自2023年中央經(jīng)濟工作會議將低空經(jīng)濟列入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)以來，低空經(jīng)濟乘勢起飛。但時至今日，電池仍被視為低空經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵門檻之一。近日，欣旺達動力中央研究院院長徐中領(lǐng)在接受21世紀(jì)經(jīng)濟報道記者專訪時表示，相較新能源汽車電池，航空電池需要同時具備高能量密度、高功率密度與極致安全性——這如同要求運動員既擅長馬拉松又能百米沖刺，可以說低空飛行器電池是動力電池領(lǐng)域“三好學(xué)生”。
欣旺達何時開始研發(fā)低空飛行器電池？進軍低空領(lǐng)域有怎樣的契機？
徐中領(lǐng)：欣旺達動力中央研究院設(shè)立時我們就布局了相關(guān)的技術(shù)開發(fā)，如鋰硫電池、高能量密度電池、固態(tài)電池、鈉離子電池等前沿技術(shù)。欣旺達動力立項開發(fā)航空動力電池是在2023年。這一年有幾件標(biāo)志性的事件：一是中央經(jīng)濟工作會議將低空經(jīng)濟列入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)；二是億航取得了全球首個eVTOL適航證，標(biāo)志著這個行業(yè)發(fā)展步入快車道——之后的發(fā)展也印證了我們的判斷。
這些技術(shù)元素之前是用在新能源汽車上的嗎？
徐中領(lǐng)：可以說有部分是承接自最新的新能源汽車電池的通用技術(shù)，像HEV（混合動力汽車）的高功率技術(shù)、PHEV（插電式混合動力汽車）或EREV（增程式電動汽車）的高能量密度高功率技術(shù)等 。更多的是針對低空飛行器需求開發(fā)的新技術(shù)，如高效熱管理技術(shù)、輕量化集成技術(shù)等。
新能源汽車的電池和低空飛行器的電池，有哪些不同？
徐中領(lǐng)：主要在能量密度、輸出功率、安全性三方面有所不同。首先，車用電池對能量密度的要求沒有航空電池高。對于車用而言，能量密度也是越多越好，但不構(gòu)成痛點。但對航空而言則是痛點：能量密度一般需要達到300Wh/kg這一門檻，否則飛機起飛攜帶的電池重量就能耗盡電量，無法產(chǎn)生經(jīng)濟價值。馬斯克也說過，電池能量密度至少要達到400Wh/kg，電動飛機才能廣泛應(yīng)用。其次，能量密度決定了低空飛行器能飛多遠、載多少重，輸出功率則決定了低空飛行器能不能飛起來、能否應(yīng)對飛行工況。尤其垂直起降階段需要較大的功率，高輸出功率需要電池有較高的放電倍率支持。以典型電動飛行器工況為例，其工作循環(huán)包含3-8C倍率的起降階段、0.5-2C倍率的巡航階段，且必須保留20%以上的安全冗余電量，以應(yīng)對可能的突發(fā)情況。而新能源汽車一般僅需0.1C-0.5C左右放電倍率。
此外在安全方面，飛機電池有其特殊要求，如需要保證在15米跌落時不能出問題等。
預(yù)計2030年市場有望爆發(fā)
欣旺達在上海車展展出的三款電池，各自針對什么類型的低空飛行器？
徐中領(lǐng)：欣旺達本次推出了3款面向飛機的電池，分別是230Wh/kg的高功率軟包電池、360Wh/kg的軟包電芯、350Wh/kg的圓柱電芯。230Wh/kg的軟包電芯是專門為混合動力應(yīng)用場景開發(fā)的高功率密度電芯，主要是面向混合動力飛機在起飛和下降階段的功率補充。
360Wh/kg軟包和350Wh/kg圓柱電芯都采用高比能技術(shù)路線，通過提高電池的能量密度來實現(xiàn)飛機對于更高載重和更長續(xù)航里程的開發(fā)需求，可以同時匹配載人和載物的純電動飛機。去年年底在第十三屆大灣區(qū)國際新能源汽車技術(shù)與供應(yīng)鏈博覽上，我們還展出了“航空電池-Gen1”（能量密度320Wh/kg）。這款已經(jīng)量產(chǎn)了，展臺上的eVTOL用的就是這款電池，所以這次電池沒有單獨展出。
