目前電動航空器的動力源主要包括鋰離子電池、太陽能電池、氫燃料電池以及超級電容器等幾個大類,其中鋰離子電池具有能量密度高、安全性高、循環(huán)壽命長、充放電倍率高、工作溫度范圍寬、環(huán)境污染小等諸多優(yōu)點,較其他電池有較強的優(yōu)勢,未來在電動航空領域?qū)⒌玫綇V泛應用。
目前,全球正在上演一場交通領域的綠色革命,新能源汽車電動化的浪潮正方興未艾,航空領域的電動化也席卷而來。國家科技部和交通運輸部聯(lián)合發(fā)布的《“十三五”交通領域科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》中指出,要重點研究新能源電動飛機電推進系統(tǒng)技術,推動新能源飛機發(fā)展。新能源產(chǎn)業(yè)的藍海進一步擴大,動力電池業(yè)迎來了更廣闊的發(fā)展機遇。
電動航空器動力電池的技術要求
2012年Volta Volare公司設計制造的油電混合動力飛機GT4試飛成功,成為全球第一架可量產(chǎn)的電動飛機。2018年空中客車公司、勞斯萊斯及西門子公司合作開發(fā)混合動力飛機,預計2025年投入商用?;旌蟿恿︼w機具有效率高、能耗低、噪聲小和綠色環(huán)保等優(yōu)勢,成為未來電動飛機商業(yè)化發(fā)展的重要趨勢。
據(jù)天津力神電池股份有限公司動力電池系統(tǒng)工程技術研究院院長羅志民介紹,目前電動航空器的動力源主要包括鋰離子電池、太陽能電池、氫燃料電池以及超級電容器等幾個大類,其中鋰離子電池具有能量密度高、安全性高、循環(huán)壽命長、充放電倍率高、工作溫度范圍寬、環(huán)境污染小等諸多優(yōu)點,較其他電池有較強的優(yōu)勢,未來在電動航空領域?qū)⒌玫綇V泛應用。
電池是電動航空器的核心零件,電動航空器對動力電池的技術要求非常高。其中包括①高安全性:電池要滿足電動航空器在復雜工況下安全、可靠飛行的要求;②高比能量密度:電池應滿足輕量化要求,具備優(yōu)異的重量比能量和體積比能量;③快速充/換電:電池應能夠快速充電、換電,保證正常應用的要求;④環(huán)境適應性:滿足高溫、高濕、高海拔等特殊應用場景下的使用要求。
要滿足電動航空器的這些苛刻要求,在整個電池系統(tǒng)方面還有很多關鍵技術亟待突破。在安全性方面,要從電池系統(tǒng)集成開發(fā)的角度,研究電池系統(tǒng)機-電-熱全方位的安全性解決方案。在BMS電池管理系統(tǒng)控制方面,要采用基于ISO26262功能安全標準要求的電池管理系統(tǒng)控制技術,保證電池系統(tǒng)的安全性。在熱安全性控制方面,要對電池熱失控誘因機理進行研究,采用主被動一體化的熱安全設計。
而對PACK輕量化設計的主要思路,羅志民介紹說,隨著新型多元復合材料不斷涌現(xiàn),系統(tǒng)的集成度、一體化程度將不斷提升;復合材料及成型工藝、輕質(zhì)鋁合金及成型工藝、高強度鋼及成型工藝、輕質(zhì)鎂合金及成型工藝技術的不斷進步,將帶動整個系統(tǒng)結構設計不斷升級;兼顧系統(tǒng)重量與體積比能量密度,提升系統(tǒng)空間利用率。