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【匡廷云团队首次解析光合作用“绿巨人”空间结构】光合作用是地球生物安全而又高效地获取太阳能量的主要途径。在植物中，运行光合作用的场所——光合膜有着复杂而精细的结构。
北京时间2021年12月9日凌晨0时，《自然》以长文形式在线发表了中国科学院植物研究所（以下简称植物所）匡廷云院士团队与浙江大学张兴团队联合完成的突破性研究成果https://t.cn/A6xjFl8p。
他们首次解析了大麦中一个包含55个蛋白亚基的叶绿体超分子复合体的高分辨率空间结构，是目前最大的已获得高分辨率结构的高等植物叶绿体超分子复合体，并首次揭示了光合膜上这个“绿巨人”的组装原理。
解析“大块头”的精细结构
“光合作用中光能的吸收、传递和转换发生在光合膜上，是由光合膜上具有一定分子排列和空间构像的蛋白质超分子复合体完成的。”中国科学院院士匡廷云在接受《中国科学报》采访时说，光合膜上有光系统Ⅰ和光系统Ⅱ等多个超分子复合体，是光能高效吸收、传递和转化的场所。
该研究首次解析的“绿巨人”就是由其中多个超分子复合体进一步组装而成的。论文通讯作者、植物所研究员韩广业告诉《中国科学报》，此前研究已经得知该复合体由三个大基团组成，是一个庞大而复杂的结构。但其具体组成和精细结构尚不清楚。
匡廷云解释说，光合作用的电子传递在光合膜上有两种类型，一种是线性电子传递，另一个是围绕光系统Ⅰ的环式电子传递。
环式电子传递是光能转化途径之一，也调控着二氧化碳的高效固定。而该超分子复合体就与环式电子传递链有密切关系。搞清楚“绿巨人”的精细结构对理解光合作用光能转化调控机理有着非常重要的理论意义。
“国际上有几个先进的研究团队在做这项研究。这次我们首先发表了它的高分辨率结构，得益于长期坚持不懈的努力。”匡廷云说。
韩广业告诉《中国科学报》，像“绿巨人”这么大的超分子复合体很难获得，要想获得它的结构并不容易。经过多年实验，他们最终分离提纯到该超分子复合体，并利用冷冻电镜“看”到了它的高分辨率结构。
论文共同第一作者、植物所研究员王文达介绍，大麦光系统Ⅰ—NDH复合体由2个光系统Ⅰ亚复合体、1个NDH亚复合体及一个未知蛋白USP组成，共包含55个蛋白亚基、298个叶绿素分子、67个类胡萝卜素分子和25个脂分子，总分子量约1.6 MDa。其中，NDH是一个类还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸脱氢酶复合体。
“这是目前最大的已获得高分辨率结构的高等植物叶绿体超分子复合体。”匡廷云说。
揭示环式光电子传递的结构基础
在获得了大麦光系统I（PSI）—NDH复合体高分辨率结构之后，该团队进一步解析了复合体中各个基团之间的相互作用和组装原理。
论文第一作者、植物所已毕业博士研究生沈亮亮介绍，光合作用光反应过程是在一系列镶嵌在光合膜上的蛋白质超分子复合体中进行的，通过光驱动光系统II和光系统I反应中心的电荷分离及光合电子传递，将光能转化为化学能，形成ATP（腺嘌呤核苷三磷酸）和还原力NADPH，用于暗反应中的二氧化碳固定。光系统I和光系统II催化两种类型光合电子传递，分别为环式电子传递和线性电子传递。
通过光诱导水裂解产生的电子依次经过光系统II、细胞色素b6f和光系统I，最后形成还原力NADPH，这样的电子传递方式称为线性电子传递。在这个过程中，质子被泵入类囊体囊腔中，产生跨膜质子梯度来驱动ATP合酶合成ATP。
沈亮亮说，如果电子经过光系统I后没有形成还原力NADPH，而是返回到质体醌库和细胞色素b6f中，并继续返回到光系统I上，这种围绕PSI进行的电子传递方式称为环式电子传递。这一过程仅产生跨膜质子梯度并形成ATP，而不产生还原力NADPH。
韩广业解释说，围绕光系统I的环式电子传递在调节植物光合作用中ATP/NADPH 的比例、满足二氧化碳固定、各种生理反应需求和调节光合生物响应环境变化等方面具有重要作用。
而NDH介导的围绕光系统I的环式电子传递是光合环式电子传递的主要途径之一，对维持光合固碳过程中ATP的供应及逆境胁迫条件下类囊体膜基质氧化还原状态具有重要功能。
