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正力新能“三高一快”eVTOL航空航天电池产品挑战动力电池技术制高点..

编辑:叶子琪 | 栏目:焦点新闻 | 来源:燕赵汽车网 | 发布时间:2023-10-20 11:38   阅读量:16295   

摘要:李政新能作为电动垂直起降航空领域动力电池的龙头企业,以其卓越的动力电池技术和不断创新的精神成为航空电气化的引领者。秉承持久环保和可持续发展的理念,李政新能致力于为全球航空业提供清洁、绿色、高效的电化学能源解决方案。

导读:6月26日广汽科技日,广汽集团首次公开展示其飞行汽车项目“GOVE”,并现场完成全球首飞,引发热议。据悉,GOVE飞行汽车具有垂直起降功能,并配备了双备份多旋翼飞行系统,以确保飞行安全。在首飞仪式上,戈夫不仅起降、巡航,还示范了18米高空悬停、180度转弯等高难度动作。以广汽为代表的国内一线车企深度探索立体化出行布局,也引发了国内新能源行业对未来电动低空出行新方式的无限遐想。

尽管广汽“戈夫”的首次亮相只是一次试飞,但它传递出了一个非常积极的信号:在中国新能源汽车产业逐步发展壮大的同时,富有想象力的中国企业正在努力“向上”突破,积极思考陆海空立体交通全电气化的发展路径。随着科技的飞速发展和城市空中交通概念的兴起,电动飞机这个曾经只出现在科幻电影中的新事物正在成为现实。

在很多人的想象中,既能在空中飞行,又能像汽车一样在陆地上行驶,还能远距离载人的陆空两用交通工具,将是未来城市空中出行的终极解决方案。但由于对起飞场地起降要求苛刻,需要同时满足陆空两栖驾驶需求,传统的飞行汽车还有很多技术难点需要克服。因此,现代飞行汽车的概念已经从传统的陆空两栖车扩展到电动垂直起降飞机。EVTOL正在成为人类翱翔天空最接近的可能性,在全球多个国家得到了广泛验证。

正力新能源概念电动垂直起降垂直起降飞机

对于电动垂直起降,很多人可能会觉得陌生,甚至第一次看到它时会想到它是一架直升机或者某种大型无人机,但就像“小熊猫”不是“熊猫”一样,电动垂直起降与我们传统概念中的飞机完全不同。它的专业名称叫做电动垂直起降,意思是电动垂直起降飞机,简称电动垂直起降。分解是:

电动:像EV纯电动汽车一样,它由纯电力驱动,而不像传统的飞机和直升机依赖燃料。

垂直起降:无需滑行即可完成垂直起降,比一般民航客机更灵活。

它还有一个最大的特点,就是载人:电动垂直起降最多可以同时搭载4-5名乘客,以400多公里的时速完成300公里的短途飞行。

以上是电动垂直起降的基本定义。也许在大多数人眼里,电动垂直起降作为一个新生事物有点新鲜,但回顾其发展历程,可以发现它比想象中离我们更近,空中交通全面电气化的时代已经到来。

EVTOL的灵感来自VTOL,这是一种军用固定翼飞机的垂直起降技术。这一概念最早于20世纪40年代提出,80年代由波音公司和贝尔直升机公司联合研制。1989年,具有垂直起降能力的横向旋翼机“鱼鹰”成功首飞,并很快进入美国空军和海军陆战队服役。

据统计,截至2011年,MV-22鱼鹰垂直起降飞机已飞行超过10万小时,每飞行小时的事故率仅为美国海军陆战队飞行机群平均事故率的一半左右,是事故率最低的旋翼机,被美国海军陆战队称为最安全或接近最安全的飞机。

MV-22鱼鹰侧转旋翼机

VTOL技术作为美军在实战和救援行动中部署多年的成熟技术,被引入交通电气化领域,提出了电动垂直起降的概念,类似于传统汽车工业引入新能源技术带来的新能源汽车工业革命,重点是动力系统的技术替代,这将是全球新能源技术日趋成熟的必然结果。

