2017年10月18日，2017中國國際節能與新能源汽車展覽會在北京國家會議中心召開。展會同期舉行了2017(第六屆)中國互聯網+新能源汽車產業發展高峰論壇。
中國科學院電工研究所主任溫旭輝就SiC器件在新能源汽車中的應用進行了闡述講解，以下為演講實錄：
各位專家、各位同行，大家好，我今天給大家報告的主要是講技術性的問題，這個技術應該講對于電動汽車的電機驅動還是非常重要的，就是碳化硅器件在新能源汽車電機驅動里面的一個應用，我的報告就分以下兩個部分。
目前我們國家的新能源汽車已經在世界上排名第一了，2020年大家也都認為完成200萬輛的指標應該是可行的，在這里面，實際上電動汽車三大關鍵技術，其中之一就是電機，整個電機驅動的話，它的性能實際上是直接決定了汽車的性能，我指的是動態性能等。
從電動汽車相關的專項以來的時候，一直是三縱三橫里面，電機驅動一直作為一個關鍵技術在進行公關，在新能源汽車中間，總結來說，新能源汽車對于電機驅動系統的需求應該要求是一個高的性能來保證動力性以及增加車輛的續駛里程等，在可靠性和安全性方面，它非常重要，直接影響到車輛的可用性和用戶的接受度，低成本大家都知道，實際上現在零部件廠商每一天都面臨著高質量、低成本的壓力，在這些需求的下一層的時候，實際上就意味著我們在技術上還可以做很多東西。
比如說，在高性能方面，碳化硅就是未來非常值得關注的一個技術。因為時間只有15分鐘，我就接著講了，碳化硅器件到底是一個什么樣的器件，從這張圖大家看到，隨著頻率的提升和功率的提升，實際上滿足不同的功率和開關頻率的器件，它是電機驅動的關鍵核心部件，但是隨著不同的頻率和開關的增長，基于硅材料的ICPT的性能已經接近理論的極限，碳化硅有很多優勢，比如說10倍以上的臨界電場強度、3倍的帶隙寬度，翻譯成我們電工行業能夠理解的就是，用這一個器件，我們可以讓它工作在更高的電壓，同時可以工作在更高的溫度，理論上來說，碳化硅這個材料可以工作在600度，現在大家努力的方向是200多度，如果它真的能夠工作這么多度的時候，是不是散熱就可以取消，至少可以簡化。
另外，它非常大的一個優勢就是，可以提高開關頻率，曾經有報道說開關頻率有人給他提到了一個開關電源，做到了1兆赫茲的時候，它還能有90%的效率，由此而來，在我們這個行業里面，大家都認可碳化硅器件是未來電動汽車電機驅動技術發展的一個非常關鍵的要素，是系統實現高溫、高效、高速運行的技術途徑。
由此，最初的實驗室報道還是挺多的，哪個實驗室在器件方面做了哪些工作，哪個實驗室又把器件用到了控制器上面，對于我們這個行業來說，最打眼的應該是在2013年、2014年的時候，豐田汽車就提出，我們將采用碳化硅的技術，在2018年的時候把我們的車用變流器體積縮小到原來的5/1，然后把它整個的整車應用碳化硅技術以后的整車燃油效率再提升10%。
后來我們看到的報道是說，實際上節油率已經提升了5%，2018年沒到，我們還可以繼續看，豐田繼續說他們已經在日本建立了碳化硅從芯片到模塊的一個工廠。
碳化硅總體來說，即使是對電力電子的行當來講，最主要的還是從這個世紀開始才慢慢熱起來，我們今天來講它時候，必須要從它的器件可獲得性上來說，目前來看，美國一個公司叫CRUI，ROM是日本公司，現在都推出了600-1700伏的碳化硅27管的一個產品，我們也曾經實驗室做過，用了27管之后，它就會沒有反向恢復電流，效率能夠提升百分之零點幾，本身就很高了，已經很不錯了。
