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近期，搭載中創(chuàng)新航“頂流”圓柱電池小鵬匯天飛行汽車動(dòng)力電池包墜落試驗(yàn)已經(jīng)成功通過，動(dòng)力電池技術(shù)助推eVTOL商用更進(jìn)一步。
高工產(chǎn)研（GGII）數(shù)據(jù)顯示，2024年1-5月國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池新能源汽車裝機(jī)市場(chǎng)集中度對(duì)比以往有所下降，側(cè)面印證二線電池企業(yè)發(fā)力，裝機(jī)份額爭(zhēng)奪戰(zhàn)愈演愈烈。
必須承認(rèn)，基于新能源汽車市場(chǎng)的鋰電池開發(fā)創(chuàng)新斜率降低，裝機(jī)電池同質(zhì)化程度走高。與此同時(shí)，低空經(jīng)濟(jì)中的eVTOL市場(chǎng)基于高倍率、高比能延伸出又一動(dòng)力電池創(chuàng)新發(fā)展曲線。
尤其國(guó)內(nèi)低空經(jīng)濟(jì)政策頻發(fā)，近三年成為各地全力擴(kuò)充低空經(jīng)濟(jì)萬億產(chǎn)業(yè)規(guī)模的關(guān)鍵期，自上而下的支持讓國(guó)內(nèi)eVTOL產(chǎn)業(yè)化有了好的開局，在部分景區(qū)觀光、空中出租的場(chǎng)景中，eVTOL已經(jīng)開始進(jìn)行示范性載人項(xiàng)目，但體驗(yàn)價(jià)格昂貴，單次飛行價(jià)格通常近千元，且航線距離短，目前主要在10至20分鐘。
為將eVTOL應(yīng)用從示范項(xiàng)目進(jìn)一步推廣至貨運(yùn)、安防、救援等工業(yè)領(lǐng)域，動(dòng)力系統(tǒng)的性能升級(jí)成為重中之重。
處于初期階段的eVTOL對(duì)純電、混動(dòng)均有嘗試，純電包括鋰電池、氫燃料電池、太陽能電池三種， 混動(dòng)包括鋰電池+氫燃料電池、鋰電池+燃油兩種方式。
在以上技術(shù)中，鋰電池產(chǎn)業(yè)化最為成熟，成為eVTOL摸索階段的動(dòng)力首選。國(guó)內(nèi)電池企業(yè)正在全力配合eVTOL開發(fā)、檢測(cè)以及后續(xù)獲取適航證。
但eVTOL商用仍有很長(zhǎng)一段路走。巨灣技研總裁裴鋒認(rèn)為，eVTOL應(yīng)用現(xiàn)階段更多是點(diǎn)到點(diǎn)的封閉場(chǎng)景運(yùn)作，和早期新能源汽車的發(fā)展路徑類似，后續(xù)還需要配合eVTOL的基礎(chǔ)設(shè)施配套、搭建超快充生態(tài)。
單就電池方面，現(xiàn)有動(dòng)力電池在能量密度、功率密度、續(xù)航等方面也難以滿足eVTOL的動(dòng)力訴求。
從eVTOL的動(dòng)力電池嘗試看，eVTOL已經(jīng)嘗試了結(jié)構(gòu)、材料體系不同的鋰電池。而電池企業(yè)也借由eVTOL新市場(chǎng)，做更多元、更大膽的電池設(shè)計(jì)，未來誰會(huì)是未來eVTOL動(dòng)力電池的最優(yōu)選？
高造價(jià)給鋰電池創(chuàng)新更寬?？臻g
從利潤(rùn)空間考慮，當(dāng)產(chǎn)能和原材料價(jià)格兩大因素走向平穩(wěn)，動(dòng)力電池在整車成本中的占比持續(xù)下降，疊加車端價(jià)格戰(zhàn)影響，新能源汽車裝機(jī)市場(chǎng)的確是紅海競(jìng)爭(zhēng)。相比之下，高端電摩、eVTOL此類本身造價(jià)較高的市場(chǎng)，對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)成本并不敏感。
