发展电动汽车被世界各国确立为保障能源安全和转型低碳经济的重要途径，电机驱动系统的发展趋势是高集成度、轻量化、功能安全和低成本，当前世界电机驱动系统技术水平仍远低于这个指标体系，急需技术突破。受材料限制，传统硅（Si）基功率器件特性已逼近材料的本征极限，丰田公司采用定制化IGBT模块等技术，控制器功率密度达到19
kW/L（@65°C）。作为世界公认能替代Si的下一代半导体材料，碳化硅（SiC）具有禁带宽度大、击穿场强高、饱和漂移速率高、热导率高等优点，利用SiC模块的高温、高效和高频特性是实现电机驱动控制器功率密度提升、效率提升和成本减半的关键要素。
本次活动对一九九五以来我国新能源汽车的发展进行了报告和讨论，从新能源汽车的“买得起、跑得远和全地域”来分析对电机驱动的技术需求，展示国内外新能源汽车电机驱动技术的发展现状，展望碳化硅功率器件带来的技术革命新前景。
吴石增：各位领导、各位专家、各位同事大家上午好！由中科院老科协主办、电工所分会承办的《新能源汽车驱动电机系统技术发展》为主题的学术沙龙活动现在开始了。
发展电动汽车被世界各国确立为保障能源安全和转型低碳经济的重要途径。电机及其驱动系统是电动汽车三大核心技术之一，高功率密度是其显著特征。受到材料限制，作为世界公认能替代传统硅（Si）的下一代半导体材料，碳化硅（SiC）具有禁带宽度大、击穿场强高、饱和漂移速率高、热导率高等优点,利用碳化硅（SiC）模块的高温、高效和高频特性是实现电机驱动控制器功率密度提升、效率提升和成本减半的关键要素。
今天学术沙龙活动由温旭辉研究员做主旨报告。报告分析新能源汽车与车用电机系统的国内外发展现状与趋势，讨论国内新能源汽车与车用电机系统技术的共性问题和研究方向，介绍中科院电工所研发团队在碳化硅（SiC）电机控制器方面的创新性技术工作。
温旭辉研究员现为中科院电工所高功率密度电气驱动及电动汽车技术研究部主任、博士生导师、IEEE学会高级会员、所学位委员会副主任、中国电工技术学会电动车辆专委会主任委员，首批新世纪百千万人才工程国家级人选。温旭辉研究员团队长期从事高功率密度电机驱动及电力电子变换技术研究，电动汽车是主要应用领域之一，团队科研成果被用于产品开发和推广，打破了跨国公司对电动汽车用高性能电机驱动系统技术的垄断，他们在我国车用电机驱动系统关键技术方面的贡献，欧阳明高院士等专家评价说“在我国电动汽车电气驱动技术发展方面起到了引领作用”。
今天我们还邀请到中国科学院电工研究所的宁圃奇研究员作题目为《车用碳化硅（SiC）半导体功率模块探索》的邀请报告。宁圃奇现任中国科学院电工研究所研究员，博士生导师。主要从事碳化硅(SiC)器件的高性能封装以及应用研究，2016年入选三代半导体联盟“卓越创新青年”，2019年获电源学会技术发明一等奖（第二完成人）。
院老科协桂文庄副理事长、何远光顾问，还有咱们所的李耀华所长、张富宽书记、顾国彪院士都参加了今天的沙龙活动，我代表分会对他们的光临表示感谢！下面先请李耀华所长讲话。
李耀华所长：我是代表电工所对吴老师、邢书记与各位老同志成功组织这次学术沙龙表示祝贺，也对桂局长等专家的到来表示热烈的欢迎。电工所是在九十年代初开始电动汽车研究工作，现在积累还是比较深厚的，而且列为我国高新技术产业战略性的发展方向，目前无论是学术界还是产业界都是十分关注，世界各大公司都把电动汽车这种交通工具的电气化作为优先发展方向，因此今年的学术沙龙选择的方向很准。我也代表所里领导班子全力支持老科协学术沙龙活动，需要什么就说出来，我们都会全力支持，所里的各位研究员包括温老师、马老师都给予了很大的支持，未来我们也将一如既往继续支持。预祝这次学术沙龙取得圆满成功，也祝愿各位老同志、老前辈身体健康、万事如意。
吴石增： 谢谢李所长的讲话！下面请温旭辉研究员作主旨报告。
温旭辉：新能源汽车电机驱动技术发展现状与趋势
首先非常感谢各位老师、各位领导来参加此次活动！下面我就给各位领导和老师们汇报一下我们所做的工作，题目是：新能源汽车电机驱动技术发展现状和趋势。我的报告分为四个部分，首先是新能源汽车与车用电机系统的发展及其趋势。
在开展新能源汽车的电机驱动系统研究的初期，我们把它叫做电动汽车。电动汽车实际上有三种形式，分别是：纯电动汽车、燃料电池汽车和混合动力汽车，如图1所示。
