1995年，我国第一辆自主研发的电动汽车——“远望号”纯电动大客车下线，成为中国新能源汽车的“开山之作”。
30年，弹指一挥间。如今，我们国家新能源汽车年产销量已迈上千万辆级台阶，连续10年位居全球第一，产销量占全球比重超70%，成为中国“智”造的一张闪亮名片。
产销量问鼎全球的荣光背后，是一场接续奋斗的科技长征。国家新能源汽车技术创新中心（简称“国创中心”）总师、先进电驱动业务单元负责人刘朝辉就是这里面一员。他带领团队锁定新能源汽车的功率芯片和高密度电驱集成领域，在国际上首次提出用陶瓷电容集成方案替代传统薄膜电容，突破浸没式油冷热管理技术，大幅度的提高了新能源汽车电驱系统体积功率密度，开发功率级电机模拟器，打破国外科研设备的长期垄断。
十年如一日。刘朝辉与我们国家新能源汽车的发展同向同行，用一次次攻关诠释着科技报国的初心。
走进位于国创中心的“刘朝辉创新工作室”，约50平方米的房间里，科学技术创新的氛围扑面而来。2023年，工作室被认定为北京市级职工创新工作室——由刘朝辉作为国家重点研发计划课题负责人，带领团队瞄准新能源汽车先进电驱动系统和功率芯片封装研发与应用，开展技术攻关和成果转化应用工作。
工作室两侧的橱窗里，展示着团队的部分科研成果和获奖证书。其中，一款笔记本电脑大小的设备被放置在显眼的位置。“这是团队今年最新研发的第三代高功率密度碳化硅电机控制器，采用全球首创的陶瓷母线电容的设计的具体方案，体积功率密度可达75千瓦每升，高出国内行业中等水准的50%左右。”刘朝辉自信地说，这款电机控制器正在开展实车测试。目前，团队正在开发第四代产品，采用嵌入式工艺和氮化镓器件，预计功率密度这一指标还将大幅提升。
什么是体积功率密度？刘朝辉从最基础的原理讲起：在新能源汽车领域，“电池、电机、电控”三电系统是支撑整车运行的核心单元——电池是车辆的能量来源；电机将电能转化为机械能，驱动车辆前进；电控系统负责电机与电池的智能控制和管理。刘朝辉所深耕的电驱系统，指的是电机与电控的集成部分，是链接起能量与动力的核心枢纽，也是汽车运行的“心脏”，“不断的提高电驱系统的功率密度，可以让汽车更高效地运转。”
功率密度越高，电车性能越强，但同时也带来了成本、散热和可靠性等方面的挑战。面对这些全行业亟待突破的难题，团队另辟蹊径，提出用陶瓷电容替代传统薄膜电容的方案。
“陶瓷材料作为电容电介质，拥有非常良好的可靠性、低自热特性和高纹波电流耐受能力，在高温环境下稳定性高，体积小。”刘朝辉直言，起初，团队抱着试一试的态度，组装了一个陶瓷电容模块，没想到测试效果超出预想。后来，又经过了长达3年的论证、测试、优化等一系列工作，创意点子终于搭载上车。
国创中心门口的一块空地，就是科学技术成果的“练兵场”。刘朝辉打开一辆测试车的前引擎盖，指着一块装载了陶瓷电容的电机控制器介绍，这块控制器正在测试，不仅功率密度大，而且同等效果下，体积仅仅是此前的三分之一，“未来，它的体积还能做得更小！”
国内首台250千瓦电机模拟器，也在这间创新工作室里诞生。刘朝辉说，在新能源汽车电驱系统研发中，电机模拟是重要环节——利用计算机技术构建电机的精确模型，通过软件仿真来复现电机在真实环境中的电气、机械和热力等行为，从而替代或辅助物理实验来测试、分析和优化。
“此前，国内的电机模拟大部分被国外企业垄断，设备价格昂贵，动辄千万元起步。我们和哈尔滨工业大学（威海）汽车学院合作研发了国产的电机模拟器。这样的一个过程中，要保证模拟的精度、故障的注入、谐波的抑制等，待解决的问题很多。”刘朝辉介绍，经过一次次理论推导、现场调试，团队最终开发出了国产电机模拟器，试验结果可完全对标业内常用的设备，而价格仅为同种类型的产品的三分之一。
