Các phương tiện năng lượng mới (NEVs) đề cập đến các loại ô tô sử dụng nhiên liệu phi truyền thống, kết hợp với công nghệ tiên tiến trong hệ thống điều khiển công suất và hệ thống lái. Những phương tiện này sở hữu các nguyên lý kỹ thuật hiện đại, công nghệ đổi mới và cấu trúc mới, tất yếu dẫn đến nâng cấp và điều chỉnh trong các bộ phận của chúng. Do đó, các bộ phận cấu trúc gốm cao cấp ngày càng được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực NEV.
1. Vòng bi động cơ gốm
So với các loại ổ trục truyền thống, ổ trục động cơ hoạt động ở tốc độ quay cao hơn, đòi hỏi vật liệu có khối lượng riêng thấp hơn và khả năng chống mài mòn tốt hơn. Ngoài ra, dòng điện xoay chiều trong động cơ điện tạo ra các trường điện từ biến đổi, yêu cầu lớp cách điện tốt hơn để giảm thiểu ăn mòn điện xảy ra do phóng điện trong ổ trục. Hơn nữa, các viên bi trong ổ trục phải có bề mặt siêu mịn để giảm thiểu mài mòn.
Ổ trục động cơ gốm là loại ổ trục sử dụng vật liệu gốm làm thành phần chính, mang lại nhiều ưu điểm đáng kể trong điều kiện làm việc ở nhiệt độ cao, tốc độ cao và tải trọng cao. Dưới đây là phần giới thiệu chi tiết:
Nguyên liệu chính
Nitrit Silic (Si₃N₄): Đây là vật liệu thường dùng cho ổ trục động cơ gốm. Vật liệu này có độ bền cao, khả năng chống mài mòn tốt và khả năng chịu nhiệt tuyệt vời, có thể làm việc ổn định ở nhiệt độ lên đến 1200℃. Đồng thời, nó có khối lượng riêng tương đối thấp, giúp giảm trọng lượng của ổ trục.
Carbua Silic (SiC): Carbua silic cũng có độ cứng cao, chịu nhiệt độ cao và dẫn nhiệt tốt. Vật liệu này có thể duy trì tính chất cơ học tốt và khả năng chống mài mòn trong môi trường làm việc khắc nghiệt, thường được sử dụng trong các trường hợp yêu cầu hiệu suất cao hơn đối với ổ trục.
2. Tấm nền đồng phủ gốm sứ Ceramic Copper-Clad
Dẫn nhiệt cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp, khả năng hàn tốt, chịu nhiệt độ cao, cách điện xuất sắc và khả năng chịu sốc nhiệt tuyệt vời.
① Tấm nền đồng phủ gốm nitrit nhôm (AlN) cho đèn pha xe điện.
② Tấm nền gốm nitrit silic (Si₃N₄) cho các mô-đun IGBT.
③ Tấm nền gốm oxit nhôm (Al₂O₃) cho cảm biến và bộ giảm xóc trên xe ô tô.
3. Má phanh gốm sứ cho hệ thống phanh
Phanh gốm carbon có mật độ thấp, độ bền cao, hiệu suất ma sát ổn định, mức độ mài mòn tối thiểu, tỷ lệ phanh cao, khả năng chịu nhiệt tuyệt vời và tuổi thọ dài.
Vật liệu là composite gốm gia cố được tổng hợp từ sợi carbon và silicon carbide (SiC) ở nhiệt độ 1700°C. Thành phần tiên tiến này không chỉ mang lại khả năng chịu nhiệt độ cao vượt trội mà còn giảm trọng lượng hơn 50% so với đĩa phanh truyền thống cùng kích thước.
Ưu điểm
Hiệu suất phanh xuất sắc: Với hệ số ma sát cao và ổn định, ngay cả khi nhiệt độ đĩa phanh đạt tới 650°C, hệ số ma sát của má phanh gốm vẫn có thể duy trì ở mức khoảng 0,45 - 0,55, đảm bảo hiệu quả phanh tốt và rút ngắn quãng đường phanh.