到目前为止，中国的新能源汽车产销量差不多要占世界新能源汽车产销量的一半。经过20年的不断努力我国新能源汽车无论是在研发，还是在产业、市场、政策创新和基础设施建设等方面已呈现明显的综合优势。在研发体系上，从2001年开始科技部给中国的新能源汽车发展设定了“三纵三横”的研发布局。所谓“三纵”，最开始就是纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车，后来就演变成纯电动、插电式混合动力和燃料电池的动力平台。“三横”基本上还是关键技术，就是电池、电机、电控。在研发体系上，实施“纯电驱动”研发战略，建立产学研结合，大中小融通的研发体系；在产业发展上，建立新能源车从整车到零部件的产业链条，从而加快转型，推进龙头骨干企业的形成；在市场拓展方面，我国的产销了和保有量均占了全球的一半以上；在政策创新方面，要建立全环节、中长期、可持续的政府扶持体系，建立用户市场激励措施；在基础设施方面，形成龙头企业牵头，多方参与的市场机制；在商业模式上，推广共享汽车等商业模式。新能源汽车产业规划如图2所示。
图2 新能源汽车产业规划
无论是纯电动汽车、燃料电池汽车还是插电式混合动力汽车，其电能、机械能之间的相互转换都需要依靠电机驱动系统。所以，在这里我主要讲一下电机驱动系统的情况。新能源汽车电机驱动系统有四个主要要求，首先是低速大转矩，相比于内燃机，这正是电机的优势。对于电机只需要通电就可以有转矩输出，但是内燃机并不是这样的，它有一个最优工作区。当内燃机工作在低转速、大转矩工况下，往往可以看到机器由于燃烧不充分而冒黑烟。第二个要求是要有宽的高速恒功率区，从而降低汽车对变速箱的要求。第三个要求是高功率密度，提高车用电机驱动系统的功率密度可以降低车上的无效载荷，从而节约整车成本。最后一个要求是系统的高效，这里是系统高效是指的全域内的高效，而不是某一点的高效，除了电机性能外，还需要有低噪声等需求。
相比于工业应用，车用电机驱动系统布置空间有限，必须根据具体的产品进行特殊设计。另外，其工作环境温度变化大（-40℃~+105℃）、振动剧烈、对乘车者的安全保障性高等都对车用电机系统设计提出了更高的要求，目前，电动汽车用电机驱动系统的冷却主要采用水冷，而工业电机驱动系统的冷却主要靠风冷。针对于功率密度，原来的车用电机驱动系统功率密度指标大概为1.5kW/kg左右，随着技术的不断发展，现在这个指标约为5kW/kg左右，工业电机驱动应用和汽车用电机驱动应用技术特点对比如图3所示。
图3 车用电机驱动技术特点
针对于车用电机类型，交流异步电机、开关磁阻电机、无刷直流电机和永磁同步电机都曾经被用于电动汽车应用中，但是，从点启动性能、额定运行点的效率等特性来分析，最终在世界范围内得到广泛应用的还是内嵌式永磁同步电机。
在“十三五”规划重点专项中对电机功率密度的要求为4kW/kg，到目前为止，可以实现的功率密度为4.9 kW/kg，甚至有超过5 kW/kg的。这些功率密度上的突破主要来源于电机工艺的改进，例如，采用效率更高的扁导线电机可以大幅提升功率密度，其电机运行高效区域相比圆导线电机大幅提升，其效率对比如图4所示。
在高密度驱动电机方面，上海电驱动、精进电动、一汽集团等开发出功率密度达到3.8~4.6kW/kg的样机和产品，最高转速达16000rpm，实现了电驱动一体化集成，其技术指标达到国际先进水平。在直接驱动的轮毂电机方面，我国也到达了和国外相当的技术水平。接下来，我将汇报半导体功率器件带来的车用驱动系统升级换代。在高密度电机控制器方面，芯片双面焊接和系统级封装是当前国外电机控制器主流封装形式，其结构如图5所示。在芯片双面焊接上，如电装、Bosch、大陆等公司的集成电机控制器功率密度已达到16~24kW/L以上；在双电机插电式混动和高功率乘用车应用领域，直流电压呈现提升的趋势（从250~450V提升至500~700V）。在系统级模块封装上，我国高密度电力电子集成控制器追赶迅速，上海电驱动、上海大郡、深圳汇川、中车时代电气等均推出了基于标准模块和基于定制化封装模块的电机控制器样机，技术接近国际水平。
