مواد سرامیکی در خودروهای انرژی نو

همانطور که وسایل نقلیه جدید انرژی به سمت ولتاژ بالاتر، یکپارچگی بالاتر و هوش بیشتر در حال توسعه هستند، مواد سرامیکی پیشرفته به مواد اساسی اصلی برای سیستم‌های قدرت، سیستم‌های کنترل الکترونیکی و سیستم‌های ایمنی ولتاژ بالا- تبدیل می‌شوند. در مقایسه با فلزات و پلیمرهای سنتی، مواد سرامیکی دارای ویژگی های عالی مانند مقاومت در برابر دمای بالا، عایق بالا، استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و پایداری ابعادی هستند. کاربرد آنها در اجزای اصلی وسایل نقلیه انرژی جدید به طور مداوم در حال گسترش است و به تدریج به یک پشتیبان مهم برای بهبود ایمنی، قابلیت اطمینان و سبک وزن شدن کل وسیله نقلیه تبدیل می شوند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

در سیستم محرک الکتریکی و ماژول قدرت وسایل نقلیه انرژی جدید، بسترهای سرامیکی عملکردهای متعددی از جمله اتلاف گرما، عایق کاری و پشتیبانی ساختاری را بر عهده دارند. از آنجایی که IGBT ها، دستگاه های قدرت SiC و سیستم های اینورتر{1} ولتاژ بالا مقدار زیادی گرما را تحت شرایط کار با فرکانس بالا تولید می کنند، مواد زیرلایه نه تنها باید رسانایی حرارتی بالایی داشته باشد، بلکه باید مقاومت در برابر شوک حرارتی و استحکام مکانیکی عالی نیز داشته باشد. در حال حاضر، مواد بستر سرامیکی پرکاربرد شامل آلومینا، نیترید آلومینیوم و نیترید سیلیکون است. در میان آنها، نیترید سیلیکون، به دلیل ترکیبی از قابلیت اطمینان بالا و هدایت حرارتی بالا، به طور گسترده ای یک جهت توسعه مهم در زمینه الکترونیک قدرت برای وسایل نقلیه انرژی جدید در نظر گرفته می شود. در همین حال، تقاضا برای سرامیک‌های متالیزه برای قطعات الکتریکی در سیستم‌های کنترل قدرت خودروهای انرژی جدید همچنان در حال رشد است، زیرا ساختار متالیزه آن‌ها به طور موثر پایداری اتصالات رسانا و قابلیت اطمینان بسته‌بندی را بهبود می‌بخشد.

 

در سیستم‌های کنترل ولتاژ بالا{0}DC، مواد سرامیکی نیز نقش غیرقابل جایگزینی دارند. رله‌ها و کنتاکتورهای ولتاژ بالا در وسایل نقلیه با انرژی جدید باید برای مدت‌های طولانی تحت شرایط ولتاژ بالا و جریان بالا به طور پایدار کار کنند، بنابراین نیازهای بسیار بالایی را برای عملکرد عایق، مقاومت قوس الکتریکی و عملکرد آب‌بندی ایجاد می‌کنند. اجزای عایق سرامیکی با ولتاژ بالا که با استفاده از سرامیک متالیزه آلومینا تولید می‌شوند، می‌توانند به طور موثری تضمین کنند که رله‌ها عملکرد عایق را در هنگام تعویض مکرر حفظ می‌کنند و تأثیر قوس الکتریکی بر ایمنی سیستم را کاهش می‌دهند. به خصوص در زمینه رله‌های DC ولتاژ بالا، محفظه‌های سرامیکی کنتاکتور HVDC به یکی از اجزای کلیدی سیستم‌های ایمنی با ولتاژ بالا تبدیل شده‌اند و مقاومت حرارتی و عملکرد عالی آن‌ها به طور موثر پایداری عملیاتی سیستم‌های ولتاژ بالا را در خودروهای انرژی جدید بهبود می‌بخشد.

