动力电池尺寸规格的标准化现状及建议

黄持伟 吴雪科 阳如坤 刘阿密

近年来，受益于新能源汽车产业的发展，全球动力电池行业高速发展。其中，中国的动力电池行业发展尤为迅猛。2018年中国新能源汽车销量达到125.6万辆，动力电池产业在新能源汽车产业的带动下，继续保持快速增长，全年总装机量达到56.9GWh，同比增长56.3%。随着动力电池行业的快速发展，对动力电池的制造质量、制造成本提出更高要求，对动力电池尺寸规格也提出了新的要求[1，2]。

1 国内外动力电池的尺寸规格发展现状

1.1 国外现状

目前国际上动力电池的尺寸规格还没有统一，相关的讨论还在继续。虽然国际电工委员会（IEC）组织制定了国际标准ISO/IEC PAS 16898：2012《电动汽车用二次锂离子电池外形尺寸》，其中规定了62种尺寸规格的各类动力电池单体，但标准在世界范围内并没有得到有效的执行，其原因在于ISO/IEC PAS 16898：2012标准是一个公共协商标准，是对之前各大型动力电池生产企业所生产动力电池尺寸规格的罗列，并没有经过归纳、提炼和合并，因而标准中所列的尺寸规格繁多且重复，不满足动力电池尺寸系列要求，因而对产业的指导性不强。

德国汽车工业协会根据汽车安装的要求，出台VDA尺寸规格，这是欧洲汽车企业最早对动力电池尺寸规格的规范，早期国内许多企业按照这个规范要求生产动力电池，或者以这个规范为基础调整某个规格的动力电池尺寸。但由于欧洲并没有大规模生产动力电池，对动力电池制造的理解也不够，导致这个规范没有得到进一步升级，指导性和适用性渐渐消失。

大众推出电动汽车MEB平台（模块化电动工具），按照MEB平台的要求提出3个模组规格，动力电池模组竖直放置，模组高度（也称“动力电池宽度”）为108mm，长度分别为355mm、390mm、590mm（图1），动力电池的厚度根据制造能力和电池的性能选择，不作统一要求。MEB平台大范围缩减了动力电池尺寸规格的数量，符合現阶段动力汽车发展的要求，因此大众公司旗下所有电动汽车的品牌和车型都将采用同样的电池模块标准进行设计和采购，降低生产成本，提高动力电池质量和开发设计效率。将动力电池尺寸规格缩减至最少，是目前全球汽车巨头关于对动力电池尺寸规格统一的要求，也是动力电池发展的一个趋势。

1.2 国内现状

据统计，我国目前现有140多家动力电池生产企业，绝大部分电池企业在动力电池的尺寸规格方面都没有太多的“自主选择权”，一般是根据整车制造企业的订单需要来开发相应尺寸规格的动力电池，个别电池企业生产的电池尺寸规格竟然多达六十余种。由于没有明确统一的尺寸规格，即使是在同一家动力电池生产企业，同一客户的不同车型所用的动力电池的尺寸、外形等也各不相同，目前已通过工业和信息化部发布的《新能源汽车推广应用推荐车型目录》的动力电池产品超过上千种，几乎每款动力汽车的电池包规格尺寸都不一样，造成了我国动力电池型号繁杂、产量分散的无序状态，导致大量的资源浪费，同时给电池企业也带来沉重的负担。

为规范国内动力电池尺寸规格，2016年工业和信息化部向全国发出动力电池尺寸规格国家标准制定的征求意见，并由中国汽车技术研究中心、比亚迪汽车工业有限公司、宁德时代新能源股份有限公司、合肥国轩高科动力能源股份公司、天津力神电池股份有限公司等单位共同起草国家标准GB/T 34013—2017《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》，标准于2017年7月正式发布，对圆柱形电池、方形电池、软包电池共规定了145种规格尺寸（详见表2）。

据中国化学与物理电源行业协会动力电池应用分会统计的国内106家电池企业中，符合新国标的动力电池企业仅有25家，占比不足24%；在282种电池尺寸规格产品中，符合新国标规格的有18种，占比仅6%。国家标准的制定在对规范动力电池尺寸规格方面有一定的促进作用，但并未从根本上改变国内动力电池尺寸规格杂乱无章的局面。另外，新国标对电池尺寸的定义也不完整，缺少尺寸属性具体定义、连接接口定义、零件定义、标识定义等。

2 原因分析

国家标准GB/T 34013—2017《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》未得到有效执行的主要原因有：

