eVTOL(Electric Vertical Take-Off and Landing,电动垂直起降飞行器)是低空经济的重要组成部分,也是未来城市空中交通(UAM)的核心载体。与新能源汽车相比,eVTOL对电池系统的要求更高,不仅需要高能量密度,还需要具备超高倍率放电、快速充电、高安全性以及航空级可靠性。
电池包充放电方案直接关系到飞行安全、续航里程、运营效率和电池寿命,是eVTOL动力系统设计的核心内容之一。
与新能源汽车动力电池相比,eVTOL电池具有以下特点:
| 项目 | 新能源汽车 | eVTOL |
|---|---|---|
| 能量密度 | 150~250Wh/kg | 300Wh/kg以上 |
| 放电倍率 | 1C~5C | 5C~15C |
| 充电倍率 | 0.5C~2C | 2C~6C |
| 安全等级 | 车规级 | 航空级 |
| 可靠性 | 高 | 极高 |
| 冗余设计 | 较少 | 多重冗余 |
功率需求最大。
通常占整次飞行能耗的:
20%~35%
放电倍率:
8C~15C
特点:
瞬间大电流输出
电池温升最快
功率相对稳定。
放电倍率:
1C~3C
特点:
持续放电
追求高效率
功率再次提升。
放电倍率:
4C~8C
特点:
需要预留安全余量
预留:
10%~30%
应急电量。
满足:
返航
备降
要求。
目前主流电压平台:
400V
540V
系统
容量:
50kWh~150kWh
600V
800V
系统
容量:
150kWh~500kWh
未来发展方向:
800V+
1000V+
高压平台
容量:
500kWh以上
充电倍率:
0.5C~1C
优点:
电池寿命长
发热低
缺点:
周转效率较低
目前主流方向。
充电倍率:
2C~4C
例如:
100kWh电池包:
15~30分钟完成充电
适用于:
城市空中交通
未来发展方向。
充电倍率:
5C以上
目标:
10分钟内完成补能
要求:
高倍率电芯
液冷系统
高功率充电桩
部分运营商重点研究。
特点:
5分钟以内完成换电
优势:
提高运营效率
难点:
标准化程度要求高
起飞阶段:
需要持续输出:
5C~10C
甚至更高。
降低单模组负载。
典型结构:
多Pack并联
多区域供电
提高安全性。
航空系统通常采用:
N+1冗余架构
即:
部分电池故障后仍可维持飞行。
eVTOL电池热管理远比汽车复杂。
当前主流方案。
优点:
散热效率高
适用于:
高倍率充放电
用于:
峰值功率阶段
辅助散热。
通过BMS控制:
加热
散热
保持最佳工作温度。
eVTOL电池BMS属于航空级系统。
必须具备:
实时监测:
电压
温度
内阻
预测剩余寿命。
误差通常要求:
≤3%
提前发现异常。
避免故障扩散。
支持:
CAN FD
ARINC
Ethernet
等协议。
eVTOL电池包必须满足:
热失控隔离
防火设计
防爆设计
冗余供电
单点失效防护
设计原则。
目标能量密度:
350Wh/kg以上
目标:
400Wh/kg以上
降低系统电流。
实现:
自动调度
电池健康管理
实时预测:
容量衰减
故障风险
以载人eVTOL为例:
系统参数:
标称电压:768V
容量:230Ah
总能量:176.6kWh
性能指标:
起飞放电倍率:10C
巡航倍率:2C
快充倍率:3C
能量密度:320Wh/kg以上
循环寿命:1500次以上
热管理:
液冷系统
热失控隔离结构
通讯:
CAN FD
以太网双冗余
eVTOL电池包充放电方案的核心在于兼顾高能量密度、高倍率输出、快速补能和航空级安全可靠性。未来随着低空经济的发展,800V高压平台、半固态电池、全固态电池以及智能热管理技术将成为eVTOL动力系统的重要发展方向。
在航空动力电池领域,浩博电池参与的部分项目涵盖eVTOL、电动固定翼无人机、大载重无人机及特种航空平台等应用。东莞市浩博光电科技有限公司可根据项目需求开发400V、540V、614V、768V、800V及1000V高压锂电池系统,并支持高倍率放电、航空级BMS、液冷热管理、高低温(-70℃至+200℃)环境适应及定制化PACK开发,以满足新型航空器动力系统需求。
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能量密度:125-160Wh/kg
充放电能力:5-10C(20-80%DOD)
温度范围:-40℃—65℃
自耗电:≤3%/月
过充电、过放电、针刺、 挤压、短路、
撞击、高温、枪击时电池不燃烧、爆炸。
动力电池循环寿命不低于2000次,
80%容量保持率;
电池管理系统可靠、稳定、适应性 强,
符合国军标要求。