Strażnik „serca” pojazdów nowej energii – Jak podłoża ceramiczne wspierają pokładowe moduły mocy?

W procesie rozwoju nowej branży pojazdów energetycznych w kierunku rozwoju wysokiej jakości, pokładowy moduł mocy, jako „rdzeniowy węzeł” układu zasilania pojazdu, jego wydajność i niezawodność bezpośrednio determinuje moc wyjściową, kontrolę zużycia energii i poziom bezpieczeństwa całego pojazdu. Natomiast podłoże ceramiczne, jako kluczowy, podstawowy element pokładowego modułu mocy, dzięki swoim doskonałym właściwościom fizycznym i chemicznym, staje się podstawowym wsparciem zapewniającym stabilną pracę modułu. Wraz z ciągłymi przełomami w technologii branżowej i przyspieszeniem krajowej substytucji, wkrótce nadejdzie wydarzenie branżowe skupiające się na rozwoju branży podłoży ceramicznych – 7 listopada 2025 r. w hotelu Jinling Yada w Suzhou odbędzie się 6. Forum Rozwoju Podłoży Ceramicznych i Łańcucha Przemysłowego, które stanie się ważną platformą wymiany technicznej, udostępniania wyników i współpracy dla branży, a także pomoże branży pokładowych podłoży ceramicznych osiągnąć nowy poziom.

I. Wymagania techniczne i zalety użytkowe podłoży ceramicznych na moduły zasilania pojazdów

Pokładowy moduł zasilania przypomina „centrum mocy” pojazdu elektrycznego i odpowiada za przetwarzanie prądu stałego z akumulatora na prąd przemienny wymagany przez silnik napędowy, a także kontroluje prędkość i moment obrotowy silnika, bezpośrednio określając moc pojazdu i poziom zużycia energii. Podczas tego procesu moduł mocy generuje dużą ilość ciepła. Według danych z testów branżowych temperatura głównych układów zasilania IGBT może podczas pracy natychmiastowo wzrosnąć powyżej 150 ℃. Jeśli ciepło nie może zostać szybko odprowadzone i rozproszone, doprowadzi to do spadku wydajności modułu, a w poważnych przypadkach może spowodować zagrożenia bezpieczeństwa, takie jak zwarcia w obwodach i przepalenia podzespołów. Dlatego też stawiane są niezwykle wysokie wymagania dotyczące wydajności rozpraszania ciepła przez podłoże i zdolności adaptacji do środowiska. W porównaniu z tradycyjnymi podłożami organicznymi, podłoża ceramiczne wykazują niezastąpione zalety techniczne w przypadku montażu na pojeździe, odzwierciedlające się głównie w trzech następujących aspektach:

1. Bardzo wysoka przewodność cieplna

Jako przykład weźmy powszechnie stosowane podłoże ceramiczne z azotku krzemu. Jego przewodność cieplna może osiągnąć 90-120 W/(m·K), czyli 2-3 razy więcej niż w przypadku ceramiki z tlenku glinu. Może szybko przenosić ciepło wytwarzane przez chip do struktury rozpraszającej ciepło, zapewniając, że moduł mocy zawsze działa w bezpiecznym zakresie temperatur roboczych i skutecznie unikając utraty wydajności spowodowanej przegrzaniem.

2. Doskonała stabilność w wysokiej temperaturze

Podłoża ceramiczne (takie jak tlenek glinu, azotek glinu, azotek krzemu) wytrzymują niskie temperatury w zakresie od -100℃ do 1000℃ i wysokie temperatury, w pełni spełniając wymagania użytkowe każdego terenu dla nowych pojazdów energetycznych.

3. Silna izolacja i odporność na korozję

Napięcie przebicia podłoża ceramicznego może osiągnąć ponad 10 kV. Może skutecznie izolować obwody wysokiego napięcia w module mocy i wytrzymywać erozję oleju i pary wodnej w środowisku pojazdu, zapewniając długoterminowe i niezawodne działanie modułu.