他们的研究首次揭示了光系统I中两个特殊天线亚基的精确位置和结构特点，其介导了光系统I与NDH之间的相互作用；首次揭示了10个高等植物叶绿体特有的NDH亚基的精确位置和结构特点，这些新亚基与NDH的膜内亚基相互作用，对维持该超分子复合物的稳定有着重要的功能。
“我们解析的大麦光系统Ⅰ—NDH复合体高分辨率结构，揭示了高等植物叶绿体PSⅠ—NDH复合体介导环式光合电子传递调控的结构基础。”匡廷云说。
为提高光合效率提供新思路
匡廷云团队长期关注光合作用机理研究。她告诉《中国科学报》，这项研究结果不仅对深入理解环式光合电子传递调控的机制有重要意义，而且还帮助理解被子植物在进化过程中如何适应陆生光环境具有重要意义。
她说，进化史上，植物登陆前生活在海水中，光线会随着水深的增加而逐渐减弱，水生生物的光合作用“善于”捕捉各种光强的光线，以充分吸收和利用太阳光能。然而，随着被子植物登陆，生活环境发生了巨大变化，其中一个显著变化就是光照变强了。于是，光合膜适应陆生环境，进化出抗强光照射的光保护机制，这使得被子植物得以生存下来。
匡廷云指出，光合生物的光系统是不尽相同的。大麦是一种高等植物，因此，大麦光系统Ⅰ—NDH复合体的空间结构有典型性，同时也能为研究其他植物的叶绿体超分子复合体提供参考。
“大麦既是一种粮食作物，也是一种饲草作物。”匡廷云说，这项研究对提高饲草及作物光能转化、二氧化碳固定效率及抗逆能力具有重要指导意义。
韩广业说，了解了光系统Ⅰ—NDH复合体的空间结构之后，就可以利用合成生物学技术，构建新型高效的光合膜电子传递线路，优化光合膜能量传递途径，为打造高光效和高固碳光合元件和模块提供新思路。
“大麦的基因组图谱是很清楚的，所以这项研究也为设计高产和高抗逆性的优质饲草及作物提供了新的技术路线。”匡廷云说。https://t.cn/A6xYDL1C
北京时间2021年12月9日凌晨0时，《自然》以长文形式在线发表了中国科学院植物研究所（以下简称植物所）匡廷云院士团队与浙江大学张兴团队联合完成的突破性研究成果https://t.cn/A6xjFl8p。
他们首次解析了大麦中一个包含55个蛋白亚基的叶绿体超分子复合体的高分辨率空间结构，是目前最大的已获得高分辨率结构的高等植物叶绿体超分子复合体，并首次揭示了光合膜上这个“绿巨人”的组装原理。
解析“大块头”的精细结构
“光合作用中光能的吸收、传递和转换发生在光合膜上，是由光合膜上具有一定分子排列和空间构像的蛋白质超分子复合体完成的。”中国科学院院士匡廷云在接受《中国科学报》采访时说，光合膜上有光系统Ⅰ和光系统Ⅱ等多个超分子复合体，是光能高效吸收、传递和转化的场所。
该研究首次解析的“绿巨人”就是由其中多个超分子复合体进一步组装而成的。论文通讯作者、植物所研究员韩广业告诉《中国科学报》，此前研究已经得知该复合体由三个大基团组成，是一个庞大而复杂的结构。但其具体组成和精细结构尚不清楚。
匡廷云解释说，光合作用的电子传递在光合膜上有两种类型，一种是线性电子传递，另一个是围绕光系统Ⅰ的环式电子传递。
环式电子传递是光能转化途径之一，也调控着二氧化碳的高效固定。而该超分子复合体就与环式电子传递链有密切关系。搞清楚“绿巨人”的精细结构对理解光合作用光能转化调控机理有着非常重要的理论意义。
“国际上有几个先进的研究团队在做这项研究。这次我们首先发表了它的高分辨率结构，得益于长期坚持不懈的努力。”匡廷云说。
韩广业告诉《中国科学报》，像“绿巨人”这么大的超分子复合体很难获得，要想获得它的结构并不容易。经过多年实验，他们最终分离提纯到该超分子复合体，并利用冷冻电镜“看”到了它的高分辨率结构。
论文共同第一作者、植物所研究员王文达介绍，大麦光系统Ⅰ—NDH复合体由2个光系统Ⅰ亚复合体、1个NDH亚复合体及一个未知蛋白USP组成，共包含55个蛋白亚基、298个叶绿素分子、67个类胡萝卜素分子和25个脂分子，总分子量约1.6 MDa。其中，NDH是一个类还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸脱氢酶复合体。
“这是目前最大的已获得高分辨率结构的高等植物叶绿体超分子复合体。”匡廷云说。
揭示环式光电子传递的结构基础
在获得了大麦光系统I（PSI）—NDH复合体高分辨率结构之后，该团队进一步解析了复合体中各个基团之间的相互作用和组装原理。
