La nueva industria energética está acelerando su actualización y el valor de aplicación de las piezas cerámicas en electrificación y campos eléctricos de alto-voltaje sigue aumentando.

Con el rápido desarrollo de vehículos de nueva energía, almacenamiento de energía, energía fotovoltaica, energía de hidrógeno y tecnología electrónica de potencia de alta-potencia, los equipos de nueva energía han planteado requisitos más altos en cuanto a resistencia a altas-temperaturas, aislamiento, resistencia a la corrosión, resistencia mecánica y estabilidad dimensional de los materiales. Con su excelente aislamiento eléctrico, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, baja pérdida dieléctrica y buena estabilidad dimensional, los materiales cerámicos están ingresando cada vez más en escenarios de aplicación como baterías eléctricas, sistemas de propulsión eléctrica, inversores de almacenamiento de energía, sistemas eléctricos de alto-voltaje y nueva electrónica de potencia de energía de campos industriales tradicionales.

 

En comparación con los materiales metálicos, las cerámicas de ingeniería suelen ser capaces de mantener un rendimiento relativamente estable en entornos químicos complejos, alta temperatura, alto voltaje y alta frecuencia. Por tanto, desempeñan funciones clave como aislamiento, aislamiento, soporte estructural, gestión térmica y protección eléctrica en algunos equipos energéticos nuevos. A medida que la densidad de potencia de los nuevos sistemas energéticos continúa aumentando, el ámbito de aplicación de las piezas cerámicas también se está extendiendo desde componentes aislantes individuales hasta piezas estructurales de precisión y componentes funcionales.

 

 

 

La batería de energía es uno de los sistemas centrales más importantes de los vehículos de nuevas energías. Su entorno de trabajo implica alto voltaje, grandes corrientes, cambios de temperatura y vibración mecánica-a largo plazo, por lo que impone requisitos estrictos en materia de aislamiento eléctrico y seguridad térmica. Dentro de la batería, los materiales cerámicos pueden participar en la protección de la seguridad en diversas formas, como revestimientos, separadores, piezas estructurales aislantes y piezas de sellado.

 

Los diafragmas con revestimiento cerámico-son una de las aplicaciones más representativas. Introduciendo partículas cerámicas inorgánicas tales como alúmina y boehmita sobre la superficie de la película base de poliolefina, se puede mejorar la estabilidad dimensional y la resistencia al calor del separador en condiciones de alta temperatura. Cuando la batería está a alta temperatura o en condiciones de funcionamiento anormales, el revestimiento cerámico puede reducir el riesgo de una contracción significativa del separador, proporcionando así condiciones de aislamiento más estables entre los electrodos positivo y negativo.

 

En los sistemas de baterías de alto-voltaje, los aisladores cerámicos también se pueden utilizar para el aislamiento eléctrico entre electrodos, terminales y otras estructuras conductoras. Por ejemplo, el cuerpo cerámico EV Fuse debe cumplir con el rendimiento de aislamiento, la resistencia mecánica y cierta estabilidad térmica al mismo tiempo. Las propiedades de su material afectarán directamente la confiabilidad del funcionamiento de los componentes de protección de alto-voltaje en condiciones de corriente anormales.

 

A medida que la plataforma de voltaje de los vehículos de nueva energía se desarrolla gradualmente hasta 800 V y más, el estrés de voltaje que soportan los componentes de protección eléctrica de alto-voltaje continúa aumentando. Las piezas estructurales cerámicas, como el cuerpo cerámico para fusibles EV, deben lograr un aislamiento confiable en un espacio limitado y al mismo tiempo resistir el choque térmico y la tensión mecánica generada durante el proceso de fusión. Por lo tanto, la formulación del material, el proceso de sinterización y la precisión dimensional se han convertido en factores importantes en el diseño de productos.