电动垂直起降领域最早的开拓者可以追溯到2009年美国JOBY的成立。据报道,电动垂直起降是在建立之初秘密开发的。截至2022年底,公司已成功接收美国联邦航空局提出的适航标准,并完成了四项必要体系评审中的第二项。适航审定工作进展迅速,预计将于2025年推出空中出租车服务。

Joby公司发布的EVTOL垂直起落飞机

2010年,Wisk团队也开始探索电动垂直起降飞行的可能性。2023年,该公司被波音公司全资拥有,并保持独立。此次收购将帮助Wisk受益于波音在飞机认证方面的经验以及波音与世界各地航空公司的关系。在波音发布的2023年可持续发展报告中提到,Wisk将成为美国首个获得自动驾驶乘客电动垂直起降认证的候选公司。

维斯克公司发布的EVTOL垂直起落飞机

此后,百合、阿彻等行业独角兽如雨后春笋,全球电动垂直起降浪潮已至星星之火可以燎原。

在此期间,随着欧美电动垂直起降适航审定体系法规和条款的制定和完善,以及电池、电控、电机、轻型复合材料、飞行控制等关键技术的发展,由电动垂直起降引发的新一轮航空革命已经到来。

截至目前,国内电动垂直起降赛道已经聚集了亿航智能、峰飞航空、石狮科技、沃飞天空、何山科技、沃兰特、御风未来等二三十家公司。欧美的Joby Aviation、Lilium、Volocopter、Vertical、Archer、Embraer、Beta等公司也推出了电动垂直起降产品。

除了初创企业,传统飞机或飞机发动机巨头、汽车巨头也是这片蓝海的忠实粉丝。无论是波音、空客、劳斯莱斯、吉利、丰田、戴姆勒、奥迪、现代、本田等。,都在积极布局电动垂直起降赛道。

尤其是2023年,电动垂直起降领域首飞的消息不断。此时的电动垂直起降,如同多年前的新能源汽车一样,正在成长为改变未来十年出行方式的新风口。

超级解决方案:电动垂直起降城市空气中的完美旅行工具

前面介绍了电动垂直起降的蓬勃发展,有人可能会问——为什么呢?电动垂直起降到底有什么魔力,可以吸引全世界电动飞行领域的探险者和资本家?

第一个原因是新能源技术使能了航空电气化带来的优势,第二个原因是因为其立体的交通属性,应用前景广阔。它们共同确立了电动垂直起降作为开发新一代低空资源的关键工具的地位。

第一个方面,电动垂直起降有四个特点:高安全性、低成本、更环保、智能化:

安全性高:目前国际上现有的电动垂直起降机构型或技术路线主要有多旋翼构型、复合翼构型、倾转旋翼构型、倾转涵道风扇+全矢量控制、隐藏式推进系统+无翼设计。其中,前三种方案均采用多电池系统、多电机驱动多旋翼,拥有多个独立可靠的动力系统,提供安全冗余。第四种方案也消除了开式螺旋桨在安全上的隐患。同时,这些主流方案的巡航状态与固定翼飞机基本相当。无论是独立分布式电力推进带来的安全性和可靠性,还是固定翼的稳定性,都远超传统直升机,达到十亿次故障概率,安全水平堪比民航客机。

成本低:随着规模和供应链的成熟带来的成本降低,未来电动垂直起降出行的每公里单价可以接近网约车专车,其使用成本和维护成本远低于传统直升机和通航固定翼飞机,这使得私人飞机从贵族生活方式普及到大众化成为可能。

更环保:基于电气化的独特优势,电动垂直起降无发动机,无碳排放,符合全球零碳愿景和环保要求,并能大幅降低噪音,低于城市环境背景噪音,还能大幅提升用户的骑行体验和舒适度。

智能化:相对于地铁、轻轨等建设周期长、覆盖区域固定的传统城市公共交通,电动垂直起降运营所需的起降设施更加灵活。不仅可以利用现有的机场,还可以在城市CBD和各城市功能区的高层建筑屋顶设置交通节点,进行点对点的交通,填补城市交通功能的空白。并且基于三维空间的优势,全智能自动驾驶变得更容易实现。

第二个方面,电动垂直起降的潜在应用场景远远超出想象:

