導讀

上世紀九十年代初，我國制訂了“以市場(chǎng)換技術(shù)”的對外主要工業(yè)經(jīng)濟政策，希望依靠引進(jìn)外商來(lái)實(shí)現工業(yè)技術(shù)進(jìn)步，它可以由“三段式”的邏輯來(lái)概括：先引進(jìn)外國先進(jìn)技術(shù)，再消化實(shí)現國產(chǎn)化，最后實(shí)現自主開(kāi)發(fā)，筆者畢業(yè)后的第一份工作就是引進(jìn)德國輕工機械進(jìn)行消化吸收。

但改革開(kāi)放四十年的工業(yè)發(fā)展實(shí)踐證明，如果沒(méi)有自主創(chuàng )新，就沒(méi)有一個(gè)企業(yè)和工業(yè)部門(mén)能走通這三階段，結果讓出了市場(chǎng)卻沒(méi)有換來(lái)技術(shù)。比如汽車(chē)工業(yè)，盡管一直要求自主開(kāi)發(fā)，但走上合資道路的部分車(chē)企，做的卻是把外資淘汰車(chē)型外觀(guān)拉個(gè)皮換個(gè)商標，有時(shí)甚至連拉皮都懶得拉，只換個(gè)商標就投放國內市場(chǎng)。

相反的，倒是近十年來(lái)，隨著(zhù)市場(chǎng)開(kāi)放與純電動(dòng)汽車(chē)的興起，出現了新造車(chē)勢力，中國轎車(chē)工業(yè)才正式走上了自主開(kāi)發(fā)的道路。作為純電動(dòng)汽車(chē)核心部件的動(dòng)力電池發(fā)展，就是典型的靠著(zhù)自主研發(fā)創(chuàng )新，做成了全球產(chǎn)業(yè)鏈最齊全、產(chǎn)銷(xiāo)量最大的產(chǎn)業(yè)，不僅包攬全球產(chǎn)銷(xiāo)第一第二名，前十名中更是有六七家中國企業(yè)。

本文試著(zhù)以方形動(dòng)力電池結構演變的視角，闡述自主研發(fā)創(chuàng )新才是中國工業(yè)追趕甚至超越的必經(jīng)之路，供產(chǎn)業(yè)鏈從業(yè)人員、企業(yè)管理研究機構、創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)研究機構、政府政策研究部門(mén)等參考。

方型電池的前身今生

回顧方形電池的發(fā)展史，最早的起源還要追溯到日本。

早期，在鋰離子二次電池剛剛商業(yè)化，封裝形式百花齊放的年代，方形電池這種形狀就已經(jīng)出現，但是由于早期采用鋼制的外殼，比能量的優(yōu)勢很難發(fā)揮，市場(chǎng)認可度并不高。

1995年，三洋電機上市了鋁合金外殼的方形鋰電池，重量比鋼制外殼減輕30%左右。由于重量輕，且形狀規整、空間利用率高，方形電池逐步在手機、筆記本電腦等3C領(lǐng)域采用來(lái)替代圓柱電池，但后因智能手機對于輕薄化的極致需求又被軟包電池逐步取代。三洋被松下收購后，方形電池在小規模供應豐田、大眾、福特的混動(dòng)車(chē)型后，便被松下束之高閣，之后便專(zhuān)注于綁定特斯拉的圓柱電池路線(xiàn)。

其實(shí)很容易理解，當時(shí)圓柱電池已形成一系列國際上統一的標準規格和型號，工藝成熟，成本優(yōu)化，制造技術(shù)領(lǐng)先，適合大批量連續化生產(chǎn)，相對規格型號多、工藝不成熟的方形電池的生產(chǎn)難度就低多了。彼時(shí)的方形電池還是無(wú)法與圓柱電池對抗的。