他们还在电机控制器研发过程中发现，目前新能源汽车碳化硅芯片封装技术仍由少数国外厂家垄断，我国汽车产业亟待新型封装形式。刘朝辉解释，封装就是保护芯片的“外衣”，是实现电气连接和散热的关键环节。在工信部重点专项、北京市杰青项目的支持下，刘朝辉团队突破了双面铜烧结共性封装工艺、高效散热器及低界面热阻集成方法等关键技术，开发出单面散热半桥塑封碳化硅功率芯片封装，模块的抗高温能力明显提升，功率循环寿命提高4倍，实现了关键零部件的自主替代。
刘朝辉出生在山西运城。和大多数男孩一样，汽车模型是他童年时期最喜欢的玩具。但是他从没想过，新能源汽车会成为未来职业生涯的关键词。
在北京航空航天大学读研究生期间，刘朝辉的研究方向是功率变换器的控制。该领域研究范围广泛，从航天器到飞机、汽车等都有涉及。真正选择从事新能源汽车行业，缘于2008年他在北京奥运会当志愿者的经历。
在奥运会举行期间，刘朝辉得知，我们国家新能源汽车专家、中国工程院院士孙逢春团队自主研发的新能源汽车在奥运核心区域运行。这是国际奥运史上第一次大规模使用电动汽车，推动了“科技奥运”和“绿色奥运”。刘朝辉对此印象极为深刻，这也让他对新能源汽车技术充满了好奇。在导师的支持下，他选择了电动汽车动力系统的控制算法作为硕士研究课题。
硕士毕业后，刘朝辉远赴英国谢菲尔德大学攻读博士，研究课题是新能源汽车的双向充电系统。他第一次接触第三代半导体——碳化硅器件。初到英国，实验室的电机台架、双向电源、多用途负载等都是国内难得一见的设备。
刘朝辉坦言，当时，国外在电驱系统的理论、技术、产业等方面，的确走在国际前列。而现在，短短十几年后，高功率密度的电驱动系统和第三代车规级半导体，已成为中国新能源汽车领域的核心技术之一，“这一次，是我们走在了国际前列”。第三代半导体也成为刘朝辉职业道路上最主要的研究对象。
攻读博士学位期间，刘朝辉十分珍惜难得的学习机会。他下定决心，“一定要比其他同学更努力！”于是，他成了实验室里最拼的人：到了晚上，其他同学陆续离开，他仍留在实验室加班，做实验、看示波器，经常熬夜到凌晨，累了就拖来几把椅子拼在一起，躺一会儿再继续干活。
这份勤奋不仅让刘朝辉顺利获得博士学位，而且，他的研究成果还得到了国际同行的认可。博士毕业后，刘朝辉到英国一家世界500强企业任职，从事新能源汽车研发工作。短短两年里，他两次升职，创造了公司华人工程师的晋升纪录。
2019年，刘朝辉受邀参加了北京市人才工作局、北京海外学人中心举办的“海外英才北京行”活动，其中一站是参观位于北京经开区的北汽新能源公司。“这次参观，让我了解到国内新能源汽车行业正在蒸蒸日上，也急需技术人才。国家新能源行业有基础，北京又有给力的政策支持，让我下定决心回国发展。”第二年，他加入了国创中心，从事新能源汽车电驱系统的研发工作。
这两年，为了进一步提升系统效率，刘朝辉团队开始在电机控制器的热管理方面做文章。“在新能源汽车的整个电机控制器中，发热最严重的就是芯片。目前，行业普遍采用水冷技术进行间接冷却。简单来说，就是将芯片固定在基板上，基板固定在水冷散热器上，散热器设置若干水道，冷水从一边进另一边出，从而带走热量。”他说，间接水冷方式经过多个界面传输热量，受到材料科学、热力学定律和实际工程设计等制约。此外，水冷的路径很长，导致一个散热模块就需要很多步骤，占用空间、消耗材料。
能不能把芯片直接浸没在散热介质里？科学技术创新突破往往来源于奇思妙想。此后的3年多里，刘朝辉带领团队一直在寻找这种符合绝缘条件的散热介质，直到他们尝试将有机硅油作为冷却介质，发现它具有不错的散热效率。
“此前没有人这样尝试过，无从参考，还需要面对行业的争议和质疑。”刘朝辉话锋一转，坚定地说，可就算只有一点点突破，他也不忍心放弃。3年多里，团队起码有两年在不断试错。有时耗费数月研发，冷却效果却毫无起色。
“技术方案经过很多次修改。一开始，我们仿照水冷装置，让油从一头进、另一头出。可油的流动性没有水好，注入腔体后黏糊糊的，散热效率不高。后来我们又想了很多办法，通过加导流板、改变液体流道等，促进介质流动，增加散热效果。”