 

 

Los sistemas de protección de alto-voltaje en vehículos de nueva energía y equipos de almacenamiento de energía generalmente necesitan cortar rápidamente la corriente en condiciones anormales, como cortocircuitos y sobrecargas. Como componente importante de protección contra sobrecorriente, los componentes cerámicos internos de los fusibles no solo desempeñan un papel aislante, sino que también deben combinarse con materiales fundidos y de relleno para completar la extinción del arco, el aislamiento térmico y el soporte estructural.

 

En los equipos eléctricos industriales y de baja tensión tradicionales-, los tubos cerámicos, los casquillos cerámicos y las carcasas cerámicas ya tienen una base de aplicación relativamente madura. Con el desarrollo de sistemas de alto-voltaje para vehículos de nueva energía, los materiales cerámicos se actualizan aún más a alto voltaje, compacidad y alta confiabilidad. Por ejemplo, el tubo cerámico de alúmina para fusibles de vehículos eléctricos de alto voltaje debe tener en cuenta la alta rigidez dieléctrica, la resistencia mecánica y la resistencia al calor para adaptarse al complejo entorno de trabajo en el circuito de alto-voltaje de los vehículos de nueva energía.

 

La cerámica de alúmina es uno de los materiales cerámicos de ingeniería comunes en los fusibles de alto-voltaje. Tiene una alta resistencia al aislamiento, resistencia al calor y estabilidad química, y se puede convertir en estructuras tubulares, en forma de manga-o de formas especiales- mediante el proceso de sinterización. El tubo cerámico de alúmina Al2O3 para fusible de alto-voltaje se puede utilizar como componente aislante y de soporte estructural en dispositivos de protección de alto-voltaje para proporcionar un aislamiento estable para diferentes áreas conductoras dentro del fusible.

 

Para circuitos auxiliares de automoción y sistemas de accesorios de alto-voltaje, las carcasas cerámicas también deben adaptarse a requisitos de conexión mecánica y espacio de instalación más complejos. Una de esas aplicaciones es un cuerpo cerámico para un fusible auxiliar de vehículo eléctrico. Su diseño no solo debe prestar atención a la distancia de aislamiento, sino que también debe considerar las tolerancias dimensionales, los métodos de ensamblaje, el aumento de temperatura y la confiabilidad-a largo plazo.

 

 

 

Los sistemas de propulsión eléctrica de vehículos de nueva energía se están desarrollando hacia alta velocidad, alta densidad de potencia y alta eficiencia. Los motores, inversores y módulos de potencia relacionados han estado expuestos a cambios de temperatura y conmutación de alta-frecuencia durante mucho tiempo, y los materiales tradicionales pueden verse limitados gradualmente en términos de aislamiento, resistencia al calor y resistencia al desgaste.

 

Los rodamientos cerámicos son una aplicación representativa en sistemas de accionamiento eléctrico. Las cerámicas estructurales como el nitruro de silicio tienen las características de baja densidad, alta dureza, buena resistencia al desgaste y excelentes propiedades de aislamiento eléctrico. Pueden reducir la fricción mecánica en entornos de motores de alta-velocidad y reducir el riesgo de corrosión eléctrica causada por las corrientes del eje.

 

Para los sistemas de accionamiento eléctrico que utilizan semiconductores de potencia de carburo de silicio, la frecuencia de conmutación de potencia y la velocidad de conmutación se han aumentado aún más, lo que hace que el sistema presente requisitos más estrictos para los materiales aislantes y las estructuras de embalaje. Los sustratos cerámicos pueden proporcionar un aislamiento eléctrico confiable entre estructuras conductoras y estructuras de disipación de calor mientras realizan tareas de conducción de calor, lo que los convierte en un material básico importante para módulos electrónicos de potencia de alta-potencia-densidad.

 

Además del sustrato cerámico dentro del sistema de accionamiento eléctrico, los componentes de protección con fusibles de alto-voltaje también deben tener una estructura de aislamiento estable. Por ejemplo, el cuerpo cerámico del fusible de protección contra sobrecargas y cortocircuitos debe mantener un buen aislamiento en condiciones normales de funcionamiento y soportar grandes tensiones térmicas transitorias durante la protección contra sobrecargas o cortocircuitos.