论文第一作者、植物所已毕业博士研究生沈亮亮介绍，光合作用光反应过程是在一系列镶嵌在光合膜上的蛋白质超分子复合体中进行的，通过光驱动光系统II和光系统I反应中心的电荷分离及光合电子传递，将光能转化为化学能，形成ATP（腺嘌呤核苷三磷酸）和还原力NADPH，用于暗反应中的二氧化碳固定。光系统I和光系统II催化两种类型光合电子传递，分别为环式电子传递和线性电子传递。
通过光诱导水裂解产生的电子依次经过光系统II、细胞色素b6f和光系统I，最后形成还原力NADPH，这样的电子传递方式称为线性电子传递。在这个过程中，质子被泵入类囊体囊腔中，产生跨膜质子梯度来驱动ATP合酶合成ATP。
沈亮亮说，如果电子经过光系统I后没有形成还原力NADPH，而是返回到质体醌库和细胞色素b6f中，并继续返回到光系统I上，这种围绕PSI进行的电子传递方式称为环式电子传递。这一过程仅产生跨膜质子梯度并形成ATP，而不产生还原力NADPH。
韩广业解释说，围绕光系统I的环式电子传递在调节植物光合作用中ATP/NADPH 的比例、满足二氧化碳固定、各种生理反应需求和调节光合生物响应环境变化等方面具有重要作用。
而NDH介导的围绕光系统I的环式电子传递是光合环式电子传递的主要途径之一，对维持光合固碳过程中ATP的供应及逆境胁迫条件下类囊体膜基质氧化还原状态具有重要功能。
他们的研究首次揭示了光系统I中两个特殊天线亚基的精确位置和结构特点，其介导了光系统I与NDH之间的相互作用；首次揭示了10个高等植物叶绿体特有的NDH亚基的精确位置和结构特点，这些新亚基与NDH的膜内亚基相互作用，对维持该超分子复合物的稳定有着重要的功能。
“我们解析的大麦光系统Ⅰ—NDH复合体高分辨率结构，揭示了高等植物叶绿体PSⅠ—NDH复合体介导环式光合电子传递调控的结构基础。”匡廷云说。
为提高光合效率提供新思路
匡廷云团队长期关注光合作用机理研究。她告诉《中国科学报》，这项研究结果不仅对深入理解环式光合电子传递调控的机制有重要意义，而且还帮助理解被子植物在进化过程中如何适应陆生光环境具有重要意义。
她说，进化史上，植物登陆前生活在海水中，光线会随着水深的增加而逐渐减弱，水生生物的光合作用“善于”捕捉各种光强的光线，以充分吸收和利用太阳光能。然而，随着被子植物登陆，生活环境发生了巨大变化，其中一个显著变化就是光照变强了。于是，光合膜适应陆生环境，进化出抗强光照射的光保护机制，这使得被子植物得以生存下来。
匡廷云指出，光合生物的光系统是不尽相同的。大麦是一种高等植物，因此，大麦光系统Ⅰ—NDH复合体的空间结构有典型性，同时也能为研究其他植物的叶绿体超分子复合体提供参考。
“大麦既是一种粮食作物，也是一种饲草作物。”匡廷云说，这项研究对提高饲草及作物光能转化、二氧化碳固定效率及抗逆能力具有重要指导意义。
韩广业说，了解了光系统Ⅰ—NDH复合体的空间结构之后，就可以利用合成生物学技术，构建新型高效的光合膜电子传递线路，优化光合膜能量传递途径，为打造高光效和高固碳光合元件和模块提供新思路。
“大麦的基因组图谱是很清楚的，所以这项研究也为设计高产和高抗逆性的优质饲草及作物提供了新的技术路线。”匡廷云说。https://t.cn/A6xYDL1C
800V系列电驱专家电话会纪要
新能源汽车电驱动研发
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KEY TAKEWAYS
1、800V升级零部件变化：
1）电机控制器、OBC、DC/DC：SiC Mos取代硅基IGBT，这是最主要的变化；
2）电机：高速电机转矩小、铜线细、体积变小，铜、铝用量减少，价格下降；
3）保险丝、连接器、高压线束：电流减小，体积减小/要求减小，正常看价格是下降的。
2、碳化硅必要性和价格情况：
1）必要性：耐压、稳定性、频率优于硅基IGBT；国家战略推碳化硅；优化电机结构，有降本空间；
2）价格：短期价格高，价格是硅基IGBT 3-5倍；长期价格应低于硅基IGBT，IGBT用单晶硅被国外垄断，MOS结构成本低于IGBT（碳化硅MOSFET效果优于硅基IGBT），国产化后碳化硅成本下降。
3、800V升级对电池寿命影响：
1）高电压对寿命无影响，可以改变串并联方式；
2）高功率下8-10C充电倍率（无人机）会致寿命衰减60%；
3）预计未来五年内能够解决充电倍率和寿命的问题。
