Automobily s novou energií (NEV) jsou vozidla využívající netradiční paliva, která jsou kombinována s pokročilými technologiemi ve řízení výkonu a pohonných systémech. Tato vozidla disponují špičkovými technickými principy, inovativními technologiemi a novými konstrukcemi, které nevyhnutelně vedou k aktualizacím a úpravám jejich komponent. V důsledku toho jsou stále častěji využívány konstrukční díly z pokročilé keramiky v oblasti NEV.
1. Keramická ložiska motoru
Ve srovnání s tradičními ložisky pracují motorová ložiska při vyšších otáčkách, a proto vyžadují materiály s nižší hustotou a lepší odolností proti opotřebení. Kromě toho střídavý proud v elektrických motorech generuje kolísavá elektromagnetická pole, což vyžaduje zvýšenou izolaci pro potlačení elektrické koroze způsobené výbojem v ložiskách. Navíc musí být povrch kuliček ložiska velmi hladký, aby se minimalizovalo opotřebení.
Keramická motorová ložiska jsou ložiska, která jako hlavní komponenty využívají keramické materiály, jež mají významné výhody v podmínkách práce za vysokých teplot, vysokých otáček a vysokého zatížení. Níže následuje podrobnější úvod:
Hlavní materiály
Sloučenina křemíku a dusíku (Si₃N₄): Jedná se o běžně používaný materiál pro keramická motorová ložiska. Má vysokou pevnost, dobrou odolnost proti opotřebení a vynikající odolnost vůči vysokým teplotám, přičemž může pracovat stabilně i při teplotách až 1200 °C. Zároveň má relativně nízkou hustotu, což pomáhá snížit hmotnost ložiska.
Silikonový karbid (SiC): Silikonový karbid má také vysokou tvrdost, odolnost proti vysokým teplotám a dobrou tepelnou vodivost. Může udržet dobré mechanické vlastnosti a odolnost proti opotřebení v náročných pracovních podmínkách a často se používá v případech, kdy jsou pro ložiska kladena vyšší nároky na výkon.
2. Keramické měděné substráty
Vysoká tepelná vodivost, nízký koeficient teplotní roztažnosti, vynikající pájitelnost, odolnost proti vysokým teplotám, vysoká elektrická izolace a vynikající odolnost proti tepelnému šoku.
① Substráty z nitridu hlinitého (AlN) pro keramické měděné osvětlení nových energetických vozidel.
② Substráty z nitridu křemičitého (Si₃N₄) pro IGBT moduly.
③ Substráty z oxidu hlinitého (Al₂O₃) pro automobilové senzory a tlumiče.
3. Keramické brzdové destičky pro brzdové systémy
Uhlíkově keramické brzdy mají nízkou hustotu, vysokou pevnost, stabilní třecí vlastnosti, minimální opotřebení, vysoký brzdný poměr, vynikající odolnost proti vysokým teplotám a dlouhou životnost.
Materiál je vyztužený kompozitní keramika syntetizovaná z uhlíkových vláken a karbidu křemíku (SiC) při teplotě 1700 °C. Tato pokročilá struktura nejenom zajišťuje vynikající odolnost proti vysokým teplotám, ale také snižuje hmotnost o více než 50 % ve srovnání s tradičními brzdovými kotouči stejné velikosti.
Výhody
Vynikající brzdný výkon: Díky vysokému a stabilnímu součiniteli tření i v případě, že teplota brzdového kotouče dosáhne 650 °C, lze součinitel tření keramických brzdových destiček udržet na úrovni přibližně 0,45 - 0,55, čímž se zajišťuje dobrý brzdný výkon a zkracuje brzdná dráha.
Dlouhá životnost: Životnost běžných brzdových destiček je nižší než 60 000 km, zatímco životnost keramických brzdových destiček může dosáhnout více než 100 000 km. Navíc keramické brzdové destičky nezanechávají škrábance na brzdovém kotouči, což může prodloužit životnost originálního brzdového kotouče o 20 %.
Nízká hlučnost a pohodlí: Protože neobsahují kovové komponenty, zamezují abnormálnímu hluku vznikajícímu třením mezi tradičními kovovými brzdovými destičkami a příslušenstvím, a tak poskytují tiché prostředí při jízdě.