 

 

Los dispositivos semiconductores de potencia en vehículos de nueva energía, convertidores de almacenamiento de energía e inversores fotovoltaicos generan una gran cantidad de calor durante su funcionamiento. A medida que aumenta la densidad de potencia del sistema, la disipación de calor se ha convertido en uno de los factores importantes que limitan el rendimiento de los dispositivos de potencia.

 

Los sustratos cerámicos pueden proporcionar funciones tanto de aislamiento eléctrico como de conducción térmica, por lo que se utilizan ampliamente en el embalaje de módulos de potencia.

 

Materiales como el óxido de aluminio y el nitruro de aluminio tienen diferentes propiedades de conductividad térmica y características de costo, y pueden seleccionarse en función del voltaje de funcionamiento, el nivel de potencia, los requisitos de resistencia térmica y el costo de fabricación.

 

Entre ellos, el nitruro de aluminio tiene una alta conductividad térmica y un bajo coeficiente de expansión térmica, y tiene un alto valor de aplicación en el campo de los envases electrónicos de alta-potencia. Cuando los materiales cerámicos se combinan con conductores metálicos como el cobre, pueden formar una estructura compuesta con funciones conductoras, de disipación de calor y de aislamiento, proporcionando una base de empaque estable para dispositivos semiconductores de banda prohibida amplia, como el SiC.

 

En el campo de la protección eléctrica de nuevas energías, los materiales cerámicos para fusibles de CC para automóviles pueden utilizar la resistencia al calor y las características de aislamiento de los materiales cerámicos para proporcionar un soporte estructural estable para los fusibles de CC para automóviles. A medida que la potencia de los circuitos de alto voltaje CC-de los vehículos de nueva energía continúa aumentando, las piezas cerámicas relacionadas deben mejorar aún más su resistencia al choque térmico, su resistencia mecánica y su estabilidad dimensional.

 

 

Los sistemas de almacenamiento de energía generalmente necesitan funcionar durante mucho tiempo y pueden estar en entornos complejos como altas temperaturas, bajas temperaturas, humedad, polvo, etc. Los inversores de almacenamiento de energía, los equipos de distribución de energía de CC, los sistemas de gestión de baterías y los sistemas de protección de alto-voltaje tienen una gran demanda de materiales aislantes.

 

En los convertidores e inversores de almacenamiento de energía, los sustratos cerámicos pueden conectar dispositivos de potencia y sistemas de disipación de calor, asegurando el aislamiento eléctrico y al mismo tiempo conduciendo rápidamente el calor generado por los dispositivos. Para los sistemas de conmutación de alta-frecuencia, las propiedades dieléctricas de los materiales cerámicos también afectan los parámetros parásitos y la integridad de la señal, por lo que la selección del material debe evaluarse exhaustivamente junto con todo el sistema electrónico de potencia.

 

En aplicaciones de fusibles, el cuerpo fundido de cerámica de esteatita eléctrica aislante puede aprovechar las buenas propiedades de aislamiento eléctrico y resistencia al calor de materiales como la porcelana de esteatita para usarse como aislamiento y soporte estructural de dispositivos de protección eléctrica específicos. Los diferentes sistemas cerámicos tienen diferentes resistencias dieléctricas, propiedades mecánicas, coeficientes de expansión térmica y características de procesamiento, por lo que la selección real debe determinarse de manera integral en función del voltaje, la corriente, la temperatura y la carga mecánica.

 

 

 

El inversor fotovoltaico es un dispositivo importante que conecta el sistema de generación de energía fotovoltaica y la red eléctrica de CA. Contiene una gran cantidad de semiconductores de potencia, dispositivos de filtrado y componentes eléctricos de alto-voltaje. A medida que los niveles de potencia de los sistemas fotovoltaicos continúan aumentando, la gestión térmica y el diseño del aislamiento dentro del equipo se vuelven más importantes.

