走向自主创新,寻求中国力量源泉系列：动力电池从VDA、MEB走向短刀

导读

上世纪九十年代初，我国制订了“以市场换技术”的对外主要工业经济政策，希望依靠引进外商来实现工业技术进步，它可以由“三段式”的逻辑来概括：先引进外国先进技术，再消化实现国产化，最后实现自主开发，笔者毕业后的第一份工作就是引进德国轻工机械进行消化吸收。

但改革开放四十年的工业发展实践证明，如果没有自主创新，就没有一个企业和工业部门能走通这三阶段，结果让出了市场却没有换来技术。比如汽车工业，尽管一直要求自主开发，但走上合资道路的部分车企，做的却是把外资淘汰车型外观拉个皮换个商标，有时甚至连拉皮都懒得拉，只换个商标就投放国内市场。

相反的，倒是近十年来，随着市场开放与纯电动汽车的兴起，出现了新造车势力，中国轿车工业才正式走上了自主开发的道路。作为纯电动汽车核心部件的动力电池发展，就是典型的靠着自主研发创新，做成了全球产业链最齐全、产销量最大的产业，不仅包揽全球产销第一第二名，前十名中更是有六七家中国企业。

本文试着以方形动力电池结构演变的视角，阐述自主研发创新才是中国工业追赶甚至超越的必经之路，供产业链从业人员、企业管理研究机构、创新创业研究机构、政府政策研究部门等参考。

方型电池的前身今生

回顾方形电池的发展史，最早的起源还要追溯到日本。

早期，在锂离子二次电池刚刚商业化，封装形式百花齐放的年代，方形电池这种形状就已经出现，但是由于早期采用钢制的外壳，比能量的优势很难发挥，市场认可度并不高。

1995年，三洋电机上市了铝合金外壳的方形锂电池，重量比钢制外壳减轻30%左右。由于重量轻，且形状规整、空间利用率高，方形电池逐步在手机、笔记本电脑等3C领域采用来替代圆柱电池，但后因智能手机对于轻薄化的极致需求又被软包电池逐步取代。三洋被松下收购后，方形电池在小规模供应丰田、大众、福特的混动车型后，便被松下束之高阁，之后便专注于绑定特斯拉的圆柱电池路线。

其实很容易理解，当时圆柱电池已形成一系列国际上统一的标准规格和型号，工艺成熟，成本优化，制造技术领先，适合大批量连续化生产，相对规格型号多、工艺不成熟的方形电池的生产难度就低多了。彼时的方形电池还是无法与圆柱电池对抗的。

方形电池进入车用领域

在车用领域，方形电池几乎与圆柱电池同时进入，只是没有特斯拉这样的知名车企、车型支撑，方形电池刚开始的知名度并不高。

2008年，宝马开始布局新能源，在全球考察遴选动力电池供应商，德国人对各类电池都持开放态度，只是在尝试阶段死守一条基本底线不放，就是一切都要为安全让路。德国人认为将动力电池的安全风险降至最小，就需要用车规级研发和设计的产品，最终出台了A-B-C-D四个顺序样件的具体方案。

方形电池结构紧凑、空间利用率高的特点，让他们最终选择了方形电池。三星SDI抓住时机与宝马合作，在2009年推出了搭载方形电池的宝马i3原型车Megacity，由此三星成功进入宝马供应链，为宝马i3、i8、iX系列车型供应方形电池。之后宝马i3在全球范围内形成销量，至此方形电池才得以顺利打开动力电池市场。

欧洲推出VDA及MEB标准

VDA是“德国汽车工业联合会”的缩写，是由六百多家来自德国汽车工业整车厂和供应商企业组成的协会组织(德国汽车工业联合会质量管理中心)，旨在研究和生产面向未来的清洁安全汽车。在经济、运输、环境政策、技术立法、标准化和质量保证等方面通过具体的活动支持德国汽车工业的发展。

VDA电池标准尺寸在2012年前后推出，其实就是一系列统一的模组标准，无论电芯是圆柱还是软包、方形，先做成统一的标准模组，以便设计与维修更换等。标准模组的提出，是产业上下游不断博弈和探索的结果，自推出以来，VDA标准已经在欧洲经过了多年实车验证，也在宝马、大众等品牌上得到广泛的应用。

VDA电芯标准尺寸“355模组”就是依据单一模组长度为355mm来起名字的。这种模组也是国内此前应用最多的模组规范。宁德时代则是最早从VDA355这款模组上发展使用不同厚度的电芯(1倍、1.5倍、2倍、3倍厚)，它的示范效应与迅猛发展使得这一标准的方形电芯全面推广应用开来。