2016年,全球共享出行巨头优步提出“优步Elevate”城市空中出租车计划,为电动垂直起降产品在城市空中交通领域的巨大应用前景打开了想象空间,并逐步拓展到城市机场班车、城际导航、景区空中游览等场景。目前,这一领域是电动垂直起降制造商最容易切入的市场之一。

比如从上海浦东机场到陆家嘴,40公里,不堵车1小时,堵车2小时。如果选择电动垂直起降,只需要10分钟,费用相当于打车。大大节省通勤时间,性价比高,电动垂直起降不仅在城市空中交通方面具有很强的市场竞争力,还能有效提高城市出行效率。

李政新能畅想电动垂直起降在城市交通中的应用

此外,电动垂直起降在货运物流、城市消防、医疗救援、搜救、农林植保、军警市场、私人家居领域等公共服务领域展现出广泛的应用潜力,为低空交通电气化带来超级解决方案。

业内预测,2025年将是电动垂直起降商业化的重要节点,电动垂直起降飞机将于明年巴黎奥运会正式载人试运营;2025年,大阪世博会还将启动电动垂直起降的商业运营,运营频率为每小时20个航班。一旦电动垂直起降在海外启动商业化进程,国内的跟进速度将极快,必然带动整个行业的市场化和规模化。

根据摩根士丹利和德勤的预测,2040年全球电动垂直起降市场规模保守估计可达1.5万亿美元,其中52%为货运物流,46%为城市载人,3%为城际通航和军政市场。

技术制高点:电动垂直起降动力电池的性能要求是目前动力电池所有应用场景中的技术“皇冠”。

对于新能源汽车产业来说,中国能够成为引领全球新能源汽车变革的“桥头堡”,其中一个重要原因就是在各种核心零部件的研发和生产上领先世界。以被誉为新能源汽车“心脏”的动力电池为例。2022年,中国动力电池累计销量达465.5GWh,同比增长150.3%。根据研究机构的数据,中国动力电池企业占全球市场份额的60%以上。动力电池对新能源汽车产业发展的重要性可见一斑。

作为立体交通电气化应用场景的延伸,电动垂直起降也遵循同样的逻辑。核心软硬件包括电池、电机、飞控、机身等。其中,目前制约电动垂直起降的核心技术因素是动力电池。

新能源汽车用动力电池与电动垂直起降电池的技术指标比较

因为电动垂直起降是垂直起降的,所以将同样质量的汽车垂直抬离地面所需的电池功率密度要比汽车在地面行驶时高得多。如何让每公斤电池承载更多的能量,提供起飞和降落所需的超强动力,是电动航空业面临的关键问题之一。此外,基于空中交通属性的特殊性,电动垂直起降在航空安全、频繁快速充电能力、复杂环境下的动力性能等方面的要求也极为严格。然而,与现有电动汽车动力电池的性能参数相比,其技术指标达不到要求,这对动力电池企业为电动垂直起降开发下一代航空级电池提出了很高的挑战。

安全:作为一个严肃的航空工业,电动垂直起降对安全因素的要求远远超过汽车。大飞机的安全系数需要达到10的-9次方,小飞机一般需要达到10的-7次方。在实践层面,航空工业的事故概率也比汽车工业低3个数量级以上,计算方法更为严格。

李政新能铝壳电池能量密度320Wh/kg,电池5C恒流大倍率放电,直接放电至下限电压2.5V,容量保持率95%以上,电池最高温度45度。

可靠性:抗跌落能力强,当单体电池失效时,电池系统要继续工作,直到电平面落地,也就是说没有热量扩散+没有功率损耗。

能量密度:由于物理规律的限制,电动垂直起降对能量密度的需求远远超过汽车。据悉,目前包括全球上市的五大厂商,除了JOBY4S一次充电能飞247公里外,其余鲜有突破200公里航程的。电池技术在航程上的限制阻碍了电动垂直起降能源成本优势的发挥。基于行业走向成熟的需求,航空业提出了动力电池电芯能量密度明显高于电动汽车的要求。

李政“三高一快”航天电池产品能量密度路线图

功率密度:为了满足紧急着陆需求,需要在低功率状态下保持高功率放电能力。

李政新能铝壳电池能量密度320Wh/kg,20% SOC 12C高倍率脉冲放电持续30s,下限电压保持在2.1V以上(视频加速)