方形電池進(jìn)入車(chē)用領(lǐng)域

在車(chē)用領(lǐng)域，方形電池幾乎與圓柱電池同時(shí)進(jìn)入，只是沒(méi)有特斯拉這樣的知名車(chē)企、車(chē)型支撐，方形電池剛開(kāi)始的知名度并不高。

2008年，寶馬開(kāi)始布局新能源，在全球考察遴選動(dòng)力電池供應商，德國人對各類(lèi)電池都持開(kāi)放態(tài)度，只是在嘗試階段死守一條基本底線(xiàn)不放，就是一切都要為安全讓路。德國人認為將動(dòng)力電池的安全風(fēng)險降至最小，就需要用車(chē)規級研發(fā)和設計的產(chǎn)品，最終出臺了A-B-C-D四個(gè)順序樣件的具體方案。

方形電池結構緊湊、空間利用率高的特點(diǎn)，讓他們最終選擇了方形電池。三星SDI抓住時(shí)機與寶馬合作，在2009年推出了搭載方形電池的寶馬i3原型車(chē)Megacity，由此三星成功進(jìn)入寶馬供應鏈，為寶馬i3、i8、iX系列車(chē)型供應方形電池。之后寶馬i3在全球范圍內形成銷(xiāo)量，至此方形電池才得以順利打開(kāi)動(dòng)力電池市場(chǎng)。

歐洲推出VDA及MEB標準

VDA是“德國汽車(chē)工業(yè)聯(lián)合會(huì )”的縮寫(xiě)，是由六百多家來(lái)自德國汽車(chē)工業(yè)整車(chē)廠(chǎng)和供應商企業(yè)組成的協(xié)會(huì )組織(德國汽車(chē)工業(yè)聯(lián)合會(huì )質(zhì)量管理中心)，旨在研究和生產(chǎn)面向未來(lái)的清潔安全汽車(chē)。在經(jīng)濟、運輸、環(huán)境政策、技術(shù)立法、標準化和質(zhì)量保證等方面通過(guò)具體的活動(dòng)支持德國汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展。

VDA電池標準尺寸在2012年前后推出，其實(shí)就是一系列統一的模組標準，無(wú)論電芯是圓柱還是軟包、方形，先做成統一的標準模組，以便設計與維修更換等。標準模組的提出，是產(chǎn)業(yè)上下游不斷博弈和探索的結果，自推出以來(lái)，VDA標準已經(jīng)在歐洲經(jīng)過(guò)了多年實(shí)車(chē)驗證，也在寶馬、大眾等品牌上得到廣泛的應用。

VDA電芯標準尺寸“355模組”就是依據單一模組長(cháng)度為355mm來(lái)起名字的。這種模組也是國內此前應用最多的模組規范。寧德時(shí)代則是最早從VDA355這款模組上發(fā)展使用不同厚度的電芯(1倍、1.5倍、2倍、3倍厚)，它的示范效應與迅猛發(fā)展使得這一標準的方形電芯全面推廣應用開(kāi)來(lái)。

考慮到使用355模組車(chē)輛空間利用率不足(放3個(gè)富裕，4個(gè)放不進(jìn)去)，于是“390模組”出現了。

2018年，大眾宣布全面進(jìn)軍電動(dòng)化，推出模塊化電驅平臺MEB，并向其它車(chē)企開(kāi)放MEB采用的“590模組”。這個(gè)代表性模組可以說(shuō)是基于很多共性技術(shù)平臺而設計的，對于主機廠(chǎng)和動(dòng)力電池廠(chǎng)商而言可以大幅降低成本，提高生產(chǎn)效率。