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Q：400V升级800V架构对哪些环节的变化比较大？从技术和产品价格两个维度分析一下？
升级800V不是简单的零部件升级，而是电压平台升级。电动汽车原先用400V平台，升级后电机、电控、OBC、DC/DC、线束等跟大功率相关的部件都要升级。电动车驱动功率越做越大，大功率应用在现有400V母线里面电流会很大，产生两大问题：
1）充电线束很粗；
2）热耗大，散热有很大的麻烦，能耗大，不符合绿色发展理念。
因此大家推800V，整个电机、电控、OBC、DC/DC、高压线束、电池都要升级到800V。其中：
1）电机：价格跟铜、铝使用量直接挂钩，电机结构上体积和扭矩成正比。碳化硅替代后，电机转速更高，扭矩减少，铜、铝用量下降，因此电机在高压平台上成本下降。
2）功率半导体：电机控制器、OBC、DC/DC等功率器件，碳化硅取代硅基IGBT，目前看，价格更贵，碳化硅是IGBT的价格3-5倍，但长远看碳化硅价格会比IGBT便宜。
3）保险丝：电流减小，成本下降。
4）连接器：电流减小，设计更简单，大功率散热需求下降。
5）高压线束：电流减小，成本下降。
Q：碳化硅替代硅基IGBT的技术路线，车企是从什么角度考虑技术更迭？
不光电驱厂家，整个工控领域都会往碳化硅转。原因：
1）碳化硅本身材料性质比硅好，耐压、稳定性更好；
2）国家战略层面，中国硅基IGBT被欧美压制，碳化硅基本国内外同一起跑线，投入产出有相对优势，有可能实现碳化硅功率器件的超车。
3）控制端：电机控制器功率器件频率提高，现在8k-10kHz，如果用碳化硅MOSFET，可以提高到1兆或几兆Hz，控制频率更高。
Q：一些供应商推电驱动3+3方案，华为、比亚迪等推多合一方案，两个方案的区别以及未来哪一个方案会主导市场？
1）3+1：电驱动供应商基本采用3+3，如国外博世、大陆，国内汇川、精进、英搏尔、巨一等。从供应商角度出发，3+3产品可以做得精致，给主机厂供货以基本单元供货，容易获得比较大的客户群体。八合一功能不一定适合每一个主机厂，会影响产品销售的格局。供应商更喜欢3+3形式，电机、电控、减速器，把产品结构和体积控制好，就能给各个客户去开拓；做多合一，客户群体受限。
2）车企多合一：比亚迪等主机厂喜欢推多合一，主要原因在于资源整合能力强，供应链体系强势，能够协调体系做多合一。主机厂车型自己把控，每个车型都可以定制，车型量可以自己规划。主机厂做多合一有先天优势，别人只需要给它供部件。只要有设计开发能力，就能完成多合一产品整合。
3）华为七合一：我并不是很看好。华为到底是供应商，给主机厂供多合一（eg.假如比亚迪、吉利、上汽都用华为，主机厂车型难以形成差异化价格），主机厂必然要主导产品动力性差异。如果华为做多合一，面临各个客户需求不同，要变更设计。
预计后面国内主机厂都会花大力气组建动力总成团队。市面上主机厂动力总成占整车成本10-15%，价值7,000-8,000元，贵一点10,000元左右（三合一）。假如主机厂一个车型一年预估40万台，以10,000元一套为标准，40亿，给供应商做不如自己做，更划算。汽油车领域，大部分主机厂掌握发动机生产设计，一般是前期外部供，后期建立自己的发动机厂，因为这是高附加值、高产值产品。预计后面会看到国内主机厂逐渐花大力气组建新能源动力总成研发团队。供应商可能供电机的定子、转子，电控供电路板等等，壳体方面也会根据车型定位主机厂自己设计。
Q：800V高压平台的升级对电池寿命的影响如何？
800V高压对电池本体来说没有什么影响。电池是串并联堆积，400V根据容量对应串并联数量，800V改变串并联（eg. 2并变成1并），电压上升一倍。在800V下，电池大功率供电的时候对寿命影响跟400V没变化。
充电倍率提高对寿命有影响。目前国内大功率充电有应用，短期是2C充电倍率，未来可能会到8C、10C，现在的电池如果用8C或10C倍率充电，寿命会衰减60%（例如无人机快充）。电池在快充中，正负极两端会积聚大量电荷，快速充电导致晶格损坏崩塌。
充电功率不提升的话对寿命没影响，若300kW升到700-800kW，寿命有影响。国内有厂家在研究电池快充，我预计前面2年快充供电功率有所受限，不会全程支持4-5C，而是会在某个时间点通过BMS放宽充电倍率，其他区间限制充电倍率。预计未来5年会解决充电问题。电池散热更精准，电池晶格、充电机制有一些优化。