 

El sustrato cerámico revestido de cobre-puede realizar la transmisión de corriente a través de la capa metálica y utilizar el dieléctrico cerámico para lograr el aislamiento eléctrico, mientras transfiere rápidamente el calor generado por el dispositivo de energía a la estructura de disipación de calor. Para IGBT de alta-potencia, MOSFET de SiC y otros dispositivos, la conductividad térmica, la adaptación de expansión térmica y el rendimiento del aislamiento del material de embalaje afectarán directamente la confiabilidad-a largo plazo del módulo.

 

Al mismo tiempo, los fusibles de alto-voltaje y sus piezas estructurales cerámicas también desempeñan un papel en la protección lateral de CC fotovoltaica. La carcasa de cerámica para Fuse Link puede proporcionar una carcasa aislante y soporte mecánico para el elemento fusible y resistir la tensión térmica y mecánica correspondiente durante el proceso de corte-de falla.

 

 

Las cerámicas de alúmina tienen una base de fabricación industrial madura. Su sistema de materiales es estable, su costo es relativamente controlable y puede fabricar estructuras complejas mediante diferentes procesos de moldeo y sinterización. Por tanto, tiene un amplio abanico de aplicaciones en el campo de las nuevas energías y los electrodomésticos.

 

En los fusibles de alto -voltaje de vehículos de nueva energía, el tubo aislante cerámico de alúmina para fusible se puede utilizar para aislar y aislar entre diferentes partes conductoras. Para los sistemas de protección automotriz con niveles de voltaje más altos, los tubos cerámicos también deben cumplir requisitos integrales, como distancia de fuga, espacio libre eléctrico, resistencia al choque térmico y ensamblaje mecánico.

 

Para los fusibles automotrices de alto-voltaje, la pureza del material también afecta las propiedades dieléctricas y la estabilidad mecánica del producto.. 95% El tubo cerámico de alúmina para fusibles de alto voltaje es una de las formas de aplicación de cerámica de alúmina más comunes. El sistema de material específico debe adaptarse según el voltaje de trabajo, la temperatura, el tamaño estructural y el proceso de producción.

 

Con el desarrollo de plataformas automotrices de alto voltaje-, el entorno al que se enfrenta el tubo cerámico de alúmina para fusibles automotrices de alto{{1}voltaje se ha vuelto más complejo, incluyendo conmutación de alta-frecuencia, sobretensiones de corriente, ciclos de temperatura y vibraciones mecánicas. Por lo tanto, simplemente mejorar la resistencia del aislamiento de los materiales cerámicos no es suficiente para cumplir los requisitos. También es necesario optimizar exhaustivamente la fórmula cerámica, la densidad de sinterización, la precisión dimensional y el diseño estructural.

 

 

El desarrollo inteligente de nuevos equipos energéticos también ha impulsado la aplicación de sensores cerámicos y materiales cerámicos funcionales. Materiales como circonio, cerámica piezoeléctrica y ferrita pueden utilizar sus propiedades eléctricas, térmicas y mecánicas especiales para detectar parámetros como temperatura, presión, concentración de gas y corriente.

 

En ambientes de alta-temperatura, los materiales cerámicos tienen buena estabilidad térmica y pueden usarse en estructuras de protección de sensores y componentes sensibles. Algunos materiales cerámicos también tienen propiedades de conversión piezoeléctrica, dieléctrica o magnetoeléctrica y pueden usarse en sistemas de detección en vehículos de nueva energía, control industrial y equipos de energía inteligentes.

 

Con el desarrollo continuo de la conducción autónoma, la gestión de baterías y los sistemas de monitoreo del almacenamiento de energía, los requisitos de estabilidad-a largo plazo, interferencias anti-ambientales y precisión dimensional de los sensores continúan aumentando, lo que también promueve el desarrollo de cerámicas funcionales en la dirección de la precisión y la integración.

 

 

 

Los nuevos equipos de energía normalmente necesitan funcionar continuamente durante muchos años, por lo que las piezas cerámicas no solo pueden cumplir con los indicadores de rendimiento iniciales, sino que también deben tener una buena confiabilidad-a largo plazo. La selección de materiales, el proceso de moldeo, el proceso de sinterización, el tratamiento de superficies y el control dimensional tienen un impacto en el rendimiento final.