Tuổi thọ cao: Tuổi thọ của má phanh thông thường dưới 60.000 km, trong khi má phanh gốm có thể đạt trên 100.000 km. Ngoài ra, má phanh gốm sẽ không gây trầy xước đĩa phanh, giúp kéo dài tuổi thọ đĩa phanh nguyên bản thêm 20%.
Ít ồn và thoải mái: Vì không chứa các bộ phận bằng kim loại, chúng tránh được tiếng ồn bất thường phát sinh do ma sát giữa má phanh kim loại truyền thống và các bộ phận tiếp xúc, mang lại môi trường lái xe yên tĩnh.
Ít bụi phanh hơn: Má phanh gốm tạo ra ít bụi phanh hơn so với loại má phanh bán kim loại truyền thống, giúp giữ cho bánh xe sạch sẽ và giảm thời gian cũng như chi phí bảo dưỡng.
Khả năng chịu nhiệt và tản nhiệt tốt: Có khả năng chịu nhiệt và ổn định nhiệt tuyệt vời, đồng thời có thể nhanh chóng tản nhiệt phát sinh trong quá trình phanh, đảm bảo tính ổn định của hiệu suất phanh và nâng cao độ an toàn cho xe.
4. Lớp Phủ Gốm
① Lớp Phủ Sơn Gốm Cho Xe
Tính Năng & Lợi Ích Chính:
Bảo vệ vượt trội: Đóng vai trò như một lớp bảo vệ tiêu hao trước các tác nhân gây ô nhiễm môi trường:
Tia UV: Giảm đáng kể hiện tượng oxy hóa và phai màu sơn.
Vết bẩn hóa chất: Chống chịu được hư hại do phân chim có tính axit, xác côn trùng, nhựa cây và muối đường gây ra.
Trầy xước nhẹ & Vết xoáy: Cung cấp độ cứng cao hơn (9H+) so với lớp sơn bóng hoặc sáp thông thường, mang lại khả năng chống trầy nhẹ tốt hơn (tuy nhiên không phải là chống trầy hoàn toàn).
Ố nước: Giảm nguy cơ cặn khoáng bám sâu vào lớp sơn.
Siêu chống thấm nước & Hiệu ứng tự làm sạch:
Tạo bề mặt cực kỳ chống thấm nước. Nước tụ thành giọt tròn và lăn khỏi bề mặt dễ dàng, cuốn theo bụi bẩn và hạt bụi rời.
Giúp xe dễ lau chùi hơn đáng kể và giảm tần suất rửa xe.
Bóng sáng & Độ sâu cao:
Tạo hiệu ứng bóng sáng sâu, phản chiếu như ướt vượt trội hơn hẳn so với các loại sáp hoặc chất tạo bóng truyền thống.
Lớp phủ làm tăng độ trong và chiều sâu màu sắc của lớp sơn bên dưới.
ĐỘ BỀN LÂU DÀI:
Không giống như các loại sáp truyền thống (chỉ kéo dài vài tuần) hoặc chất phủ tổng hợp (kéo dài vài tháng), lớp phủ gốm (ceramic) mang lại khả năng bảo vệ thường kéo dài từ 1 đến 5 năm (hoặc lâu hơn), tùy thuộc vào chất lượng sản phẩm, cách thi công, bảo dưỡng và điều kiện môi trường.
② Lớp phủ gốm hệ thống xả (ống pô)
③ Lớp phủ cách nhiệt gốm
5. Rơ le gốm điện áp cao
① Trong các xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống, rơ le được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển, khởi động, điều hòa không khí, hệ thống đèn, cần gạt nước, hệ thống phun nhiên liệu, bơm dầu, cửa sổ điện, ghế ngồi điện, bảng điều khiển điện tử và hệ thống chẩn đoán. Các rơ le ô tô truyền thống này là các sản phẩm điện áp thấp, thường hoạt động trong khoảng từ 12-48V.