Q：升级至800V后，电源模块也要使用碳化硅，价值量的变动是什么样子的？
DC/DC是高低压系统连接点，按目前技术发展来说不会改变，DC/DC和OBC同属一个产品，一体两用，两个部件都会保持。价值量方面：
1）电控系统有很强意愿去做碳化硅，OBC和DC/DC碳化硅使用量小，整个价值提升空间不是太大；
2）可能前期碳化硅成本高，但后期原材料成本会比硅基低，我预计会有5-10%降本空间。
Q：为什么升级800V会导致电机的价值量下降？为什么说碳化硅后期成本会低于硅基IGBT？
800V跟400V差异是电压值，母线电压从400V到800V。对零部件来说，电机整体体积跟电机扭矩成正比，功率不变，扭矩越小，体积越小（重量也越小）。升级800V后，电机转速做到2万转，扭矩可以做小，整个电机用铜、铝减少；铜的成本会减少一半，铝壳用量也会减少，整个电机价值会往下走。电机成本主要用铜量、铝量核算，耐压材料（高耐压绝缘漆）占比很小，不会看耐压材料去统计。电控里面，除了控制板，没有变化，功率板里面SiC会取代IGBT，目前碳化硅价格是IGBT3-5倍。
碳化硅用材是碳跟硅，跟纯硅成本没有本质差异。
1）在构型方面，为了解决硅基耐压不够的问题，IGBT构型加了衬底，同时通过磨薄工艺把衬底磨薄，增加两个工艺步骤，相应增加设备、人员投入。
2）MOSFET构型工艺国内很成熟，不需要重新增加设备和人员去做后面2个工艺，成本投入减小。
3）硅基IGBT当中90%单晶硅被日本等3家企业垄断，他们根据半导体厂家计划生产单晶硅，价格不会随市场变化调整。碳化硅领域，日本和中国没有很大区别，中国产业化做起来的话，整个碳化硅原材料成本会比硅成本大幅度下降。因此碳化硅材料做MOSFET会比硅基IGBT便宜。
Q：为什么说线束、连接器、熔断器不会因为高压带来耐压价值量提升？
在高压升级情况下，熔断丝、高压继电器里面没有本质差异。400V和800V耐压值在工业里面都属于低压用电系统，整个原材料变化不会很大。另外，线束800V升级后，功率不变，电流降一半，发热量是原来1/4，主机厂采购产品的时候看用铜量，不看绝缘层（绝缘层成本不超过5%）。连接器会在接触电阻镀金或镀银，未来做成低接触电阻，产品做小，技术含量提高，整个里面的用材减少了，同时电流变小，散热需求小，不需要单独加冷却系统，价值量也会下降。
Q：电控自制是否是未来发展的趋势？蔚来自制，小鹏理想有汇川支持，未来理想和小鹏会自制吗？
主机厂电控自制是一种趋势。对于电动汽车来说，动力总成系统比原有燃油车发动机系统简单（发动机技术比电动机技术复杂，变速箱AT、CVT等比电动车的减速器要复杂），电机控制器实际上也与工控里面变频器相差不大。
但很多电动车的价值比传统汽车贵，那么必然在电机电控的设计上要体现差异。因此，
1）主机厂从本质上来说有自主设计动力总成的需求，形成差异化；
2）中国是第一大电机生产国，行业成熟；减速器在中国也成熟，成本很低；唯一难点在电机控制器，国内做得好的不是很多（也有几家汇川、电驱动），但不是跟国外完全不能比，中国要搞控制，也有相关的人才。因此主机厂自制电机电控是必然趋势。
新势力电控自制方面：
1）蔚来自己干；
2）理想谋求自己做；
3）小鹏预计也会考虑。
国内上汽有华域、吉利有威睿，都能解决自制这个问题。我看好主机厂自制，但不是所有电机里面的部件都做，更多做三合一系统结构的设计，里面定转子没必要自己做。预计未来3-5年很多主机厂会进入这一块，自制电机电控。
Q：电压平台升级至800V，电驱、热管理压缩机平台上面有哪些技术应用？比如电机油冷、扁线？
1）从电驱动角度来说，油冷、扁线和电压平台没有关系，油冷散热跟800V平台没有必要联系。400V发热量大一点，油冷效果好一些，800V可能不用油冷，直接用风冷，结构更简单。
2）热管理压缩机升级800V之后对散热要求会更低，这一块成本也会降一些。压缩机没有新的技术。
扁线目的是解决电驱动绕组问题，槽里面有间隙。扁线电机会有两个提升：
1）电机成本下降。铜线与槽空间的比值叫槽满率，原先在75-80%；扁线电机的线长、宽、高设计标准化高，槽型设计成矩形，扁线电机把整个矩形填满，提高槽满率，电机体积能够做小，成本下降；