第一，国标规定的尺寸规格主要代表的是部分电池企业现有的动力电池产品的尺寸规格，同时标准为推荐性标准，不是强制性标准，其他电池企业完全可以不按标准执行。

第二，动力电池尺寸规格以新能源汽车公司（电池使用方）的意志为主，电池使用方根据自己开发的产品来确定动力电池的尺寸规格，这个过程就会导致过多的“非标”产品出现。

第三，改变企业现有电池的尺寸规格，将涉及电池的制造工艺、制造设备、生产流程等各方面的改变，多数动力电池企业还需调整产线，小则简单调整，大则另上新线。

第四，电动电池及相关产业发展日新月异，国家标准制定周期较长，决定了标准的滞后性，标准中规定的动力电池尺寸规格不能满足动力电池现有技术发展的需要。

3 尺寸规格繁多带来的问题

动力电池是电动汽车的核心部件之一，动力电池的尺寸大小和质量轻重对整车布置、电池形状、电池容量等都有很大影响。目前，市面上的动力电池产品尺寸、形状、容量、电压规格各异， 通用性、互换性较差，对电动汽车制造企业来说，在给整车匹配、采购动力电池时增加了难度，对于电池制造企业说来，尺寸规格过于繁多阻碍了动力电池大规模标准化生产，不利于生产成本的降低。因此，动力电池尺寸规格不统一会对包括上下游产业在内的整个动力电池产业链造成巨大的影响。

3.1 电池生产成本增加

动力电池尺寸规格不统一，将导致动力电池的互换性差，动力电池使用方每开发一款新产品，就会对动力电池有不同的要求，而动力电池生产方则是根据整车企业的要求来开发和生产相应规格的动力电池，同时还需调整产线的生产工艺，与之相一致的物料加工、工单安排等都也需要重新规划，电池生产周期延长，导致电池生产企业和电池使用企业不断增加成本投入。

3.2 制造设备种类增加

动力电池尺寸规格的不统一使电池制造设备无法实现统一。动力电池是由电池生产设备制造出来，生产不同尺寸规格的动力电池首先需要研发与之配套的生产设备，即便个别电池尺寸可以共用一套装备，但也必需对生产线进行调整和改进，最后导致电池设备制造企业不得不投入大量的人力、物力和财力研发各类符合不同尺寸规格的电池生产装备，以满足电池企业的需要。因此，目前电池制造设备型号规格同样是各式各样，种类繁多。

3.3 质量难保证

动力电池尺寸规格的不统一，使电池品量很难控制。动力电池制造工艺本就较为复杂，既需要关注电池原材料的质量，又需要监控制造过程中的每一道工序，每一个步骤都可能对电池最终的质量产生巨大的影响。单个电池的质量控制都如此复杂，如果再同时生产多个不同尺寸规格的电池，对于电池制造信息的提取、质量检测、工艺分析等将变得非常困难，最终难以保证所生产的电池质量。

3.4 阻碍规模化生产

动力电池尺寸规格的不统一，各电池使用企业需求各异，使电池生产企业不同产品的生产线数量不断增多，生产场地不断扩大，让动力电池数字化车间实现智能制造变得更加困难，动力电池尺寸规格的不统一、电池制造设备的不统一等最终导致动力电池企业无法实现大规模化生产，阻碍整个行业优质、快速的发展。

3.5 可重复利用难度加大

动力电池回收再利用是整个动力电池产业链中一个十分重要的环节。国家对动力电池的回收再利用也是高度重视，动力电池尺寸规格的不统一，使电池的回收再利用难度加大。不管是电池的梯次利用，还是再生利用，种类繁多的电池会让电池回收企业设备增多、工作难度加大、成本增加，因此动力电池回收再利用很难实现规模化作业，降低了电池回收的效率和再利用的质量，甚至个别电池回收企业只针对具体规格尺寸的电池进行回收，这些情况对整个电池回收利用产业极为不利。

4 尺寸规格标准化的意义

动力电池规格尺寸标准的统一，对电池梯级利用、互换、成本降低都有非常大的益处，不仅有利于动力电池生产企业的发展，而且对于整个动力电池产业链的发展都有十分重要的作用。

4.1 有利于降低成本

4.1.1 有利于降低新能源汽车企业的成本

动力电池尺寸规格统一后，新能源汽车企业在研发新产品时，可从标准中选择固定的模块来设计产品的动力电池系统，有利于新产品的开发，缩短开发周期，同时不同的产品也可选择同一尺寸规格的电池，有利于动力电池的互换性，降低企业的研发成本和生产成本。

动力电池标准化以后，新能源汽车企业对电池生产企业的选择余地大大增加，无论是同一家整车企业使用多家电池企业的动力电池，还是多家整车企业采用同一家电池企业的动力电池，都能够做到互换互通，降低使用环节的成本，同时也更容易实现技术的积累。