碳化硅材料以其禁带宽、本征载流子浓度低、热导率高和温度耐受性高等优点，被认为是替代硅材料应用于高频、高温等场合的更佳选择。另外，碳化硅器件拥有更低的损耗，例如1200V的碳化硅器件损耗只有硅器件的40%，从而可以在同等损耗下减小芯片面积，进而减小模块体积，同时减低散热系统的成本。采用碳化硅芯片封装的功率模块可以降低直流侧电容的体积，从而进一步提升功率密度。
那么接下来，我将给各位老师介绍一下我们电工所在碳化硅车用电机控制器的研发工作。我们在2016年通过竞争获得了科技部的重点研发计划前沿基础研究项目，主要合作单位有：中车、中电55所、北汽集团等国内一流企业和研究所，当时提的指标是功率密度达到36kW/L。那么，如何将控制器的功率密度做的更高？我们主要是由以下三个途径来实现：利用碳化硅器件的高温特性、高频特性和高效特性。
在利用碳化硅器件高温特性方面，采用自主封装的键合型A碳化硅模块（图6），其热流密度可以达到153W/cm2。另外，在冷却散热方面采用包含Pinfin结构的水冷板和双面冷却的平面型封装模块使得其热流密度更高。对于自主封装的600V/400A平面型碳化硅模块（图7），其热流密度可以达到170W/cm2，其热阻仅为0.172℃/W。
在利用碳化硅器件高频特性方面，我们使用电容的时候非常保守，从而导致我们的控制器体积比别人大。母线电容的作用主要有三个：抑制母线电压的波动、吸收开关纹波电流和抑制开关管的电压过冲。由于碳化硅器件可以开关在高频下，所以其平抑母线电压波动所需要的电容容值更小。但是，小电容也要能提供大的纹波电流，这一点才是核心。所以，我们是以兼具电气互连功能、散热功能、结构和防护功能的复合功能薄膜电容器为中枢，设计电机驱动控制器，使得其电容散热能力增加了65%、体积减少了35%、功率模块散热能力增加了35%、体积减少了13%；同时，杂散阻抗降低了17%、电压应力降低了15%、共模电容增加了7%、高频噪声抑制能力增加了30%，其切面图如图8所示。
图8 碳化硅控制器切面图
在利用碳化硅器件高效特性方面，主要是要降低开关损耗。其思路为控制开关周期电流纹波峰值，实现开关频率降低，从而降低损耗、抑制EMI，其实现难点为电流纹波的预测。其机理为：在一个开关周期中，纹波电流是由实时电压与周期内平均电压的差造成的。
采用“以系统集成指导元器件封装”的设计理念指导开发SiC功率模块、复合功能薄膜电容器、高密度SiC控制器主控板等器件和组件，全SiC电机驱动控制器峰值功率密度37.1kW/L、峰值容量密度46.3kVA/L、最高效率98.6%，通过了85℃入水口水温条件下的峰值满载功率试验，其与目前主流碳化硅控制器性能对比如图9所示。
最后，总结一下我今天的报告。首先，综述了我国新能源汽车发展现状和国内外车用驱动电机系统产品发展近况；然后，综述了新能源汽车电机控制器技术特征和发展现状；最后，介绍了采用碳化硅材料的优势和未来的研究方向。
吴石增：谢谢温旭辉研究员的主旨报告！下面请宁圃奇研究员作邀请报告。
宁圃奇：车用碳化硅（SiC）半导体功率模块探索
感谢中科院老科协电工所分会的邀请，有机会向各位专家、老师汇报车用SiC半导体功率模块领域的技术研究进展。我的报告题目是“车用SiC半导体功率模块探索”。
由于第二代半导体没有完全运用在电子领域，所以，大家希望第三代半导体能够逐渐的功能化、实用化的应用于电力工程的各个领域中。在现阶段随着半导体技术的不断进步，碳化硅器件的优势也在逐渐显现，其主要优势如图1所示。但是，离理论极限还有很大的距，例如导通电阻、最高运行温度和开关频率等。在导通电阻方面，现在已经实现的工艺水平大概是极限值的1/5左右。在最高运行温度方面，碳化硅材料的理论运行温度可以超过600℃，远超于硅材料的230℃。但是在实际应用之普遍还是在150℃左右。另外，传统硅器件的开关频率一般在10kHz左右，碳化硅的理论值远远高于这个数目，但是开关频率高了之后往往会带来干扰较大和损耗较大等劣势，目前已经应用的碳化硅驱动的车的开关频率一般是在20kHz左右。
目前已经将碳化硅器件应用在电机驱动系统的中的车型主要是：特斯拉的Model 3、比亚的汉和丰田的一款由于疫情影响还没投入市场的车型，总的来讲，这些都是相对较高端的车型。那么，对于国内使用的电动汽车主体价格为10~15万的车型想要使用高性能的碳化硅器件，还是要从系统上来想办法，从而提高它的性能，降低整车成本。