2）加速散热。原来铜线之间有间隙（空气热阻大，线束散热不好）扁线能够规避间隙问题，线与线之间没有空隙，发热量能够通过周边的线传递出去，加速散热。
Q：目前高压充电桩以电车厂自己投入为主，以后800V超充普及，国家会不会统一高压充电标准，统一配套？
现在大部分高压充电桩是400V，800V充电桩耐压值要往上提，原有充电桩要取消重建。充电桩里面实际上是一个个小型充电模块并在一块，可以跟电池一样做串并联变更。
国家做充电桩投资可能性不大。但大功率充电在国家角度来说是势在必行，若欧美先走会建立壁垒，限制国内发展。充电桩企业把充电模块的硅基IGBT切换成碳化硅，这边会有一些投入。
Q：主机厂、新势力自制高压电控是一种趋势，小鹏、理想如果要在电控自制方面追赶蔚来要多久？
小鹏、理想自己研发高压系统，但三合一没有去做，并不是说国内没有人才，人才队伍建设要时间积累。如果主机厂自己做电控，要对整个车型的量有规定，量少不适合自己做，研发体系、验证整个流程需要3-5年的时间。
理想和小鹏这一块还没有开始建，估计会滞后蔚来3年左右。如果花钱投入，把行业领军任务、精英挖来，采购其他公司成熟的研发体系，时间可能会缩短，1.5-2年也是有可能，但投入会比较大。
据我了解，理想前期对产品没有很大信心，理想ONE销量提振信心，他们后面在电动汽车这一块会比较大的动作。理想增程器方面在摆脱东安，做自研，这也是他们自己研究动力总成的信号。小鹏不是太了解，不能给出明确分析。
新能源汽车电驱动研发
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KEY TAKEWAYS
1、800V升级零部件变化：
1）电机控制器、OBC、DC/DC：SiC Mos取代硅基IGBT，这是最主要的变化；
2）电机：高速电机转矩小、铜线细、体积变小，铜、铝用量减少，价格下降；
3）保险丝、连接器、高压线束：电流减小，体积减小/要求减小，正常看价格是下降的。
2、碳化硅必要性和价格情况：
1）必要性：耐压、稳定性、频率优于硅基IGBT；国家战略推碳化硅；优化电机结构，有降本空间；
2）价格：短期价格高，价格是硅基IGBT 3-5倍；长期价格应低于硅基IGBT，IGBT用单晶硅被国外垄断，MOS结构成本低于IGBT（碳化硅MOSFET效果优于硅基IGBT），国产化后碳化硅成本下降。
3、800V升级对电池寿命影响：
1）高电压对寿命无影响，可以改变串并联方式；
2）高功率下8-10C充电倍率（无人机）会致寿命衰减60%；
3）预计未来五年内能够解决充电倍率和寿命的问题。
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Q：400V升级800V架构对哪些环节的变化比较大？从技术和产品价格两个维度分析一下？
升级800V不是简单的零部件升级，而是电压平台升级。电动汽车原先用400V平台，升级后电机、电控、OBC、DC/DC、线束等跟大功率相关的部件都要升级。电动车驱动功率越做越大，大功率应用在现有400V母线里面电流会很大，产生两大问题：
1）充电线束很粗；
2）热耗大，散热有很大的麻烦，能耗大，不符合绿色发展理念。
因此大家推800V，整个电机、电控、OBC、DC/DC、高压线束、电池都要升级到800V。其中：
1）电机：价格跟铜、铝使用量直接挂钩，电机结构上体积和扭矩成正比。碳化硅替代后，电机转速更高，扭矩减少，铜、铝用量下降，因此电机在高压平台上成本下降。
2）功率半导体：电机控制器、OBC、DC/DC等功率器件，碳化硅取代硅基IGBT，目前看，价格更贵，碳化硅是IGBT的价格3-5倍，但长远看碳化硅价格会比IGBT便宜。
3）保险丝：电流减小，成本下降。
4）连接器：电流减小，设计更简单，大功率散热需求下降。
5）高压线束：电流减小，成本下降。
Q：碳化硅替代硅基IGBT的技术路线，车企是从什么角度考虑技术更迭？
不光电驱厂家，整个工控领域都会往碳化硅转。原因：
1）碳化硅本身材料性质比硅好，耐压、稳定性更好；
2）国家战略层面，中国硅基IGBT被欧美压制，碳化硅基本国内外同一起跑线，投入产出有相对优势，有可能实现碳化硅功率器件的超车。