② Trong các phương tiện năng lượng mới (NEVs), rơ le chủ yếu được sử dụng trong môi trường dòng điện một chiều (DC) điện áp cao, điều khiển các mạch điện một chiều có cường độ dòng điện lớn. Chúng có nhiều thông số kỹ thuật khác nhau với số lượng sản xuất mỗi lần nhỏ, thường đòi hỏi các kỹ thuật sản xuất linh hoạt.
6. Tụ điện gốm
Trong các phương tiện năng lượng mới, các tụ điện gốm có tổn hao thấp chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống điện tử công suất như hệ thống truyền động điện, trạm sạc và hệ thống quản lý pin (BMS). Các ứng dụng chính bao gồm:
① Bộ chuyển đổi DC-DC và Bộ nghịch lưu
Chức năng: Đóng vai trò là tụ điện lọc để giảm tổn thất điện năng trong mạch và cải thiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng.
② Cột sạc
Chức năng: Đóng vai trò là tụ điện chống nhiễu để giảm can thiệp dòng điện và nâng cao hiệu suất sạc.
③ Hệ thống Quản lý Pin (BMS)
Chức năng: Ổn định điện áp đầu ra của pin, kéo dài tuổi thọ chu kỳ của pin và đảm bảo an toàn.
④ Ưu điểm chính của tụ điện gốm siêu thấp tổn thất
Chống nhiệt độ cao
Chịu được điện áp cao
Hiệu suất tần số cao
Đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển điện tử của xe NEV
7. Cầu chì gốm
① Chức năng bảo vệ mạch điện
② Khả năng chịu tải và khả năng chịu xung
③ Chức năng an toàn
Một cầu chì gốm là loại cầu chì sử dụng vật liệu gốm làm vỏ ngoài và có chức năng bảo vệ mạch điện. Dưới đây là phần giới thiệu chi tiết:
Cấu trúc và Nguyên lý
Cấu trúc cơ bản: Chủ yếu bao gồm một ống gốm, nắp kim loại ở hai đầu, dây chảy và cát thạch anh. Ống gốm cung cấp khả năng chịu nhiệt độ cao và cách điện. Các nắp kim loại ở đầu dùng để kết nối điện. Dây chảy là bộ phận lõi, sẽ nóng chảy khi có dòng điện quá mức. Cát thạch anh bên trong ống có thể hấp thụ năng lượng hồ quang và dập tắt hồ quang.
Nguyên lý hoạt động: Khi mạch điện có sự cố quá dòng hoặc ngắn mạch, thành phần cầu chì tạo ra nhiệt do dòng điện tăng lên và nóng chảy. Lúc này, cát thạch anh trong ống nhanh chóng hấp thụ năng lượng hồ quang, dập tắt hồ quang và bọc lại xỉ kim loại để tránh bắn tung tóe, từ đó thực hiện việc ngắt mạch an toàn và bảo vệ an toàn cho thiết bị và mạch điện.
8. Đầu nối kín gốm
Vòng đệm được đặt ngay dưới nắp pin, dùng để tạo ra mối nối kín và dẫn điện giữa nắp pin và cực. Nó đảm bảo pin có khả năng kín tốt, ngăn chặn việc rò rỉ chất điện phân và cung cấp môi trường kín khí lý tưởng cho phản ứng bên trong pin. Đồng thời, nó cũng đóng vai trò giảm áp và giảm chấn khi nắp pin bị ấn xuống, đảm bảo hoạt động bình thường của các bộ phận bên trong pin và đóng vai trò quan trọng trong việc bảo đảm tuổi thọ cũng như an toàn của pin.
