2022上半年亚太地区先进空中交通报告EVTOL电池技术介绍（7页）.pdf

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1、74|2022上半年亚太地区先进空中交通报告EVTOL电池技术介绍汽车行业或许已经普及了电气化，但汽车动力电池所提供的功率远远低于飞机飞行的需求。同时，车载动力电池的尺寸和重量很重要，对飞机而言更甚，因为它们将影响飞机载重量以及续航能力。人们可能会想通过配备更多的电池来解决电池功率不足的问题，但如果电池过重，飞机则无法从地面起飞。因此，相比于增加电池的数量，提高电池单位重量的性能才是技术发展的关键。尽管应用于eVTOL的电池面临实现高比能量、高比功率、提升充电速度和延长生命周期的关键挑战，但改进电池技术对电动飞行器的未来发展至关重要。本篇将介绍当前的电池技术，以及其未来的发展方向。基础概念比功

2、率比能量充放电速率（C-rate）充电循环寿命对eVTOL的影响载重量航程航班运行间隔寿命下一代电池技术固态电池钠离子电池氢燃料电池刘典生、庄元勋/文2022上半年亚太地区先进空中交通报告|751.基础概念在进一步讨论电池和eVTOL飞行器之间的关联之前，本节将先介绍电池技术中经常提到的四个基本概念，这四个概念是评估eVTOL电池性能的主要指标。对飞行器的续航能力、充电时间、成本等其他性能和特性的讨论都基于这四个主要指标。a.比功率(SP)SP描述了单位重量的电池能提供的功率，单位是瓦/千克（W/kg），比能量取决于电池的化学成分和封装，且决定了飞行器的载重和所需的电池重量。b.比能量(SE)

3、SE描述了单位重量的电池能提供的能量，单位是瓦时/千克（Wh/kg），比能量取决于电池的化学成分和封装，并决定了飞行器的航程和所需的电池重量。c.充放电速率（C-rate）充放电率是用于描述电池充放电速度的参数，通常用C表示。例如，1C表示电池可以在1小时内被完全充电或放电。充放电速率的上限取决于电解液和电极的材料，决定了飞行器的驾驶性能，在需要更大升力或推力的情况下，C值随之更高。例如，在垂直起飞或着陆期间，要克服的重力比水平巡航时更大，因此需要更高的C值。飞行器更快的加速需要更大的电池输出功率，所以所需的C值会更高。下图展示了C值与各项因素之间的联系。d.循环寿命循环寿命是指电池在不能满足

4、飞行器最低动力需求前所经历的充放电周期数，在充放电循环中放电电量占电池总容量的百分比，百分比越大放电深度越深。它取决于充放电速率、循环深度、温度，以及电池的种类，并决定了电池寿命。比功率、比能量、充放电速率和循环寿命之间的相互关系SP、SE、充放电速率以及循环寿命之间是相互联系的。对于同种电池，其SP与SE的变化是相互的（比能量和比功率只能在标记了不同颜色的带状区域中变化）。电池的化学成分决定了SP和SE的上下限。电池的SP不能无限大。相应的SE会在SP达到一定程度后快速减小。因此，需要挑选一个SE和SP之间平衡点以满足实际需求。5C的放电率（如上图虚线所示）是一个较为合适的参考标准，在较快的

5、放电速率下尽可能地取得了最大的SP与SE值。C/1010小时C/55小时C/44小时C/33小时C/22小时1C1小时2C30分钟3C20分钟4C15分钟慢速充电更快的充电速度平稳驾驶更好的加速性能C-rate 介绍图1000比能量（Wh/Kg）比功率（W/Kg）10064264210 h1 h1C5C10C0.1 h0.2 h36 s3.6 s642101100101102103104100 h2022年技术水平Li-ionNi-MHCapacitorsLead-Acid电池性能概览来源：Bryan D.McCloskey.Expanding the Ragone Plot:Pushing

6、the Limits of Energy Storage R.美国：American Chemical Society,2015EVTOL电池技术介绍76|2022上半年亚太地区先进空中交通报告尽管5C的放电速率看似理想，但同时会使得电池寿命较短。这是因为随着充放电循环次数的增加，电池将会老化，并且其容量和比能量等性能也会减小。因此，eVTOL电池需要平衡好SP、SE、充放电速率和循环寿命这四个方面。10.80.60.4020040060080010001200循环次数电池容量0.2 C0.5 C1.0 C电池容量在不同C值下随充放电循环次数变化情况不同类型eVTOL的比功率要求来源：Pete