus en plus dans des scénarios d'application tels que les batteries de puissance, les systèmes d'entraînement électriques, l'électricité haute tension, les onduleurs de stockage d'énergie et les nouvelles électroniques de puissance énergétiques des domaines industriels traditionnels.

 

Par rapport aux matériaux métalliques, les céramiques techniques sont généralement capables de maintenir des performances relativement stables dans des environnements chimiques complexes à haute température, haute tension, haute fréquence. Par conséquent, ils jouent des fonctions clés telles que l’isolation, l’isolation, le support structurel, la gestion thermique et la protection électrique dans certains équipements énergétiques nouveaux. À mesure que la densité de puissance des nouveaux systèmes énergétiques continue d'augmenter, le champ d'application des pièces en céramique s'étend également des composants isolants simples aux pièces structurelles et fonctionnelles de précision.

 

 

 

La batterie de puissance est l’un des systèmes centraux les plus importants des véhicules à énergie nouvelle. Son environnement de travail implique des tensions élevées, des courants importants, des changements de température et des vibrations mécaniques à long terme. Il impose donc des exigences strictes en matière d'isolation électrique et de sécurité thermique. À l’intérieur de la batterie, les matériaux céramiques peuvent participer à la protection de sécurité sous diverses formes telles que des revêtements, des séparateurs, des pièces structurelles isolantes et des pièces d’étanchéité.

 

Les diaphragmes à revêtement céramique-sont l'une des applications les plus représentatives. En introduisant des particules céramiques inorganiques telles que l'alumine et la boehmite sur la surface du film de base en polyoléfine, la stabilité dimensionnelle et la résistance thermique du séparateur dans des conditions de température élevée peuvent être améliorées. Lorsque la batterie est à haute température ou dans des conditions de fonctionnement anormales, le revêtement céramique peut réduire le risque de rétrécissement important du séparateur, offrant ainsi des conditions d'isolation plus stables entre les électrodes positives et négatives.

 

Dans les systèmes de batterie à haute tension-, les isolants en céramique peuvent également être utilisés pour l'isolation électrique entre les électrodes, les bornes et autres structures conductrices. Par exemple, le corps en céramique du fusible EV doit répondre à la fois aux performances d'isolation, à la résistance mécanique et à une certaine stabilité thermique. Ses propriétés matérielles affecteront directement la fiabilité de fonctionnement des composants de protection haute -tension dans des conditions de courant anormales.

 

À mesure que la plate-forme de tension des véhicules à énergie nouvelle se développe progressivement jusqu'à 800 V et plus, la contrainte de tension subie par les composants de protection électrique à haute tension- continue d'augmenter. Les pièces structurelles en céramique telles que le corps en céramique pour fusible EV doivent obtenir une isolation fiable dans un espace limité tout en résistant aux chocs thermiques et aux contraintes mécaniques générées pendant le processus de fusion. Par conséquent, la formulation des matériaux, le processus de frittage et la précision dimensionnelle sont devenus des facteurs importants dans la conception des produits.

 

 

Les systèmes de protection haute tension-dans les véhicules à énergie nouvelle et les équipements de stockage d'énergie doivent généralement couper rapidement le courant dans des conditions anormales telles que des courts-circuits et des surcharges. En tant que composant important de protection contre les surintensités, les composants internes en céramique des fusibles jouent non seulement un rôle isolant, mais doivent également être associés à des matériaux fondus et de remplissage pour compléter l'extinction de l'arc, l'isolation thermique et le support structurel.

 

Dans les équipements électriques industriels et basse tension traditionnels, les tubes en céramique, les bagues en céramique et les boîtiers en céramique ont déjà une base d'application relativement mature. Avec le développement de systèmes haute tension-pour les véhicules à énergie nouvelle, les matériaux céramiques sont encore améliorés vers la haute tension, la compacité et la haute fiabilité. Par exemple, le tube en céramique d'alumine pour fusible EV haute tension doit prendre en compte une rigidité diélectrique, une résistance mécanique et une résistance thermique élevées pour s'adapter à l'environnement de travail complexe dans le circuit haute tension - des véhicules à énergie nouvelle.

 

La céramique d'alumine est l'un des matériaux céramiques techniques les plus courants dans les fusibles haute tension-. Il a une résistance d'isolation, une résistance à la chaleur et une stabilité chimique élevées, et peut être transformé en structures tubulaires, de type manchon-ou de forme spéciale- grâce au processus de frittage. Le tube en céramique d'alumine Al2O3 pour fusible haute -peut être utilisé comme composant de support isolant et structurel dans les dispositifs de protection haute-tension pour fournir une isolation stable pour différentes zones conductrices à l'intérieur du fusible.

