深度解析eVTOL三電系統(tǒng)，低空經(jīng)濟邁向萬億時代

2024-05-28 09:03:57來源：半導體器件應用網(wǎng) 余泓陶關鍵詞：eVTOL三電系統(tǒng)低空經(jīng)濟閱讀量：23031

導讀：Lilium預測，到2035年全球?qū)⑿枰?2000架eVTOL來滿足市場需求，其中來自中國的需求大約占據(jù)25%的份額，顯示出中國在全球低空經(jīng)濟中的重要地位。

　　低空經(jīng)濟的市場空間實在是太太太太太大了!

　　據(jù)統(tǒng)計，截至2023年底，中國低空經(jīng)濟的規(guī)模已經(jīng)高達5000億元，并且預計在未來幾年內(nèi)將持續(xù)增長，在2026年有望突破萬億元。到2030年，這一市場規(guī)模更是有望達到驚人的2萬億元。

　　低空經(jīng)濟是以各種有人駕駛和無人駕駛航空器的各類以1000米以內(nèi)空域的飛行活動為牽引，輻射帶動相關領域融合發(fā)展的綜合性經(jīng)濟形態(tài)，包括低空飛行、航空旅游、支線客運等，無人機、直升機、eVTOL、熱氣球等都囊括其中。

　　隨著《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》的實施和低空經(jīng)濟被寫入政府工作報告，以深圳、合肥、廣州、成都等為代表的26個省市地方政府密集出臺政策支持低空經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)打造——低空經(jīng)濟顯然已成為市場上熱點，2024年也被稱為“低空經(jīng)濟元年”。

　　中信證券研就指出，當前低空經(jīng)濟可類比2012年新能源汽車的發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)仍處于處于商業(yè)化早期，從長遠來看，發(fā)展前景非常廣闊。

　　eVTOL發(fā)展空間廣闊，是低空經(jīng)濟重要載體

　　eVTOL，即電動垂直起降航空器，作為低空經(jīng)濟的新型交通工具，被稱為“飛行汽車”，預計將引領一個億萬級別的新興市場。2023年中國eVTOL產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到了9.8億元，同比增長77.3%，預計2024年將迎來第一輪商業(yè)化爆發(fā)周期。

　　與此同時，全球范圍內(nèi)對eVTOL的需求也在迅速增長，包括大眾、豐田、波音、空客等在內(nèi)的多家公司都正在積極布局該領域，盡管目前大多還是處于試點的階段。

　　eVTOL(電動垂直起降飛行器)的發(fā)展歷史其實始于2010年左右，當時出現(xiàn)了首批概念機型。到了2011年，意大利的August Westland公司正式提出了eVTOL概念，進一步推動了這一領域的發(fā)展。隨后在2016年，Uber推出了Uber Elevate空中出租車計劃，引發(fā)了歐美市場對eVTOL的廣泛關注。同年，億航智能在美國CES發(fā)布了全球首款無人駕駛載人eVTOL航空器“億航184”。

　　到了2019年，歐洲航空安全局(EASA)發(fā)布了針對小型eVTOL飛行器的適航認證規(guī)定，為該領域的商業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展提供了重要的法規(guī)支持。億航智能旗下EH216-S無人駕駛載人航空器在去年12月底獲得由中國民用航空局頒發(fā)的標準適航證，成為全球首個獲得適航證，標志著eVTOL技術向?qū)嶋H應用邁出了重要一步。

　　今年2月27日下午，由峰飛航空科技自主研制的5座eVTOL航空器盛世龍還完成了全球首條eVTOL跨城跨灣航線(深圳-珠海)首次演示飛行。近日，峰飛2噸級的eVTOL凱瑞鷗還在阿聯(lián)酋艾因和中國上海完成特許飛行。

　　隨著技術的不斷成熟和市場的不斷拓展，Lilium預測，到2035年全球?qū)⑿枰?2000架eVTOL來滿足市場需求，其中來自中國的需求大約占據(jù)25%的份額，顯示出中國在全球低空經(jīng)濟中的重要地位。

　　eVTOL蓄勢待發(fā)，三電系統(tǒng)有望受益

　　在這樣一個充滿潛力的市場背景下，Grand View Research預測到，eVTOL接下來將以46.2%的復合年增長率顯著增長，它將在旅游觀光、商務飛行、醫(yī)療急救以及物流、快遞、農(nóng)林、城市服務等領域有廣泛應用空間。

　　與新能源汽車相似，動力電池、驅(qū)動電機、電控系統(tǒng)也是在以eVTOL航空器為代表的電動航空器中的核心零部件，航空、無人機、新能源汽車產(chǎn)業(yè)三電的相似性達到80%-90%。

　　不過，eVTOL航空器對三電系統(tǒng)的要求更高于新能源汽車，三電系統(tǒng)的成本占比也高達45%-50%。

　　·電池：需要滿足“三高一快”

　　在eVTOL等低空交通工具中，電池是它們能夠持續(xù)飛行的關鍵。它不僅直接影響著續(xù)航里程、飛行速度、載重能力等關鍵指標，還需要滿足“三高一快”的要求，即高安全性、高能量密度、高功率和快充。

　　與電動汽車由于電池重量較重，它們的質(zhì)量通常比同級別燃油車重30%以上的情況相比，eVTOL航空器需要更加輕便且能量充足的電池以滿足飛行需求。

　　為了推動電動通用航空器的發(fā)展，《綠色航空制造業(yè)發(fā)展綱要》已明確提出加快該領域的技術突破，其中400Wh/kg級航空鋰電池產(chǎn)品被視為關鍵技術之一。