另外，它還有mo sit的器件，當然了早先的時候都是兩寸、三寸、四寸的芯元，這樣一來除了材料貴，那你的芯元上尺寸越小的時候，它能夠做的芯片就越少，成本價格就更高。現在來說，6英寸已經是一個潮流或者現在比較先進的水平，這是一個國際的情況。
國內也在逐步形成這種產業鏈，大家可以看到這張片子，從襯底就是材料到外延是一個技術，在碳化硅上再漲更好品質的碳化硅來做器件，以及模塊都有人在做。
我接下來要給大家報告的是我們在電工中科院電工所牽頭的，聯合了我們國家像中車時代和電子部55所、上海電驅動、京津電動、浙江大學、華中科技等等一些大學和相關的龍頭企業一起在做，碳化硅的模塊當然我們要用芯片的時候，模塊也是一個中介，我們不可能直接用芯片，都用模塊，因為芯片到目前為止，我們電動車能用的最大的大流的時候，在可用的溫度下其實沒有超過100安培，因此我們必須要弄成模塊，這就是國外的現狀，基本上目前來看，還是在利用現有的硅器件的分裝和焊接單面散熱的分裝的形式，真正能夠利用碳化硅的高溫和高頻特性的設計，現在還處在實驗室里面。
國內要慢一些，因為我們的芯片技術比別人要慢，但是已經有了開始。
給大家看一下國際上在控制器上面的一些進展，豐田剛才已經講過了，日本電裝也提出用碳化硅把功率密度提高4倍，近期要進入量產階段，日本三菱把剛才在這圖上看到電機，這個電機的后端就是電力電子的控制器，電產也紛紛提出要做控制器以及車載實驗，在這樣的一個前提下，2016年的時候，我們國家的重點研發計劃，新能源汽車的專項就啟動了高溫碳化硅器件及系統理論和測試方法研究這樣一個課題，我們召集了這么多的總共14家單位，有科研院所和它對應的龍頭產業企業來開展，在控制器方面，我們從來沒做過碳化硅的控制器，要做到在105度下把控制器的功率密度做到36升，這就要求我們在現在的情況下200下把這個模塊做到60安培，而且體系要降到硅模塊的3/1。
接下來再往下分解的時候，我們就需要最少50安培的碳化硅器件，這是整個的完整產業鏈，我們當然在各個環節都面臨著不同的問題，比如說在芯片方面，我們就面臨著碳化硅芯片電流倒通能力在高溫下會顯著降低的問題，而且在這個模塊分裝的時候，因為它的芯片高溫，而且芯片面積非常小，它的熱流密度是現在硅器件大概是6倍。
一方面焊接方面受到挑戰，現在納米銀高還是可以做的。
還有一個問題我們用做絕緣的硅凝膠，它在200度下會揮發，因此在面臨很多分裝材料，高溫性能大幅下降，以至這個模塊可能就不可靠，可能會失效，當然了，對于控制器來說，高頻開關的時候，還是碳化硅開關速度很快，這樣會造成EMI的問題，從整車來說，對EMI的要求也很強。
因此我們在科學問題層面分解出來三個，希望通過科學問題的來解決芯片方面的芯片結構設計，在模塊方面準備采用平面分裝，新型的互聯結構，在電力電子方面，在解決了負面干擾之后來做拓撲和控制的研究。
到今年為止，我們已經做成120伏、100安培的碳化硅肖特G2G管，它有效的高深度非常淺，只有12個微米。面積很小，只有0.6的環節。它在25度、100安培下，剩下的壓降是1.64伏，算下來實際上我們的電流密度肯定是和國際先進水平持平，某種算法上還高一點，這是和產品比。
在模塊方面，當前主要還是在解決傳統的，有些人難以分析整體的失效激勵，所以說模塊的優化思路不清晰是一個問題。
