繼比亞迪宣布停止燃油汽車整車生產,將專注于純電車和插電式混合動力汽車業務后,11月24日,東風風行在以“風行帶電 領勢前行”為主題的新能源戰略發布會上,也宣告全面布局新能源賽道,并將在三年內實現百分百電動化,五年內停產燃油車。現如今,車企電動化轉型已成大流,國內多家車企陸續表態停產燃油車的同時,海外同樣在積極擁抱電動化浪潮。
燃油汽車向新能源電動汽車的生產轉變,也必然導致其背后的各項組裝零部件進行更替調整,先進陶瓷能在其中能扮演怎樣的角色?根據現有資料可大致從以下幾方面來看看:
1.新能源汽車用陶瓷繼電器產品
電控技術是衡量新能源節能電動汽車發展水平的重要標志。高壓直流陶瓷繼電器也可成為電控系統的核心元件。
針對此現象,有研究人員就研發出一種新型高壓直流真空繼電器,在由金屬與陶瓷封接的真空腔體中,陶瓷絕緣子滑動連接在動觸點組件與推桿之間,使得動觸點和靜觸點無論是在導通或斷開的任何狀態下都能與繼電器的導磁軛鐵板、鐵芯等零件構成的磁路系統保持良好的電絕緣,由此保證繼電器在切換直流高電壓負載時的斷弧能力。
電弧是汽車自燃的主要原因。只有采用“無弧”接通分斷的繼電器產品,才是從根本上解決汽車“自燃”問題的最佳方法,陶瓷的絕緣特性在此可以發揮作用。高壓直流陶瓷繼電器主要分為兩個部分:陶瓷殼體和金屬動觸件,其中最主要的陶瓷殼體材質為95氧化鋁陶瓷。
2. 電動汽車用新一代IGBT模板用高可靠氮化硅陶瓷覆銅基板產品
電子控制系統是電動汽車的關鍵部件,其主要組成部分包含系統集成與軟件、芯片與特殊器件、IGBT模塊、車用傳感器、電子控制模塊與連接器等。其中ICBT(絕緣柵雙極晶體管)模塊是整個電子控制系統的“中樞神經系統”,是電動汽車、混合動力汽車以及充電樁驅動系統的核心板塊,占控制器總成本的40%~50%。
陶瓷覆銅基板則是IGBT模塊的關鍵封裝材料之一。作為銅-陶瓷-銅“三明治”結構的復合材料,其具有陶瓷的散熱性好、絕緣性高、機械強度高、熱膨脹與芯片匹配的特性,又兼有無氧銅電流承載能力強、焊接和鍵合性能好、熱導率高的特性。
目前陶瓷覆銅基板根據陶瓷材料的不同分為氧化鋁陶瓷覆銅板、氮化鋁陶瓷覆銅板及氮化硅陶瓷覆銅板,性能對比下氮化硅覆銅基板更為優秀,其最大特點是具有與其他陶瓷基板所無可比擬的可靠性,即具有氮化硅陶瓷高強度、高導熱的特性,結合活性金屬焊接工藝后又具有高可靠性,使其成為高壓大功率IGBT模塊封裝中最具有發展前景的材料。特別是在可靠性和小型化要求更高的電動汽車領域。
日本京瓷采用活性金屬焊接工藝制備出了氮化硅陶瓷覆銅基板,其耐溫度循環(-40~125℃)達到5000次,可承載大于300A的電流,已被用于電動汽車、航空航天等領域。
3. 新能源電動汽車用陶瓷高壓接觸器
陶瓷高壓接觸器的技術關鍵點是采用與航天科技同等級別的真空釬焊方式將陶瓷與可伐合金焊接在一起形成封閉的腔體,內部充入快速冷卻的氫氣混合物,有效地在短時間進行滅弧,然而電弧燃燒時會導致內部封裝氣體受熱膨脹,膨脹的氣體對焊接接頭部產生拉力,因此高強度的焊接接頭部非常重要,而對接頭部強度影響較大的主要陶瓷與可伐合金的封裝結構,目前廣泛采用的封裝結構有兩種:平封和立封。
4. 新能源汽車用陶瓷球軸承
新能源汽車對汽車軸承的要求更為嚴格,首先電機軸承相比傳統軸承轉速高,需要密度更低、更耐磨的材料;其次,由于電機的交變電流引起周圍磁場變化,需要更換的絕緣性來減小軸承放電產生的電腐蝕;再者,要求軸承球表面更加光滑由此來減少磨損。