導讀

上世紀九十年代初，我國制訂了“以市場換技術”的對外主要工業經濟政策，希望依靠引進外商來實現工業技術進步，它可以由“三段式”的邏輯來概括：先引進外國先進技術，再消化實現國產化，最后實現自主開發，筆者畢業后的第一份工作就是引進德國輕工機械進行消化吸收。

但改革開放四十年的工業發展實踐證明，如果沒有自主創新，就沒有一個企業和工業部門能走通這三階段，結果讓出了市場卻沒有換來技術。比如汽車工業，盡管一直要求自主開發，但走上合資道路的部分車企，做的卻是把外資淘汰車型外觀拉個皮換個商標，有時甚至連拉皮都懶得拉，只換個商標就投放國內市場。

相反的，倒是近十年來，隨著市場開放與純電動汽車的興起，出現了新造車勢力，中國轎車工業才正式走上了自主開發的道路。作為純電動汽車核心部件的動力電池發展，就是典型的靠著自主研發創新，做成了全球產業鏈最齊全、產銷量最大的產業，不僅包攬全球產銷第一第二名，前十名中更是有六七家中國企業。

本文試著以方形動力電池結構演變的視角，闡述自主研發創新才是中國工業追趕甚至超越的必經之路，供產業鏈從業人員、企業管理研究機構、創新創業研究機構、政府政策研究部門等參考。

方型電池的前身今生

回顧方形電池的發展史，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化，封裝形式百花齊放的年代，方形電池這種形狀就已經出現，但是由于早期采用鋼制的外殼，比能量的優勢很難發揮，市場認可度并不高。

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領域采用來替代圓柱電池，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、福特的混動車型后，便被松下束之高閣，之后便專注于綁定特斯拉的圓柱電池路線。

其實很容易理解，當時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，成本優化，制造技術領先，適合大批量連續化生產，相對規格型號多、工藝不成熟的方形電池的生產難度就低多了。彼時的方形電池還是無法與圓柱電池對抗的。

方形電池進入車用領域

在車用領域，方形電池幾乎與圓柱電池同時進入，只是沒有特斯拉這樣的知名車企、車型支撐，方形電池剛開始的知名度并不高。

2008年，寶馬開始布局新能源，在全球考察遴選動力電池供應商，德國人對各類電池都持開放態度，只是在嘗試階段死守一條基本底線不放，就是一切都要為安全讓路。德國人認為將動力電池的安全風險降至最小，就需要用車規級研發和設計的產品，最終出臺了A-B-C-D四個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，讓他們最終選擇了方形電池。三星SDI抓住時機與寶馬合作，在2009年推出了搭載方形電池的寶馬i3原型車Megacity，由此三星成功進入寶馬供應鏈，為寶馬i3、i8、iX系列車型供應方形電池。之后寶馬i3在全球范圍內形成銷量，至此方形電池才得以順利打開動力電池市場。

歐洲推出VDA及MEB標準

VDA是“德國汽車工業聯合會”的縮寫，是由六百多家來自德國汽車工業整車廠和供應商企業組成的協會組織(德國汽車工業聯合會質量管理中心)，旨在研究和生產面向未來的清潔安全汽車。在經濟、運輸、環境政策、技術立法、標準化和質量保證等方面通過具體的活動支持德國汽車工業的發展。

VDA電池標準尺寸在2012年前后推出，其實就是一系列統一的模組標準，無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，是產業上下游不斷博弈和探索的結果，自推出以來，VDA標準已經在歐洲經過了多年實車驗證，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度為355mm來起名字的。這種模組也是國內此前應用最多的模組規范。寧德時代則是最早從VDA355這款模組上發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展使得這一標準的方形電芯全面推廣應用開來。

考慮到使用355模組車輛空間利用率不足(放3個富裕，4個放不進去)，于是“390模組”出現了。

2018年，大眾宣布全面進軍電動化，推出模塊化電驅平臺MEB，并向其它車企開放MEB采用的“590模組”。這個代表性模組可以說是基于很多共性技術平臺而設計的，對于主機廠和動力電池廠商而言可以大幅降低成本，提高生產效率。