　　盡管想要達到400Wh/kg級航空鋰電池的標準并非易事，這需要對電池技術進行深入的研發(fā)和創(chuàng)新，突破現(xiàn)有技術的瓶頸，但誰能先攻破這些難題，誰就能在市場上占據(jù)優(yōu)勢。新型電池技術如固態(tài)電池、金屬-空氣電池等，在低空經(jīng)濟市場將會迎來更大的發(fā)展機會，它們有潛力為eVTOL航空器提供更加先進、高效的動力解決方案。

　　目前包括寧德時代、國軒高科、億緯鋰能、孚能科技等廠商都已積極布局該領域，開發(fā)相關的電池產(chǎn)品。其中，孚能科技動力電池的電芯和能量密度已分別能夠達到280Wh/kg和230Wh/kg，而寧德時代更是發(fā)布了能量密度500Wh/kg的凝聚態(tài)電池。

　　·電機：壽命和可靠性是關鍵

　　eVTOL電機也面臨著更為嚴格的性能要求。因為eVTOL電機一般采用多電機設計，這些電機分布在機翼或機身上，通過驅(qū)動多個螺旋槳或風扇構(gòu)成推進系統(tǒng)，為飛機提供必要的推力。這種設計不僅要求電機具備高效的能量轉(zhuǎn)換能力，還需要在轉(zhuǎn)矩密度、安全性、環(huán)境適應性等方面達到嚴苛的標準。

　　安全性是電機的首要首要指標，eVTOL電機在緊急情況下必須能夠冗余輸出至少50%的功率，以確保飛行安全。其次，eVTOL電機必須具備良好的環(huán)境適應性，能夠在海拔8000至12000米、溫度范圍從-90℃到70℃的極端環(huán)境下保持正常工作。

　　此外，由于eVTOL電機重量是電動飛機設計的重要指標，因此它還必須具有較高的功率密度，以減輕整體重量，提高飛行效率。螺旋槳驅(qū)動電機軸承需具備承受多方向突加載荷的能力。

　　考慮到eVTOL電機的使用壽命通常在15至20年之間，而電機作為其動力系統(tǒng)的核心部件，在此期間需要更換3至4次，這一頻率相較于傳統(tǒng)汽車而言也將更為頻繁。

　　目前，永磁同步電機因其高功率密度、高效率、良好的動態(tài)響應和可控性等優(yōu)勢，成為了eVTOL電推進動力系統(tǒng)中極具前景的方案。多家知名eVTOL廠商，如Joby S4和Archer Midnight等，均已采用永磁同步電機作為其動力系統(tǒng)的核心部件。

　　電控：碳化硅材料有望加速滲透

　　eVTOL電機的電控系統(tǒng)是其電力驅(qū)動和能源管理的核心，主要關注電池管理系統(tǒng)、動力分配以及電力供應等方面，確保飛行器的電動運行和能源供應。鑒于eVTOL電機需要高電壓體系來支持其高推進功率，電控系統(tǒng)首要具備高壓耐受性，并采取嚴格的安全措施，以防范電氣故障和火災等潛在風險。

　　eVTOL電機的電控系統(tǒng)通常采用冗余設計，配備備用電源和備用控制器等，以應對可能出現(xiàn)的故障和失效情況。同時，為便于安裝、調(diào)試和維護，電控系統(tǒng)還采用集成化和模塊化的設計思路，將不同功能和部件整合為獨立的模塊。

　　為確保系統(tǒng)的安全性和可靠性，電控系統(tǒng)需要嚴格遵循航空領域的適航要求，如DO-178、D0-254和D0-160等標準。這些標準不僅對軟件進行嚴格評估，也對硬件提出較高要求，因此目前許多汽車上使用的芯片無法滿足這些標準。在國內(nèi)，僅有少數(shù)幾家中航工業(yè)的企業(yè)產(chǎn)品能夠通過這些認證。

　　面對這一挑戰(zhàn)，企業(yè)也可以選擇使用已通過認證的芯片，或者選擇自行設計FPGA系統(tǒng)，但后者需要通過更為嚴苛的DO-254標準認證，這無疑是對國內(nèi)企業(yè)技術實力的一大考驗。

　　考慮到eVTOL航空器的特殊應用場景對耐壓性能的較高要求，碳化硅電控作為第三代半導體材料的代表，其大禁帶寬度、高擊穿電場強度、高飽和漂移速度和高熱導率等優(yōu)良特性，有望在此領域加速滲透。

　　eVTOL，什么時候能坐上?

　　雖然eVTOL電機在某些關鍵的技術上還需要進一步提升，但并非意味著它距離大家的日常生活就非常遙遠。

　　飛行距離有限的eVTOL航空器有著自己的獨特定位，它主要針對短途出行。飛行價格也比傳統(tǒng)直升機要低得多，大部分普通老百姓都能坐得起。

　　原本從深圳蛇口出發(fā)到珠海九洲，打車500-600元，耗時近3個小時;而快船耗時近1個小時，價格按不同的艙位約為140-200元——這樣的城市短途通行痛點現(xiàn)在正被eVTOL飛行汽車打破。

　　如果乘坐eVTOL，耗時將直接縮短為20分鐘，價格300元/人。根據(jù)業(yè)內(nèi)人士的預測，之后由深圳和廣州兩座大灣區(qū)的一線城市之間通勤，也大概只用花費200-300元的價格，比打車稍微貴一點，但時間能夠節(jié)約好幾倍，性價比更高。

　　根據(jù)規(guī)劃，預計在2025-2026年，國內(nèi)會有大批量的eVTOL企業(yè)能拿到適航證，并且配備有對應的運行標準。這也意味著，那個時候，通過手機App就能“一鍵叫機”。

　　未來，你愿意選擇打“飛的”嗎?

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