第二個就是因為我們必須面對，在這一兩年以內，我們的碳化硅國產芯片，單芯片的電流都比較小，所以要封存一個600安培的模塊肯定大于50個芯片在一個模塊里面，到底怎么樣來排布，使得它的自身電感最小，這樣的話就使得開關更加可靠等等，還有就是熱流機松的問題在進行各種的分析，包括模塊的高溫失效模型、模式、大數量芯片的多功率廠優化，下面的第三個圖就是我們目前做的一個雙面冷卻的模塊，在這個模塊上面的時候，首先它是雙面的，第二個，它再也沒有一般的模塊的建和線，另外就是做高溫開關的工作。
目前做來，我們已經做得了120伏、300培的模塊是建合型的，在左邊的這個，大家看到比較像HP1，實際上我們就是利用HP1的這些零件來做的高纖焊片、超聲波焊接。
另外一個就是我剛才講的，雙面冷卻的平面型模塊，體積都比原來有大幅的減少，正是因為做模塊里面很重要，你的焊接要保證在不同的溫度下都要可靠，因此要盡量降低空洞力，我們在釬焊和納米銀高方面的時候，也做了工藝的探究，這樣使得高纖焊料的時候，空洞力小于3%，用納米銀高的時候，及時在無壓力的燒接的模式下，空洞力量也要下于2%，這個都是未來保證它的可靠性的具體工作。
最后我們測了以后，我們自己做平面型模塊和CRUA的模塊來測，目前來看，從開關損耗來講相當大，這就說明目前我們從初步來講還是成功了。
在控制器方面，理論的東西我就不講了，我講一下對大家有用的東西，我們去想如果要把一個控制器做小，要實現一個高功率密度，單單是僅僅把模塊做小只是一個起步，其實我們更大的體積重量的部分在電容、散熱器，電容占了相當的一個體積，25%應該不止，而且我們也是和法拉電子有過一次討論，普通國家的國產電機驅動控制器的體積都比別人大，電容量也比別人大，其中可能也有一個原因，主要是在這邊和同行分享一下，其實電容的作用有兩個：
1、它必須要為開關提供脈沖電流，通過電池是來不及的，因為它的阻抗很大，所以這個功能是無可取代。你想先做一個高融資電容之前，你要先想做一個能夠提供大損失電流的電容，這才是更正確的一件事兒，那它當然也需要進行電壓的Data V的頻率作用，那我把頻率提升上去就可以了，它的作用從這個公式看的出來，你把C的容值降低的時候，提高的頻率就會是一樣的作用。而容值和體積是直接掛鉤的，我們做了一個符合功能的電容器的研發，首先我們研究在不同的工況下，實際上對容值的要求是不一樣的。再一個我們盡量去降低它的集成電感，這對于電器特性有好處，其實對于它能夠除根它的電流也有好處，更為重要的是說要對它進行溫度的調節控制或者降溫、散熱。在這個一個情況下，這是我們最初的設計，大家看這樣一個殼，這是我們的一個控制器的很大的殼，把模塊裝在水槽上，因為它自帶頻費，再往上裝控制板就構成整個的控制器，我們把它叫做符合功能的電容器，因為這里面把電容和母排全都集成在里面了，而且電容也可以得到直接的散熱。
最后我們做的實驗的結果是這樣，許用的文波電流從180安培提升到300安培，因為有一個點測量的地方覺得很高了，就是398這一點，我們覺得這個測點可能不太對，就保守的來說也是1.67倍，直接的來說可以降低C除以1.67，這個愿意拿出來和同行分享一下，這樣一來，這是電容，還包括機殼，在上面把模塊裝上去，做了一個非常小的，比信用卡大不了多少的主控板，在這里面優化它的算法，讓它能夠適應50K的控制頻率，因為我們還是想把這個頻率提升上去，利用碳化硅的優勢，最后做了這樣的一個控制器。
目前，我們做的時候是每升37個鉛，沒考慮溫度，因為前面有些地方也沒考慮溫度，現在的情況就是，還好讓我們對項目任務的完成有了一個信心，這相對來說是我們整個團隊比較新的東西，給大家報告一下，謝謝!