3）控制端：电机控制器功率器件频率提高，现在8k-10kHz，如果用碳化硅MOSFET，可以提高到1兆或几兆Hz，控制频率更高。
Q：一些供应商推电驱动3+3方案，华为、比亚迪等推多合一方案，两个方案的区别以及未来哪一个方案会主导市场？
1）3+1：电驱动供应商基本采用3+3，如国外博世、大陆，国内汇川、精进、英搏尔、巨一等。从供应商角度出发，3+3产品可以做得精致，给主机厂供货以基本单元供货，容易获得比较大的客户群体。八合一功能不一定适合每一个主机厂，会影响产品销售的格局。供应商更喜欢3+3形式，电机、电控、减速器，把产品结构和体积控制好，就能给各个客户去开拓；做多合一，客户群体受限。
2）车企多合一：比亚迪等主机厂喜欢推多合一，主要原因在于资源整合能力强，供应链体系强势，能够协调体系做多合一。主机厂车型自己把控，每个车型都可以定制，车型量可以自己规划。主机厂做多合一有先天优势，别人只需要给它供部件。只要有设计开发能力，就能完成多合一产品整合。
3）华为七合一：我并不是很看好。华为到底是供应商，给主机厂供多合一（eg.假如比亚迪、吉利、上汽都用华为，主机厂车型难以形成差异化价格），主机厂必然要主导产品动力性差异。如果华为做多合一，面临各个客户需求不同，要变更设计。
预计后面国内主机厂都会花大力气组建动力总成团队。市面上主机厂动力总成占整车成本10-15%，价值7,000-8,000元，贵一点10,000元左右（三合一）。假如主机厂一个车型一年预估40万台，以10,000元一套为标准，40亿，给供应商做不如自己做，更划算。汽油车领域，大部分主机厂掌握发动机生产设计，一般是前期外部供，后期建立自己的发动机厂，因为这是高附加值、高产值产品。预计后面会看到国内主机厂逐渐花大力气组建新能源动力总成研发团队。供应商可能供电机的定子、转子，电控供电路板等等，壳体方面也会根据车型定位主机厂自己设计。
Q：800V高压平台的升级对电池寿命的影响如何？
800V高压对电池本体来说没有什么影响。电池是串并联堆积，400V根据容量对应串并联数量，800V改变串并联（eg. 2并变成1并），电压上升一倍。在800V下，电池大功率供电的时候对寿命影响跟400V没变化。
充电倍率提高对寿命有影响。目前国内大功率充电有应用，短期是2C充电倍率，未来可能会到8C、10C，现在的电池如果用8C或10C倍率充电，寿命会衰减60%（例如无人机快充）。电池在快充中，正负极两端会积聚大量电荷，快速充电导致晶格损坏崩塌。
充电功率不提升的话对寿命没影响，若300kW升到700-800kW，寿命有影响。国内有厂家在研究电池快充，我预计前面2年快充供电功率有所受限，不会全程支持4-5C，而是会在某个时间点通过BMS放宽充电倍率，其他区间限制充电倍率。预计未来5年会解决充电问题。电池散热更精准，电池晶格、充电机制有一些优化。
Q：升级至800V后，电源模块也要使用碳化硅，价值量的变动是什么样子的？
DC/DC是高低压系统连接点，按目前技术发展来说不会改变，DC/DC和OBC同属一个产品，一体两用，两个部件都会保持。价值量方面：
1）电控系统有很强意愿去做碳化硅，OBC和DC/DC碳化硅使用量小，整个价值提升空间不是太大；
2）可能前期碳化硅成本高，但后期原材料成本会比硅基低，我预计会有5-10%降本空间。
Q：为什么升级800V会导致电机的价值量下降？为什么说碳化硅后期成本会低于硅基IGBT？
800V跟400V差异是电压值，母线电压从400V到800V。对零部件来说，电机整体体积跟电机扭矩成正比，功率不变，扭矩越小，体积越小（重量也越小）。升级800V后，电机转速做到2万转，扭矩可以做小，整个电机用铜、铝减少；铜的成本会减少一半，铝壳用量也会减少，整个电机价值会往下走。电机成本主要用铜量、铝量核算，耐压材料（高耐压绝缘漆）占比很小，不会看耐压材料去统计。电控里面，除了控制板，没有变化，功率板里面SiC会取代IGBT，目前碳化硅价格是IGBT3-5倍。
碳化硅用材是碳跟硅，跟纯硅成本没有本质差异。
1）在构型方面，为了解决硅基耐压不够的问题，IGBT构型加了衬底，同时通过磨薄工艺把衬底磨薄，增加两个工艺步骤，相应增加设备、人员投入。
2）MOSFET构型工艺国内很成熟，不需要重新增加设备和人员去做后面2个工艺，成本投入减小。