Một đầu nối kín bằng gốm là loại đầu nối sử dụng vật liệu gốm làm thân chính để đạt được kết nối kín, có thể đảm bảo cách điện và ngăn chặn sự xâm nhập của môi trường bên ngoài. Dưới đây là phần giới thiệu chi tiết:
Cấu trúc và Nguyên lý
Cấu trúc cơ bản: Thông thường bao gồm thân bằng gốm, các điện cực bằng kim loại và các bộ phận làm kín. Thân gốm cung cấp khả năng chịu nhiệt độ cao, cách điện và độ bền cơ học. Các điện cực kim loại được sử dụng để kết nối điện, và chúng được gắn chắc vào thân gốm thông qua các quy trình như kim loại hóa và hàn cứng. Các bộ phận làm kín, chẳng hạn như đệm hoặc chất bịt kín, được sử dụng để cải thiện thêm hiệu suất làm kín nhằm đảm bảo rằng đầu nối có thể duy trì trạng thái kín tốt trong các môi trường khác nhau.
Nguyên lý hoạt động: Đặc tính mật độ cao và độ xốp thấp vốn có của gốm sứ có thể hiệu quả ngăn cản sự lưu thông của khí và chất lỏng. Đồng thời, thông qua thiết kế và gia công chính xác mối nối giữa thân gốm sứ và các điện cực kim loại, cũng như sử dụng vật liệu bịt kín phù hợp, tạo thành một mối bịt kín đáng tin cậy để ngăn chặn độ ẩm, bụi và các chất khác từ môi trường bên ngoài xâm nhập vào bên trong đầu nối, từ đó đảm bảo hoạt động bình thường của kết nối điện và sự an toàn, ổn định của mạch điện.
Đặc điểm
Chịu nhiệt độ cao và cách điện: Gốm sứ có khả năng chịu nhiệt vượt trội và có thể hoạt động ổn định trong môi trường nhiệt độ cao. Đồng thời, gốm sứ cũng có khả năng cách điện ở điện áp cao, hiệu quả ngăn chặn sự phóng điện đánh thủng.
Hiệu suất kín tốt: Có thể tạo hiệu ứng kín chất lượng cao, ngăn chặn hiệu quả sự xâm nhập của khí, chất lỏng và bụi, phù hợp với các môi trường khắc nghiệt như chân không, áp suất cao và môi trường ăn mòn.
Độ bền cơ học cao: Sứ có độ cứng và độ bền cơ học lớn, có thể chịu được ứng suất và độ rung cơ học nhất định, đảm bảo độ tin cậy của đầu nối trong quá trình sử dụng.
9. Bộ gia nhiệt Ceramic PTC
Bộ gia nhiệt PTC có ưu điểm là nhiệt trở thấp và hiệu suất trao đổi nhiệt cao, đồng thời là thiết bị gia nhiệt điện tự động điều chỉnh nhiệt độ và tiết kiệm năng lượng. Một trong những đặc tính nổi bật của chúng là tính năng an toàn: Trong bất kỳ tình huống ứng dụng nào, chúng cũng không gây ra hiện tượng "đỏ bề mặt" như các thiết bị gia nhiệt ống điện thông thường, từ đó loại bỏ nguy cơ tiềm ẩn như bỏng hoặc hỏa hoạn.
Một máy sưởi gốm PTC là một thiết bị sưởi điện sử dụng bộ phận làm nóng bằng gốm có hệ số nhiệt độ dương và tạo ra nhiệt thông qua nguyên lý làm nóng điện trở. Dưới đây là phần giới thiệu chi tiết:
Nguyên tắc hoạt động
Máy sưởi gốm PTC được làm từ các vật liệu gốm đặc biệt. Khi có điện áp, điện trở của chúng tăng lên khi nhiệt độ tăng. Khi nhiệt độ thấp hơn điểm Curie, điện trở suất rất thấp và tốc độ làm nóng rất nhanh. Ngay khi vượt quá nhiệt độ điểm Curie, điện trở suất tăng đột ngột, khiến dòng điện giảm xuống mức ổn định, do đó đạt được mục đích kiểm soát nhiệt độ tự động và duy trì nhiệt độ không đổi.
10. Vỏ bọc gốm
Vỏ gốm mới dành cho đóng gói IGBT có thể thực hiện kết nối và dẫn ra cổng của tất cả các đơn vị chip IGBT.
