深度解析eVTOL三電系統(tǒng)，低空經(jīng)濟(jì)邁向萬億時(shí)代

低空經(jīng)濟(jì)將迎來爆發(fā)式增長，eVTOL有望引領(lǐng)破萬億市場，你愿意在未來乘坐“空中出租車”嗎？

低空經(jīng)濟(jì)的市場空間實(shí)在是太太太太太大了!

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2023年底，中國低空經(jīng)濟(jì)的規(guī)模已經(jīng)高達(dá)5000億元，并且預(yù)計(jì)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(dá)到驚人的2萬億元。

低空經(jīng)濟(jì)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(dòng)為牽引，輻射帶動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域融合發(fā)展的綜合性經(jīng)濟(jì)形態(tài)，包括低空飛行、航空旅游、支線客運(yùn)等，無人機(jī)、直升機(jī)、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(shí)施和低空經(jīng)濟(jì)被寫入政府工作報(bào)告，以深圳、合肥、廣州、成都等為代表的26個(gè)省市地方政府密集出臺(tái)政策支持低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)打造——低空經(jīng)濟(jì)顯然已成為市場上熱點(diǎn)，2024年也被稱為“低空經(jīng)濟(jì)元年”。

中信證券研就指出，當(dāng)前低空經(jīng)濟(jì)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(yuǎn)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(jì)重要載體

eVTOL，即電動(dòng)垂直起降航空器，作為低空經(jīng)濟(jì)的新型交通工具，被稱為“飛行汽車”，預(yù)計(jì)將引領(lǐng)一個(gè)億萬級(jí)別的新興市場。2023年中國eVTOL產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到了9.8億元，同比增長77.3%，預(yù)計(jì)2024年將迎來第一輪商業(yè)化爆發(fā)周期。

與此同時(shí)，全球范圍內(nèi)對(duì)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(lǐng)域，盡管目前大多還是處于試點(diǎn)的階段。

eVTOL(電動(dòng)垂直起降飛行器)的發(fā)展歷史其實(shí)始于2010年左右，當(dāng)時(shí)出現(xiàn)了首批概念機(jī)型。到了2011年，意大利的August Westland公司正式提出了eVTOL概念，進(jìn)一步推動(dòng)了這一領(lǐng)域的發(fā)展。隨后在2016年，Uber推出了Uber Elevate空中出租車計(jì)劃，引發(fā)了歐美市場對(duì)eVTOL的廣泛關(guān)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(duì)小型eVTOL飛行器的適航認(rèn)證規(guī)定，為該領(lǐng)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(biāo)準(zhǔn)適航證，成為全球首個(gè)獲得適航證，標(biāo)志著eVTOL技術(shù)向?qū)嶋H應(yīng)用邁出了重要一步。

△新聞報(bào)道截圖(圖源網(wǎng)絡(luò))

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(jí)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(shù)的不斷成熟和市場的不斷拓展，Lilium預(yù)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(jì)中的重要地位。

eVTOL蓄勢(shì)待發(fā)，三電系統(tǒng)有望受益

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

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

不過，eVTOL航空器對(duì)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(dá)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(guān)鍵。它不僅直接影響著續(xù)航里程、飛行速度、載重能力等關(guān)鍵指標(biāo)，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(dòng)汽車由于電池重量較重，它們的質(zhì)量通常比同級(jí)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(dòng)電動(dòng)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(lǐng)域的技術(shù)突破，其中400Wh/kg級(jí)航空鋰電池產(chǎn)品被視為關(guān)鍵技術(shù)之一。

盡管想要達(dá)到400Wh/kg級(jí)航空鋰電池的標(biāo)準(zhǔn)并非易事，這需要對(duì)電池技術(shù)進(jìn)行深入的研發(fā)和創(chuàng)新，突破現(xiàn)有技術(shù)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(shì)。新型電池技術(shù)如固態(tài)電池、金屬-空氣電池等，在低空經(jīng)濟(jì)市場將會(huì)迎來更大的發(fā)展機(jī)會(huì)，它們有潛力為eVTOL航空器提供更加先進(jìn)、高效的動(dòng)力解決方案。