中國市場(chǎng)發(fā)展催生從油改電跨步到正向設計新車(chē)型的時(shí)代

2023整年可估測新能源汽車(chē)銷(xiāo)售近900萬(wàn)臺，我們基于這個(gè)數據洞察一下市場(chǎng)發(fā)生了什么。

《2023中國汽車(chē)置換消費洞察》數據顯示，消費者置換選擇里，選擇轎車(chē)的減少17.6%，SUV增加15%，MPV增加2.6%；SUV車(chē)主的忠誠度最高，基本上只是換更大的SUV，因為換車(chē)家庭一般都是家庭的重大節點(diǎn)購車(chē)，結婚或者有娃及二娃。這些年中國車(chē)市SUV受歡迎而各大車(chē)企為此展開(kāi)了一輪新車(chē)角逐，可喜的是這些新車(chē)型多摒棄了油改電舊平臺，采用了新設計新平臺，因而并不兼容原版歐洲車(chē)企的設計。

對比新能源汽車(chē)早期，電壓平臺也發(fā)生了變化，甚至開(kāi)始上了800V平臺。

對比歐洲市場(chǎng)早期以三元體系為主流，而中國主流搭載的是磷酸鐵鋰電芯，需要更高的體積空間利用效率。

比亞迪是以電池起家后轉入造車(chē)的，而且比亞迪造車(chē)使用的又是磷酸鐵鋰電池，所以它是不遵循有利三元的德國VDA標準的，其從電池設計開(kāi)始就考慮電池與車(chē)輛的匹配，電芯尺寸超越同期其它電池企業(yè)。例如，比亞迪2008年推出的F3DM的PHEV電芯尺寸是356*100*28mm，已經(jīng)超過(guò)后期VDA EV(173*115*45mm)的尺寸了，極柱引出方向也不同于VDA，而是分別從兩頭的小面引出。

從比亞迪動(dòng)力電池的尺寸可以看出，其基本思路就是將電芯做長(cháng)做薄，并將極柱從最小的兩個(gè)面引出。這個(gè)思路后來(lái)形成了比亞迪主推的刀片電池。

從比亞迪開(kāi)始，中國車(chē)企基于自主研發(fā)與市場(chǎng)定位、需求不同等原因，并沒(méi)有朝著(zhù)歐洲VDA/MEB平臺模組方向走，而是開(kāi)始走出具有中國特色的動(dòng)力電池道路。

短刀片走向臺前

盡管車(chē)型不同，但是每輛車(chē)可以利用的、可供電池安裝的底盤(pán)位置，是有共性的。在最大限度利用空間的原則下，模組尺寸和擺放方式，只存在有限的幾種可能：中央通道、前排座椅下方、后排座椅下方、行李后備箱下方或后軸上方兩輪之間，那么：1，電芯Z向高度空間，受限在110mm內，以利于減小整車(chē)風(fēng)阻，最好留給容量，兩邊布線(xiàn)，側面出極柱；2，基于特定平臺，擴展數個(gè)車(chē)型，基于短刀電芯結構滿(mǎn)足了電池布局的最大共性，電芯尺寸的長(cháng)度規范在300mm/ 400mm/ 600mm，高度由車(chē)型下平臺的底盤(pán)空間定制為92~120mm，厚度在VDA26mm內，以更薄的尺寸配合各種容量變化的調整。

對比方形電池結構和型號示意圖

不同于比亞迪的電池主要自用，可以在設計車(chē)輛時(shí)預留空間給近1米長(cháng)度的刀片電池。2019年4月在上海汽車(chē)展上，蜂巢能源公開(kāi)展示了其長(cháng)度600mm的短刀電池。

蜂巢和比亞迪有幾分相像，都是車(chē)和電池緊密聯(lián)系的企業(yè)，從車(chē)的角度考慮電池系統和電芯的設計，蜂巢能源更以新的思路優(yōu)化了方形電池的形狀。

蜂巢能源分析了當前市場(chǎng)上的主銷(xiāo)車(chē)型寬度，主流的A0-A，以及B級以上的平臺，空間X方向長(cháng)度1150~1300mm，但如果選擇1米等較長(cháng)度做電芯，勢必會(huì )顧此失彼，某款車(chē)可能匹配較好，另外一些或者裝不下，或者空間利用率低，這就違背了最大共性的原則，降低了對市場(chǎng)主流乘用車(chē)的適配性和靈活性。