Menší množství brzdového prachu: Keramické brzdové destičky produkují méně brzdového prachu než tradiční polo-kovové destičky, což pomáhá udržovat kola čistá a snižuje náklady i čas potřebný na údržbu.
Dobrá odolnost proti vysokým teplotám a odvod tepla: Mají vynikající odolnost proti vysokým teplotám a tepelnou stabilitu a navíc dokážou rychle odvést teplo vzniklé při brzdění, čímž zajišťují stabilitu brzdového výkonu a zvyšují bezpečnost vozidla.
4. Keramické povrchové úpravy
① Keramické lakování karoserie
Hlavní vlastnosti a výhody:
Vynikající ochrana: Působí jako ochranná bariéra proti kontaminacím z okolí:
UV záření: Výrazně snižuje oxidaci a vyblednutí laku.
Chemické skvrny: Odolává poškození kyselými výkaly ptáků, nárazem hmyzu, pryskyřicí ze stromů a silničními solmi.
Mírné škrábance a vířivé stopy: Nabízí vyšší tvrdost (9H+) ve srovnání s průhlednou vrstvou nebo voskem, což zaručuje lepší odolnost proti lehkému poškození (i když není odolný proti škrábancům).
Vodní skvrny: Snižuje riziko vzniku minerálních usazenin v barvě.
Vynikající hydrofobnost a samočistící efekt:
Vytváří extrémně voděodolný povrch. Voda se sbíhá do těsných kapek a snadno sklouzává, přičemž odnáší s sebou uvolněný prach a špínu.
Značně usnadňuje čištění vozidla a snižuje frekvenci potřebných omyvů.
Zvýšený lesk a hloubka:
Vytváří jedinečný, hluboký a odrazivý lesk s efektem "mokrého povrchu", který překonává tradiční vosky nebo utěsnění.
Nátěr zvyšuje průhlednost a hloubku barev základního nátěru.
Dlouhodobá trvanlivost:
Na rozdíl od tradičních vosků (trvajících týdny) nebo syntetických utěsnění (trvajících měsíce) nabízejí keramické nátěry ochranu, která obvykle vydrží 1 až 5 let (nebo déle), v závislosti na kvalitě produktu, aplikaci, údržbě a působení vnějších podmínek.
② Keramický nátěr výfukového systému
③ Keramický tepelně izolační povlak
5. Vysokonapěťové keramické relé
① V tradičních vozidlech s vnitřním spalováním se relé hojně používají v řídicích systémech, startování, klimatizaci, osvětlení, stěračích, systémech vstřikování paliva, olejových čerpadlech, elektrických oknech, elektrických sedadlech, elektronických palubních deskách a diagnostických systémech. Tato konvenční automobilová relé jsou nízkonapěťové produkty, typicky pracující v rozsahu 12–48 V.
② V nových energetických vozidlech (NEV) se relé primárně používají ve vysokonapěťovém stejnosměrném prostředí, kde ovládají vysokoproudé stejnosměrné obvody. Mají rozmanité specifikace a malé výrobní série, často vyžadují flexibilní výrobní techniky.
6. Keramický kondenzátor
V nových energetických vozidlech se nízkoztrátové keramické kondenzátory primárně používají v energetických elektronických systémech, jako jsou elektrické pohony, nabíjecí stanice a systémy řízení baterií (BMS). Klíčové aplikace zahrnují:
① Měniče DC-DC a měniče (invertory)
Funkce: Fungují jako filtrační kondenzátory, které snižují ztráty výkonu v obvodech a zvyšují účinnost přeměny energie.
② Nabíjecí stanice
Funkce: Fungují jako potlačovací kondenzátory rušení, které snižují interference proudu a zvyšují účinnost nabíjení.
③ Systémy řízení baterií (BMS)
Funkce: Stabilizují výstupní napětí baterie, prodlužují životnost baterie a zajišťují bezpečnost.
