EVTOL 400V锂电池

EVTOL（Electric Vertical Take-Off and Landing，电动垂直起降飞行器）使用的400V级锂电池系统属于高功率、高能量密度、轻量化的航空级电源系统。下面介绍一份完整的 EVTOL 400V 锂电池技术说明与设计思路：

一、系统总体概述

系统名称：EVTOL用高压锂电池系统
额定电压：400V DC
标称容量：根据机型可选 100Ah～250Ah
能量范围：40～100 kWh
应用场景：短程城市空中交通、低空物流飞行器、载人垂直起降无人机等

二、电芯选型与性能指标

1. 电芯类型

• 化学体系：高镍三元（NCM811 / NCA）或高能量型固态锂电

• 单体标称电压：3.65V

• 单体容量：50Ah～100Ah

• 能量密度（单体）：≥280 Wh/kg

• 倍率性能：持续放电5C，峰值10C（10秒）

• 工作温度范围：-30℃～+60℃

2. 电芯排列方案（示例）

以 400V/200Ah（80kWh）为例：

• 串联：400V ÷ 3.65V ≈ 110串

• 并联：200Ah ÷ 100Ah = 2并

• 系统构成：110S2P，共220只电芯

三、PACK结构设计

1. 机械结构

• 箱体材料：航空级铝合金（7075-T6）+碳纤维复合盖板

• 防护等级：IP68 / IP6K9K

• 抗震等级：符合 DO-160G / RTCA 标准

• 重量目标：系统能量密度 ≥ 220 Wh/kg

2. 模块设计

• 模块电压：25～30V

• 模块容量：100Ah

• 每包约13～14个模块串联

• 每个模块独立监测温度、电压、绝缘状态

四、BMS系统设计

1. 架构

采用主从式BMS结构：

• BMU（Battery Management Unit） × N个模块

• BCU（Battery Control Unit） × 1主控

• 通过CAN总线/ARINC 429与飞控系统通讯

2. 功能

• 电压、电流、温度实时采样与冗余检测

• SOC/SOH估算（AI自学习算法）

• 绝缘检测（≥10 MΩ）

• 热失控预警与断电保护

• 预充、均衡（主动均衡）功能

五、热管理系统

• 冷却方式：液冷 + 气冷混合

• 冷却液温控范围：15～35℃

• 热管理目标：模块温差≤3℃

• 可选配置相变材料（PCM）+石墨散热膜以增强局部导热

六、安全与防护设计

• 多级安全保护：

• 电芯级：PTC、CID、热熔片

• 模块级：温度/电压/绝缘监测

• 系统级：高压断路器、熔断器、接触器、继电器冗余设计

• 防爆与热失控抑制：

• 独立排气通道设计

• 阻燃隔热层 + 防爆阀

• 热扩散抑制材料（aerogel）

七、性能指标汇总（典型设计）

八、标准与认证参考

• DO-311A：航空锂电池安全要求

• DO-160G：环境试验要求（振动、温度、高度）

• IEC 62619 / UN38.3：电芯运输与安全

• SAE AIR 7357：eVTOL 电池系统安全标准（草案）