II. Bariery techniczne i wymagania norm branżowych dla podłoży ceramicznych montowanych w pojazdach

Biorąc pod uwagę rygorystyczne wymagania dotyczące zastosowań montowanych w pojazdach, podłoża ceramiczne do pojazdów muszą spełniać standardy techniczne znacznie przewyższające standardy produktów przemysłowych. Podstawowe progi mieszczą się w trzech wymiarach: bilans parametrów użytkowych, precyzja procesu przygotowania i weryfikacja niezawodności.

(1) Precyzyjne dopasowanie parametrów użytkowych

Podłoże ceramiczne montowane w pojeździe musi równoważyć przewodność cieplną, wytrzymałość mechaniczną i współczynnik rozszerzalności cieplnej.

(2) Wysoka precyzja kontroli procesu przygotowania

Przygotowanie podłoża ceramicznego montowanego w pojeździe obejmuje wiele etapów, takich jak synteza proszku, formowanie, spiekanie i metalizacja. Każdy krok wymaga precyzyjnej kontroli na poziomie milimetra, a nawet mikrometra.

(3) Rygorystyczny system weryfikacji niezawodności

Zgodnie ze standardami branżowymi przed opuszczeniem fabryki podłoża ceramiczne montowane w pojazdach muszą przejść wiele rund testów niezawodności. Podstawowe elementy testu obejmują:

Test cykliczny na zimno i na gorąco: Podłoże poddawane cyklom od -40 ℃ do 150 ℃ ponad 1000 razy musi pozostać wolne od pęknięć i rozwarstwień;

Test wibracji i uderzeń: Symulowanie nierówności i kolizji podczas jazdy pojazdem, przy przyspieszeniu uderzenia przekraczającym 1000G, wydajność nie powinna ulec pogorszeniu;

Test starzenia pod wpływem wilgoci i temperatury: Działając nieprzerwanie w środowisku o wysokiej temperaturze 125 ℃ i wilgotności względnej 85% przez 5000 godzin, wydajność izolacji musi spełniać standardowe wymagania.

Powyższe standardy testowania określiły rygorystyczne wymagania wejściowe dla przedsiębiorstw krajowych, aby wejść na rynek motoryzacyjnych podłoży ceramicznych. Osiągnięcie zgodności wymaga długoterminowej akumulacji technologii i inwestycji w sprzęt. Co więcej, sposób dalszej optymalizacji progu technicznego stanie się również głównym tematem dogłębnej wymiany informacji między przedsiębiorstwami, instytucjami badawczymi i ekspertami branżowymi podczas szóstego Forum Rozwoju Podłoży Ceramicznych i Zastosowań Łańcucha Przemysłowego.

III. Przyspieszenie wymiany na rynku krajowym: „Przełomowa bitwa” o samochodowe podłoża ceramiczne

W przeszłości światowy rynek ceramicznych podłoży samochodowych był niemal zmonopolizowany przez japońskie firmy, takie jak Kyocera i NGK. Krajowi producenci pojazdów wykorzystujących nowe źródła energii nie tylko musieli ponosić wysokie koszty zaopatrzenia, ale także musieli stawić czoła długim cyklom dostaw i opóźnionemu wsparciu technicznemu, co stwarzało wyzwania dla autonomii i kontroli łańcucha przemysłowego. W ostatnich latach, wraz ze wzmożeniem wysiłków krajowych przedsiębiorstw w zakresie badań i rozwoju technologicznego, proces krajowej substytucji ceramicznych podłoży samochodowych znacznie przyspieszył i osiągnął etapowe przełomy. Weźmy jako przykład spółkę zależną Guocelam Materials, Guocelam SaiChuang. Opracowane przez nią podłoża ceramiczne z azotku krzemu przeszły rygorystyczną weryfikację wiodącego producenta nowych pojazdów energetycznych. W testach takich jak cykle zimne i ciepłe oraz wpływ wibracji ich działanie jest porównywalne z produktami Kyocera, a koszt został obniżony o 20% do 30%. Obecnie osiągają dostawy partiami, z miesięcznymi dostawami przekraczającymi 100 000 sztuk.