④ Klíčové výhody nízkoztrátových keramických kondenzátorů
Odolnost proti vysokým teplotám
Odolnost proti vysokému napětí
Vysokofrekvenční výkon
Klíčová role v elektronických řídicích systémech NEV
7. Keramický pojistka
① Funkce ochrany obvodu
② Nosná kapacita a odolnost proti pulzům
③ Bezpečnostní funkce
Keramická pojistka je typ pojistky, která jako pouzdro využívá keramický materiál a má funkci ochrany elektrických obvodů. Níže naleznete podrobnější informace:
Struktura a princip
Základní konstrukce: Je tvořena především keramickou trubičkou, kovovými koncovými kryty, tavnou vložkou a křemenným pískem. Keramická trubička zajišťuje odolnost proti vysoké teplotě a izolaci. Kovové koncové kryty slouží k elektrickému připojení. Tavná vložka je hlavní částí, která se při nadproudu roztaví. Křemenný písek uvnitř trubičky může pohltit energii oblouku a ten uhasit.
Princip fungování: Když obvodem prochází nadproud nebo dojde ke zkratu, vytváří tavná vložka teplo, které způsobí její roztavení. V tomto okamžiku rychle pohltí křemenný písek v trubici energii oblouku, zhasí oblouk a obalí kovový škváru, aby zabránil jejímu rozstřiku, čímž se dosáhne bezpečného přerušení obvodu a ochrany bezpečnosti zařízení a obvodů.
8. Keramický utěsněný konektor
Těsnicí kroužek je umístěn těsně pod krytem baterie a slouží k vytvoření těsného a vodivého spojení mezi krytem pohonné baterie a pólem. Zajišťuje, že baterie má dobré těsnicí vlastnosti, zabraňuje úniku elektrolytu a vytváří vhodné prostředí pro vnitřní reakce baterie. Zároveň působí jako dekompresní a tlumicí prvek při stlačení krytu baterie, čímž zajišťuje normální fungování vnitřních komponent baterie a přispívá k její životnosti a bezpečnosti.
Keramický těsnicí konektor je typ konektoru, který k dosažení těsného spojení využívá keramické materiály, čímž zajišťuje elektrickou izolaci a brání pronikání vnějších médií. Níže naleznete podrobnější informace:
Struktura a princip
Základní konstrukce: Tvoří ji obvykle keramické těleso, kovové elektrody a těsnící komponenty. Keramické těleso zajišťuje odolnost proti vysokým teplotám, izolaci a mechanickou pevnost. Kovové elektrody slouží k elektrickému připojení a jsou pevně spojené s keramickým tělesem pomocí procesů, jako je metalizace a pájení. Těsnící komponenty, jako jsou těsnění nebo utěsnění, se používají k dalšímu zlepšení těsnicích vlastností, aby bylo zajištěno, že konektor bude udržovat dobré těsnění v různých prostředích.
Princip fungování: Vysoká hustota a nízká pórovitost keramiky samotné mohou účinně zablokovat průchod plynů a kapalin. Zároveň pomocí přesného návrhu a zpracování rozhraní mezi keramickým tělesem a kovovými elektrodami, stejně jako použití vhodných těsnicích materiálů, vznikne spolehlivé těsnění, které brání vniknutí vnější vlhkosti, prachu a jiných látek dovnitř konektoru, čímž zajišťuje normální fungování elektrického spojení a bezpečnost a stabilitu elektrického obvodu.
Vlastnosti
Odolnost proti vysoké teplotě a izolace: Keramika má vynikající odolnost proti vysoké teplotě a může se stabilně provozovat ve vysokoteplotním prostředí. Zároveň má vysokonapěťové izolační vlastnosti, které mohou účinně zabránit elektrickému průrazu.
Dobré těsnící vlastnosti: Může zajistit vysoce kvalitní těsnění a účinně zabránit pronikání plynů, kapalin a prachu. Je vhodný pro náročné prostředí, jako jsou vakuové, vysokotlaké a korozivní prostředí.
Vysoká mechanická pevnost: Keramika má vysokou tvrdost a mechanickou pevnost, může odolávat určitému mechanickému namáhání a vibracím a zaručuje tak spolehlivost konektoru během používání.
9. Keramický ohřívač PTC
Ohřívače PTC mají výhody nízkého tepelného odporu a vysoké účinnosti výměny tepla a jedná se o automatické termostatické a energeticky úsporné elektrické ohřívače. Jednou z jejich nápadných vlastností je bezpečnost: v jakékoliv aplikační situaci nevytvářejí povrchový jev „červenání“ jako u trubičkových ohřívačů, který může způsobit potenciální bezpečnostní rizika, jako jsou popáleniny a požáry.