碳化硅器件降低成本的技术路线刚才温老师在报告中已经详细介绍，这里就是简单的总结一下。依靠碳化硅器件直接替代硅基器件是不行的，必须从拓扑、开关频率、母线、散热，甚至从电机来讲，从系统上进行更高密度的集成，从而降低系统的成本，其具体技术路线如图2所示。
图2 碳化硅器件降低成本的技术路线
对于封装来讲，由于碳化硅芯片在这几年内迅速发展，其封装其实是不能够完全跟上芯片的发展的，采用传统硅器件的封装形式会限制碳化硅器件的性能发挥。由于碳化硅芯片这几年发展很快，对于很多应用的终端客户来讲不太希望出现一种完全新式的封装结构，而是在现有封装基础上进行简单的尝试和修改。所谓的简单的尝试，就是在现有的硅基芯片封装上进行简单修改，这样就会导致先进的碳化硅芯片相对于传统的硅基芯片的性能优势无法体现，从而成为限制其发展的一个约束，如图3所示为一些产品化的碳化硅模块。
碳化硅模块封装发展方向主要集中在三个方面，分别是：芯片焊接层、衬底焊层及底板和芯片间互联，如图4所示。芯片焊接技术的发展可以通过采用新型焊料或者固态焊接从而延长芯片焊层的疲劳寿命；衬底及底板可以采用可靠性更高的衬底以及更加高效的底板散热技术；芯片互联技术的发展主要是通过研究高可靠性的引线键合工艺或者无绑定线工艺。
图4 碳化硅模块封装发展方向
为了提高模块工作温度，业界对各种功率模块封装组件进行了改进。对于传统的硅基IGBT模块，市面上可见的是可以运行到175℃左右的封装，如果将这种封装硬套到碳化硅芯片上，在一些低端应用是没有问题的。但是，未来如果想进一步的发挥碳化硅器件的优势，降低整体设计成本，比如完全采用风冷来进行冷却的话，就迫切的希望功率模块可以耐受250℃甚至300℃的温度，那么一些可以耐受高温的材料就被迫切希望被使用在碳化硅模块的封装中。对于传统封装中的铝键合线，高温封装会调整其工艺参数增加其温度耐受性，或者采用平面型封装去掉键合线；对于封装胶，采用掺杂无机物提高温度耐受性；树脂镶件采用耐高温塑料，如PPS、PI等替代常规塑料；端子和电极采用超声波焊接连接代替常规嵌入式连接；焊层采用纳米银焊膏代替常规焊锡，平面封装加入缓冲层；绝缘基板采用氮化铝、氮化硅替代常规氧化铝；树脂外壳采用耐高温塑料，如PPS、PI等替代常规塑料，碳化硅模块封装常用的高温材料如图5所示。
图5 碳化硅模块封装常用的高温材料
平面型封装技术和双面冷却技术是车用功率模块中使用的常用技术，其截面图如图6所示。相比于传统的单面键合型模块，其拥有更低的寄生电感、更高的散热能力，同时其柔性互连和无键合线的连接方式使得其抗热应力能力和功率循环可靠性得到提高。
图6 平面型双面冷却模块截面图
由于单片碳化硅芯片的载流能力不强，碳化硅功率模块需要大量的芯片进行互联。那么如何保证在芯片并联过程中的阻抗尽可能均衡、散热尽可能一致是最主要的问题。否则，将会出现局部芯片过热，从而导致模块失效。那么在设计过程中，我们采用遗传算法对其芯片布局进行辅助优化设计，从而更好的平衡模块的电气和散热。
在一个就是模块散热，传统的功率模块散热采用Pinfin翅片，从而进行充分的能量交换。但是，传统翅片都是按照规则方式布局Pinfin，这样效率低，成本大。那么如何通过布局优化算法来布局Pinfin，从而达到高效缓解芯片热应力也是目前的一个研究热点。
传统的硅基IGBT载流能力强，但是开关速度较慢、损耗较大，这样就可以和碳化硅MOSFET结合起来进行并联，从而综合两者优点实现混合模块结构，如图7所示。在开通和关断时刻利用碳化硅MOSFET快速开通、关断来降低开关损耗，在导通时刻利用硅基IGBT的载流能力来提升模块电流处理能力，从而在充分结合两者特点的情况下尽可能的降低模块成本，其与传统硅基模块、碳化硅基模块损耗、成本对比如图8所示，其成本更接近于低价的硅基模块而损耗却更接近先进且昂贵的碳化硅模块。
图7 混合模块拓扑结构
图8 混合模块损耗和成本对比
吴石增：谢谢两位专家的报告，下面是自由发言讨论，希望大家踊跃发言，进行讨论。
桂文庄：现在碳化硅器件国内的状况如何？
