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如何确保飞行汽车安全地紧急着陆：关于电池功率能力测试方法的研究
2025-09-12 08:18:45· 来源：eVTOL电池
在低空经济与城市空中交通（UAM）日益火热的今天，电动垂直起降飞行器（eVTOL）无疑是最受瞩目的“新物种”。相比传统直升机，eVTOL具备零排放、低噪声和高度自动化等优势，被视为未来城市交通的关键解法。然而，要让eVTOL真正飞上天空并安全运营，最大的挑战之一便是：电池的性能与安全性。英国华威大学与Vertical Aerospace联合发表的一项研究，为这一难题提供了新的解决方案。他们提出了一种新型电池功率能力测试方法，特别针对eVTOL的着陆环节，提出了更科学的“电池备用能量下限”定义。这不仅是技术上的创新，更是关乎飞行安全的生命线，可以保证航空器具有足够的动力紧急着陆。
1、为什么着陆环节最“要命”？一架eVTOL的完整飞行任务通常包括三个阶段：起飞、巡航和着陆。其中，起飞和着陆对电池的功率要求最高。研究表明，对于复合翼的eVTOL飞机，巡航时的放电倍率接近1C，而起飞和着陆阶段放电倍率则可能达到3C以上。这意味着电池不仅要有足够的能量储备，还要能在短时间内输出大功率。在现有行业标准中，电池通常会预留一定的“备用电量”作为紧急情况下的保障。然而，如何科学划定这一备用区间的下限，一直缺乏有效的实验验证。过于保守会浪费宝贵的续航能力，过于激进则可能导致电压骤降、功率不足，最终威胁飞行安全。
2、新的功率测试方法：更贴近真实飞行
传统的电池功率测试方法（如HPPC测试）通常在固定的荷电状态（SoC）下进行，难以模拟真实着陆时电池处于低电量+高功率输出的复杂情况。这项研究提出了一种新的测试方案：
- 在不同温度（20℃、25℃、40℃）和不同老化状态（日历老化、电化学循环老化）的电池上，施加长时间的恒功率放电脉冲；
- 直接测量电池能否完成这一脉冲，并记录完成时的最低SoC值；
- 最终生成一个三维的特性映射图（Characteristic Map），将温度、功率、持续时间与最低可完成的SoC关联起来。
3、实验发现：电池老化的影响被低估了
研究结果显示：基于日历老化的电池的最低SoC可低至6%–14%安全着陆；循环老化电池则需要保留8%–27%的电量才能保证完成着陆。换句话说，如果不考虑电池老化，备用能量的估计会过于乐观，从而严重低估了风险。例如：当循环老化后的电池被错误地按新电池标准运行时，飞机可能在14%电量时仍继续飞行，但实际上需要至少27%才能安全完成着陆。这也是论文强调的一个核心观点：电池健康管理（BHM）必须动态跟踪老化状态，否则“备用电量”这一安全阀门将形同虚设。
4、模型 vs. 特性图：谁更靠谱？
除了实验，研究团队还建立了一个二阶等效电路模型（2RC ECM），并用实验数据进行了参数化。通过对比发现：
- 基于实际数据的特性映射图在绝大多数情况下精度更高，最大平均误差仅约 3%–7.5%；
- 模型在部分工况下也能达到相似精度，但在低电量区间往往存在较大偏差。
5、对行业的启示
这项研究的意义，不仅在于提出了一个新的实验方法，更在于它改变了我们对eVTOL电池安全区间的认知：
- 备用能量下限必须考虑老化因素，否则风险不可控。
- 特性映射图为BMS提供了直观的安全边界，有助于提升飞行安全。
- 功率能力测试应贴近任务剖面，特别是着陆这一关键环节。
6、展望未来研究团队指出，下一步工作应集中在：
- 将这一方法扩展至电池组层级，考虑电芯间一致性问题；
- 探索快速预测算法，以便在BMS中实时应用；
- 结合飞行任务剖面，建立更加全面的任务驱动型电池测试标准。
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