3）硅基IGBT当中90%单晶硅被日本等3家企业垄断，他们根据半导体厂家计划生产单晶硅，价格不会随市场变化调整。碳化硅领域，日本和中国没有很大区别，中国产业化做起来的话，整个碳化硅原材料成本会比硅成本大幅度下降。因此碳化硅材料做MOSFET会比硅基IGBT便宜。
Q：为什么说线束、连接器、熔断器不会因为高压带来耐压价值量提升？
在高压升级情况下，熔断丝、高压继电器里面没有本质差异。400V和800V耐压值在工业里面都属于低压用电系统，整个原材料变化不会很大。另外，线束800V升级后，功率不变，电流降一半，发热量是原来1/4，主机厂采购产品的时候看用铜量，不看绝缘层（绝缘层成本不超过5%）。连接器会在接触电阻镀金或镀银，未来做成低接触电阻，产品做小，技术含量提高，整个里面的用材减少了，同时电流变小，散热需求小，不需要单独加冷却系统，价值量也会下降。
Q：电控自制是否是未来发展的趋势？蔚来自制，小鹏理想有汇川支持，未来理想和小鹏会自制吗？
主机厂电控自制是一种趋势。对于电动汽车来说，动力总成系统比原有燃油车发动机系统简单（发动机技术比电动机技术复杂，变速箱AT、CVT等比电动车的减速器要复杂），电机控制器实际上也与工控里面变频器相差不大。
但很多电动车的价值比传统汽车贵，那么必然在电机电控的设计上要体现差异。因此，
1）主机厂从本质上来说有自主设计动力总成的需求，形成差异化；
2）中国是第一大电机生产国，行业成熟；减速器在中国也成熟，成本很低；唯一难点在电机控制器，国内做得好的不是很多（也有几家汇川、电驱动），但不是跟国外完全不能比，中国要搞控制，也有相关的人才。因此主机厂自制电机电控是必然趋势。
新势力电控自制方面：
1）蔚来自己干；
2）理想谋求自己做；
3）小鹏预计也会考虑。
国内上汽有华域、吉利有威睿，都能解决自制这个问题。我看好主机厂自制，但不是所有电机里面的部件都做，更多做三合一系统结构的设计，里面定转子没必要自己做。预计未来3-5年很多主机厂会进入这一块，自制电机电控。
Q：电压平台升级至800V，电驱、热管理压缩机平台上面有哪些技术应用？比如电机油冷、扁线？
1）从电驱动角度来说，油冷、扁线和电压平台没有关系，油冷散热跟800V平台没有必要联系。400V发热量大一点，油冷效果好一些，800V可能不用油冷，直接用风冷，结构更简单。
2）热管理压缩机升级800V之后对散热要求会更低，这一块成本也会降一些。压缩机没有新的技术。
扁线目的是解决电驱动绕组问题，槽里面有间隙。扁线电机会有两个提升：
1）电机成本下降。铜线与槽空间的比值叫槽满率，原先在75-80%；扁线电机的线长、宽、高设计标准化高，槽型设计成矩形，扁线电机把整个矩形填满，提高槽满率，电机体积能够做小，成本下降；
2）加速散热。原来铜线之间有间隙（空气热阻大，线束散热不好）扁线能够规避间隙问题，线与线之间没有空隙，发热量能够通过周边的线传递出去，加速散热。
Q：目前高压充电桩以电车厂自己投入为主，以后800V超充普及，国家会不会统一高压充电标准，统一配套？
现在大部分高压充电桩是400V，800V充电桩耐压值要往上提，原有充电桩要取消重建。充电桩里面实际上是一个个小型充电模块并在一块，可以跟电池一样做串并联变更。
国家做充电桩投资可能性不大。但大功率充电在国家角度来说是势在必行，若欧美先走会建立壁垒，限制国内发展。充电桩企业把充电模块的硅基IGBT切换成碳化硅，这边会有一些投入。
Q：主机厂、新势力自制高压电控是一种趋势，小鹏、理想如果要在电控自制方面追赶蔚来要多久？
小鹏、理想自己研发高压系统，但三合一没有去做，并不是说国内没有人才，人才队伍建设要时间积累。如果主机厂自己做电控，要对整个车型的量有规定，量少不适合自己做，研发体系、验证整个流程需要3-5年的时间。
理想和小鹏这一块还没有开始建，估计会滞后蔚来3年左右。如果花钱投入，把行业领军任务、精英挖来，采购其他公司成熟的研发体系，时间可能会缩短，1.5-2年也是有可能，但投入会比较大。
据我了解，理想前期对产品没有很大信心，理想ONE销量提振信心，他们后面在电动汽车这一块会比较大的动作。理想增程器方面在摆脱东安，做自研，这也是他们自己研究动力总成的信号。小鹏不是太了解，不能给出明确分析。
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