那么以長(cháng)薄短刀電芯為基礎設計底盤(pán)平臺是車(chē)輛動(dòng)力學(xué)和成本(電池成本需要考慮電芯材料組成、制造技術(shù)及體積利用率)之間的平衡，從緊湊型轎車(chē)到SUV到VAN車(chē)型搭載各電池包進(jìn)行容量擴展，以容納各款電芯并提供更長(cháng)續航；在底盤(pán)中央位置布局電池包，保障較大離地間隙，又盡少侵占車(chē)內乘用空間，同時(shí)帶來(lái)寬敞的內部空間和更好的操控性能；而在日后維修保養上，通用率更高的零配件也降低了用戶(hù)日后用車(chē)的費用，可謂一石三鳥(niǎo)。

也就是說(shuō)，短刀設計考慮的可能不是單獨為一款車(chē)準備的，而是為汽車(chē)集團的系列車(chē)型準備的。

結合車(chē)型需求，蜂巢能源推出了L600、L500、L400的短刀片電芯。

具體看，L6規格的電芯具有兩種排布方式，如下圖所示，可以覆蓋到市場(chǎng)上主銷(xiāo)80%的車(chē)型。

圖示：以L(fǎng)600為例電池布局方式

近兩年P(guān)HEV市場(chǎng)快速崛起，搭載10~40度電，電池包電量較小，空間需要有效利用，L400的電芯更受到車(chē)企的廣泛歡迎。L400憑借靈活的尺寸以及高能量密度，對應的PHEV電池包也可以采用CTP結構，體積利用率得到提升，電量更高，續航更長(cháng)。

在第372批次公告中，蜂巢能源配套的新能源乘用車(chē)車(chē)型達到12款，其中PHEV車(chē)型8款。而在373批次公告中，蜂巢能源分別為長(cháng)城、理想、吉利、嵐圖等多個(gè)車(chē)企的8款新能源乘用車(chē)車(chē)型提供電池配套，其中PHEV占到6款，充分顯示出其在插混市場(chǎng)的受歡迎程度。

正是因為車(chē)型的適配度問(wèn)題，比亞迪在插混車(chē)型上實(shí)際使用的也是短刀片。例如，比亞迪秦DMI車(chē)型，采用的就是240mm長(cháng)度的電芯，唐DMI采用的則是152mm長(cháng)度的電芯，而不是早期宣傳的長(cháng)刀片。

寧德時(shí)代也有向長(cháng)薄化進(jìn)展的趨勢，例如一款電芯的尺寸是300*117*27mm，更形似一個(gè)更短的刀片，但是極柱仍是頂部單側的。

蜂巢能源創(chuàng )新的短刀片品類(lèi)，比圓柱4680系列更早一步確立了市場(chǎng)地位，已經(jīng)被國內外車(chē)企廣泛接受。一系列友商都在跟隨短刀片品類(lèi)來(lái)設計新品，相信短刀片形狀正在成為方形電芯的主流形狀，甚至有望成為方形動(dòng)力電芯的終極形態(tài)。

最后

扎根于市場(chǎng)，探索用戶(hù)需求，大膽正向研發(fā)，自主創(chuàng )新，才有可能創(chuàng )造出平分天下的重器，在動(dòng)力電池發(fā)展實(shí)踐中，正向設計產(chǎn)生效益的經(jīng)驗值得贊賞。

新時(shí)代，新征程，科技創(chuàng )新的星辰大海，令我們心潮澎湃。在這百年未遇之大變局之際，不要袖手旁觀(guān)，大膽躬身入局，挺膺負責，讓生命之光閃耀在這個(gè)日新月異的時(shí)代舞臺上！

(本文作者顧國洪，目前擔任江蘇大學(xué)新能源汽車(chē)專(zhuān)精特新產(chǎn)業(yè)學(xué)院副院長(cháng))