動(dòng)力電池系統(tǒng)在eVTOL中的占比為10%至15%，而目前一輛eVTOL整機(jī)造價(jià)在百萬美元水平。對(duì)比新能源汽車，eVTOL顯然給了鋰電池更寬裕的創(chuàng)新空間。
比克電池車電創(chuàng)新工藝部部長(zhǎng)許嚴(yán)博士在7月初的第十七屆高工鋰電峰會(huì)上表示，現(xiàn)階段eVTOL愿意為動(dòng)力電池的高性能買單。
許嚴(yán)博士表示，比克在嘗試eVTOL之初帶著做新能源汽車應(yīng)用的思維，在電芯設(shè)計(jì)時(shí)走入過于考慮成本的誤區(qū)。至少在現(xiàn)階段，eVTOL動(dòng)力電池更為重視電池性能，性能滿足eVTOL要求的基礎(chǔ)上，很少會(huì)因?yàn)殡娦境杀咎F而沒有市場(chǎng)。
并且在電芯的使用成本——循環(huán)壽命方面，eVTOL同樣愿意有所讓步，使用一年之后將出于安全性考慮直接更換動(dòng)力電池，“這在新能源汽車應(yīng)用中幾乎難以想象?！?/p>
而eVTOL的不惜成本背后，是飛行這一特殊場(chǎng)景對(duì)能量密度、功率密度、內(nèi)阻、安全等性能的極端重視。
目前國(guó)內(nèi)唯一集齊型號(hào)合格證、適航證、生產(chǎn)許可證三證的eVTOL企業(yè)億航智能表示，對(duì)于eVTOL航空器電池系統(tǒng)按照4H標(biāo)準(zhǔn)，即具有高能量密度、高充放電壽命、高瞬間充放電倍率以及高安全性。
巨灣技研總裁裴鋒博士也表示，eVTOL對(duì)能量密度要求非常高，500Wh/kg是行業(yè)中追求比較高的指標(biāo)了。另外，由于eVTOL在放電過程中的功率很大，所以也對(duì)電池的放電功率和安全性能提出了非常高的要求，同步要求搭建超快充生態(tài)。
業(yè)內(nèi)指出，功率密度是比能量密度優(yōu)先級(jí)更高的指標(biāo)，這決定了eVTOL能否起飛，對(duì)倍率行要求在持續(xù)放電4C、峰值放電15C水平；能量密度則通過加強(qiáng)輕量化助力整機(jī)飛行，這也直接影響著eVTOL的載重，在未來的載人、載物時(shí)有多少商用空間。
安全則是上述所有性能的基石，對(duì)比新能源汽車，eVTOL安全要求甚至更高，要求動(dòng)力電池多組備份，其中一個(gè)失效依然能夠保證 eVTOL緊急降落。
基于eVTOL對(duì)動(dòng)力電池的上述訴求進(jìn)行電芯設(shè)計(jì)時(shí)，內(nèi)阻是應(yīng)著重關(guān)注的一大關(guān)鍵參數(shù)。許嚴(yán)形容，eVTOL對(duì)內(nèi)阻的追求“沒有下限、越低越好”。因使用過程中的內(nèi)阻產(chǎn)熱不僅是能量的浪費(fèi)，還會(huì)造成熱管理系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致熱管理系統(tǒng)增重，進(jìn)而需要更多的電池提供動(dòng)力支撐，整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)陷入“水多加面、面多加水”的困局。
eVTOL動(dòng)力電池，多元技術(shù)路線并存
相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2020年至2023年全球eVTOL銷量從25架增長(zhǎng)至60架，年均復(fù)合增長(zhǎng)率超30%，預(yù)計(jì)2024年全球eVTOL銷量將達(dá)到130架。
