Anwendung von Hochleistungskeramik in Fahrzeugen mit alternativen Antrieben
In der Branche der Elektrofahrzeuge bildet der Einsatz verschiedener fortschrittlicher Werkstoffe die Grundlage für den Erfolg der gesamten Industrie. In diesem Artikel beleuchten wir die zunehmend wichtige Rolle von Keramik im Prozess der intelligenten Steuerung von Elektrofahrzeugen.
Im Kernmotorantrieb von Elektrofahrzeugen bietet der Einsatz von SiC-MOSFETs eine Reichweitensteigerung von 5 % bis 10 % gegenüber herkömmlichen Si-IGBTs und wird diese voraussichtlich zukünftig schrittweise ersetzen. SiC-MOSFET-Chips weisen jedoch eine geringe Chipfläche und hohe Anforderungen an die Wärmeableitung auf. Keramisch-kupferkaschiertes Laminat ist ein Verbundwerkstoff mit einer Kupfer-Keramik-Kupfer-Sandwichstruktur. Es zeichnet sich durch gute Wärmeableitung, hohe Isolation, hohe mechanische Festigkeit, eine an die Chips angepasste Wärmeausdehnung sowie eine hohe Strombelastbarkeit, gute Schweiß- und Klebeeigenschaften und die hohe Wärmeleitfähigkeit von sauerstofffreiem Kupfer aus. Es ist daher nahezu unverzichtbar für SiC-MOSFETs im Bereich der Elektrofahrzeuge geworden. Siliziumnitrid-Keramiksubstrate bieten eine ausgezeichnete Wärmeableitung und hohe Zuverlässigkeit und gehören somit zu den wichtigsten Gehäusematerialien für SiC-MOSFET-Module.
Keramikrelais
Die elektronische Steuerungstechnik ist ein wichtiger Indikator für den Entwicklungsstand neuer, energiesparender Elektrofahrzeuge, und Hochspannungs-Gleichstrom-Keramikrelais sind Kernkomponenten elektronischer Steuerungssysteme. In einem Hochspannungs-Gleichstrom-Vakuumrelais gleitet der Keramikisolator zwischen der beweglichen Kontaktanordnung und dem Antriebsstift in einer durch Metall und Keramik abgedichteten Vakuumkammer. Dies gewährleistet eine gute elektrische Isolation zwischen den beweglichen und festen Kontakten in jedem Schaltzustand (leitend oder getrennt). Gleichzeitig wird ein magnetischer Kreis mit den Magnetjochplatten und Eisenkernen des Relais gebildet, wodurch die Lichtbogenlöschfähigkeit des Relais beim Schalten von Hochspannungs-Gleichstromlasten sichergestellt wird. Lichtbögen sind eine Hauptursache für Fahrzeugbrände. Nur Relaisprodukte, die ein schlagfreies Schalten und Trennen ermöglichen, können das Problem der Brände grundlegend lösen.
Relais-Keramikgehäuse
Keramische Sicherungen
Sicherungen sind Bauteile, die Stromkreise vor Überstrom schützen. Im Betrieb ist die Sicherung in Reihe mit dem Stromkreis geschaltet, und der Laststrom fließt durch sie hindurch. Bei einem Kurzschluss oder einer Überlastung schmilzt und verdampft das Sicherungselement aufgrund der thermischen Wirkung des Überstroms. Dadurch entsteht ein Funken, der einen Lichtbogen erzeugt. Die Sicherung unterbricht den fehlerhaften Stromkreis, indem sie den Lichtbogen löscht und so den Stromkreis schützt.
Kfz-Sicherungen werden in Niederspannungs- und Hochspannungssicherungen unterteilt, wobei der Hochspannungsschutz hauptsächlich in Elektrofahrzeugen Anwendung findet. Die Betriebsspannung liegt üblicherweise zwischen 60 V DC und 1500 V DC und dient vorwiegend dem Schutz der Haupt- und Hilfsstromkreise (Hochspannungssicherungen für Elektrofahrzeuge). Da der Markt für Elektrofahrzeuge nun die Phase nach dem Ende der Subventionen erreicht und die Nachfrage des privaten Verbrauchs die Entwicklung von Hochspannungsplattformen vorantreibt, dürfen die Sicherheitsanforderungen in Hochspannungsbereichen wie Schnellladung, Motoren und Leistungselektronik nicht vernachlässigt werden. Die Stabilität und das schnelle Abschaltvermögen von Sicherungen werden im Zuge des rasanten Wachstums des Elektrofahrzeugmarktes weiterhin stark an Bedeutung gewinnen.