1000多个日夜的艰苦攻关，刘朝辉带领团队最终完成了功率器件浸没式热管理技术的原理验证，实现了从0到1的突破。通过建立浸没式冷却系统多物理场热流耦合仿真模型，团队开发出全球首款浸没式油冷功率芯片封装模块——将功率芯片直接浸没在绝缘工质里，热量通过冷却介质直接传递，具有极强散热效率，效率比水冷技术高70%。
刘朝辉说，这项国际首创技术，彻底颠覆了原有的技术路线。目前，该技术已通过了初步测试，为高功率密度的系统集成提供了“中国方案”。
“科研成果从实验室中诞生，不能一直‘养’在实验室里，要送到产线和市场上接受检验。”近年来，随着团队结出慢慢的变多的果实，刘朝辉也在不断尝试“转型”——不仅做实验室的科研人员，还做成果转化人。
刘朝辉的办公室摆放着一个小巧的登机箱。近一年来，他飞行了70多次，足迹遍布国内新能源汽车企业和相关研发机构，对接市场和研发需求，将新技术推广到产业中。
“产业转化过程中，我们经历了艰难的转型。”刘朝辉直言，首先要在思维上转变，认识到技术的先进性并不等于产品的竞争力。“一个存在竞争力的产品，需要考虑用户接受程度、技术先进性和成本等多种因素。”
目前，新能源汽车领域仍面临着芯片供应紧张、技术封锁等困难。尤其是在碳化硅芯片封装方面，团队不仅要解决材料、设计、工艺等多技术难题，还要不断减少相关成本，以满足市场需求。刘朝辉举例说，团队曾经使用先进的纳米银烧结工艺来封装碳化硅芯片，但因为成本过高，难以推广开来。于是团队与浙江大学合作，开发了大面积纳米铜烧结的工艺，大幅度的降低了成本，产品更具竞争力。
刘朝辉的团队中，既有在新能源汽车行业深耕十几年的资深工程师，也有刚刚走上工作岗位朝气蓬勃的应届毕业生。资历和专业技能之外，他最看重的是小组成员的创新思维能力。“虽然大家平时工作很忙，但仍保持着对于新技术的兴趣和热情，一直关注产业领域发展。”刘朝辉欣慰地说，小组成员有一个共同的特点，就是闯劲儿足，每个人对于新知识，特别是新能源汽车相关的知识都有非常强烈的渴求。
“在新能源汽车领域，新质生产力特别的重要。我们要不停地改进革新，才能推动行业的高水平质量的发展。目标就是要让中国的新能源汽车技术走在世界前列。”他是这样说的，也是这样要求自己的——在成员眼中，被大家亲切地称为“刘博”的领头人，在工作中注重细节、精益求精，对工作汇报中“的地得”的用法都十分较真，要求成员必须精准使用；在生活中，他亲切随和，为团队营造了充满挑战又包容团结的工作氛围。
刘朝辉认为，创新并非仅局限于技术层面，还包含机制、思维及模式等多重维度。目前，国创中心已与剑桥大学、华威大学、英国国家汽车创新中心等多家海外研发机构建立了紧密合作伙伴关系，推动着全球新能源汽车的技术交流与发展。同时，中心还和英国谢菲尔德大学、意大利都灵理工大学、香港理工大学等高校组建联合实验室，一同推动博士生的联合培养，并以此为桥梁，深化新能源汽车领域的创新合作与国际交流。
今年，距离中国第一辆新能源汽车“远望号”上路行驶已逝去30年。这些年里，中国新能源汽车的发展，犹如滔滔不绝的江河，在政策护航和技术创新的双重推动下，汇聚成澎湃的时代洪流。
“面对前方未知的困难和挑战，我们要做的就是一步一个脚印，坚定前行。”刘朝辉透露，目前，团队正围绕第三代半导体的高性能电驱动系统展开研究，构建了“以材料机理为基础、先进封装为核心、电驱集成为应用”的研究框架，有望在功率芯片封装、电驱集成等方面取得进一步的系统性成果。
2035年，我国将基本实现社会主义现代化，从制造大国迈向制造强国。在新能源汽车发展的征途上，刘朝辉也给自己定下目标：在北京这片科学技术创新的热土上继续奋斗。
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