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航空电动化浪潮席卷而至 力神电池抢占先机

导读: 目前,全球正在上演一场交通领域的绿色革命,新能源汽车电动化的浪潮正方兴未艾,航空领域的电动化也席卷而来。

目前,全球正在上演一场交通领域的绿色革命,新能源汽车电动化的浪潮正方兴未艾,航空领域的电动化也席卷而来。国家科技部和交通运输部联合发布的《“十三五”交通领域科技创新专项规划》中指出,要重点研究新能源电动飞机电推进系统技术,推动新能源飞机发展。新能源产业的蓝海进一步扩大,动力电池业迎来了更广阔的发展机遇。

电动航空器动力电池的技术要求

2012年Volta Volare公司设计制造的油电混合动力飞机GT4试飞成功,成为全球第一架可量产的电动飞机。2018年空中客车公司、劳斯莱斯及西门子公司合作开发混合动力飞机,预计2025年投入商用。混合动力飞机具有效率高、能耗低、噪声小和绿色环保等优势,成为未来电动飞机商业化发展的重要趋势。

据天津力神电池股份有限公司动力电池系统工程技术研究院院长罗志民介绍,目前电动航空器的动力源主要包括锂离子电池、太阳能电池、氢燃料电池以及超级电容器等几个大类,其中锂离子电池具有能量密度高、安全性高、循环寿命长、充放电倍率高、工作温度范围宽、环境污染小等诸多优点,较其他电池有较强的优势,未来在电动航空领域将得到广泛应用。

电池是电动航空器的核心零件,电动航空器对动力电池的技术要求非常高。其中包括①高安全性:电池要满足电动航空器在复杂工况下安全、可靠飞行的要求;②高比能量密度:电池应满足轻量化要求,具备优异的重量比能量和体积比能量;③快速充/换电:电池应能够快速充电、换电,保证正常应用的要求;④环境适应性:满足高温、高湿、高海拔等特殊应用场景下的使用要求。

要满足电动航空器的这些苛刻要求,在整个电池系统方面还有很多关键技术亟待突破。在安全性方面,要从电池系统集成开发的角度,研究电池系统机-电-热全方位的安全性解决方案。在BMS电池管理系统控制方面,要采用基于ISO26262功能安全标准要求的电池管理系统控制技术,保证电池系统的安全性。在热安全性控制方面,要对电池热失控诱因机理进行研究,采用主被动一体化的热安全设计。

而对PACK轻量化设计的主要思路,罗志民介绍说,随着新型多元复合材料不断涌现,系统的集成度、一体化程度将不断提升;复合材料及成型工艺、轻质铝合金及成型工艺、高强度钢及成型工艺、轻质镁合金及成型工艺技术的不断进步,将带动整个系统结构设计不断升级;兼顾系统重量与体积比能量密度,提升系统空间利用率。

动力电池系统解决方案

天津力神电池股份有限公司对目前电动航空器的应用需求及设计验证内容等进行了综合分析,已初步形成面向电动航空领域的动力电池系统解决方案,并积极寻求与相关电动航空公司将项目落实。

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据罗志民介绍,力神电池的能量型锂离子电池,能量密度可达 280Wh/Kg,功率型锂离子电池能量密度可达 225Wh/Kg;采用高镍正极材料、硅碳复合负极材料,产品具备良好的循环性能、高温性能和充放电性能;同时,采用多尺度热阻绝技术,有效防止热失控,提高了各种工况下的安全性;高导电聚并苯包裹技术,提升了产品的倍率性能。

在动力电池系统解决方案方面,力神电池采用铝型材框架结构,在保证产品结构强度的同时,降低电池模块重量,提升系统比能量;激光焊接工艺,减少紧固件数量,提升连接可靠性;电池模块单元间引入散热、隔热设计,有效提升系统热管理及热安全性能;柔性集成化采样电路设计,减少元器件数量,提升信号采样的可靠性;电池管理控制系统(BMS)按照ISO26262功能安全标准设计,保证系统在各种应用工况下的安全性。

在电池系统测试验证方面,力神电池也做了大量工作。包括电池模组方面的容量和能量效率、HPPC、高低温功率、挤压、跌落、振动、机械冲击测试等,BMS方面的振动/机械冲击、高低温工作、盐雾测试等,电池系统方面的过充、过放、短路、冷启动、高低温功率、EMC、模拟碰撞等测试,最大限度保障了系统的安全性和优异性能。

罗志民表示,虽然锂电池在航空器电动化方面有诸多优势,但是也面临不少障碍,能量密度、电性能、安全性以及成本方面,都还需要业界不断优化和改进。力神电池近年来在这些方面一路攻坚克难,致力于提供高性能、高性价比的锂电池产品。

据悉,力神电池是国内首家锂离子电池研发与制造企业,拥有20年锂离子电池研发与制造经验,拥有国内唯一的国家级锂离子动力电池工程技术研究中心,目前研发团队近1000人,授权专利1800余项,先后承担国家和地方科技重点攻关项目50余项,荣获国家及省部级以上奖励30余项,拥有国内第一条建成投产的21700生产线。

力神电池成立之初,即定位为国际高端配套、技术质量型企业,经过20年发展,从无到有、从小到大,已成为国际一流、国内领先的专业锂离子蓄电池制造商。到2020年,动力电池形成300亿瓦时年产能,成为全应用方向的绿色能源解决方案提供商。

作者: 马云腾

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