PTC keramický ohřívač je elektrický ohřívač, který využívá ohřívací prvek z keramického materiálu s kladným teplotním koeficientem a generuje teplo na principu odporového ohřevu. Níže naleznete podrobnější informace:
Pracovní princip
PTC keramické ohřívače jsou vyrobeny ze speciálních keramických materiálů. Při připojení napětí se jejich odpor zvyšuje spolu s rostoucí teplotou. Pokud je teplota pod Curieovou teplotou, měrný odpor je velmi nízký a ohřev je velmi rychlý. Jakmile je dosaženo Curieovy teploty, měrný odpor náhle prudce stoupne, což způsobí pokles proudu na ustálenou hodnotu, čímž je dosaženo automatického řízení teploty a udržování konstantní teploty.
10. Keramické pouzdro
Nové keramické pouzdro pro IGBT pouzdření umožňuje připojení a vývod hradla všech čipových jednotek IGBT.
"Keramické pouzdro" označuje obal z vysokovýkonného materiálu používaný pro pouzdření elektronických součástek. Níže naleznete příslušné informace:
Vlastnosti
Vynikající fyzikální vlastnosti: Má vysokou pevnost, vynikající odolnost proti vysokým teplotám, korozivzdornost, izolační schopnosti a tepelnou vodivost.
Vynikající elektrické vlastnosti: Vyznačuje se vysokou dielektrickou konstantou, nízkými dielektrickými ztrátami a vysokou elektrickou izolační pevností, což pomáhá zlepšit kvalitu přenosu signálu a provozní parametry produktů.
Dobré tepelné managementové vlastnosti: Díky vynikající tepelné vodivosti a šíření tepla může efektivně přenášet teplo z čipu do vnějšího prostředí a udržovat tak stabilitu čipu.
Vyšší spolehlivost: Má lepší odolnost v náročných podmínkách, jako jsou vibrace a nárazy, a zajišťuje tak stabilitu zabalených produktů v náročném prostředí.
Běžné materiály
Al2O3 keramika: Nejčastěji používaný keramický materiál, který má určitou mechanickou pevnost a izolační vlastnosti, ale relativně nízkou tepelnou vodivost.
Nitrid hlinitý keramika: Má vysokou tepelnou vodivost, vynikající dielektrické vlastnosti, vysokou elektrickou izolační pevnost, stabilní chemické vlastnosti a jeho koeficient teplotní roztažnosti dobře odpovídá křemíku, což z něj činí ideální substrátový materiál pro polovodičové pouzdřování.
Oxid berylnatý keramika: Má extrémně vysokou tepelnou vodivost, ale je toxický a má vysoké náklady na výrobu, používá se hlavně v elektronických zařízeních pro vojenské a letecké aplikace.
11. Keramický tlakový senzor
Má vynikající vlastnosti, jako je odolnost proti korozi, odolnost proti nárazům a vysoká pružnost a může být v přímém kontaktu s většinou médií. Zároveň extrémně vysoká tepelná stabilita keramiky umožňuje provozní teplotní rozsah -40℃ až 150℃, díky čemuž může být široce využíván v oblastech jako je automobilní průmysl a průmyslová procesní kontrola.
Keramický tlakový senzor je zařízení, které využívá fyzikální vlastnosti keramiky k měření tlaku. Níže je podrobný popis:
Pracovní princip
Funguje na principu piezorezistivního efektu. Tlak je přímo aplikován na přední plochu keramické membrány, čímž způsobuje její nepatrnou deformaci. Silnoproudé rezistory jsou vytištěny na zadní straně keramické membrány a spojeny tak, že tvoří Wheatstoneův můstek. V důsledku piezorezistivního efektu piezorezistorů generuje můstek signál napětí, který je vysoce lineární vůči tlaku a zároveň úměrný budicímu napětí.