温旭辉：国内的碳化硅二极管已经在量产，模块还是处于研发阶段，可以小批量售卖，单个芯片的载荷能力还是要比原来差一些。目前可控的器件现在仍然是小批量试用，比如中车、中电五十五所，据说比亚迪也在尝试着做自己的，相比国外还是有一定的差距，做起来还是挺难的。不过还是比以前好得多，可以指望有这个东西，以前根本就不敢指望。
宁圃奇：要是不太强调成本的器件可以更早量产。
桂文庄：现在做器件的厂都有哪些？
温旭辉：微电所是和中车合作，有些设备直接就放在中车那条线，国网也有一条线。
桂文庄：院里好像对碳化硅器件也部署了一段时间，现在进展到了什么状态？
温旭辉：其实中车的状态就是我们的状态，因为是紧密合作的，今年给我们的大概是一千二百伏，五十安培单颗芯片，然后我们封装模块。
宁圃奇：衬底大概百分之七八十是物理所合作的企业做的。
温旭辉：提升一个软件还是要花很多钱的。
桂文庄：因为要把很多科研工作集成进去，工作量还是很大的，目前我国的软件研制还是一个很大的缺口，包括模拟的、计算的都是这样。
温旭辉：现在是哈工大被禁止了。
桂文庄：最早搞电动汽车时，丰田好像送了科技部一台电动汽车，现在二十多年过去了，我国电动汽车发展到这种程度确实是非常令人欣慰。燃料电池的电动汽车到底发展到了什么状态？
温旭辉：燃料电池的电动汽车现在定的路线是这样的，就是和柴油车相比，比如重载卡车以及城市间的大巴车，不是都用柴油车吗？燃料电池是朝着这个方向。在性价比方面，汽车都还是用锂电池的，成本各个方面还是能够可行。现在每公斤三百瓦/时的电池已经做出来了，原来觉得两百公里就很厉害了，现在不到三百五都不好意思拿出来，大部分的需求也就都能满足。现在就是电池电机怎样进一步降价，反正现在还是电动车成本比较高，到了2025年就会反过来了。汽油机可能还在，但是作用就不一样了。
桂文庄：你估计燃料电池将来的发展前景怎么样？
温旭辉：我觉得还是可以的。
桂文庄：作为长途运输燃料电池还是有它的优势，因为燃料供应比较好，现在纯电池的这种充电不管怎么快还是有问题。
温旭辉：目标就是这样定的，电池要逐步替代汽油机，燃料电池至少参与柴油机的领域。
吴石增：碳化硅是电机驱动器还是控制器中的用的？
温旭辉：我们是驱动控制放在一起的，就是逆变器的器件。电动车就是经常把逆变器叫做控制器，实际上做的是功率的转化。
吴石增：起的是驱动作用还是控制作用？
温旭辉：应该是起一个驱动的作用。
吴石增：控制作用主要还是电脑吗？
温旭辉：现在都是DSP，北汽的主控芯片只换其中的一小块出来作为电机驱动，其它的都是主控，现在还有预控制器的概念，一个芯片只放一部分来做这项工作，现在的芯片能力很强大。
吴石增：刚才你们说的就是这个问题，现在碳化硅国内还不行，主要还是国外。
温旭辉：单颗芯片的载流能力要差一些。我们的项目必须要自己来做，应该说是小批量，不是样品。电动汽车领域是一直在往上游走，就是器件和材料，所以我们还和山东搞材料的成立了一个联合实验室。汽车的带动作用还是很大的，目前电机大部分都是在军工领域，电机本体做的已经很少了，就像刚才讲的散热应该做好，包括很多工艺的实现，其实这方面企业有动力，也有很好的资源，我们的重点还是在电气和控制。
吴石增：碳化硅能不能解决电动汽车存在的问题，不能长途运行，长途运行的话还是要靠燃料？能不能解决这样的问题？
温旭辉：因为用碳化硅以后，循环工况算下来可以是节能百分之二到百分之九，某种程度上说可以延长续驶里程，但是归根结底还是要靠电池的储能密度提升。长途来讲肯定还是燃料电池，因为有了氢就可以发电。现在燃料电池是取代柴油车的，汽油车还是靠电池来做。二十多年来我们一直跟着这个产业在走，感觉真的是进步很大，而且2010年以后上得还是挺快的。早先我们很难想像IGBT可以芯片国产化，很多地方也都可以做了。
顾国彪：实际上电池是关键问题。长途运行的话，不能靠沿途搞充电站，所以这也是一个逐步发展的过程。现在我关心的是增程型的车，就是自己本身带一个发电机，发电机用的燃料，有的是用汽油，有的用甲醇，自己可以充电。现在燃料电池需要考虑氢能的安全问题。用增程型的自带小发电机充电，远距离就没有问题了。
桂文庄：甲醇的燃料电池好像也在发展，因为现在甲醇已经比较多了，陕西北部煤矿就生产很多甲醇。