4.1.2 有利于降低电池生产企业的成本

动力电池的标准统一以后，对于动力电池企业而言，便于规模化生产，制造装备也可以实现标准化，有利于产线种类的减少，有利于研发成本的降低，有利于制造成本的降低。

4.1.3 有利于降低电池制造设备企业的成本

动力电池尺寸规格的统一，对电池制造设备的标准化有着决定性影响。电池生产企业会依据电池规格对生产线进行标准化布局，可进行标准化、规模化生产，降低了电池设备企业的研发成本，缩短了装备的开发周期，提高了电池制造设备的生产效率。

4.1.4 有利于降低电池回收企业的成本

动力电池尺寸规格的统一，减少了电池尺寸规格的种类，有利于电池回收的标准化作业，减少回收电池再加工利用的产线数量，提升对不同电池企业产品回收利用的兼容性，提高动力电池回收再利用的效率及质量，可以大幅降低动力电池回收再利用的生产成本。

4.2 有利于提高电池质量

动力电池尺寸规格的统一，能够使动力电池生产企业减少不同类型电池生产线的数量，集中财力和物力专注于一种或几种具体尺寸规格电池的研发，实现规模化生产，“精”而“专”的电池生产方式才能让电池生产企业实现技术的沉淀和突破，提高动力电池的产品质量。另外，电池生产设备类型的减少，也有助于实现动力电池的智能制造，运用工业物联网技术、通信技术等搭建高度集成的动力电池数字化车间，对整个电池生产线乃至整个车间实现实时监控，采集所有影响电池质量相关的数据，同时结合生产出来电池产品的数据，对电池质量进行分析，对工艺进行改善，提高动力电池的质量，从而促进整个动力电池行业质量的提升。

4.3 有利于市场竞争

动力电池尺寸规格的统一，有利于中小型电池企业的发展，能打破目前动力电池被少数龙头电池企业垄断的局面，让动力电池市场充分竞争。目前，由于动力汽车电池技术工艺相对复杂，存在一些相对特殊的尺寸规格，整车企业的这些需求长期由特定的电池企业“特供”，其他电池企业更不敢贸然投入大量资金涉入，导致整车企业对个别电池企业的长期依赖，不利于动力电池技术的进步以及市场竞争作用的发挥。另外，新能源汽车动力电池尺寸规格的统一，有利于对电池性能和质量的对比，动力电池只有在相同的尺寸规格条件下才具有可对比性，认证机构、第三方检验机构等才能准确的评判出动力电池的优劣，国家市场监管部门才能对行业和市场作出准确的决策，整车企业才能准确选择出最适宜的动力电池。由于标准的统一，同样规格尺寸的动力电池就很容易区分高下，这样也会驱使更多中小电池生产企業参与到动力电池的市场竞争中，将促使所有电池生产企业更加重视对生产工艺和材料的研究，有利于提高动力电池的质量和产业的发展。

4.4 有利于适应新能源汽车的灵活选择

动力电池是新能源汽车的“心脏”，动力电池型号繁多、规格尺寸不一，明显制约着新能源汽车的进一步发展。动力电池尺寸规格的统一，新能源汽车生产企业通过筛选获得最适合自己车型的电池，能够降低整车企业的研发成本，实现对电池快速选型，缩短整车开发周期，抢占市场先机。同时，增强了动力汽车电池的互换性，适应新能源动力汽车发展的需求。

5 动力电池尺寸规格标准建议

目前动力电池尺寸规格过于繁多，国家标准未得到有效执行，因此组织行业内相关企业制定一个既符合各方利益，又能指导实际生产的动力电池尺寸规格团体标准（技术成熟后续升格为国家或行业标准），对于弥补现行国家标准的不足、引领行业的发展尤为必要。

5.1 参与单位的广泛性

动力电池尺寸规格标准制定的参与单位应具广泛性，不应只限于电池企业，应包括新能源汽车企业、电池制造设备企业、电池材料及电池零部件企业、第三方检测机构、电池回收企业、电池研究机构、公共服务平台等整个动力电池产业链有关的单位[3，4]，只有广泛的汇集各方意见才能制定出符合我国动力电池现状的标准，引领动力电池行业的发展。

5.2 尺寸规格标准的原则

动力电池尺寸规格标准制定应遵守如下原则：

①尺寸规格产生的原则：在满足品种和应用要求的条件下，尽量做到少而精；

②品种：按目前常用的动力电池分类方式将动力电池分为圆柱、方形铝壳、软包3种；

③数量：数量是尺寸规格的关键，应根据动力和储能的需求，将总体尺寸规格数量控制在12～15个，其他规格可个性化定制；

④尺寸定义：尺寸的定义应满足尺寸系列化的要求，是否包含极柱，是否定义为外形包络尺寸等都应明确；

⑤部件标准：电池部件影响尺寸规格，影响制造，更影响电池的性能，应把电池壳、极柱、极耳的形状、尺寸、材料及连接特性也纳入标准制定范畴或制定专门的规范。

5.3 标准主要技术内容

5.3.1 动力电池的分类

根据动力电池的外形将动力电池分为圆柱形电池、方形电池、软包电池3种类型。

5.3.2 圆柱形电池规格尺寸

圆柱形电池一般为钢壳，正极有盖帽。圆柱电池主要考虑尺寸是否包含盖帽及外面的保护套，根据目前大规模生产的情况及圆柱电池的结构特点，建议圆柱电池选择3个尺寸规格即可，具体可组织行业内相关人员讨论确定。