考虑到使用355模组车辆空间利用率不足(放3个富裕，4个放不进去)，于是“390模组”出现了。

2018年，大众宣布全面进军电动化，推出模块化电驱平台MEB，并向其它车企开放MEB采用的“590模组”。这个代表性模组可以说是基于很多共性技术平台而设计的，对于主机厂和动力电池厂商而言可以大幅降低成本，提高生产效率。

中国市场发展催生从油改电跨步到正向设计新车型的时代

2023整年可估测新能源汽车销售近900万台，我们基于这个数据洞察一下市场发生了什么。

《2023中国汽车置换消费洞察》数据显示，消费者置换选择里，选择轿车的减少17.6%，SUV增加15%，MPV增加2.6%；SUV车主的忠诚度最高，基本上只是换更大的SUV，因为换车家庭一般都是家庭的重大节点购车，结婚或者有娃及二娃。这些年中国车市SUV受欢迎而各大车企为此展开了一轮新车角逐，可喜的是这些新车型多摒弃了油改电旧平台，采用了新设计新平台，因而并不兼容原版欧洲车企的设计。

对比新能源汽车早期，电压平台也发生了变化，甚至开始上了800V平台。

对比欧洲市场早期以三元体系为主流，而中国主流搭载的是磷酸铁锂电芯，需要更高的体积空间利用效率。

比亚迪是以电池起家后转入造车的，而且比亚迪造车使用的又是磷酸铁锂电池，所以它是不遵循有利三元的德国VDA标准的，其从电池设计开始就考虑电池与车辆的匹配，电芯尺寸超越同期其它电池企业。例如，比亚迪2008年推出的F3DM的PHEV电芯尺寸是356*100*28mm，已经超过后期VDA EV(173*115*45mm)的尺寸了，极柱引出方向也不同于VDA，而是分别从两头的小面引出。

从比亚迪动力电池的尺寸可以看出，其基本思路就是将电芯做长做薄，并将极柱从最小的两个面引出。这个思路后来形成了比亚迪主推的刀片电池。

从比亚迪开始，中国车企基于自主研发与市场定位、需求不同等原因，并没有朝着欧洲VDA/MEB平台模组方向走，而是开始走出具有中国特色的动力电池道路。

短刀片走向台前

尽管车型不同，但是每辆车可以利用的、可供电池安装的底盘位置，是有共性的。在最大限度利用空间的原则下，模组尺寸和摆放方式，只存在有限的几种可能：中央通道、前排座椅下方、后排座椅下方、行李后备箱下方或后轴上方两轮之间，那么：1，电芯Z向高度空间，受限在110mm内，以利于减小整车风阻，最好留给容量，两边布线，侧面出极柱；2，基于特定平台，扩展数个车型，基于短刀电芯结构满足了电池布局的最大共性，电芯尺寸的长度规范在300mm/ 400mm/ 600mm，高度由车型下平台的底盘空间定制为92~120mm，厚度在VDA26mm内，以更薄的尺寸配合各种容量变化的调整。

对比方形电池结构和型号示意图

不同于比亚迪的电池主要自用，可以在设计车辆时预留空间给近1米长度的刀片电池。2019年4月在上海汽车展上，蜂巢能源公开展示了其长度600mm的短刀电池。

蜂巢和比亚迪有几分相像，都是车和电池紧密联系的企业，从车的角度考虑电池系统和电芯的设计，蜂巢能源更以新的思路优化了方形电池的形状。

蜂巢能源分析了当前市场上的主销车型宽度，主流的A0-A，以及B级以上的平台，空间X方向长度1150~1300mm，但如果选择1米等较长度做电芯，势必会顾此失彼，某款车可能匹配较好，另外一些或者装不下，或者空间利用率低，这就违背了最大共性的原则，降低了对市场主流乘用车的适配性和灵活性。

那么以长薄短刀电芯为基础设计底盘平台是车辆动力学和成本(电池成本需要考虑电芯材料组成、制造技术及体积利用率)之间的平衡，从紧凑型轿车到SUV到VAN车型搭载各电池包进行容量扩展，以容纳各款电芯并提供更长续航；在底盘中央位置布局电池包，保障较大离地间隙，又尽少侵占车内乘用空间，同时带来宽敞的内部空间和更好的操控性能；而在日后维修保养上，通用率更高的零配件也降低了用户日后用车的费用，可谓一石三鸟。

也就是说，短刀设计考虑的可能不是单独为一款车准备的，而是为汽车集团的系列车型准备的。

结合车型需求，蜂巢能源推出了L600、L500、L400的短刀片电芯。

具体看，L6规格的电芯具有两种排布方式，如下图所示，可以覆盖到市场上主销80%的车型。