航空電池從研發(fā)到量產(chǎn)，一般需要多久？
徐中領(lǐng)：具體時間視項目而定，不同的項目要求不同開發(fā)周期也不同，整個開發(fā)過程全部完成一般需要1-2年。
目前航空電池的市場需求量并不大，為何還要進入航空電池領(lǐng)域？
徐中領(lǐng)：現(xiàn)在是不大，但參考新能源汽車的發(fā)展速度：2009年前后國家推出新能源汽車“十城千輛工程”，2017年前后發(fā)展起來，2020年前后爆發(fā)了……我們預(yù)計低空飛行器市場在2027年后可能會慢慢放量，到2030年市場可能會爆發(fā)。
為什么可以參考新能源汽車的發(fā)展規(guī)律？
徐中領(lǐng)：一方面，它們都是新型綠色交通工具。另一方面，這有明確的市場和需求推動，有政策指引。但與新能源汽車相比，低空飛行器的發(fā)展有一個劣勢：在新能源汽車之前，油車已經(jīng)發(fā)展了很多年，而低空飛行器沒有可以借鑒的對象。發(fā)展難點在于需要建立很多規(guī)則，包括空域管理規(guī)則。不過，國家已經(jīng)加快了相關(guān)規(guī)劃，已經(jīng)在探索空域管理改革，也已成立了低空經(jīng)濟司等。當(dāng)然也有優(yōu)勢：動力電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈成熟，可以支撐行業(yè)快速發(fā)展。
混動側(cè)重高功率，純電側(cè)重高能量密度
針對混動eVTOL和純電eVTOL設(shè)計的電池，主要有哪些不同？
徐中領(lǐng)：一般來說，能量密度和功率是“蹺蹺板”關(guān)系。結(jié)合各自需要，通常混動電池側(cè)重高功率，純電電池側(cè)重高能量密度?；靹语w機一般設(shè)計比較高的巡航里程，整個飛行過程主要通過航空燃油來實現(xiàn)，電池在起降及緊急情況下提供功率補充，要求具備20—70C的持續(xù)放電能力，因此一般都使用高功率的電芯產(chǎn)品。欣旺達本次推出的230Wh/kg高功率電池，具備20C的持續(xù)放電能力和70C的瞬時放電能力，主要就是面向混動飛機進行開發(fā)的。
在純電無人機或者eVTOL上，飛機電池需要為起飛、平飛、降落整個飛行階段提供動力。電池需要具備更高的能量密度來滿足載重和續(xù)航的要求、更長的循環(huán)使用次數(shù)來滿足市場對于盈利的需求。欣旺達本次推出的360Wh/kg的飛機電池產(chǎn)品，可以在保證能量密度的基礎(chǔ)上，提供>1800次的長循環(huán)壽命，在純電飛機上具有非常好的綜合優(yōu)勢。另外，我們需要給主機廠配套設(shè)計BMS（電池管理系統(tǒng)）。針對混動eVTOL和純電eVTOL，BMS的整體架構(gòu)相似，但具體控制參數(shù)差別較大，欣旺達動力可以提供“電芯-pack-BMS”的系統(tǒng)化解決方案。
大圓柱和軟包有什么不同？
徐中領(lǐng)：圓柱和軟包電池在化學(xué)體系上可以做到通用，電性能指標(biāo)比較接近。我們同時推出兩款產(chǎn)品主要是匹配飛機電池的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計：軟包電芯的尺寸靈活、適配性好、體積成組效率高，可以滿足多種定制化應(yīng)用場景，匹配低空飛行器的空間，并且預(yù)留了能量密度進一步提升的空間。圓柱電芯更容易做到標(biāo)準(zhǔn)化，批量制造成本有優(yōu)勢，在相對大電量需求的飛行汽車上更容易實現(xiàn)市場突破。
目前欣旺達的低空飛行器電池能量密度能夠達到多少？可以用于哪些場景？
徐中領(lǐng)：目前欣旺達量產(chǎn)供應(yīng)的低空飛行器電池能量密度已經(jīng)達到320Wh/kg，并已經(jīng)開發(fā)出360Wh/kg電池，同時預(yù)研了400Wh/kg的航空動力電池。當(dāng)前量產(chǎn)的電池，可用于低空物流場景，實現(xiàn)無人機的百公斤級載重和百公里級飛行，也可在低空文旅場景用于景區(qū)觀光，也適用于一些專業(yè)用途無人機等。未來，為了提高飛行器電池的能量密度，一方面在電芯上，我們會導(dǎo)入固態(tài)和鋰金屬的技術(shù)元素，提高電芯的能量密度，另一方面在電池系統(tǒng)上，采用輕質(zhì)材料、復(fù)合材料以及CTP技術(shù)，在實現(xiàn)系統(tǒng)減重的同時提高系統(tǒng)成組效率。