 

با روند شتاب‌دهنده-پلت‌فرم‌سازی ولتاژ بالا در وسایل نقلیه جدید انرژی، الزامات عملکرد برای فیوزهای ولتاژ بالا نیز دائماً در حال افزایش است. به دلیل مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر ضربه و خواص عایق پایدار، مواد سرامیکی به طور گسترده در سیستم‌های حفاظت فیوز وسایل نقلیه انرژی جدید استفاده می‌شوند. اجزای فیوز با ولتاژ بالا که با استفاده از قطعات سرامیکی متالایزه شده با استحکام بالا تولید می شوند، می توانند در شرایط اتصال کوتاه یا جریان بیش از حد به سرعت قطع شوند و به طور موثر پایداری و ایمنی سیستم را حفظ کنند. در سناریوهای{9}}شارژ سریع پرقدرت، این قطعات سرامیکی برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد سیستم‌های{10} ولتاژ بالا بسیار مهم هستند.

 

برقی شدن فزاینده وسایل نقلیه با انرژی جدید همچنین باعث رشد سریع تقاضا برای قطعات الکترونیکی درجه-خودرو شده است. تعداد زیادی ماژول کنترل داخلی، سیستم‌های حسگر و سیستم‌های رانندگی خودکار به مواد بسته‌بندی الکترونیکی با قابلیت اطمینان بالاتر نیاز دارند. سرامیک آلومینا متالایز برای قطعات الکتریکی، با خواص عایق عالی، پایداری حرارتی، و دقت ابعادی، به طور گسترده در بسته‌بندی الکترونیکی خودرو، مجموعه‌های رله و ماژول‌های کنترل ولتاژ بالا استفاده می‌شود. در همین حال، کاربرد سرامیک‌های متالیزه دقیق در قطعات الکترونیکی{5} با دقت بالا برای وسایل نقلیه با انرژی جدید همچنان در حال گسترش است و قابلیت‌های کنترل تحمل ابعادی پایدار آن، الزامات دقیق وسایل نقلیه هوشمند برای قطعات الکترونیکی با دقت بالا{{6} را برآورده می‌کند.

 

در سیستم‌های رله ولتاژ بالا برای وسایل نقلیه با انرژی جدید، محفظه سرامیکی نه تنها عملکرد عایق را ایفا می‌کند، بلکه مستقیماً بر عملکرد آب‌بندی و دوام محصول نیز تأثیر می‌گذارد. استفاده از راه حل ساختاری کنتاکتور سرامیکی سرامیک ولتاژ بالا DC رله EV Relay EV به طور موثر مقاومت در برابر شوک حرارتی و پایداری طولانی مدت رله های ولتاژ بالا- را بهبود می بخشد. در همین حال، محفظه رله سرامیکی متالایز با دمای بالا عملکرد مکانیکی پایداری را در محیط‌های با دمای بالا حفظ می‌کند و آن را برای شرایط عملیاتی پیچیده مانند سیستم‌های کنترل ولتاژ بالا{{6} DC در خودروهای انرژی جدید مناسب می‌سازد. برای تولید رله وسایل نقلیه با انرژی جدید، اجزای سرامیکی رله آلومینا به تدریج به یک پایه ساختاری مهم برای محصولات{8} با قابلیت اطمینان بالا تبدیل شده است.

 

سیستم‌های موتور خودروهای انرژی جدید تقاضاهای بیشتری را برای عملکرد بلبرینگ دارند. در مقایسه با مواد یاتاقان سنتی، یاتاقان‌های سرامیکی چگالی کمتر، سختی بالاتر و خواص عایق بالاتری دارند که به طور موثر مشکلات الکتروخوردگی را در حین کار با سرعت بالا کاهش می‌دهند. بلبرینگ‌های سرامیکی نیترید سیلیکون به دلیل اصطکاک کم، مقاومت در برابر سایش بالا و طول عمر طولانی، مزایای قابل توجهی در سیستم‌های موتور محرک خودروهای انرژی جدید دارند که به بهبود راندمان انتقال کلی خودرو و کاهش مصرف انرژی سیستم کمک می‌کنند.

 