 

Pour les circuits auxiliaires automobiles et les systèmes d'accessoires-haute tension, les boîtiers en céramique doivent également s'adapter à des exigences d'espace d'installation et de connexion mécanique plus complexes. Un corps en céramique pour fusible auxiliaire de véhicule électrique constitue une de ces applications. Sa conception doit non seulement prêter attention à la distance d'isolation, mais doit également prendre en compte les tolérances dimensionnelles, les méthodes d'assemblage, l'échauffement et la fiabilité à long terme.

 

 

 

Les systèmes de propulsion électrique des véhicules à énergie nouvelle évoluent vers une vitesse élevée, une densité de puissance élevée et un rendement élevé. Les moteurs, les onduleurs et les modules de puissance associés sont exposés depuis longtemps à des commutations à haute fréquence et à des changements de température, et les matériaux traditionnels peuvent progressivement être limités en termes d'isolation, de résistance à la chaleur et de résistance à l'usure.

 

Les roulements en céramique sont une application représentative dans les systèmes d'entraînement électrique. Les céramiques structurelles telles que le nitrure de silicium présentent les caractéristiques d'une faible densité, d'une dureté élevée, d'une bonne résistance à l'usure et d'excellentes propriétés d'isolation électrique. Ils peuvent réduire la friction mécanique dans les environnements de moteurs à grande vitesse-et réduire le risque de corrosion électrique causée par les courants d'arbre.

 

Pour les systèmes d'entraînement électrique utilisant des semi-conducteurs de puissance en carbure de silicium, la fréquence de commutation de puissance et la vitesse de commutation ont encore été augmentées, ce qui oblige le système à présenter des exigences plus strictes en matière de matériaux isolants et de structures d'emballage. Les substrats céramiques peuvent fournir une isolation électrique fiable entre les structures conductrices et les structures de dissipation thermique tout en effectuant des tâches de conduction thermique, ce qui en fait un matériau de base important pour les modules électroniques de puissance à haute -puissance-densité.

 

En plus du substrat céramique à l'intérieur du système d'entraînement électrique, les composants de protection par fusible haute tension-doivent également avoir une structure d'isolation stable. Par exemple, le corps en céramique du fusible de protection contre les surcharges et les courts-circuits doit maintenir une bonne isolation dans des conditions de fonctionnement normales et résister à d'importantes contraintes thermiques transitoires lors d'une protection contre les surcharges ou les courts-circuits.

 

 

Les dispositifs à semi-conducteurs de puissance dans les véhicules à énergies nouvelles, les convertisseurs de stockage d'énergie et les onduleurs photovoltaïques génèrent une grande quantité de chaleur pendant leur fonctionnement. À mesure que la densité de puissance du système augmente, la dissipation thermique est devenue l’un des facteurs importants limitant les performances des dispositifs d’alimentation.

 

Les substrats en céramique peuvent fournir à la fois des fonctions d'isolation électrique et de conduction thermique, ils sont donc largement utilisés dans les emballages de modules de puissance.

 

Les matériaux tels que l'oxyde d'aluminium et le nitrure d'aluminium ont des propriétés de conductivité thermique et des caractéristiques de coût différentes, et peuvent être sélectionnés en fonction de la tension de fonctionnement, du niveau de puissance, des exigences de résistance thermique et du coût de fabrication.

 

Parmi eux, le nitrure d'aluminium présente une conductivité thermique élevée et un faible coefficient de dilatation thermique, et présente une grande valeur d'application dans le domaine des emballages électroniques à haute-puissance. Lorsque des matériaux céramiques sont combinés avec des conducteurs métalliques tels que le cuivre, ils peuvent former une structure composite dotée de fonctions conductrices, de dissipation thermique et d'isolation, fournissant ainsi une base de conditionnement stable pour les dispositifs semi-conducteurs à large bande interdite tels que le SiC.

 

Dans le domaine de la protection électrique des nouvelles énergies, les matériaux céramiques pour les fusibles CC automobiles peuvent utiliser les caractéristiques de résistance thermique et d'isolation des matériaux céramiques pour fournir un support structurel stable aux fusibles CC automobiles. À mesure que la puissance des circuits haute tension continue-des véhicules à énergie nouvelle continue d'augmenter, les pièces en céramique associées doivent encore améliorer leur résistance aux chocs thermiques, leur résistance mécanique et leur stabilité dimensionnelle.

 

 

Les systèmes de stockage d'énergie doivent généralement fonctionner pendant une longue période et peuvent se trouver dans des environnements complexes tels que des températures élevées, basses, humidité, poussière, etc. Les onduleurs de stockage d'énergie, les équipements de distribution d'énergie CC, les systèmes de gestion de batterie et les systèmes de protection haute tension-ont tous une forte demande en matériaux isolants.