Przełom w dziedzinie podłoży ceramicznych do montażu w pojazdach domowych ma znaczącą wartość przemysłową. Nie tylko zmniejsza koszty produkcji nowych pojazdów energetycznych, ale także znacznie zwiększa poziom bezpieczeństwa łańcucha przemysłowego i łańcucha dostaw, unikając wpływu zmian sytuacji międzynarodowej na dostawy kluczowych komponentów i zapewniając gwarancję wysokiej jakości rozwoju chińskiego przemysłu nowych pojazdów energetycznych.

IV. Trendy rozwojowe i przyszłe kierunki technologii podłoży ceramicznych montowanych w pojazdach

W miarę ewoluowania nowych pojazdów energetycznych w kierunku wyższych napięć, wyższej mocy i mniejszej masy, technologia podłoża ceramicznego montowanego w pojazdach będzie iteracyjnie optymalizowana w następujących trzech głównych kierunkach:

Miniaturyzacja rozmiarów: Zmniejszając grubość podłoża, zmniejsza się objętość modułu zasilania, zapewniając więcej miejsca na montaż pakietu akumulatorów i ułatwiając lekką konstrukcję całego pojazdu.

Integracja funkcji: Promowanie zintegrowanego projektu podłoży ceramicznych z żebrami rozpraszającymi ciepło i okablowaniem obwodów, tworząc zintegrowany komponent „podłoże – rozpraszanie ciepła – obwód”, redukując etapy montażu modułu mocy oraz poprawiając niezawodność systemu i wydajność produkcji.

Ekologizacja materiałów: Opracowywanie bezołowiowych materiałów lutowniczych i proszków ceramicznych nadających się do recyklingu, optymalizacja procesów produkcyjnych w celu zmniejszenia zużycia energii i emisji zanieczyszczeń, promowanie rozwoju przemysłu ceramicznych podłoży samochodowych w kierunku ekologicznej produkcji oraz dostosowanie się do koncepcji ochrony środowiska nowego przemysłu pojazdów energetycznych.

Realizacji tych nowatorskich trendów nie da się osiągnąć bez wspólnych innowacji na wcześniejszych i niższych etapach łańcucha przemysłowego. Natomiast 7 listopada 2025 r. VI Forum Rozwoju Podłoży Ceramicznych i Zastosowań Łańcuchów Przemysłowych zgromadzi zasoby z całego łańcucha przemysłowego, w tym dostawców materiałów, producentów sprzętu i przedsiębiorstw pojazdów. Dzięki takim działaniom, jak dyskusje techniczne i kojarzenie popytu i podaży, przyspieszy uprzemysłowienie najnowocześniejszych technologii i będzie promować tworzenie pozytywnego cyklu „technologia – produkt – zastosowanie” w branży samochodowych podłoży ceramicznych.

Jako główny element wspierający „centrum zasilania” pojazdów nowych energii, przełom technologiczny i zastąpienie w kraju substratów ceramicznych w pojazdach stanowią ważną część autonomicznej kontroli nowego łańcucha przemysłu pojazdów energetycznych w Chinach. Obecnie krajowe przedsiębiorstwa poczyniły znaczny postęp w badaniach i rozwoju technologii oraz zastosowaniach industrializacji. Zwołanie 6. Forum Rozwoju Podłoży Ceramicznych i Zastosowań Łańcucha Przemysłowego jeszcze bardziej nada branży impuls do rozwoju i pomoże przedsiębiorstwom przełamać kluczowe wąskie gardła w procesach, poprawić wydajność produktów i stabilność jakości.