Tutkimus keraamisista sulakkeista sähköajoneuvojen suojaamiseen

Sähköajoneuvojen suojakeraamisten sulakkeiden tutkimus on yksi uusien energiaajoneuvojen sähköturvallisuusjärjestelmän tärkeimmistä materiaalisuunnista. Kun korkeajännitteiset alustat (400 V/800 V ja enemmän) vähitellen yleistyvät, sulakkeet eivät ainoastaan ​​suojaa ylivirtaa, vaan niille on asetettu korkeammat vaatimukset eristyksen suorituskyvylle, lämmönkestävyydelle ja rakenteelliselle vakaudelle. Tätä taustaa vasten keraamisista materiaaleista, joilla on erinomainen kokonaisvaltainen suorituskyky, on tullut keskeinen komponentti korkeajännitesulakerakenteissa. Tyypillisiin sovelluksiin kuuluvat tärkeimmät rakenneosat, kuten keraaminen runko sähköautojen sulakkeille ja keraaminen tasavirtasulakkeiden sulakkeille.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nykyaikaiset sähköajoneuvojen sähköjärjestelmät koostuvat tehoakuista, moottorikäyttöjärjestelmistä, sisäänrakennetuista{0}}latureista ja korkeajännitteisistä-virranjakeluyksiköistä, mikä tekee niistä huomattavasti monimutkaisempia kuin perinteiset bensiinikäyttöiset ajoneuvot. Suuri tehon ja nopean latauksen vaatimukset saavat järjestelmän toimimaan korkealla jännitteellä ja korkealla virralla pitkiä aikoja, mikä asettaa tiukkoja vaatimuksia valokaaren sammutuskyvylle, eristyskyvylle ja sulakkeiden lämpöstabiiliudelle. Keraamiset materiaalit sulakkeiden ytimen eristyksenä ja kantavana rakenteena

 

Sähköajoneuvojen sulakkeiden ensisijainen tehtävä on niiden kyky reagoida nopeasti epänormaaleihin virtoihin ja katkaista niitä. Kun oikosulku tai ylikuormitus tapahtuu, sulakkeen on sulattava ja tukahdutettava valokaari erittäin lyhyessä ajassa, jotta akkujärjestelmä ja kriittiset sähkökomponentit eivät vahingoittuisi peruuttamattomina. Siksi sen rakennemateriaalit eivät vaadi vain suurta eristyslujuutta, vaan myös hyvää lämpöshokkikestävyyttä ja mekaanista kestävyyttä. Esimerkiksi sovelluksissa, kuten keraaminen runko ylikuormitusta varten ja oikosulkusuojasulake, keraaminen rakenne osallistuu suoraan valokaaren rajoitukseen ja lämpöeristykseen.

 

Materiaalien näkökulmasta alumiinioksidikeramiikasta (erityisesti 95 % alumiinioksidikeramiikasta) on tullut yksi yleisimmistä valinnoista. Näillä materiaaleilla on erinomainen tilavuusvastus ja murtumislujuus, samalla kun ne säilyttävät vakaat mekaaniset ominaisuudet jopa korkeissa lämpötiloissa. Käytännön sovelluksissa, kuten Alumina Ceramic for Bolted Connect EV Fuse ja Ceramic Body for Fuse Bolted Series, ei vaadita vain suurta lujuutta (suurempi tai yhtä suuri kuin 300 MPa), vaan myös kapselointirakenteen hermeettisyys ja kestävyys on otettava huomioon.