 

Dans les convertisseurs et onduleurs de stockage d'énergie, les substrats céramiques peuvent connecter des appareils électriques et des systèmes de dissipation thermique, assurant ainsi l'isolation électrique tout en conduisant rapidement la chaleur générée par les appareils. Pour les systèmes de commutation haute-fréquence, les propriétés diélectriques des matériaux céramiques affectent également les paramètres parasites et l'intégrité du signal. La sélection des matériaux doit donc être évaluée de manière exhaustive en conjonction avec l'ensemble du système électronique de puissance.

 

Dans les applications de fusibles, le corps fondu en céramique stéatite électrique isolant peut tirer parti des bonnes propriétés d'isolation électrique et de résistance à la chaleur de matériaux tels que la porcelaine stéatite pour être utilisé pour l'isolation et le support structurel de dispositifs de protection électrique spécifiques. Différents systèmes céramiques ont des rigidités diélectriques, des propriétés mécaniques, des coefficients de dilatation thermique et des caractéristiques de traitement différents, de sorte que la sélection réelle doit être déterminée de manière exhaustive en fonction de la tension, du courant, de la température et de la charge mécanique.

 

 

 

L'onduleur photovoltaïque est un dispositif important qui relie le système de production d'énergie photovoltaïque et le réseau électrique AC. Il contient un grand nombre de semi-conducteurs de puissance, de dispositifs de filtrage et de composants électriques à haute tension. À mesure que les niveaux de puissance des systèmes photovoltaïques continuent d’augmenter, la gestion thermique et la conception de l’isolation au sein des équipements deviennent plus importantes.

 

Le substrat céramique recouvert de cuivre- peut réaliser une transmission de courant à travers la couche métallique et utiliser le diélectrique céramique pour réaliser une isolation électrique, tout en transférant rapidement la chaleur générée par le dispositif d'alimentation à la structure de dissipation thermique. Pour les IGBT haute-puissance, les MOSFET SiC et d'autres dispositifs, la conductivité thermique, l'adaptation de la dilatation thermique et les performances d'isolation du matériau d'emballage affecteront directement la fiabilité à long terme du module.

 

Dans le même temps, les fusibles haute tension-et leurs pièces structurelles en céramique jouent également un rôle dans la protection côté courant continu photovoltaïque. Le boîtier en céramique du Fuse Link peut fournir un boîtier isolant et un support mécanique pour l'élément fusible et résister aux contraintes thermiques et mécaniques correspondantes pendant le processus de coupure de défaut-.

 

 

Les céramiques d'alumine ont une base de fabrication industrielle mature. Son système de matériaux est stable, son coût est relativement contrôlable et il peut fabriquer des structures complexes grâce à différents processus de moulage et de frittage. Il a donc un large éventail d’applications dans le domaine des nouvelles énergies et des appareils électriques.

 

Dans les fusibles haute tension-de véhicules à énergie nouvelle, le tube isolant en céramique d'alumine pour fusible peut être utilisé pour l'isolation et l'isolation entre différentes pièces conductrices. Pour les systèmes de protection automobile avec des niveaux de tension plus élevés, les tubes en céramique doivent également répondre à des exigences complètes telles que la ligne de fuite, le dégagement électrique, la résistance aux chocs thermiques et l'assemblage mécanique.

 

Pour les fusibles automobiles à haute tension-, la pureté du matériau affecte également les propriétés diélectriques et la stabilité mécanique du produit. . 95% Le tube en céramique d'alumine pour fusible haute tension est l'une des formes d'application courantes de la céramique d'alumine. Le système de matériaux spécifique doit être adapté en fonction de la tension de fonctionnement, de la température, de la taille structurelle et du processus de production.

 

Avec le développement des plates-formes automobiles à haute tension-, l'environnement auquel le tube en céramique d'alumine pour fusible automobile à haute tension-est confronté est devenu plus complexe, y compris la commutation à haute-fréquence, les surtensions, les cycles de température et les vibrations mécaniques. Par conséquent, la simple amélioration de la résistance isolante des matériaux céramiques ne suffit pas pour répondre aux exigences. Il est également nécessaire d’optimiser de manière globale la formule céramique, la densité de frittage, la précision dimensionnelle et la conception structurelle.

 

 

Le développement intelligent de nouveaux équipements énergétiques a également conduit à l’application de capteurs céramiques et de matériaux céramiques fonctionnels. Des matériaux tels que la zircone, les céramiques piézoélectriques et la ferrite peuvent utiliser leurs propriétés électriques, thermiques et mécaniques particulières pour détecter des paramètres tels que la température, la pression, la concentration de gaz et le courant.

 

Dans les environnements-à haute température, les matériaux céramiques ont une bonne stabilité thermique et peuvent être utilisés dans les structures de protection des capteurs et les composants sensibles. Certains matériaux céramiques ont également des propriétés de conversion piézoélectrique, diélectrique ou magnétoélectrique et peuvent être utilisés dans les systèmes de détection des véhicules à énergie nouvelle, dans le contrôle industriel et dans les équipements électriques intelligents.