顾国彪：应该说这也是一个研究的方向。这是电动汽车内部的事情，我很早就不做这个方向了。现在我一直在关心冷却系统的问题，这也是需要关注的。水冷有水冷的优势和缺点，要深入下去就要坚持。因为冷却问题很重要，我们也做过这方面的碳化硅器件，有很多问题需要研究，不是简单的某个专业问题，是跨专业的问题。所以是一个很好的研究内容。但是怎么支持和推动这个事情，也是很不容易的。
桂文庄：有没有尝试和理化所联系一下？据说液态金属用于冷却效果很好。
宁圃奇：三年前，我们尝试和那边联系过了，实验结果还可以，就是从成本上来讲可能受到限制。因为电机驱动是要用一个电磁泵，不像普通泵那么容易，本身的成本加上驱动和当年的水冷差不多了。所以他们的技术优先用到计算机上，主攻方向就是台式机和供热站的散热。
金家骅：驱动系统除了用于新能源汽车，其实在国民经济其它行业以及生活领域都有用途。说得通俗一点，只要动就要有驱动，所以不知道你们这项工作除了在汽车驱动系统里面从事研究和应用之外，其它的国民经济行业和生活领域的驱动有没有什么考虑和作为？驱动系统的经济性怎么样？我在中关村跨界创业联盟的会议上，有人想投资，而且明确说的就是要往电动汽车的驱动系统当中投资。正好我们所不是在搞吗？我就说科学院电工所在搞。他们马上回了一句，听说电工所搞的工作太贵。后来我也就回了他一句，何以见得？结果他没有下文了。所以我想问一问，你们搞的这个技术形成的产品的经济性怎么样？我想，经济性是科学研究、科学技术的很重要的方面，只有你的性价比高，你的东西才能在国民经济和人民群众生活中得到应用，应用的深度和广度才能有所发展。我们评价科学研究的成果往往都不仅仅是评价这个科学成就的本身，还要特别重要地评价在国民经济其它行业和群众生活当中应用的深度和广度。
温旭辉：我们刚开始做的时候电机控制器的成本大概是电机本体的两到三倍，一百多个千瓦的电机驱动系统我们经常卖十万块钱，现在几千块钱就可以了。控制器本身的降价空间要比这个更大，说白了就是芯片、模块和电容量。实际上散热设计之后需要精加工，整个系统就是几千块钱，所以经济性肯定是要保证的。我们电工所的电动汽车和产业化结合是这样的：2004年我们成立过一个叫做中科能的公司，把用磁电机技术和一部分人员放出去了。当时是和长安一汽合作，到了2008年，这个公司和原来电子部二十一所出来的公司合资，成为一个联合团队，由一个上市公司投资，一部分的技术和人员是我们的人。这家公司在2015年被一个上市公司以三十五亿元的价格买了，当年也算是一个新闻。另外一个就是2009年，江院长在上海推动成立了中科申江，那边的电机驱动技术是我们所无偿提供的，中科申江现在还存在，反正也有拿到一些投资，目前正在做电动汽车的工作。
最近我们所里在天津搞了先进技术研究院。当地政府是要看你的产出，后来我们就把技术投资给他们，据说他们明年要上市。所以我们的技术定位还是自己搞科研。其实赚钱的环节很多，但不是我们的长处，我们基本上就是技术到了一定程度，有人要了，我们就卖出去。通常还是需要有人去的，每次我们都有人陪着去，至少是陪一段时间。性价比可能是以前说的，近些年我们基本上是没有太多的技术给他们，也没有去找投资，因为忙不过来。不管是我们做的还是别人做的，整个成本下降得非常快，这和产业链延伸也有非常直接的关系。原先一个单管就是一万块钱，现在恐怕有一千块钱就不错了，大部分是几百块钱，降价非常快。
何远光：我理解，电动汽车有四大部分：第一是能源，有的用汽油，有的用电池；第二是动力系统电机；第三是控制系统；第四是驱动。我原以为电工所干的是其中的一个，就是的驱动。你们这块做得很好，比如电机驱动是你们第一个完成了小型化，现在这项工作已经定型了。刚才你最大的问题就是驱动当中的电磁干扰，我想，汽车空间那么大，为什么非要把驱动做得那么小？只要实用，是不是抗干扰就更容易做了？
温旭辉：为什么我们要做得这么小？这跟我们的角色有关。我们在整个电动汽车大的科研队伍当中是尖兵的角色，要看到底能够做到多少。真正到公司的时候是可以考虑根据更方便或者更便宜，所以可以重新再去考虑，不一定需要那么高的功率密度，但在我们这个位置就必须要看最小能够做到多少，因为有人在做我们就可以不做了。我们其实也做控制，但是只做电机控制，整车控制是要协调能源和人之间的关系，不是没有想过去做，王丽芳老师就做过一段时间，但是做着做着就会以整车厂为主，相对来说我们做电机驱动就会比较专一一些。