"Ceramic Package Housing" (Vỏ bọc gốm) chỉ một loại vỏ bọc làm từ vật liệu hiệu suất cao dùng cho việc đóng gói các thiết bị điện tử. Dưới đây là phần giới thiệu liên quan:
Đặc điểm
Có các tính chất vật lý tuyệt vời: Độ bền cao, khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn vượt trội, cách điện và dẫn nhiệt tốt.
Hiệu suất điện vượt trội: Hằng số điện môi cao, tổn hao điện môi thấp và cường độ cách điện điện cao, giúp cải thiện chất lượng truyền tín hiệu và các chỉ số hiệu suất của sản phẩm.
Quản lý nhiệt tốt: Khả năng dẫn nhiệt và khuếch tán nhiệt tuyệt vời có thể hiệu quả chuyển nhiệt từ chip ra môi trường bên ngoài, duy trì độ ổn định cho chip.
Độ tin cậy cao: Có khả năng chịu đựng tốt hơn trong các môi trường như rung động và va đập, đảm bảo sản phẩm được đóng gói có thể duy trì ổn định trong điều kiện khắc nghiệt.
Vật liệu thông dụng
Gốm Alumina: Vật liệu gốm thường được sử dụng nhất, có độ bền cơ học và tính chất cách điện nhất định, nhưng khả năng dẫn nhiệt tương đối thấp.
Gốm nitrit nhôm: Có độ dẫn nhiệt cao, tính chất điện môi xuất sắc, cường độ cách điện cao, tính chất hóa học ổn định, hệ số giãn nở nhiệt phù hợp tốt với silicon, do đó là vật liệu nền lý tưởng cho đóng gói bán dẫn.
Gốm oxyt beri: Có độ dẫn nhiệt cực cao nhưng độc hại và chi phí sản xuất cao, chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị điện tử quân sự và hàng không vũ trụ.
11. Cảm biến áp suất gốm
Có các đặc tính vượt trội như chống ăn mòn, chịu va đập và độ đàn hồi cao, có thể tiếp xúc trực tiếp với hầu hết các loại môi trường. Đồng thời, khả năng ổn định nhiệt độ cực cao của vật liệu gốm cho phép nó hoạt động trong dải nhiệt độ từ -40℃ đến 150℃, do đó có thể được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như ô tô và điều khiển quy trình công nghiệp.
Cảm biến áp suất gốm là thiết bị sử dụng tính chất vật lý của gốm để đo áp suất. Dưới đây là phần giới thiệu chi tiết:
Nguyên tắc hoạt động
Nó hoạt động dựa trên hiệu ứng áp trở. Áp suất được áp dụng trực tiếp lên bề mặt trước của màng gốm, khiến màng gốm tạo ra một biến dạng cực nhỏ. Các điện trở dày được in trên mặt sau của màng gốm và được kết nối để tạo thành một cầu Wheatstone. Nhờ hiệu ứng áp trở của các điện trở áp, cầu điện tạo ra một tín hiệu điện áp có độ tuyến tính cao với áp suất và cũng tỷ lệ với điện áp kích thích.
Cấu trúc cơ bản
Nó chủ yếu bao gồm ba phần: một vòng gốm, một màng gốm và một nắp gốm. Màng gốm, với tư cách là vật thể đàn hồi cảm biến lực, được làm từ gốm Al₂O₃ 95% thông qua quá trình gia công tinh. Vòng gốm được tạo hình bằng phương pháp đúc nóng và nung ở nhiệt độ cao. Màng gốm và vòng gốm được nung cùng với lớp keo thủy tinh chịu nhiệt dạng dày thông qua công nghệ in dày và nung nóng để tạo thành vật thể đàn hồi hình cốc cảm biến lực có chu vi cố định. Nắp gốm có rãnh tròn ở đáy để tạo ra một khoảng cách nhất định với màng gốm, giúp ngăn ngừa việc màng bị vỡ do cong quá mức trong trường hợp quá tải.
