低空經濟是電動化、智能化低空飛行活動的綜合經濟形態，成為科技含量高、帶動作用強、成長空間大的新型產業，飛行汽車正成為低空經濟的新增長點，然而飛行汽車特殊場景需求下，開發專用的動力電池成為亟需解決的問題，本文將詳細分析飛行汽車用動力電池需求，并對未來技術趨勢進行展望。

1低空經濟地位提升至國家戰略性產業，帶動飛行汽車快速發展

傳統飛行汽車的概念，是指地面行駛的汽車同時具備空中飛行的功能，即汽車“飛”起來的陸空兩棲交通工具。近年來隨著城市空中交通概念的興起，用于解決城市交通擁堵問題、僅具有空中飛行功能的電動垂直起降飛行器（electric vertical takeoff and landing，eVTOL）亦稱為飛行汽車，飛行汽車概念的內涵拓展為具有陸空兩棲功能或用于城市空中交通的運載工具。

城市交通生態體系（來源：盟維科技）

 

 

國內低空經濟地位進一步提升至“國家戰略性新興產業”，產業趨勢明確。2021年2月中共中央、國務院印發《國家綜合立體交通網規劃綱要》，首次提出發展低空經濟；2023年10月，工信部等四部門發布《綠色航空制造業發展綱要（2023-2035年）》，力爭到2025年電動通航飛機投入商業應用，電動垂直起降航空器（eVTOL）實現試點運行；2023年12月的中央經濟工作會議上，明確將“低空經濟”列為國家戰略性新興產業。

國內低空經濟政策梳理

 

《國家空域基礎分類方法》為eVTOL飛行提供法規支持，不再對G類、W類空域實施空中交通管制，非管制空域的劃分為電動垂直起降航空器（eVTOL）的試點運行以及商業化落地奠定基礎。2023年12月發布《國家空域基礎分類方法》，按照空域等級方式將中國空域分為兩級七類。管制空域（A、B、C、D、E類）和非管制空域（G、W類）。真高300米以下G類空域以及真高120米以下W類空域是新增空域，對應通用航空、電動垂直起降航空器（eVTOL）以及輕小型無人機主要活動區域。

國家空域基礎分類示意圖（來源：中國民用航空局）

 

多省份積極跟進國家政策，推動低空經濟發展。在地方層面，廣州、深圳、合肥、成都等地均在大力發展低空經濟，其中四川、海南、湖南、江西、安徽等5個省份為全國首批低空空域管理改革試點省份。2024年，低空經濟成為地方兩會熱議的關鍵詞，北京、廣東、安徽、山西、江西、江蘇、山東、重慶、四川等省份的政府工作報告中均提及了要積極探索發展低空經濟。

 

 

2飛行汽車工況嚴苛，對動力電池提出更高需求

 

2.1 飛行汽車行駛工況復雜，但目前沒有相關標準作為測試依據

飛行汽車的行駛可以為5個階段：螺旋槳垂直起飛、固定翼爬升、固定翼巡航、固定翼下降、螺旋槳垂直降落。飛行汽車用動力電池的放電倍率要遠高于電動汽車電池，出于安全考慮，飛行器還要保有足夠的能量在特殊情況下完成備降。但目前飛行汽車行駛工況并未形成標準體系，因此針對整車能耗、零部件性能等測試沒有統一的依據，需要參照CLTC、WLTC等盡快推動相關標準研制。

飛行汽車行駛工況

 

可以看到，動力電池在起飛和降落階段具有最大的輸出功率。

 

 

 

飛行汽車行駛工況對應的電池功率曲線

（來源：Yang X G , Liu T , Ge S ,et al.Challenges and key requirements of batteries for electric vertical takeoff and landing aircraft[J].Joule, 2021, 5(7).）

 

 

 

2.2 飛行汽車用動力電池在比能量、放電倍率、安全性要求遠高于電動汽車

 

通過對主流動力電池企業的調研，總結了目前車用動力電池現狀和飛行汽車用動力電池需求的對比。

 

車用動力電池現狀和飛行汽車用動力電池需求對比

 

電動飛行汽車和電動汽車對電池要求的對比如下圖所示。

 

電動飛行汽車和電動汽車對電池要求的對比

 

 

2.3 飛行汽車用動力電池目前仍處于樣品研發及驗證階段，未實現規模量產

 