桂文庄：电机为什么没做？
温旭辉：早先我们是做电机，做到一定程度以后就发现变成了一个工艺的问题、制造的问题。
桂文庄：汽车上的电机没有用我们的技术？
温旭辉：我们是把技术分出去之后，由公司来做。汽车的早就用了，量产的产品都是通过公司来做的，因为一年就得十几万辆，产值怎么也得上十个亿。
某专家：我看到报道，说以色列发明了一种电池，充一次只需要几秒钟，然后可以开一千多个小时。
温旭辉：反正经常在说这种金属电池，有的时候加锌，有的时候加钠，目前主流还不是这种，可能就是一些尖端的，比如单电池的研究目前还没有。
某专家：以色列说是2023年全部要淘汰汽油技术，都要改成电动。
温旭辉：这些说法太激进。2000年的时候通用说未来就是氢能时代。在发展过程当中各种预言都会出现，但还是要看具体发展状况。工业产品不是一个单一指标，而是很多综合指标，成本也是很重要的。
孙广生：现在的无人驾驶、智能交通吹得我有点发晕。好像现在媒体一直在说，各个城市都要试用，但是安全问题是不得了的，交通每年死那么多人，无人驾驶再满大街跑，能够保证安全吗？
何远光：以前没有5G，现在有5G能够解决这个问题，无人驾驶在成都已经实现了。
温旭辉：无人驾驶肯定是一个发展方向，做好了以后会比现在的车更安全才对，肯定是值得发展的方向，但也肯定需要一步一步地来，因为路况还是比较复杂的。很多地方都有无人车的示范。
吴石增：我感觉无人车在人比较多的地面上总是问题，要是在空中飞的话怎么都行，没有人的地方。
孙广生：空中飞的话更要命了。
吴石增：就算骑自行车都会撞到人。
方光荣：现在有人说石墨烯电池性能好。
温旭辉：那个应该是电板，不能说是石墨烯电池。
金家骅：电池当中有很多新的小花样，至于最后能不能上来还不知道。曾经有人怀疑新能源电动汽车是不是真的能降低污染。电动汽车实际上是充电的，用的还是发电厂发的发电，发电厂在发电的时候未必是新能源。现在人家慢慢地对这些问题都不提了，还是要看技术怎么发展。因为真正的新能源电池发展还没有达到大量使用的水平，所以现在人们也没有追求那种理想的新能源汽车。这些东西还是要靠发展。
方光荣：现在充电是有损耗的，电池先要充电，用到电动汽车再转化成动能，实际上会增加能耗，带来污染，所以并不是新能源，因此有这个观点。
温旭辉：即使是用现在的煤发电，算下来应该还是节能的，有害气体排放还是好的，电动化和智能化可能是一个必然趋势。
何远光：现在电动汽车当中的电池为什么不能更换？完全把它做成干电池，开到哪里再换，是不是厂家的技术壁垒造成的？或者是有什么技术原因？
温旭辉：其实我没觉得有太多的技术原因。从技术角度来说有一个原因，就是要换的话肯定要好拆好换才行，拆换的时候，肯定是有连接的部分，从而不能做到一体化的安全性，而且连接的部分还要可以快速地拆换，又要保证安全，这是一个很难的技术性的问题。再就是行业壁垒，当然电网公司最希望这样运行，电动汽车白天使用、晚上充电，可以削峰填谷。再就是每一家人买来的车如果带电池买下来，因为每个人开车的习惯都不一样，你对电池的损害和另外一个人不一样，换电池就很难计价；除非买车时不带电池，是这个电池不是你的，是你租的。所以换电池的方式可以通过共享实现，由一个公司运行的。
何远光：为什么不能变成五号电池那样，只要换了电池就可以用。
温旭辉：那是一个大的系统，需要能快速地拆换，有人担心连接固定万一掉了怎么办？说不定都要召回。
何远光：实际上三亚的电动车是可以租的，电池也是可更换的。
温旭辉：要是租的车就可以换，因为都是他们家的电池，那就没问题了。要是你买一辆我买一辆，我开得比较猛，电池损耗得比较快，你肯定不愿意要我的电池。这是一个经济上的原因。其实技术上的原因是可以解决的，经济上的原因最好是电池有人运行，现在的问题是没有搞出一种商业模式能够让电池能够省钱。
宁圃奇：现在手机都是充电宝。最早的时候，是一个人买两块电池，后来也都不行了。有人在互联网上做电池的商业模式，运行不到半年也都纷纷垮了。当然手机更新换代很快，老的电池不行了，一方面是电池本身，另一方面更新换代也是很快的。现在的电动汽车电池，原来是两百公里，现在是四百公里，以后可能是六百公里。有的时候好不容易把电站都做好了，老电池的东西都没用了，所以可能从商业模式是觉得看不清楚。