快充性能:为了满足航空租赁业务等频繁使用场景,行业一般需要在15分钟以内充至80%。

李政新能:动力电池领域的生力军,已成为Evtol航空电池领域的龙头企业。

从交通体制改革来看,电航领域是动力电池尚未涉足的新领域。航空电气化将为动力电池提供巨大的增量空间。航空是动力电池需要征服的另一座大山,目前很少有电池企业涉足。但在无人之地,总有人敢于攀登高峰。作为动力电池领域异军突起的新生力量,李政新能以极具前瞻性的“LISA-321”产品+R&D战略系统,在行业发展的最早期就认识到了载人电动飞机领域的广阔前景,并对电动垂直起降航空级电池系统进行了长期的研究和布局,不断取得突破。目前已与国内及欧美多家头部电动飞机公司开展了深度合作。今年5月,李政航空电池系列首次发布,确立了覆盖陆海空应用场景和各种化学体系的产品研发战略。成为国内首批具备高性能电动垂直起降电池研发和生产能力的动力电池企业之一,正逐步成长为航空电池应用领域极具潜力的领军企业。

李政新能航天电池产品系列

在电动垂直起降电池的研发中,李政新能充分考虑实际应用场景,将满足复杂飞行需求的综合性能作为产品研发的第一原则,在业内首次推出集高安全性、高能量密度、高功率、快充电于一体的“三高一快”飞机电池。

特别值得注意的是,一般情况下,动力电池的这些关键性能指标是相互制约的,往往很难做到方方面面的性能。单一指标的亮眼必然带来其他方面的短板,对于电动垂直起降电池的实际应用缺乏实际意义。这也意味着,目前市场上一些只突出单一指标性能的航空级电池产品落地能力有限,而李政航空电池可以同时满足“三高一快”四项指标,尤其是低SOC的高能量密度和高倍率性能的兼容,这是一个非常困难的、开创性的突破。李政新能通过材料体系和电池设计的不断优化迭代,实现了多项性能指标的协同提升。

材料体系方面,李政新能采用超高容量多元正极和硅基负极,提高单位重量活性材料容量,实现高能量密度;隔膜涂有高电导率电解质和高孔隙率陶瓷,提高离子传输能力,降低阻抗,实现高功率性能;在电芯的设计上,对电极厚度、孔隙率和孔结构进行了系统设计和优化,并引入一维线性导电剂,构建高效的长距离电子传输网络,提高快速充放电能力。基于此,李政航空电池在满足铝外壳320Wh/kg高能量密度的前提下,在电池容量较低的20% SOC状态下,仍能实现12C以上的高倍率放电性能。同时通过软件定义电池厂的先进工艺,实现ppb级别的产品故障概率,从而满足航空安全标准。李政新能航空电池系列满足电动垂直起降电池所要求的极致性能,并与国内外多家电动垂直起降厂商合作进行航空验证,为李政新能在电动垂直起降领域的持续发力奠定了坚实基础。

李政新能“三高一快”航天电池解决方案

航空工业曾是中国的软肋。改革开放以来,中国航空工业不断发展。最近国产C919飞机的成功商业飞行也显示了中国在航空领域的超级潜力。电动垂直起降作为航空工业的新分支,在新能源革命引领的立体交通电气化的空前形势下,绕过了欧美传统优势的高度复杂精密的航空发动机领域。并且基于国内成本、电池技术和部分供应链设施的长期积累,中国电动垂直起降产业的发展土壤日益肥沃,有望像中国新能源汽车产业一样再次完成变道超车。

李政新能团队与许多国内外知名电动垂直起降公司进行了交流与合作。

环保是未来航空工业的发展趋势之一,动力电池技术的发展将推动航空动力系统的变革。目前,以电动垂直起降为代表的电动航空需要极高的技术集成能力。对于中国企业来说,需要超级的耐心、勇气和长远的精神。只有更多具有前瞻性眼光、勇于探索无人区技术的动力电池企业加入进来,才有希望推动电动垂直起降产业在中国的快速崛起,在这个充满希望的交通电气化新领域,开启一个全新的传奇。

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