中國市場發展催生從油改電跨步到正向設計新車型的時代

2023整年可估測新能源汽車銷售近900萬臺，我們基于這個數據洞察一下市場發生了什么。

《2023中國汽車置換消費洞察》數據顯示，消費者置換選擇里，選擇轎車的減少17.6%，SUV增加15%，MPV增加2.6%；SUV車主的忠誠度最高，基本上只是換更大的SUV，因為換車家庭一般都是家庭的重大節點購車，結婚或者有娃及二娃。這些年中國車市SUV受歡迎而各大車企為此展開了一輪新車角逐，可喜的是這些新車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企的設計。

對比新能源汽車早期，電壓平臺也發生了變化，甚至開始上了800V平臺。

對比歐洲市場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的，而且比亞迪造車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，其從電池設計開始就考慮電池與車輛的匹配，電芯尺寸超越同期其它電池企業。例如，比亞迪2008年推出的F3DM的PHEV電芯尺寸是356*100*28mm，已經超過后期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。

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

從比亞迪開始，中國車企基于自主研發與市場定位、需求不同等原因，并沒有朝著歐洲VDA/MEB平臺模組方向走，而是開始走出具有中國特色的動力電池道路。

短刀片走向臺前

盡管車型不同，但是每輛車可以利用的、可供電池安裝的底盤位置，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，以利于減小整車風阻，最好留給容量，兩邊布線，側面出極柱；2，基于特定平臺，擴展數個車型，基于短刀電芯結構滿足了電池布局的最大共性，電芯尺寸的長度規范在300mm/ 400mm/ 600mm，高度由車型下平臺的底盤空間定制為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，可以在設計車輛時預留空間給近1米長度的刀片電池。2019年4月在上海汽車展上，蜂巢能源公開展示了其長度600mm的短刀電池。

蜂巢和比亞迪有幾分相像，都是車和電池緊密聯系的企業，從車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化了方形電池的形狀。

蜂巢能源分析了當前市場上的主銷車型寬度，主流的A0-A，以及B級以上的平臺，空間X方向長度1150~1300mm，但如果選擇1米等較長度做電芯，勢必會顧此失彼，某款車可能匹配較好，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，降低了對市場主流乘用車的適配性和靈活性。

那么以長薄短刀電芯為基礎設計底盤平臺是車輛動力學和成本(電池成本需要考慮電芯材料組成、制造技術及體積利用率)之間的平衡，從緊湊型轎車到SUV到VAN車型搭載各電池包進行容量擴展，以容納各款電芯并提供更長續航；在底盤中央位置布局電池包，保障較大離地間隙，又盡少侵占車內乘用空間，同時帶來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日后用車的費用，可謂一石三鳥。

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

結合車型需求，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，可以覆蓋到市場上主銷80%的車型。

圖示：以L600為例電池布局方式

近兩年PHEV市場快速崛起，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。

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

正是因為車型的適配度問題，比亞迪在插混車型上實際使用的也是短刀片。例如，比亞迪秦DMI車型，采用的就是240mm長度的電芯，唐DMI采用的則是152mm長度的電芯，而不是早期宣傳的長刀片。

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

蜂巢能源創新的短刀片品類，比圓柱4680系列更早一步確立了市場地位，已經被國內外車企廣泛接受。一系列友商都在跟隨短刀片品類來設計新品，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力電芯的終極形態。

最后

扎根于市場，探索用戶需求，大膽正向研發，自主創新，才有可能創造出平分天下的重器，在動力電池發展實踐中，正向設計產生效益的經驗值得贊賞。

新時代，新征程，科技創新的星辰大海，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，大膽躬身入局，挺膺負責，讓生命之光閃耀在這個日新月異的時代舞臺上！

(本文作者顧國洪，目前擔任江蘇大學新能源汽車專精特新產業學院副院長)