目前主流電池企業尚未根據飛行汽車用特殊需求定制開發動力電池，而是基于現有的產品進行樣品試制，但部分初創電池企業已向飛行汽車企業提供樣品并開展驗證。飛行汽車用動力電池有較多特殊需求，若從頭開發涉及到的周期較長、成本較高，因此傳統電池企業沒有圍繞特殊需求進行針對性開發，而以車用動力電池產品為基礎，進行小范圍優化改進，目前處于樣品開發階段，沒有進行批量供貨。部分電池初創企業，如衛藍新能源、盟維科技等，因處于客戶開拓階段，亟需開辟新的應用場景和賽道，因此會針對飛行汽車用動力電池進行特殊開發，如衛藍新能源已向峰飛、南京零重力等飛行汽車企業送樣，并已向沃飛供貨160kWh電池包，能量密度270Wh/kg，可實現持續放電倍率3~5C，峰值放電倍率7~10C。盟維科技在2023年完成鋰金屬電池電源系統設計開發并順利交付，整體能量密度超過400Wh/kg，并在國際飛行器企業開展驗證。

 

 

3 飛行汽車用動力電池技術趨勢與展望

 

在飛行汽車用動力電池材料體系方面，目前電動汽車用動力電池主要是三元材料或磷酸鐵鋰為正極的液態電池，三元材料電池比能量可達300Wh/kg。為實現高比能，正極材料往超高鎳三元、富鋰錳基等進行發展，進一步提高比容量同時保持高穩定和長循環；負極材料短期內往硅基負極材料（硅碳、硅氧）發展，但需要解決體積膨脹問題，長期內往金屬鋰負極發展，需解決鋰枝晶生長及循環壽命較差的問題；電解液和隔膜將逐漸往固態電解質方向發展，短期內以半固態電池過渡為主，遠期發展目標是實現全固態電池。

在飛行汽車用動力電池系統集成方面，目前飛行汽車用動力電池系統采用第一代方案，電壓平臺是400V，熱管理形式采用風冷，采用四包獨立冗余供電以實現安全性和可靠性，質量集成效率在75%左右。未來將形成第二代系統集成方案，電壓平臺是800V，熱管理形式采用冷媒直冷，采用多包備份加NP（不熱擴散）設計以實現安全性和可靠性，質量集成效率往80%發展，并具備多并&高壓電池系統并入切出、能量管理安全監控級診斷等關鍵功能。

在飛行汽車用動力電池系統熱管理方面，目前采用的熱管理方案主要為主動風冷技術，確保電池在全工況及全生命周期范圍內都在合適溫度區工作；并結合超級散熱電芯結構設計，引入航天級熱阻隔材料，滿足電池航空級標準。預測未來動力電池系統的熱管理主要目標是輕量化及高散熱效率，在電池大倍率充放電需求下，因此冷媒直冷方式將是主流。

在飛行汽車用動力電池系統電池管理方面，飛行汽車采用多電池包分布式部署，保障系統高度冗余和安全可靠，對于電池BMS管理也提出了更高要求。飛行汽車用動力電池系統應符合DO-254、DO-178等一系列航空標準和規范，目前國內具備相關要求的電池企業較少，未來應加強滿足航空標準和規范的高可靠、高耐久、高環境適應性等技術研究。智能電池作為動力電池性能提升的重要手段，將會逐漸得到應用，圍繞自修復材料、多維傳感集成、故障多尺度診斷、修復防護等開展研究，發展智能電池并提高智能化水平，實現對單個電芯的精確管理。

在飛行汽車用動力電池測試評價及標準體系方面，針對飛行汽車用動力電池高比能、大倍率、高安全的需求，應加速推動飛行汽車用快充型動力電池技術規范及測試條件、飛行汽車用行駛工況、飛行汽車用動力電池安全測試方法及運行條件、飛行汽車用動力電池及系統耐久性測試、動力電池和系統航空準入電氣性能等相關測試方法及標準體系的研究及制定，推動我國飛行汽車產業迎來爆發式增長，并提高行業規范性。

任何一項新興技術從發展到商業化落地，必將會經歷從技術驅動到市場驅動再到規模驅動的過程。在空地交通全面電動化需求下，高比能、高安全是動力電池的長期發展方向，飛行汽車用動力電池實現商業化的核心是滿足應用場景的綜合性能指標需求。為推動飛行汽車用動力電池的加速落地，需要高校、企業、行業組織等協同合作，積極推動技術創新，為空地交通全面電動化賦能。

 

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作者| 孫旭東 —電動化研究中心產業技術研究部研究員

*聲明：本文內容由作者提供，僅代表作者個人觀點。

 

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