一、背景概述
電機驅(qū)動系統(tǒng)的性能直接決定了車輛的性能，是支撐電動汽車技術(shù)體系的三項關(guān)鍵共性技術(shù)之一。在要求方面，有高性能、可靠、安全、低成本等;在高性能方面，良好的電機驅(qū)動系統(tǒng)性能保證車輛的動力性、增加車輛續(xù)駛里程;在可靠性、安全性方面，直接影響到車輛的可用性和用戶的接受度;在低成本方面，電機驅(qū)動系統(tǒng)的成本將影響到新能源汽車的產(chǎn)業(yè)化進程。
中國科學(xué)院電工研究所高級工程師劉鈞
二、淺談降低成本的技術(shù)創(chuàng)新途徑
1. 美國DOE電驅(qū)系統(tǒng)成本目標(biāo)
2. 電驅(qū)系統(tǒng)成本構(gòu)成
控制器成本降低的主要技術(shù)途徑包括：(1)有效提升現(xiàn)有材料利用率及國產(chǎn)化率(Si基IGBT與電容組件);(2)功率控制總成與動力總成集成創(chuàng)新;(3)基于第三代半導(dǎo)體技術(shù)的全SiC控制器。
3. 提升Si基IGBT模塊的材料利用率
創(chuàng)新的IGBT封裝技術(shù)提升芯片單位面積電流承載能力，同時芯片工作結(jié)溫Tjop從125℃提升至175℃。
塑封/雙面冷卻封裝技術(shù)是被看好的規(guī)模化低成本方案之一;同時Tj在線檢測(芯片集成溫度傳感器與損耗/熱阻模型計算相結(jié)合)，減小設(shè)計余量。另外采用量大價廉的塑封分立器件(如特斯拉)，可有效降低模塊成本(估計>30%以上)。
4. 提高Si基IGBT模塊國產(chǎn)化率
IGBT 國際廠商優(yōu)勢明顯，國內(nèi)發(fā)展?jié)摿薮螅壳埃瑖鴥?nèi)已形成了 IDM 模式和代工模式的 IGBT 完整產(chǎn)業(yè)鏈。以中車、比亞迪為代表的廠商已成功實現(xiàn)國產(chǎn)IGBT在高鐵和新能源汽車中的應(yīng)用，新能源汽車/軌交市場需求加速IGBT國產(chǎn)替代。
中科院電工所功率器件檢測中心是目前國內(nèi)首家專門針對高壓大功率半導(dǎo)體器件的國家級CNAS認證實驗室，檢測中心對外服務(wù)的企業(yè)、研究機構(gòu)已超過30家，可提供工況下IGBT模塊壽命預(yù)測與實測。國內(nèi)IGBT廠商委托測試需求日益增加，產(chǎn)品成熟度快速提高。
5. 提高電容及疊層母排散熱能力
疊層母排兼有機械連接、電氣與有效熱傳導(dǎo)作用，通過導(dǎo)熱絕緣材料將母排壓接在散熱底板上，可以有效提高電容紋波電流、減小銅排尺寸。
6. 功率控制總成與動力總成集成創(chuàng)新
電機+控制器+減速器(或變速箱)的乘用車動力總成集成方案;主驅(qū)+油泵+氣泵+DCDC+高壓配電的多合一商用車功率控制總成(PCU)方案均能有效降低系統(tǒng)成本。
7. 第三代半導(dǎo)體SiC控制器
一代芯片、一代模塊、一代系統(tǒng)，SiC為代表的第三代半導(dǎo)體可以高效、高速、高溫工作，采用先進封裝技術(shù)可以數(shù)倍提升Si控制器功率密度(2020年國內(nèi)目標(biāo)為≥30kW/L，裝車≥1000套)。SiC+先進封裝技術(shù)可以有效降低控制器損耗，數(shù)倍提升控制器功率密度，規(guī)模化的系統(tǒng)綜合成本是有優(yōu)勢的。
我國SiC芯片、模塊及控制器技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)速度加快，與國際成熟技術(shù)差距不斷縮小。