Đặc điểm
Độ chính xác và độ ổn định cao: Gốm có độ đàn hồi cao, chống ăn mòn, chống mài mòn, chống va đập và rung động. Dải nhiệt độ làm việc có thể đạt từ -40°C đến 135°C, với độ chính xác và độ ổn định đo lường cao. Độ cách điện điện là >2kV, tín hiệu đầu ra mạnh và độ ổn định dài hạn tốt.
Chống ăn mòn tốt: Màng gốm có thể tiếp xúc trực tiếp với hầu hết các loại môi trường mà không cần bảo vệ bổ sung, mang lại ưu điểm độc đáo trong các ứng dụng như làm lạnh, hóa chất và bảo vệ môi trường.
Cảm biến áp suất gốm cũng có thể được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác.
Nó được sử dụng rộng rãi trong điều khiển quy trình, kiểm soát môi trường, thiết bị thủy lực và khí nén, van servo và hộp số, ngành công nghiệp hóa chất, thiết bị y tế và nhiều lĩnh vực khác.
12. Gốm áp điện phát hiện áp suất lốp
Một kết nối điện được thiết lập giữa gốm áp điện và chip giám sát áp suất lốp, để gốm áp điện có thể cung cấp điện cho chip giám sát áp suất lốp. Trong thiết bị giám sát áp suất lốp này, sự thay đổi của áp suất không khí trong lốp xe khi xe đang di chuyển làm cho túi khí áp suất biến dạng, từ đó khiến gốm áp điện bị biến dạng. Dòng điện được tạo ra từ sự biến dạng của gốm áp điện được sử dụng để cung cấp điện cho chip giám sát áp suất lốp.
Gốm áp điện có thể được ứng dụng trong các hệ thống phát hiện áp suất lốp, tận dụng hiệu ứng áp điện đặc trưng của chúng (chuyển đổi áp lực cơ học thành tín hiệu điện) để giám sát áp suất lốp. Dưới đây là phần tổng quan ngắn gọn:
Nguyên tắc hoạt động
Khi lốp xe được bơm căng, áp suất không khí bên trong tạo ra lực cơ học lên thành phần gốm áp điện (thường được tích hợp trong van lốp hoặc lớp lót trong của lốp xe).
Gạch áp điện tạo ra một lượng điện tích nhỏ tỷ lệ thuận với áp lực được áp dụng.
Tín hiệu điện này được xử lý bởi một mô-đun cảm biến (khuếch đại, chuyển đổi thành dữ liệu số) và truyền không dây đến hệ thống trên xe của phương tiện, nơi hiển thị áp suất lốp trong thời gian thực.
13. Cảm biến gia tốc áp điện
Cảm biến gia tốc áp điện hoạt động dựa trên hiệu ứng áp điện của các tinh thể áp điện. Cảm biến gia tốc áp điện cũng được ứng dụng trong các khía cạnh về an toàn như túi khí ô tô, hệ thống phanh chống bó cứng, và hệ thống kiểm soát lực kéo.
Trong các giai đoạn nghiên cứu phát triển và sản xuất xe năng lượng mới, ngày càng nhiều vật liệu mới và quy trình mới đang được áp dụng, điều này làm cho việc đáp ứng các yêu cầu của người dùng đối với xe năng lượng mới về độ nhẹ, chi phí thấp, tính thông minh, hiệu quả kinh tế và độ tin cậy trở nên khả thi. Về việc sử dụng các vật liệu mới, vật liệu gốm, với nhiều tính chất ưu việt và độc đáo của nó, khi được ứng dụng vào xe năng lượng mới, có ý nghĩa tích cực trong việc giảm trọng lượng bản thân xe, nâng cao hiệu suất động cơ, giảm tiêu hao năng lượng, tăng tuổi thọ của các bộ phận dễ hỏng và cải thiện các chức năng thông minh của xe năng lượng mới.
EN