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

·電機(jī)：壽命和可靠性是關(guān)鍵

eVTOL電機(jī)也面臨著更為嚴(yán)格的性能要求。因?yàn)閑VTOL電機(jī)一般采用多電機(jī)設(shè)計(jì)，這些電機(jī)分布在機(jī)翼或機(jī)身上，通過驅(qū)動(dòng)多個(gè)螺旋槳或風(fēng)扇構(gòu)成推進(jìn)系統(tǒng)，為飛機(jī)提供必要的推力。這種設(shè)計(jì)不僅要求電機(jī)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(yīng)性等方面達(dá)到嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)。

安全性是電機(jī)的首要首要指標(biāo)，eVTOL電機(jī)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(jī)必須具備良好的環(huán)境適應(yīng)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(jī)重量是電動(dòng)飛機(jī)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，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(dòng)電機(jī)軸承需具備承受多方向突加載荷的能力。

考慮到eVTOL電機(jī)的使用壽命通常在15至20年之間，而電機(jī)作為其動(dòng)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(jī)因其高功率密度、高效率、良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和可控性等優(yōu)勢(shì)，成為了eVTOL電推進(jìn)動(dòng)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(jī)作為其動(dòng)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(jī)的電控系統(tǒng)是其電力驅(qū)動(dòng)和能源管理的核心，主要關(guān)注電池管理系統(tǒng)、動(dòng)力分配以及電力供應(yīng)等方面，確保飛行器的電動(dòng)運(yùn)行和能源供應(yīng)。鑒于eVTOL電機(jī)需要高電壓體系來支持其高推進(jìn)功率，電控系統(tǒng)首要具備高壓耐受性，并采取嚴(yán)格的安全措施，以防范電氣故障和火災(zāi)等潛在風(fēng)險(xiǎn)。

eVTOL電機(jī)的電控系統(tǒng)通常采用冗余設(shè)計(jì)，配備備用電源和備用控制器等，以應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的故障和失效情況。同時(shí)，為便于安裝、調(diào)試和維護(hù)，電控系統(tǒng)還采用集成化和模塊化的設(shè)計(jì)思路，將不同功能和部件整合為獨(dú)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(yán)格遵循航空領(lǐng)域的適航要求，如DO-178、D0-254和D0-160等標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)不僅對(duì)軟件進(jìn)行嚴(yán)格評(píng)估，也對(duì)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(biāo)準(zhǔn)。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(rèn)證。

面對(duì)這一挑戰(zhàn)，企業(yè)也可以選擇使用已通過認(rèn)證的芯片，或者選擇自行設(shè)計(jì)FPGA系統(tǒng)，但后者需要通過更為嚴(yán)苛的DO-254標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，這無疑是對(duì)國內(nèi)企業(yè)技術(shù)實(shí)力的一大考驗(yàn)。

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

eVTOL，什么時(shí)候能坐上?

雖然eVTOL電機(jī)在某些關(guān)鍵的技術(shù)上還需要進(jìn)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(yuǎn)。

飛行距離有限的eVTOL航空器有著自己的獨(dú)特定位，它主要針對(duì)短途出行。飛行價(jià)格也比傳統(tǒng)直升機(jī)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(shí)近3個(gè)小時(shí);而快船耗時(shí)近1個(gè)小時(shí)，價(jià)格按不同的艙位約為140-200元——這樣的城市短途通行痛點(diǎn)現(xiàn)在正被eVTOL飛行汽車打破。

如果乘坐eVTOL，耗時(shí)將直接縮短為20分鐘，價(jià)格300元/人。根據(jù)業(yè)內(nèi)人士的預(yù)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(fèi)200-300元的價(jià)格，比打車稍微貴一點(diǎn)，但時(shí)間能夠節(jié)約好幾倍，性價(jià)比更高。

根據(jù)規(guī)劃，預(yù)計(jì)在2025-2026年，國內(nèi)會(huì)有大批量的eVTOL企業(yè)能拿到適航證，并且配備有對(duì)應(yīng)的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。這也意味著，那個(gè)時(shí)候，通過手機(jī)App就能“一鍵叫機(jī)”。

未來，你愿意選擇打“飛的”嗎?

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審核編輯 黃宇