 

Sulakkeiden keraamisten materiaalien edut näkyvät pääasiassa seuraavissa seikoissa: Ensinnäkin niiden erinomaiset sähköeristysominaisuudet estävät tehokkaasti vuoto- ja rikkoutumisriskit korkeajännitejärjestelmissä; toiseksi niiden ylivoimainen lämmönkestävyys sallii niiden kestää sulatusprosessin aikana syntyviä hetkellisiä korkeita lämpötiloja; Kolmanneksi niiden korkea mekaaninen lujuus auttaa kestämään tärinää ja iskuja; ja neljänneksi niiden hyvä korroosionkestävyys mahdollistaa niiden sopeutumisen monimutkaisiin autoympäristöihin. Nämä ominaisuudet tekevät materiaaleista, kuten eristävä sähkösteatiittikeraaminen sulakerunko ja sulakelinkin keraaminen kotelo, korvaamattomia käytännön suunnittelussa.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Keraamisten materiaalien merkittävistä eduista huolimatta niiden varsinaisessa tutkimuksessa ja soveltamisessa on useita teknisiä haasteita. Ensinnäkin on kysymys materiaalien koostumuksen optimoinnista, mikä edellyttää tasapainoa lujuuden, lämpölaajenemiskertoimen ja eristyssuorituskyvyn välillä korkeajännitteisten DC-ympäristöjen tiukkojen vaatimusten täyttämiseksi. Toiseksi käsittely- ja muovaustekniikoissa on vaikeuksia; keraamisten materiaalien luontaisen haurauden vuoksi erittäin-tarkkuustyöstössä syntyy helposti halkeamia tai vikoja, jotka vaikuttavat lopulliseen suorituskykyyn. Lisäksi suorituskyvyn vakauden arviointi on ratkaiseva vaihe, ja se vaatii pitkäaikaisia ​​vanhenemis- ja lämpötestejä, joilla varmistetaan luotettavuus monimutkaisissa käyttöolosuhteissa, mikä on erityisen tärkeää sovelluksissa, kuten sähköautojen laturin keraaminen putki ja EV British Standard Fuse -sulake.

 

Mitä tulee keskeisiin teknisiin indikaattoreihin, nykyinen tutkimus keskittyy materiaalin taivutuslujuuden (tavoitearvo noin 340 MPa), tilavuusvastuksen (suurempi tai yhtä suuri kuin 1,0 × 10¹⁴ Ω·cm) ja murtumislujuuden (suurempi tai yhtä suuri kuin 42 kV/mm) parantamiseen. Samanaikaisesti lämpölaajenemisen hallinnassa lineaarilaajenemiskerroin on stabiloitava alueella 7,0–7,5 × 10⁻⁶/aste (25 astetta - 800 astetta), jotta vähennetään lämpöjännityksen aiheuttaman rakenteellisen vaurion riskiä.

 

Materiaalisuunnittelun tasolla uusien formulaatiojärjestelmien kehittäminen lujuuden ja lämpösuorituskyvyn synergistisen optimoinnin saavuttamiseksi on yksi tärkeimmistä tämän hetkisistä tutkimussuunnista.

 

Tulevaisuudessa, kun uusia energiaajoneuvoja kehitetään kohti korkeampaa jännitettä ja älykkäitä suuntia, sulatetut keraamiset materiaalit kehittyvät edelleen. Toisaalta uudet keraamiset järjestelmät parantavat entisestään suorituskykyrajoja vastatakseen korkeamman tehotiheyden sovellusten vaatimuksiin; toisaalta kehittyneet valmistusprosessit (kuten tarkkuusvalu ja korkean lämpötilan sintraus) edistävät tuotteiden pienentämistä ja keveyttämistä.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Samanaikaisesti älykkäiden suojajärjestelmien tarpeita varten keraamiset rakenteet voidaan yhdistää myös tunnistus- ja valvontatoimintoihin, mikä laajentaa niiden käyttörajoja sähkö- ja hybridiajoneuvojen sulakkeiden keramiikan alalla.

 

Kaiken kaikkiaankeraamiset sulakkeet sähköajoneuvoihinsuoja on muuttumassa perinteisistä rakennemateriaaleista tehokkaiksi{0}}toiminnallisiksi materiaaleiksi, ja niiden tekniset edistysaskeleet vaikuttavat suoraan uusien energiaajoneuvojen sähköjärjestelmien turvallisuuteen ja luotettavuuteen. Materiaalitieteen ja valmistustekniikan jatkuvien läpimurtojen vetämänä tällä alalla on laajat kehitysnäkymät ja sovellusmahdollisuudet.