در سیستم‌های ترمز خودرو انرژی جدید، مواد کامپوزیت سرامیکی کربنی نیز به تدریج به یک جهت مهم برای سیستم‌های ترمز با عملکرد بالا تبدیل می‌شوند. مواد کربن{3}}سرامیک مزایای عملکرد فیبر کربن و کاربید سیلیکون را با هم ترکیب می‌کنند و دارای ثبات دمایی بالا، هدایت حرارتی بالا، و خواص سبک وزن هستند و به طور موثر فاصله ترمز را کوتاه می‌کنند و عملکرد واکنش دینامیکی خودرو را بهبود می‌بخشند. با افزایش تقاضا برای وزن سبک و عملکرد بالا در وسایل نقلیه جدید انرژی، سیستم‌های ترمز کربن-سرامیکی چشم‌اندازهای کاربردی گسترده‌ای دارند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ایمنی باتری های قدرت نیز باعث توسعه مواد سرامیکی پیشرفته شده است. از آنجایی که چگالی انرژی باتری های برق همچنان در حال افزایش است، الزامات مقاومت در برابر حرارت، ایمنی و سازگاری الکترولیت جداکننده های باتری به طور مداوم در حال افزایش است. جداکننده‌های با روکش سرامیکی، به دلیل نرخ انقباض حرارتی کمتر و پایداری حرارتی بهتر، می‌توانند به طور موثری خطر فرار حرارتی را کاهش داده و عملکرد ایمنی کلی باتری‌های نیرو را بهبود بخشند.

 

علاوه بر این، سرامیک‌های شفاف، کامپوزیت‌های سرامیکی-آلومینیوم، و سرامیک‌های ساختاری{1} با کارایی بالا نیز کاربرد گسترده‌تری در سیستم‌های هوشمند وسایل نقلیه با انرژی جدید پیدا می‌کنند. سرامیک‌های شفاف، با قابلیت عبور نور بالا، استحکام بالا و مقاومت در برابر حرارت بالا، می‌توانند در دوربین‌های خودرو، پنجره‌های LiDAR و سیستم‌های حسگر نوری استفاده شوند. کامپوزیت‌های سرامیکی{5}}آلومینیوم، ترکیبی از سبک وزن و استحکام بالا، می‌توانند در اجزای ساختاری شاسی و اجزای بدنه با استحکام بالا وسایل نقلیه جدید انرژی استفاده شوند.

 

کاربرد گسترده مواد سرامیکی پیشرفته در زمینه وسایل نقلیه با انرژی جدید ارتباط نزدیکی با فرآیندهای ساخت آنها دارد. مواد سرامیکی معمولاً از پیوندهای یونی یا کووالانسی تشکیل شده اند، بنابراین دارای سختی بالا، مقاومت حرارتی بالا و مقاومت در برابر خوردگی بالا هستند. با این حال، این همچنین تقاضاهای بیشتری را برای فرآیند پخت ایجاد می کند. در حال حاضر، صنعت به طور مداوم در حال بهینه سازی فن آوری تف جوشی برای دستیابی به دمای پخت پایین تر، چگالی بالاتر و ساختارهای دانه ریزتر است و در نتیجه عملکرد کلی مواد سرامیکی را بهبود می بخشد.

 

در ساخت قطعات اصلی برای وسایل نقلیه انرژی جدید، ماشینکاری دقیق قطعات سرامیکی آلومینا برای دقت ابعادی محصول و ثبات ساختاری بسیار مهم است. قابلیت‌های ماشین‌کاری با دقت بالا نه تنها قوام مونتاژ قطعات سرامیکی را بهبود می‌بخشد، بلکه به افزایش قابلیت اطمینان عملیاتی بلندمدت سیستم‌های{{3} ولتاژ بالا کمک می‌کند. به طور همزمان، تقاضای کاربرد برای محفظه های سرامیکی متالیز برای نیمه هادی های قدرت در ماژول های انرژی خودروهای انرژی جدید همچنان در حال رشد است. این محفظه ها عایق، اتلاف گرما و عملکرد پشتیبانی مکانیکی را ترکیب می کنند و حفاظت پایداری را برای سیستم های الکترونیکی قدرت وسایل نقلیه انرژی جدید ارائه می دهند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

همانطور که وسایل نقلیه جدید انرژی به سمت ولتاژ بالاتر، راندمان بالاتر و ایمنی بالاتر توسعه می یابند، تقاضای بازار برای اجزای ساختاری سرامیکی پیشرفته مانندمحفظه سرامیک آلومینا EVو پاکت های سرامیکی رله آلومینا برای خودروهای الکتریکی به گسترش خود ادامه خواهند داد. در آینده، مواد سرامیکی پیشرفته نقش فزاینده‌ای در سیستم‌های{1}ایمنی ولتاژ بالا، سیستم‌های الکترونیکی قدرت، و سیستم‌های سنجش هوشمند وسایل نقلیه با انرژی جدید ایفا خواهند کرد و به یکی از مواد اساسی مهم برای ارتقای ارتقای صنعت خودروهای انرژی جدید تبدیل خواهند شد.