顾国彪：不光是换电池的问题。电动汽车可以当作一个储能部件，因为电力系统的运行白天高峰晚上低谷，利用电动汽车白天运行晚上充电这种方式，可以解决电源系统的电能调剂的问题。所以电力系统和汽车、企业之间要有一个协调问题，既解决了供应问题又解决了储能问题。比如贵州毕节我去过，其它地方的电能供过去花的代价很大，供电和电动汽车可以组合起来就很好，晚上充电既是储能又解决了电动车的应用。这需要政府出面、企业自己协调，很有意思。
金家骅：关于换电池的问题已经有人关心很长时间了，哪些人关心呢？首先是投行、投资公司、咨询公司，然后是证券公司，就是专门搞证券交易上市买卖的，而且他们出了不少调研分析的报告，鼓吹这个事情要实施，现在的问题在于愿意来试尝的人还没有。我看了一下他们的一些东西，主要原因就是这个电池价格很贵，好像要几万块钱一台，要是换电池就变成了一个租赁关系，司机和电池提供者就是租赁关系，我来了你就要给我换。实际上电池有一个寿命，这个寿命和所有权有关系，你的所有权是逐渐在消耗，比如十年报废的话，所有权用一年就收百分之十，所以这是经济成本关系。现在调研的人、鼓吹的人都有很多，但没有人来试尝，原因在哪里呢？就是量大，费用比较高，要是弄好了还行，不赔本就算不错，要是弄不好可能一下子就报废，因为所有电池的产权都是归你的，我跟你就是租用关系，十年之后这个东西就报废，到底怎么弄也是运作的问题，我相信不久可能会有人来尝试。
阮琳：刚才讲到控制器开发自己所里也有一些进展，热阻是0.172，热流密度是170瓦。这是怎么计算的？
宁圃奇：有的时候计算完全按照芯片表面，现在发热的就是上面的部分。
阮琳：那个热阻是芯片的热阻还是模块的热阻？热流密度算在哪里？
宁圃奇：就是芯片大小，折算到几个芯片模块，芯片的损耗就是百公里两百瓦左右。
阮琳：可能这个是和应用场地相关，因为之前查了一下，也是一个碳化硅的单芯片，但都是毫米级的，所以功率密度按照芯片尺寸计算的话应该是一千五。
宁圃奇：计算以后全部转换成为热量，我们这边相当于损耗的部分，主要能量相当于就是传导，计算的过程当中我们要上那么高的话芯片效率就太低了，那边百分之百都是以热能的形式计算的芯片。
阮琳：你们的热能密度也是损耗，只是芯片转化的效率更高。
宁圃奇：我们的芯片主要是在能量转化的过程当中百分之三到百分之五。
阮琳：刚才温老师讲到2025DOE的目标是一百千瓦，你们能够做到三十七千瓦，未来就是四十到一百千瓦主要的瓶颈在哪里？
温旭辉：模块肯定要冷却，剩下的是连接件、传感器和散热，当然散热肯定是一个主体。
阮琳：主要影响的是电气性能吗？
温旭辉：电气和机械都有影响，不然连接不起来。
阮琳：机械连接方式和焊接连接方式也不一样。
温旭辉：连接方式还好，不是主要问题，发热最严重的就是热量最集中的功能模块。
阮琳：你们不是有国内唯一的质控中心吗？IGBT的检测包括哪些方面？
宁圃奇：常规的出厂测试，包括温度、湿度、气压、振动，几个方面单向以及结合起来，因为有不同的测试规范，大概是接近五十四项不同的组合，主要关心的就是秒级和分钟级的加速可靠性，相当于温度循环和湿度循环。
阮琳：因为从我入所当学生的时候温老师就搞电动汽车，二十多年了，您个人还是在开燃油汽车，不知道您个人对电动汽车的偏好是怎样的？是有什么个人顾虑吗？
温旭辉：（笑）没有，距离已经够了，当时是要保号，我换车是在2015年。
宁圃奇：大型SUV国产车还是相对差一点，国外的价格就更贵了，动不动上百万。
阮琳：之前也有很多人反映电动汽车主要还是续航里程和电池的问题，到了冬天没有办法达到标定的里程，也不敢开空调。
温旭辉：需要保温和加热。
张栋：特斯拉的Model1好像要解决冬天续驶里程的问题。
宁圃奇：现在关键是把维护做好，就像手机一样，现在可能每天必须一充，有的时候还要充两回。
桂文庄：电动汽车这个问题是我们国家的重大战略问题，从863把电动汽车列为一个重要的主题开始，二十多年过去了，我国的电动汽车保有量和出产量都到了世界的百分之五十，这是非常了不起的进展。电工所在当中起到了重要作用，也给国家做出了重大贡献，在历史上留下了自己的一笔。
顾国彪：我们的这个活动应该适当扩大一点，增加我们的影响力，包括这些新的发展方向和过去的工作都要有一个统一的思想，这样对将来科技的发展有很大的好处。
