【瑞逍解读】全固态电池潜在特殊应用场景分析-无人机市场

关键词：无人机市场 产能适配性 成本因素

（本文阅读时间大约10min）

无人机产品总览及应用场景分类

无人机产品主要有军用无人机、专业类民用无人机和消费类民用无人机三大产品市场分类。

军用无人机具备特殊化技术集成以及较低的成本关联因素。

无人机根据不同场景、平台、应用方式，可以进行不同分类，例如：应用场景、飞行平台、控制方式、视距、重量尺度、任务高度、活动半径等。

▲ 无人机分类示意图

中国民航总局对无人机按重量1.5KG、7KG、25KG、150KG、5700KG，划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅺ、Ⅻ六类。实际运行中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅺ、Ⅻ类无人机有交叉时，分属较高要求一类。串并行无人机编队，按机队总重量分类，分类示意如下：

▲ 中国民航局关于民用无人机产品分类参照指导表格

无人机电池整体市场概况

从2015年起，无人机市场开始了井喷式的成倍增长。而近两年，也无疑是无人机增长最快的两年，从数据来看，无人机产业的兴起，引来了大量的资本，以支持这个产业飞速的发展，但是目前无人机产业日趋饱和，虽然增长的趋势还在继续，但是能持续投资与扩产态势急速放缓，资本市场已经开始对无人机的投资收紧不少，投资额的下降也预示着无人机产业的成熟发展阶段的到来。

中国无人机市场近几年急速发展与成熟，随着无人机飞行控制技术与信息化技术的双重进步，中国市场催生出全球最大的无人机产业链，特别是消费级无人机，中国的大疆占据着全球约70%的消费级无人机市场份额，在全球民用无人机制造企业中排名第一。

探究民用无人机和消费级无人机产品，主要有电动和油动两种动力系统分类，其中电动类电池的类型主要有如下三类：

//燃料电池体系

此类供电系统能够支持无人机长周期飞行续航里程，空载情况下能够连续飞行4个小时，即使1Kg满载情况下仍能支撑 150分钟，远超锂电池来驱动的无人机续航时间，但是无人机造价成本受制于燃料电池系统的价格以及特性化设计需要，一般为蓄电池无人机产品的两至三倍。

由于使用氢燃料电池，无人机结构与蓄电池供电体系无人机也有些不同，中间除了氢燃料聚合物电池之外，还有两根储存氢气的管状容器，最多可以存放不超过4L氢气。

//太阳能电池体系

太阳能电池对无人机进行驱动被视为最长续航里程的无人机产品，在合适的气候和环境条件下，太阳能供电能够提供足够的能量，同时附加以蓄电池组作为备用储备电源，太阳能无人飞行器曾创造了连续飞行14天无人飞行器的飞行时间记录。

但是此类无人机性能绝对依靠太阳能发电系统是效率以及功率输出，无人机整体结构设计以及重量密度也有着更为严格的要求，成本造价一直居高不下。

//锂离子电池体系

得益于锂电池行业的迅速发展，传统二次电池体系得以及极大地丰富，无人机用蓄电池种类也得到了迅速的拓展：由初期镍镉电池发展至镍氢电池，进而随着特斯拉革命性质退出锂离子电池在无人机上首试，也正式奠定出了镍氢电池(中低端)无人机电池应用体系，锂离子电池(中高端)无人机应用体系。

当前镍氢电池受限于能量容量性能的因素，其最大的成本优势方面也即将被锂离子电池体系完全取代，所以锂离子电池必将成为今后无人机市场的全部供应方。

无人机锂离子电池主要性能要求

//电池体积和重量能量密度的双重需求

无人机用锂电池为模组型电池产品包，模组内包含锂离子电池电芯，电池BMS系统，充放电管理系统，抗冲击保护性外壳等方面，相对于一般数码类产品，无人机电池的设计更具有集成化要求。

一方面，电池模组包的体积尺寸需要严格匹配无人机设计尺寸以及电池预留空间的双重要求，不同电池材料体系制作的电池占用体积有这较大的差异性，因此必须特性化设计。另一方面，无人机续航里程的问题主要取决于电池的蓄电容量和无人机载电后的整理质量，所以对于电池重量能量度有着极大地要求。

通常情况下，以大疆成熟的消费级无人机产品，单次飞行续航里程在20mins左右(无风环境，25km/h匀速飞行含悬停)，整体飞行时长设置主要考虑无人机整体的安全飞行模式设置，同时一般产品均有独立的电池增配售方式。

针对民用级和消费级无人机产品市场，每一款无人机产品的功能和定位均有着较大的规范标准差异，在电池能量容量和能量密度的考量方面均需有一类产品一项标准的考虑；整体来讲，高能量密度的电池产品通常备受无人机产品制造方的青睐。

//电池充放电倍率的高电压高功率要求

无人机产品不同于一般陆地电动类产品功率输出方式，属于高倍率充放电类电动化产品。

当无人机需要迅速完成动作操作指令的情况下，电池会瞬时提高输出功率以维持动力需求，这对电池有着极高的放电性能要求，同时针对民用商用工况应用场景时，还需要对电池的充电倍率有着很高的要求，以满足正常工作效率需求。

同时无人机的电池倍率性能通过电池组装工艺降低内阻和增加散热结构设计来实现，通常电池模组内部为4S或6S，最高不超过12S的串联设计增加输出电压，同时以1P或2P的并联设计提供高的功率输出。

//电池安全性以及保护结构设计要求

首先，无人机电池在充电过程中主要以拆卸式的电池的集中式充电处理为主要方式，通过连接标准化的充电器件和电源，以实现规范化充电的目的，所以在电池充电过程中的发热问题一般是安全的，仅需对电池的充电设备进行充电方式设置。

在无人机飞行使用过程中，电池由于存在高功率和高倍率的电量输出，电池发热问题更为严重和不可控，一般需要更为安全的电池电芯设计和电池热管理设计，通常无人机电池的使用叠片工艺更有利于电池的自发热控制；在电芯成模组过程中，无人机电池无法设置占用体积较大的冷却液系统，一般采用密度较轻的金属箔片，通过风冷的方式防止电池出现温度过高的现象。

在更为高技术集成化的BMS管理系统之中，电池在使用过程中的容量，温度，以及不同电芯间的使用状态将会被监控和调度，从而系统性的保护电池的安全和整机的使用效果。

其次，无人机电池的机械冲击保护也是需要考虑的因素，传统消费级无人机电池一般体积较小容量较低，简单的塑料结构设计就可以应对常规的机械冲击。

但考虑到的民用级工况类型的无人机，电池的体积和容量一般都会较大，发生机械碰撞的破坏性和危险性也会增加，故而对电池本征安全属性和保护结构的设计也需要有很好的考虑。

//电池成本与生命周期的要求

当前无人机用锂电池成本基本占到无人机造价的四分之一左右，一台3200元的消费级无人机，其中电池的市场售价高达850元，外加增配的电池，整体电池的购置成本维持在接近三分之一的占比。在植保类这样成熟的中型无人机产品分类中，电池仍然占有较高的采购成本。

通常情况下电池的满充满放的正常使用条件下，无人机用电池的循环寿命周期不会超过500次；对比新能源动力电池系统要求的1500次充放电循环周期，主要寿命衰减是由于快速放电造成的电池结构破坏加速；同时电池模组中单个电芯使得模组木桶效应明显。

无人机电池主要供应方

电池供应方：

电调供应方：

无人机主要制造商

军用级无人机市场：

消费级无人机市场：

专业级无人机市场