财联社8月26日讯(记者 刘梦然)“车规级的顶点是航空级的起点。航空电池不仅难在单一指标,更难在多项极致性能的平衡。”在与财联社记者交流中,正力新能总裁陈继程将航空动力电池的特征概括为“三高一快”,即高安全、高能量密度、高功率和快充能力。
该理念也已成为行业公认的航空动力电池核心指标。航空动力电池,被看作是飞行器的“心脏”,它不仅承担着为电动飞机(如电动固定翼飞机、eVTOL等)提供动力的重任,更直接关系到其安全性。
基于此,适航审定过程中,民航局对电池安全提出了诸多超常规要求,适航取证也被视作是航空动力电池领域的“大考”:需要通过民航局对产品设计、生产体系、质量控制等全环节的严苛审查,取证难度大、周期长、成本高。
汽车动力电池已成红海,正力新能把目光抬向了天空。今年8月,正力新能在常熟总部召开航空动力电池系统适航取证与量产交付发布会,宣布其正式向飞行器客户开启批量化交付。
需要注意的是,当前航空电池市场仍处于起步阶段,还需解决单套成本高昂且尚未形成规模化生产的难题,但更长远的目标是,随着国家低空经济政策放开,空域管理优化和基础设施的不断完善,一个万亿级市场正在逐步打开。
航空动力电池实现量产交付
今年8月,正力新能在常熟总部召开航空动力电池系统适航取证与量产交付发布会,其独家供应的航空动力电池系统随国内首款双座电动固定翼飞机RX1E,成功斩获中国民航局颁发的适航证,正式开启批量化交付。
据了解,由正力新能向零重力飞机工业独家供应航空动力电池系统的RX1E电动固定翼飞机是中国首款双座电动固定翼飞机,核心零部件100%国产化,已安全飞行超25000小时。
在电池技术方面,该量产航空动力电池系统采用了双重半固态技术,进一步提高了电池的安全性能和大倍率放电能力,不仅在原有基础上实现了飞行时间和续航里程的大幅提升,同时还延长了使用寿命,优化了快充能力并成功通过严苛的热扩散测试。
通过多项关键性能的提升,正力新能为RX1E的商业化落地应用、顺利通过适航审定提供了关键技术支撑。
正力新能主营产品包括动力电池产品和储能电池产品,也是最早布局航空动力电池的企业之一。2023年5月,公司发布业内首个“三高一快”飞行器电池。该电池单体能量密度达到320Wh/kg,支持20%低电量时12C高倍率放电,可15分钟内充满80%电量,达到ppb级航空安全标准。
据陈继程透露,公司正按工信部规划推进能量密度提升计划,目标在2030年前达到电芯层级500Wh/kg的技术指标。
但不能忽视的是,当前航空动力电池产业仍处于发展初期,面临单套生产成本高昂与规模化生产尚未形成的双重挑战。即便按照千万级的采购规模测算,航空电池的单价仍显著高于汽车电池。
陈继程对财联社记者称,虽然航空动力电池尚处发展早期阶段,研发投入较大,但因为正力新能的主营业务规模与利润快速增长,相关研发成本仍在可接受范围内,而航空动力电池业务带来的技术牵引作用和品牌增值效果等无形资产收益,远超其成本负担。
他进一步表示,动力电池在飞机与汽车领域的定位上,二者实则相辅相成。航空电池若能实现高标准突破,反而能够反哺车规级电池技术发展——通过探索更严格的安全边界和性能极限,为车用电池提供技术溢出效应。这种双向赋能的关系使得两类电池的安全标准相互促进、深度融合。
“既跑马拉松,又当拳击手”
虽然车用动力电池与航空动力电池看似同宗同源,但后者绝不是优化后照搬即可。事实上,航空动力电池长期面临“高能量密度、高充放电倍率、高安全性”黄金三角难以兼顾的难题。
传统锂电池要实现“起飞”,首先要面临在追求极致性能时陷入安全性风险提升的挑战,提升能量密度所需的活泼电极材料会加剧副反应风险,大电流充放电产生的热量积累又威胁系统稳定性。因此,严苛的安全标准要求对每一个潜在失效模式进行精准管控。
