355-390-590 模组和 CTP 演变的逻辑和历程
话题文章
这些技术都是产业上下游不断博弈和探索的结果,
是整车标准化和个性化调和的产物,
也是成本与安全性兼顾的有效举措。
整车要在有限的底盘空间(长度 L*宽度 W*高度 H)内,尽可能多地装载电量,提高体积利用率(质量比能,主要还是依靠电芯材料的改进)。但在早期,每家电芯的尺寸千差万别,每个车型的空间需求不同,加上“油改电”的逆向开发,个别车企开始正向开发,所以,很长一段时间内,电池包的形态多种多样,模组的尺寸、模组在包内的布置多种多样。
这里并不打算穷尽,摘录几款如下:

尽管形态如此多变,但徳国人发现了一个共通之处:每辆车可以利用的位置,是共性的。如下图所示:

即中央通道、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。所以,根据这些空间尺寸,推算出可用的模组尺寸范围,根据得出的模组尺寸范围,再向电芯去推算,得出电芯的尺寸范围。这就是最早VDA电芯尺寸来源的基本思路。
车企希望借助于电芯的标准化,实现规模,降低成本。
现在看,这个思路行不通。各家整车企业的需求不一样,每家企业的不同车型需求也不同,电芯企业的尺寸更是难以一刀切。
于是,退一步,转而对模组进行标准化,这个可操作性就大了,整车企业只给出模组规格,不对电芯做统一规定,如何实现,那是电芯企业的事了。
代表性的企业就是大众,在此之前,大众已经在用了一款模组,主要在 e-golf,audi Q7 e-tron 上使用,这就是最早的所谓 355 模组,根据模组的长度约为 355mm 定义。
e-golf 模组及布置
其中,Audi Q7 e-tron 的这款模组在国内的影响较大,它出自三星 SDI,三星使用方形电芯,同时也供货宝马,而国内大多以方形为主。所以,当时宁徳也对标、跟进了这款模组,形成了自己的 355 模组,355 模组是国内应用最多的模组技术平台。
355 模组有个问题,它对电池包的长,宽两个纬度兼顾的太多(即可以横着放,也可以竖着放),这主要还是为了更好地适应异形包,充分地利用空间。
在这个时间,模组的布置,以两条主线开始展开了:电池包横向、电池包纵向。横向布置对于小模组(宽度上)来说,空间利用率更好;而 355 模组横向布置的话,放 3 个则太多空余,放 4 个则还无法实现,这个时候,390 模组出现了,在放置 3 个 390 模组基础上,既可以提高空间利用率,又能够保证安全性(这个时期,技术人员还没有完全放开对结构安全的考量)。

对方形电芯来说,相当于多串一个电芯,所以奥迪 A6 以这个模组同时向方形、软包企业征集方案,这就是你在网上经常能够看到的 SDI A6 模组和 LG 化学 A6 模组。

很奇怪,这次切换,SDI 掉队了,LG 软包成功上位。390 软包模组技术逐渐占据 VW 集团的产品。这个时期,出现了 LG 的两款代表产品:捷豹 I-Pace 和 Audi e-tron,二者的模组布置如下:
注意:e-tron 最后两行模组分上、下两排。
I-PACE 的模组可以认为是 355 模组(加保护盖 360),e-tron 的为 390 模组。随后到了 MEB,590 就出来了,这个很好理解,在同样的宽度范围内,如果少一个模组,那么空间利用率就能提升,减少结构件,降低成本。

可以看出,在宽度上与 390 模组相当,进一步挤压了电池包在横向上的空间。到这个阶段,以徳国主导的平台化基本完成了进化,VDA 尺寸切换到了 590 模组。你可以这么理解,在电池包的宽度方向上,355 和 390 代表了 3 个模组横放的方案,590 代表了两个模组横放的方案。
这个时期,进化的一个方向已经不言而喻了:既然横着都可以放两个模组了,那为什么不直接放一个模组?没错,CTP 出来了!

我个人非常佩服 BYD 和宁徳的这个 CTP 构想,以及他们的刀片电池,这个创新真的是非常美妙!非常优美!卡位非常及时!否则,中国在整个 PACK 集成技术上将很难有引领的机会。
在 590 模组和 CTP 之间,不得不提下 VW 的另一个平台:PPE。这个平台,采用双排大模组的技术,进一步压榨电池包宽度上可以利用的空间。
590  →   PPE     → CTP
大众距离 CTP 仅一步之遥,所以为什么说 BYD 和 CATL 在这个点卡位真的是很及时!
到这里还没有结束,上述的演变,是基本电池包宽度方向上的。有一个特例独行的公司,在电池包宽度方向上的进化,突然切换到了电池包纵向上的进化:没错,就是特斯拉!Model 3 的大模组横空出世,让人脑门大开的惊艳之作!

特斯拉一改 Model S 的横向布置,利用长条状的大模组,极限挑战电池包在纵向上的可用空间,这个技术在 2016 年就出来,所以,从一定程度上来看,它对 590,CTP 都有引导上的影响。
这个纵向上的大模组方案,也正是宁徳时代给国产特斯拉 Model 3 的方案,因此,CATL 最早推出了当时给北汽的 CTP 包(其实是大模组方案)。

这样,特斯拉 M3 大模组的方案,与国内的 CTP 集成技术,产生的交集和融合,实质有共同之处,就衍生如下的一些大模组 /CTP 方案。


从理论上,我们可以看到了电池包模组布置的终极形态,即 CTP,CTP 本身的划分和演变也会分为多个阶段,不会一步到位直接到我们在专利中所看到的样子。
这一轮 PACK 集成技术的迭代和进化,总体上来看,已经走得差不多了,还有些车企在以上三种技术的框架内,衍生出自己的平台,这一轮电池技术提升的主要是体积利用率,电池包的比能,电池包层面的成本,百家争鸣,精彩至极!
上一轮的电池技术进化主要是在电芯层面,材料的进化,电芯比能的提高,电芯成本的降低,在这一轮 PACK 进化中,电芯演变的主要是尺寸和形状。
以电池包长、宽、高三个尺寸纬度的进化,滋生了当前的 PACK 技术平台,这里主要说了长度和宽度,还有一个至关重要的尺寸:高度!
后面再细述。

最后,这张草图供大家理解整个模组、平台技术的演变。

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