Keramische Sicherungen
Mehrschicht-Keramikkondensatoren (MLCC)
Mehrschichtige Keramikkondensatoren (MLCCs) gelten als die wichtigsten Bauelemente der Elektronikindustrie und gehören weltweit zu den am weitesten verbreiteten passiven elektronischen Bauteilen. Nahezu alle Unterhaltungselektronikgeräte benötigen MLCC-Komponenten. Im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen hat der Elektrifizierungsgrad von Elektrofahrzeugen deutlich zugenommen. Von neu hinzugefügten elektronischen Steuerungs- und Batteriemanagementsystemen über Audio- und Unterhaltungssysteme bis hin zu Fahrerassistenzsystemen und Systemen für vollautonomes Fahren – die zunehmende Elektrifizierung von Fahrzeugen hat das Wachstum des Marktes für MLCCs im Automobilbereich maßgeblich gefördert.
Mehrschichtige Keramikkondensatoren
Der Einsatz von Keramiklagern in Elektrofahrzeugen hat sich zu einem Trend entwickelt. Elektrofahrzeuge stellen höhere Anforderungen an Automobillager. Erstens erreichen Motorlager im Vergleich zu herkömmlichen Lagern höhere Drehzahlen und benötigen daher Materialien mit geringerer Dichte und besserer Verschleißfestigkeit. Zweitens ist aufgrund des sich ändernden elektromagnetischen Feldes, das durch Wechselströme im Motor entsteht, eine bessere Isolierung erforderlich, um Lagerkorrosion durch elektrische Entladungen zu reduzieren. Drittens muss die Kugeloberfläche im Lager glatter sein und weniger Verschleiß aufweisen. Keramikkugeln zeichnen sich durch Eigenschaften wie geringe Dichte, hohe Härte und ausgezeichnete Verschleißfestigkeit aus und eignen sich daher für Hochgeschwindigkeitsrotationen in Umgebungen mit hohen Temperaturen, starken Magnetfeldern und Hochvakuum. Sie sind in diesen Bereichen unverzichtbar.
Teslas Motoren verwenden Keramiklager für ihre Abtriebswellen, genauer gesagt von NSK entwickelte Hybrid-Keramiklager mit 50 Siliziumnitridkugeln. Auch Audis ATA250-Motor nutzt Keramiklager für seine beiden inneren Rotorlager.
Keramiklager
Carbon-Keramik (C/C-SiC) ist ein neuartiger Bremsbelag, der auf Basis von Carbon/Carbon-Verbundwerkstoffen entwickelt wurde. Er verwendet ein dreidimensionales, nadelgestanztes Carbonfasergewebe als Verstärkungsgerüst und wird durch die Abscheidung von Carbon, SiC und Restsilicium hergestellt. Dieses Material vereint die physikalischen Eigenschaften von Carbonfasern und polykristallinem Siliciumcarbid und zeichnet sich durch hohe Temperaturstabilität, hohe Wärmeleitfähigkeit und hohe spezifische Wärmekapazität aus. Carbon-Keramik-Bremsen sind zudem leicht und verschleißfest. Sie verlängern nicht nur die Lebensdauer der Bremsscheiben, sondern vermeiden auch Probleme durch Überlastung. Studien zufolge kann ein Paar Carbon-Keramik-Bremsscheiben das Gewicht des Fahrzeugfahrwerks im Vergleich zu gleich großen Gusseisen-Bremsscheiben um 20 kg reduzieren, wodurch die Reichweite von Elektrofahrzeugen um ca. 50 km erhöht werden kann. Angesichts der Trends zur Elektrifizierung, Vernetzung und Weiterentwicklung von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben können Carbon-Keramik-Bremssysteme die Reaktionsgeschwindigkeit des Fahrzeugs deutlich verbessern, den Bremsweg verkürzen und gelten als vielversprechende Aktuatoren für die spurtreue Bremsung. Sie können als wichtige Leichtbaukomponenten für zukünftige Elektrofahrzeuge betrachtet werden.