5.3.3 方形电池规格尺寸

方形电池一般为铝壳+极柱输出电流，有一侧出极柱和两侧出极柱，建议规格尺寸应包含保护套及极柱高度的整个外廓尺寸，方形电池的尺寸规格应考虑动力和储能应用，建议选择6个尺寸规格，具体可组织行业内相关人员讨论确定。

5.3.4 软包电池规格尺寸

软包电池一般为铝塑膜加极耳引出，有一侧出极耳或两侧出极耳，建议软包的尺寸规格应包含伸出极耳长度的整个外廓尺寸。软包的厚度比较灵活，可以考虑系列化，不做具体规定。软包电池的尺寸规格考虑动力和储能应用，建议选择6个尺寸规格，具体可组织行业内相关人员讨论确定。

5.4 标准的研发与推广建议

5.4.1 电池企业为主导

动力电池尺寸规格标准的实施，需要多方的协作，不可能仅靠个别领域的几家企业来完成。整个动力电池产业链，处在中间环节的电池企业是连接上游涉及电池材料制造、电池设备制造和下游涉及新能源汽车制造、电池回收利用等环节的纽带，关系到动力电池尺寸规格的标准化能否顺得推广，因此其作用十分重要。电池企业首先自身应严格执行标准要求，在企业内部对标准进行宣贯，提高内部关于动力电池尺寸规格标准化的意识；其次，需要联合其他电池企业走向标准化的道路，引导新能源汽车企业使用标准尺寸规格电池；最后，电池企业通过统一电池尺寸规格来要求电池制造设备的统一以及电池产业链当中其他环节的统一。

5.4.2 新能源汽车企业是关键

新能源汽车企业是动力电池的终端客户，也是动力电池最直接的使用者。新能源汽车企业使用标准化的动力电池，不仅会提高整车的设计、生产效率，降低生产成本，同时有利于动力电池在汽车领域的通用性和互换性。新能源汽车对动力电池尺寸规格的统一也会直接带动动力电池企业对电池尺寸规格的统一，最终实现动力电池的标准化生产，因此新能源汽车企业是动力电池尺寸规格标准推广的最重要的对象，对电池尺寸规格的统一有着至关重要的作用。

5.4.3 联合研发

动力电池尺寸规格的统一不仅会涉及到电池本身尺寸规格的变化，同时也会影响电池设备、电池制造、电池回收等多方面技术。相关科研院所以及企业应积极开展合作，对动力电池尺寸规格统一后可能会出现的新问题进行研究与探讨，对不能满足动力电池尺寸规格统一要求的现有技术加以改进或完善，通过联合开发，为动力电池尺寸规格的统一扫清技术障碍。

5.4.4 应用推广

动力电池尺寸规格的统一事关多个行业的共同发展，甚至对整国民经济都有一定的影响，因此除了相关企业在这方面的努力之外，还需要政府机构的干预、行业协会推动、社会舆论引导等，只有在多方面的共同努力之下，才能真正实现动力电池尺寸规格的统一，通过标准引领行业的发展。

6 结语

本文介绍了动力电池尺寸规格标准化的国内外现状，分析了目前标准化工作开展所遇到的困难及原因，同时对动力电池尺寸规格不统一所带来的问题和动力电池尺寸规格标准化的意义进行了阐述；建议应根据动力和储能的需求，将动力电池总体尺寸规格数量控制在12～15个，其他规格可个性化定制，同时应把电池壳、极柱、极耳的形状、尺寸、材料及连接特性也纳入制定规范或制定专门的规范，另外对标准研发与推广应用也提出了几点建议，为今后动力电池尺寸规格相关标准化工作的开展提供了新的思路和方向。

致谢：感谢国家重点研发计划项目“高比能量动力锂离子电池的研发与集成应用”（项目编号：2016YFB0100300）资助。

参考文献

[1] 阳如坤.锂电制造发展路线图探析[J].新材料产业，2012（9）：95—96.

[2] 闫金定.锂离子电池发展现状及其前景分析[J].航空学报，2014，35（10）：4—8.

[3] 安平，王剑.锂离子电池在国防军事领域的应用[J].新材料产业，2009（9）：38—40.

[4] 李凌云，任斌.我國锂离子电池产业现状及国内外应用情况[J].电源技术，2013，37（5）：883—885.