Základní struktura
Je tvořen ze tří hlavních částí: keramickým kroužkem, keramickou membránou a keramickým krytem. Keramická membrána, která slouží jako pružné těleso snímající sílu, je vyrobena z 95% Al₂O₃ keramiky po jemném opracování. Keramický kroužek je vytvořen horkým lisováním a vysokoteplotním sinterováním. Keramická membrána a keramický kroužek jsou poté spolu s keramickou lepicí hmotou vypáleny pomocí technologie tlusté fólie a tepelného vypálení, čímž vznikne cupovitý pružný těleso snímající sílu s pevně uchyceným okrajem. Keramický kryt má na spodní straně kruhovou drážku, která vytváří určitou mezeru s membránou, čímž se zabrání prasknutí membrány způsobenému nadměrným prohýbáním při přetížení.
Vlastnosti
Vysoká přesnost a stabilita: Keramika má vysokou pružnost, odolnost proti korozi, odolnost proti opotřebení a odolnost proti nárazům a vibracím. Rozsah pracovní teploty může dosahovat od -40 °C do 135 °C, což zaručuje vysokou přesnost a stabilitu měření. Stupeň elektrické izolace je >2 kV, výstupní signál je silný a dlouhodobá stabilita je dobrá.
Dobrá odolnost proti korozi: Keramická membrána může přijít přímo do kontaktu s většinou médií bez nutnosti dodatečné ochrany, čímž získává jedinečné výhody v aplikacích jako jsou chlazení, chemický průmysl a ochrana životního prostředí.
Keramický tlakový senzor lze použít i v jiných průmyslových odvětvích.
Je široce využíván v řízení procesů, kontrole životního prostředí, hydraulických a pneumatických zařízeních, servozávěrech a převodovkách, chemickém průmyslu, lékařských přístrojích a mnoha dalších oblastech.
12. Piezoelektrické keramiky detekují tlak v pneumatikách
Elektrické spojení je vytvořeno mezi piezoelektrickými keramikami a čipem pro monitorování tlaku v pneumatikách, takže piezoelektrické keramiky mohou čipu pro monitorování tlaku v pneumatikách dodávat energii. V tomto zařízení pro monitorování tlaku v pneumatikách způsobuje změna tlaku vzduchu uvnitř pneumatiky během jízdy vozidla deformaci vzduchového měchýře, která následně způsobuje deformaci piezoelektrických keramik. Proud generovaný deformací piezoelektrických keramik je použit k napájení čipu pro monitorování tlaku v pneumatikách.
Piezoelektrické keramiky mohou být použity v systémech detekce tlaku v pneumatikách, přičemž využívají svého jedinečného piezoelektrického efektu (přeměny mechanického tlaku na elektrické signály) pro sledování tlaku v pneumatikách. Níže je stručný přehled:
Pracovní princip
Když je pneumatika nahuštěna, vnitřní tlak vzduchu působí mechanickou silou na prvek z piezoelektrické keramiky (obvykle zabudovaný do ventilku nebo vnitřního povrchu pneumatiky).
Piezoelektrická keramika generuje malý elektrický náboj úměrný působícímu tlaku.
Tento elektrický signál je zpracován senzorovým modulem (zesílen, převeden na digitální data) a bezdrátově přenášen do palubního systému vozidla, který zobrazuje reálný tlak v pneumatikách.
13. Piezoelektrický snímač zrychlení
Piezoelektrický snímač zrychlení funguje na základě piezoelektrického efektu piezoelektrických krystalů. Piezoelektrické snímače zrychlení se také používají v oblastech bezpečnostního výkonu, jako jsou automobilové airbagy, protiblokovací brzdový systém a systém řízení trakce.
Ve fázi vývoje a výroby vozidel se novými energetickými zdroji se stále častěji používají nové materiály a nové technologie, což umožňuje splnit požadavky lidí na vozidla se novými energetickými zdroji z hlediska nízké hmotnosti, nízkých nákladů, inteligence, ekonomického provozu a spolehlivosti. Pokud jde o použití nových materiálů, keramické materiály díky svým různým vynikajícím a jedinečným vlastnostem mají při použití ve vozidlech se novými energetickými zdroji pozitivní význam pro snížení vlastní hmotnosti vozidla, zlepšení účinnosti motoru, snížení energetické náročnosti, prodloužení životnosti náročných dílů a zlepšení inteligentních funkcí vozidel se novými energetickými zdroji.
EN