据陈继程介绍,车用和航空动力电池在两个应用场景,对应两个安全维度:汽车用电池的安全失效率为百万分之一(ppm),而航空电池则需达到十亿分之一(ppb)级别,且基于航空飞行的特殊特点,即便电池包内任意位置,哪怕是两颗相邻的电芯同时起火,整个电池包也绝不能出现火势蔓延的情况,这两个方面的要求均远高于车用电池。
正力新能首席科学家江柯成对财联社记者表示,航空动力电池与车用动力电池,在电芯结构、制造工艺上,有相近之处,标准化设计有助于降低成本。
在正负极材料和电池包结构上,因为航空动力电池对能量密度和安全性要求更高,因此和当前车用动力电池差异较大,材料上会用到超高镍正极和高硅负极,以及固态电解质;结构设计上会采用热电分离等方案。
高能量密度决定其续航时间,在功率方面又要兼具爆发性的特点。基于种种苛刻的要求,公司管理层在与财联社记者交流时,将航空动力电池的要求概括为“既跑马拉松,又当拳击手”。
具体而言,在航空动力电池的设计上,需要从材料选择、电芯设计到系统架构等各个层级都进行针对性的设计。
据陈继程介绍,航空动力电池必备的条件首先是更高能量密度。当前一般的纯电动电池能量密度通常小于250Wh/kg,而航空电池一般至少需大于300Wh/kg,正力新能现已量产的方案进一步达到了大于320Wh/kg的水平。
就功率而言,公路上使用的车用电池平均放电倍率小于0.33C,峰值一般为5C;相比之下,航空电池的平均放电倍率普遍大于1C,峰值则大于12C,且该12C的要求是在电量仅剩20%的情况下仍要满足:当飞机处于低电量状态时,仍须具备足够的功率以确保能够安全降落。
在快速补能特性方面,则与商用电动航空的运营模式密切相关。由于电动航空以运营为主,且前期投入巨大,因此对飞行器的运营效率有着极高的要求,绝不允许出现飞机等待充电的情况。故而,对充电速度提出了非常高的标准。
开发低空经济落地模式
随着新能源技术的迅猛发展与政策红利的持续释放,越来越多的动力电池企业正加速涌入航空赛道。从车规级到航空级的跨越中,企业通过材料体系升级、结构设计优化和系统集成创新,逐步攻克了极端工况下的热管理、安全防护与轻量化难题,推动着电动飞机从试验阶段向商业化运营迈进。
目前,低空经济应用场景还处在不断开发中。零重力飞机工业负责人石红表示,专注于电动固定翼飞机(eCTOL)和电动垂直起降飞行器(eVTOL)等绿色航空产品的开发,其核心产品锐翔RX1E-A是中国首款拥有完全自主知识产权的电动轻型运动类飞机。
该款机型的核心零部件100%国产化,具备低运营成本、零碳排放等特性,目前已收获超百架确定订单及千余架意向订单,正式迈入规模化量产阶段。当前,零重力飞机工业正以该机型为支点,积极构建“低空+文旅”等创新场景,布局绿色航空飞行营地网络。
石红对财联社记者表示,从载人应用的角度看,电动新能源航空器目前主要有电动固定翼飞机(eCTOL)和电动垂直起降航空器(eVTOL)两条赛道。
未来,零重力还将计划与正力新能共同开展eVTOL机型的动力电池开发和使用,服务百姓日常出行、低空旅游观光,以及飞行驾驶培训等领域的需求。
电动航空的发展与低空经济崛起紧密相连,而安全、高效、可规模化的动力系统是低空经济落地的核心前提。
对此,陈继程对财联社记者表示,在规划方面,针对倾转旋翼等前沿构型的技术难点,公司采取渐进式发展路径:现阶段重点推进固定翼飞机的纯电解决方案,满足旅游景点观光、护林巡查等场景需求;未来则探索混动模式,通过电池负责起降阶段、氢燃料支撑巡航的创新方案,实现400-600公里航程的突破。