动力电池和储能电池基本盘已经稳固,低空经济将会是中国电池厂的下一个目标,自去年以来该领域新消息不断。
起点锂电获悉,近期又有多家电池企业宣布了低空经济电池相关进展。亿纬锂能官微发文称应邀参加某飞行大会,展示低空经济领域电源解决方案,并与沈阳重明航空签署合作协议。
中创新航也在近日拿下两个合作,分别是与合肥览翌航空就LE200项目高能量密度动力电池方案的合作以及广东高域的战略协议,此前中创圆柱电池已上车小鹏飞行汽车进行应用。
孚能科技也频频宣布半固态电池在eVTOL方面的进展,并联手广州工控集团、小鹏、亿航智能等多个相关客户对接需求;欣旺达则发布欣·云霄2.0航空动力电池;宁德时代近期则与上海峰飞航空进行合作,致力航空电池开发。
锂电厂商的加紧布局与终端发展密不可分,起点锂电观察到近期飞行汽车以及eVTOL热度不断。
10月13日小鹏联手卡塔尔Almana集团、阿联酋Ali & Sons集团、科威特AlSayer集团、阿联酋中华工商总会签订600台飞行汽车订购协议,创下海外最大订购纪录,也是中东地区首批飞行汽车订单,据统计小鹏陆地航母已累计获得7000台订单规模。
10月11日昆山民用无人机试飞运行基地揭牌开启试运行,为首个吨级eVTOL测试、生产、交付基地。
9月29日沃飞长空首款载客电动垂直起降飞行器AE200-100成功下线,其产品官屠强介绍称:“该产品采用八轴内四倾转架构,在航电、气动、结构、材料、飞控等方面实现了系统性的全面创新,是目前国内安全水平最高的eVTOL之一。”
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eVTOL(电动垂直起降航空器)与新能源汽车和工商储电站一样,电池即心脏,电池决定了其产品性能和安全,可能还会影响整个行业的节奏,终端的研发、生产、运行都要围绕电池环节展开。
虽然从产业链上看,电池厂占据强势地位,但压力同样很大,因为eVTOL对电池的需求之高远远超过动力电池以及储能电池,需要在能量密度、安全性、循环次数、重量、适温性、充放电倍率等环节之间保持高度平衡,“既要又要”达到极致。
值得注意的是,用于航空的电池需要应对高空复杂环境(温度、气压变化等),这是之前都没有遇到过的挑战。
这样看来,电池厂和终端厂属于互相成就,因为电池产业链足够发达,才会将电池用于飞行工具上,但同时相关的终端为了达到完美效果,要倒逼电池企业进行针对性研发,终端同时还会针对电池厂的产品进行系统设计、机身配重等环节的优化,二者互相牵引互相制约,在矛盾的对立统一中快速前进。
谈一谈电池单方面价值,安全性是保障生命线的基础,低空经济电池需要着重关注单体电芯以及电池包的热管理技术以及防护设计,在基础打好之后,充电效率以及循环寿命决定了eVTOL飞行器产品价值和档次,因为快充技术决定了地面停留充电时间,长循环寿命则决定了电池包更换频率,二者是品牌运营效率的保障。
在完善了安全性、充放电倍率、循环次数三大环节后,还要着重关注电池包的电量分配问题,不同于汽车和储能产品,eVTOL飞行器在起降阶段需要承担较大的风险消耗大量能量,这个过程需要电池包加强动力输出,但飞行过程中匀速行驶需要电池包恢复常规放电状态,这样一来电量输出以及与电机的配合就至关重要,一旦电量分配导致电机功率出现问题,就会发生安全隐患。
从目前公开的技术来看,相关企业用AI算法+实时数据反馈来进行电量分配,例如宁德时代通过优化BMS系统动态功率分配功能平衡电机电耗;亿航EH216系列飞行器则是引入预测模型,结合实时气象数据调整电量分配。
综合来看,电芯/PACK/整机制造设计将会迎来全方位的革新,电池的充放电性能将因此进行一次技术飞跃,BMS和EMS系统技术也将迎来新一波变革,整机厂需要有发达的电机电量供给技术,如何在起飞瞬间将电池输出功率达到最大化,如何平稳的减速,都是值得思考的问题。
且除了常规的锂电池之外,还有三种电池未来可能会在低空经济领域大放异彩。
首先是固态电池,取代传统电解液将会为电池性能带来巨大飞跃,能量密度以及安全性均是传统锂电池难以企及的高度。
其次是石墨烯电池,石墨烯材料凭借二维结构和物理化学性能展示出了巨大潜力,在能量密度上表现出色,搭载石墨烯电池的eVTOL飞行器在相同重量下储电更多,低温性能方面更是表现优异,适合高空的低温运行环境。
最后是氢燃料电池,该电池能量转换效率决定了能量密度理论上超过其他电池,可有效支持飞行器续航里程,未来如大规模商用将会集中在海陆巡逻、物流运输、电力巡检等方面。
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入局不代表未来能做好,起点锂电认为想要在低空经济领域成为电池龙头需要翻越三座大山。
首先是各大电池厂还会为能量密度问题进行竞争,多少能量密度才适合长途飞行,多少适合短距离飞行,找到标准化的能量密度范围需要进行实践。
目前已知的是,想真正实现大规模长距离飞行,电池能量密度必须大于400Wh/kg这道门槛,这一点宁德时代和欣旺达均有证明,例如欣旺达研究院院长徐中领就在近期的活动中表示,公司还在预研400Wh/kg航空动力电池,同时计划在2027年实现全固态电池能量密度突破500Wh/kg;宁德时代曾毓群此前则透露已成功试飞了4吨级民用电动飞机,使用的电池是凝聚态电池,单体能量密度达500Wh/kg。
但除了宁德时代以外,鲜少有厂商可以如此肯定地说自己的产品能量密度达到如此高度,目前亿纬发力于低空飞行器的电池产品能量密度为380Wh/kg,孚能科技的eVTOL半固态电池第三代能量密度为400Wh/kg。
但能量密度的要求,促进了第二个困局,即不可能三角的实现,能量密度需突破400Wh/kg,功率输出倍率也需要提升,还要安全性满足,因为高空的极端条件更多,三方面平衡是很大问题。
最后一个问题是最现实的,那就是盈利问题,就算前两个问题解决了,那么就一定会盈利吗?
从应用端来看,低空经济电池的前期场景还是以无人机为主,以当前的需求300Wh/kg和接近400Wh/kg级的三元电池就可达到,但随着载人eVTOL发展,电池市场也会迎来进一步的扩大,电池又是占总机成本比例较高的零件,如何制定价格是一个问题。
eVTOL电池标准化进程可能会相当长,绝大部分都是定制性产品,且更换频率以及维护成本将会远远超过动力和储能电池,除非大规模商业化,不然成本会只增不减。
所以目前该领域市场前景虽有,可还是跟固态电池一样面临商业化时间不清晰问题,技术突破与市场需求还需要进行磨合,但可以肯定的是,低空经济电池对于技术要求导致可能导致很多电池厂达不到,未来这一领域还会是头部企业的战场。