 

Avec le développement continu des systèmes de conduite autonome, de gestion de la batterie et de surveillance du stockage d'énergie, les exigences en matière de stabilité à long terme, de protection contre les interférences environnementales et de précision dimensionnelle des capteurs continuent d'augmenter, ce qui favorise également le développement de céramiques fonctionnelles dans le sens de la précision et de l'intégration.

 

 

 

Les nouveaux équipements énergétiques doivent généralement fonctionner en continu pendant de nombreuses années. Les pièces en céramique doivent donc non seulement répondre aux indicateurs de performance initiaux, mais doivent également présenter une bonne-fiabilité à long terme. La sélection des matériaux, le processus de moulage, le processus de frittage, le traitement de surface et le contrôle dimensionnel ont tous un impact sur les performances finales.

 

Pour les céramiques isolantes à haute tension-, il est nécessaire de se concentrer sur des indicateurs tels que la rigidité diélectrique, la résistivité volumique, la ligne de fuite et la décharge partielle. Pour les pièces structurelles en céramique soumises à des charges mécaniques, il est nécessaire de se concentrer sur l’évaluation de la résistance à la flexion, de la ténacité à la rupture, des performances aux chocs thermiques et des contraintes d’assemblage.

 

En outre, la différence de coefficient de dilatation thermique entre la céramique et les métaux constitue également une question importante qui doit être prise en compte lors de la conception technique. Lorsque l’équipement est soumis à des cycles fréquents de températures élevées et basses, des contraintes thermiques peuvent se développer entre différents matériaux. Si la conception structurelle et l'adéquation des matériaux ne sont pas raisonnables, un cycle à long terme-peut entraîner des fissures d'interface, un délaminage et même une défaillance de l'isolation.

 

Par conséquent, lors du processus de développement de composants d'isolation haute tension-tels que les tubes en céramique isolés dans les fusibles de véhicules électriques, il est nécessaire de réaliser une conception complète à partir de plusieurs dimensions de matériau, de structure, de fabrication et de vérification, et la fiabilité du produit ne peut pas être jugée en s'appuyant uniquement sur un seul indice de performance des matériaux.
 

 

Actuellement, le nouveau secteur de l’énergie passe d’une simple expansion de la capacité installée à une amélioration de la densité de puissance, de l’efficacité du système et de la fiabilité opérationnelle. Les véhicules à énergie nouvelle évoluent vers des plates-formes haute tension-de 800 V, les systèmes de stockage d'énergie sont mis à niveau vers une puissance plus élevée et une durée de vie plus longue, et les onduleurs photovoltaïques continuent d'améliorer l'efficacité de conversion et la densité de puissance. Ces changements ont mis en avant de nouvelles exigences techniques pour les matériaux céramiques.

 

À l'avenir, le développement denouvelles pièces en céramique énergétiquesaccordera plus d’attention à l’optimisation collaborative des performances des matériaux et de la conception structurelle. D'une part, il est nécessaire de développer des matériaux céramiques ayant une conductivité thermique plus élevée, une rigidité diélectrique plus élevée et de meilleures performances d'adaptation à la dilatation thermique ; d'autre part, il est également nécessaire d'améliorer la cohérence dimensionnelle des produits et la stabilité des lots grâce à un moulage de précision, un frittage avancé et une inspection automatisée.

 

Dans le même temps, l'application des pièces en céramique s'étendra progressivement des manchons, boîtiers et substrats isolants traditionnels aux connexions haute -tension, aux emballages de modules de puissance, aux capteurs, aux fusibles et aux pièces structurelles de précision des nouveaux équipements énergétiques. Pour les fusibles haute tension-, les matériaux céramiques resteront un système de matériaux important dans les véhicules à énergies nouvelles et les systèmes de protection du stockage d'énergie en raison de leurs avantages complets en matière d'isolation, de résistance à la chaleur et de support structurel.

 

D'une manière générale, même si les pièces en céramique ne participent généralement pas directement à la conversion d'énergie, elles remplissent des fonctions clés telles que l'isolation, la dissipation thermique, la protection, le support et une connexion fiable. Avec le développement continu des technologies de véhicules à énergie nouvelle, de stockage d'énergie, de photovoltaïque et d'électronique de puissance à haute tension, les matériaux céramiques se transforment de matériaux auxiliaires traditionnels en matériaux de base importants qui affectent la sécurité, l'efficacité et la durée de vie des nouveaux équipements énergétiques.

 

À l'avenir, l'innovation technologique céramique centrée sur une fiabilité élevée, une conductivité thermique élevée, une isolation élevée, une légèreté et une fabrication de précision favorisera davantage le développement de nouveaux équipements énergétiques vers une densité de puissance élevée, un rendement élevé et un fonctionnement fiable à long terme.