Keramik-Bremsscheiben
Keramische Batteriedichtungsanschlüsse
Keramische Batterieverbinder sind eine wichtige Komponente von Elektrofahrzeugen der neuen Generation. Sie dienen dazu, in diesen Fahrzeugen dichte und leitfähige Verbindungen zwischen der Batterieabdeckung und der Elektrodensäule herzustellen.
Keramik zeichnet sich durch hervorragende elektrische Isolation und mechanische Festigkeit aus und wird daher in der Elektronikindustrie zunehmend als Dichtungsmaterial eingesetzt. Führende Batteriehersteller haben in den letzten Jahren herkömmliche Kunststoffdichtungen schrittweise durch Keramikdichtungen ersetzt und damit die Sicherheit deutlich verbessert.
Batteriedichtungsanschlüsse
Keramische Batterietrenner
Polyolefinmembranen sind derzeit die gängigsten Membranen, weisen jedoch eine relativ geringe thermische Stabilität auf. Die Schmelzpunkte von Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) liegen bei 165 °C bzw. 135 °C. Dies kann zu potenziellen Sicherheitsrisiken führen, da die Membran bei hohen Temperaturen schrumpft oder schmilzt, was interne Kurzschlüsse, Brände oder sogar Explosionen zur Folge haben kann. Um dieser Problematik zu begegnen, wurden verschiedene Methoden zur Verbesserung der thermischen Stabilität von Membranen entwickelt. Die Beschichtung von PP- oder PE-Membranen mit einer Schicht anorganischer Keramikpartikel gilt dabei als die effektivste und wirtschaftlichste Methode. Keramische Materialien bieten eine hohe Hitzebeständigkeit, während Klebstoffe die Haftung gewährleisten und so die strukturelle Integrität der Beschichtung und der gesamten Verbundmembran erhalten. Zum einen verbessert diese keramikbeschichtete Membran die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien, indem sie Kurzschlüsse bei hohen Temperaturen aufgrund der verbesserten thermischen Stabilität verhindert. Zum anderen weist die keramikbeschichtete Membran gute Benetzungs- und Flüssigkeitsretentionseigenschaften gegenüber Elektrolyten und positiven/negativen Elektrodenmaterialien auf, was die Leistung und Lebensdauer der Batterie erheblich steigert. Zu den üblicherweise verwendeten keramischen Werkstoffen gehören α-Aluminiumoxid, Böhmit, SiO2, CeO2, MgAl2O4, ZrO und TiO2.
Keramik Beschichtung Schicht
XIAMEN MASCERA TECHNOLOGY CO., LTD. ist ein angesehener und zuverlässiger Lieferant, der sich auf die Herstellung und den Vertrieb von technischen Keramikteilen spezialisiert hat. Wir bieten kundenspezifische Fertigung und hochpräzise Bearbeitung für eine breite Palette von Hochleistungskeramikwerkstoffen an, darunter: Aluminiumoxidkeramik, Zirkonoxidkeramik, Siliziumnitrid, Siliciumcarbid, Bornitrid, Aluminiumnitrid Und bearbeitbare GlaskeramikUnsere Keramikteile finden sich aktuell in zahlreichen Branchen wie Maschinenbau, Chemie, Medizintechnik, Halbleiterindustrie, Fahrzeugbau, Elektronik und Metallurgie. Unser Ziel ist es, weltweit Anwendern Keramikteile höchster Qualität zu liefern. Es freut uns sehr, die erfolgreiche Leistung unserer Keramikteile in den spezifischen Anwendungen unserer Kunden zu sehen. Wir bieten sowohl Prototypen- als auch Serienfertigung an. Kontaktieren Sie uns gerne bei Bedarf.