 

Para las cerámicas aislantes de alto-voltaje, es necesario centrarse en indicadores como la rigidez dieléctrica, la resistividad del volumen, la distancia de fuga y la descarga parcial. Para piezas estructurales cerámicas sometidas a cargas mecánicas, es necesario centrarse en la evaluación de la resistencia a la flexión, la tenacidad a la fractura, el comportamiento al choque térmico y la tensión de montaje.

 

Además, la diferencia en el coeficiente de expansión térmica entre cerámicas y metales también es una cuestión importante que debe considerarse en el diseño de ingeniería. Cuando el equipo se somete a ciclos frecuentes de alta y baja temperatura, se puede desarrollar estrés térmico entre diferentes materiales. Si el diseño estructural y la combinación de materiales no son razonables, los ciclos-a largo plazo pueden provocar grietas en la interfaz, delaminación e incluso fallas en el aislamiento.

 

Por lo tanto, durante el proceso de desarrollo de componentes de aislamiento de alto-voltaje, como el tubo cerámico aislado en fusibles para vehículos eléctricos, es necesario llevar a cabo un diseño integral a partir de múltiples dimensiones de material, estructura, fabricación y verificación, y la confiabilidad del producto no se puede juzgar basándose únicamente en un único índice de rendimiento del material.
 

 

Actualmente, la nueva industria energética está pasando de simplemente expandir la capacidad instalada a mejorar la densidad de potencia, la eficiencia del sistema y la confiabilidad operativa. Los vehículos de nueva energía se están desarrollando hacia plataformas de alto-voltaje de 800 V, los sistemas de almacenamiento de energía se están actualizando para lograr mayor potencia y vida útil más larga, y los inversores fotovoltaicos continúan mejorando la eficiencia de conversión y la densidad de potencia. Estos cambios han planteado nuevos requisitos técnicos para los materiales cerámicos.

 

En el futuro, el desarrollo depiezas cerámicas de nueva energíaPrestará más atención a la optimización colaborativa del rendimiento del material y el diseño estructural. Por un lado, es necesario desarrollar materiales cerámicos con mayor conductividad térmica, mayor rigidez dieléctrica y mejor rendimiento de adaptación a la expansión térmica; por otro lado, también es necesario mejorar la consistencia dimensional del producto y la estabilidad del lote mediante moldeo de precisión, sinterización avanzada e inspección automatizada.

 

Al mismo tiempo, la aplicación de piezas cerámicas se expandirá gradualmente desde las tradicionales fundas, carcasas y sustratos aislantes hasta conexiones de alto-voltaje, empaques de módulos de potencia, sensores, fusibles y piezas estructurales de precisión de nuevos equipos energéticos. Para los fusibles de alto-voltaje, los materiales cerámicos seguirán siendo un sistema material importante en vehículos de nueva energía y sistemas de protección de almacenamiento de energía debido a sus amplias ventajas en aislamiento, resistencia al calor y soporte estructural.

 

En términos generales, aunque las piezas cerámicas no suelen participar directamente en la conversión de energía, realizan funciones clave como aislamiento, disipación de calor, protección, soporte y conexión confiable. Con el desarrollo continuo de vehículos de nueva energía, almacenamiento de energía, energía fotovoltaica y tecnologías electrónicas de potencia de alto-voltaje, los materiales cerámicos se están transformando de materiales auxiliares tradicionales a importantes materiales básicos que afectan la seguridad, la eficiencia y la vida útil de los nuevos equipos energéticos.

 

En el futuro, la innovación de la tecnología cerámica centrada en la alta confiabilidad, la alta conductividad térmica, el alto aislamiento, el peso ligero y la fabricación de precisión promoverá aún más el desarrollo de nuevos equipos energéticos hacia una alta densidad de potencia, alta eficiencia y un funcionamiento confiable a largo plazo-.