继比亚迪宣布停止燃油汽车整车生产,将专注于纯电车和插电式混合动力汽车业务后,11月24日,东风风行在以“风行带电 领势前行”为主题的新能源战略发布会上,也宣告全面布局新能源赛道,并将在三年内实现百分百电动化,五年内停产燃油车。现如今,车企电动化转型已成大流,国内多家车企陆续表态停产燃油车的同时,海外同样在积极拥抱电动化浪潮。
燃油汽车向新能源电动汽车的生产转变,也必然导致其背后的各项组装零部件进行更替调整,先进陶瓷能在其中能扮演怎样的角色?根据现有资料可大致从以下几方面来看看:
1.新能源汽车用陶瓷继电器产品
电控技术是衡量新能源节能电动汽车发展水平的重要标志。高压直流陶瓷继电器也可成为电控系统的核心元件。
针对此现象,有研究人员就研发出一种新型高压直流真空继电器,在由金属与陶瓷封接的真空腔体中,陶瓷绝缘子滑动连接在动触点组件与推杆之间,使得动触点和静触点无论是在导通或断开的任何状态下都能与继电器的导磁轭铁板、铁芯等零件构成的磁路系统保持良好的电绝缘,由此保证继电器在切换直流高电压负载时的断弧能力。
电弧是汽车自燃的主要原因。只有采用“无弧”接通分断的继电器产品,才是从根本上解决汽车“自燃”问题的最佳方法,陶瓷的绝缘特性在此可以发挥作用。高压直流陶瓷继电器主要分为两个部分:陶瓷壳体和金属动触件,其中最主要的陶瓷壳体材质为95氧化铝陶瓷。
2. 电动汽车用新一代IGBT模板用高可靠氮化硅陶瓷覆铜基板产品
电子控制系统是电动汽车的关键部件,其主要组成部分包含系统集成与软件、芯片与特殊器件、IGBT模块、车用传感器、电子控制模块与连接器等。其中ICBT(绝缘栅双极晶体管)模块是整个电子控制系统的“中枢神经系统”,是电动汽车、混合动力汽车以及充电桩驱动系统的核心板块,占控制器总成本的40%~50%。
陶瓷覆铜基板则是IGBT模块的关键封装材料之一。作为铜-陶瓷-铜“三明治”结构的复合材料,其具有陶瓷的散热性好、绝缘性高、机械强度高、热膨胀与芯片匹配的特性,又兼有无氧铜电流承载能力强、焊接和键合性能好、热导率高的特性。
目前陶瓷覆铜基板根据陶瓷材料的不同分为氧化铝陶瓷覆铜板、氮化铝陶瓷覆铜板及氮化硅陶瓷覆铜板,性能对比下氮化硅覆铜基板更为优秀,其最大特点是具有与其他陶瓷基板所无可比拟的可靠性,即具有氮化硅陶瓷高强度、高导热的特性,结合活性金属焊接工艺后又具有高可靠性,使其成为高压大功率IGBT模块封装中最具有发展前景的材料。特别是在可靠性和小型化要求更高的电动汽车领域。
日本京瓷采用活性金属焊接工艺制备出了氮化硅陶瓷覆铜基板,其耐温度循环(-40~125℃)达到5000次,可承载大于300A的电流,已被用于电动汽车、航空航天等领域。
3. 新能源电动汽车用陶瓷高压接触器
陶瓷高压接触器的技术关键点是采用与航天科技同等级别的真空钎焊方式将陶瓷与可伐合金焊接在一起形成封闭的腔体,内部充入快速冷却的氢气混合物,有效地在短时间进行灭弧,然而电弧燃烧时会导致内部封装气体受热膨胀,膨胀的气体对焊接接头部产生拉力,因此高强度的焊接接头部非常重要,而对接头部强度影响较大的主要陶瓷与可伐合金的封装结构,目前广泛采用的封装结构有两种:平封和立封。
4. 新能源汽车用陶瓷球轴承
新能源汽车对汽车轴承的要求更为严格,首先电机轴承相比传统轴承转速高,需要密度更低、更耐磨的材料;其次,由于电机的交变电流引起周围磁场变化,需要更换的绝缘性来减小轴承放电产生的电腐蚀;再者,要求轴承球表面更加光滑由此来减少磨损。