盡管eVTOL產(chǎn)業(yè)化仍處于開端，但已表現(xiàn)出強(qiáng)勢(shì)的增速，尤其2023年中國(guó)eVTOL市場(chǎng)規(guī)模近10億元，同比增長(zhǎng)近八成，而在各地政府政策頻發(fā)的2024年，eVTOL市場(chǎng)有望實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)勁的增速。已在全球?qū)崿F(xiàn)領(lǐng)跑的中國(guó)電池企業(yè)而言更是抱著“趕集趁早”的心態(tài)，投身這一新賽道。
eVTOL對(duì)動(dòng)力電池的嘗試十分包容。這一點(diǎn)從億航智能在動(dòng)力電池領(lǐng)域的合作也可窺見。
目前億航智能已與國(guó)軒高科、巨灣技研、欣界能源等電池企業(yè)建立合作關(guān)系，國(guó)軒高科已表示布局軟包、圓柱eVTOL動(dòng)力電池；巨灣技研堅(jiān)持的電池恒功率高倍率性能也正是eVTOL所需，并且將與億航合作推進(jìn)eVTOL超充生態(tài)建設(shè)；欣界能源則錨定高性能全固態(tài)鋰金屬電池路線。
結(jié)合國(guó)內(nèi)相關(guān)情況，各技術(shù)路線eVTOL動(dòng)力電池各有所長(zhǎng)。
電池形態(tài)方面，目前用于eVTOL的動(dòng)力電池形態(tài)以軟包和圓柱電池為主。
在強(qiáng)調(diào)比能、倍率的特殊應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)，軟包的封裝方式依舊是動(dòng)力電池的首選。
長(zhǎng)期高舉軟包旗幟的孚能科技已交付電動(dòng)垂直起降飛行器（eVTOL）動(dòng)力電池，能量密度285Wh/kg，最高時(shí)速320km/h，單次最長(zhǎng)巡航250km；工況測(cè)試，電芯可實(shí)現(xiàn)10000次以上循環(huán)。公司已與載人飛機(jī)領(lǐng)域的海外頭部客戶開展電池方面合作與供應(yīng)，并且與國(guó)內(nèi)幾家潛在客戶進(jìn)行積極溝通。
而圓柱與全極耳適配的低內(nèi)阻優(yōu)勢(shì)，也是電池企業(yè)優(yōu)化性能適配eVTOL應(yīng)用的一大路徑。
比克針對(duì)eVTOL領(lǐng)域已推出全極耳2170-55B，能量密度300Wh/kg，全DoD最大持續(xù)放電倍率8C，以及大圓柱全極耳4680電芯，能量密度達(dá)到310Wh/kg，15分鐘可將電量從10%充至80%。
中創(chuàng)新航供給小鵬匯天的頂流圓柱電池采用獨(dú)創(chuàng)一體化集成“頂流”技術(shù)，與全極耳技術(shù)異曲同工，通過極致優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)，達(dá)到最大限度降低產(chǎn)品結(jié)構(gòu)阻抗，降低高功率放電過程中溫升，支持超高倍率持續(xù)性放電。
另外，國(guó)軒高科、正力新能也都披露，針對(duì)eVTOL客戶的不同需求布局軟包、圓柱兩種形態(tài)的動(dòng)力電池。
材料體系方面，凝聚態(tài)、鋰金屬、高鎳/硅等激進(jìn)技術(shù)都在eVTOL電池上有所體現(xiàn)。
寧德時(shí)代基于凝聚態(tài)路線開發(fā)，電池能量密度超500Wh/kg，近期表示成功試飛4噸電動(dòng)飛機(jī)，預(yù)計(jì)2027至2028年間將推出相關(guān)的電動(dòng)飛機(jī)產(chǎn)品。
SES AI、盟維科技、欣界能源則都是以鋰金屬電池路線瞄準(zhǔn)eVTOL應(yīng)用的代表企業(yè)。
主流提升比能、倍率的高鎳/硅材料體系路線上，中創(chuàng)新航低空出行用頂流圓柱電池采用9系高鎳／硅體系電池；巨灣技研恒功率高倍率動(dòng)力電池也主要采用高鎳/硅材料體系。
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