相較載貨場景，載人場景對電池有哪些不同的要求？
徐中領(lǐng)：載人場景飛機電池的高安全性和高可靠性要求是第一位的，同時需要滿足高能量密度、高功率要求，尤其重要的是電池的安全性有其特殊要求。例如，一方面，在載人場景中，一旦電池發(fā)生過熱失效，煙霧等有毒氣體不能進入駕駛艙。另一方面，一旦某一電池包出了問題，剩余的電池包要能正常工作，并在電池管理和飛控系統(tǒng)的配合下保證飛行器繼續(xù)工作直至平穩(wěn)著陸。
在安全性方面，欣旺達有怎樣的技術(shù)儲備？
徐中領(lǐng)：欣旺達本次推出的航空電池產(chǎn)品，在安全性上進行了系統(tǒng)的安全設(shè)計，從電芯材料選擇、電芯安全設(shè)計、安全制造、品質(zhì)管控、模組/pack層級的電池動態(tài)監(jiān)控以及安全預(yù)警、熱蔓延控制和阻斷等方面做了系統(tǒng)的安全考慮。比如在電芯層級，通過引入半固態(tài)技術(shù)元素，電芯的熱箱安全可以從行業(yè)普遍的150℃提升到200℃；在系統(tǒng)層級，通過Al算法輔助的電壓、溫度和內(nèi)阻動態(tài)安全監(jiān)控，實現(xiàn)風(fēng)險電池的前置預(yù)警。相關(guān)產(chǎn)品目前已經(jīng)跟頭部客戶合作開發(fā)中，今年就可以實現(xiàn)搭載應(yīng)用。
液態(tài)、半固態(tài)和全固態(tài)可能長期共存
目前業(yè)內(nèi)的低空飛行器電池技術(shù)路線一樣嗎？
徐中領(lǐng)：目前欣旺達動力采用高能量密度高安全性的全固態(tài)、半固態(tài)路線，友商可能采用不同技術(shù)路線，但我認為最終會殊途同歸。
我們現(xiàn)在的規(guī)劃是，第一代電池采用極片涂覆技術(shù)等半固態(tài)電池技術(shù)，同時保證一定的電解液含量，具有較高的功率性能、低溫性能。第二代電池采用半固態(tài)方案，第三代將用到全固態(tài)電池技術(shù)。
在低空飛行器電池中，半固態(tài)、固態(tài)有哪些不同？未來都會全部轉(zhuǎn)向全固態(tài)嗎？
徐中領(lǐng)：半固態(tài)電池和固態(tài)電池主要區(qū)別在于，半固態(tài)電池雖然通過引入固態(tài)元素，降低了電解液含量，但仍然包含部分液態(tài)電解液成分，而固態(tài)電池完全不包含任何游離液體成分，一般來說安全性會更好。但由于低空應(yīng)用場景的多樣性，從長期來看，液態(tài)、半固態(tài)和全固態(tài)仍可能共存。盡管固態(tài)電池在能量密度和安全性方面具有理論優(yōu)勢，但功率等特性目前仍存在短板。液態(tài)和半固態(tài)電池在現(xiàn)階段具有更好的綜合性能。
和市面上其他產(chǎn)品相比，欣旺達的低空飛行器電池有哪些特殊之處？
徐中領(lǐng)：首先，欣旺達飛行器電池是基于客戶需求正向開發(fā)的一款產(chǎn)品，更符合低空飛行器的實際需求。其次，欣旺達飛行器電池通過使用高比能正負極材料，電解液低消耗、阻燃和寬溫域設(shè)計，以及固態(tài)技術(shù)的加入、極片配方和微結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，在電芯的能量密度、功率密度和安全性三者間找到了最適合航空動力應(yīng)用的平衡點。在三方面性能平衡、達到300Wh/kg門檻的基礎(chǔ)上，我們還設(shè)計了更快的快充、更長的壽命，這些有助于主機廠降低使用成本、提高盈利能力。此外，我們在研的下一代固態(tài)產(chǎn)品，能量密度>400Wh/kg，通過200℃熱箱和穿刺測試。這些性能都位列國內(nèi)第一梯隊。
