В низковысотном секторе, центром которого являются электрические летательные аппараты с вертикальным взлетом и посадкой (eVTOL), аккумуляторные компании начали свои действия раньше, чем появились политические сигналы. Стоит отметить, что к электрическим аккумуляторам для низковысотных летательных аппаратов предъявляются всесторонние требования к производительности, а степень сложности их разработки на несколько порядков выше, чем у аккумуляторов для электромобилей. Поэтому сотрудничество и внедрение в таких областях, как eVTOL, могут лучше продемонстрировать научно-исследовательские и производственные возможности компании.
«Аккумуляторы для eVTOL от Farasis Energy прошли более десяти тысяч реальных испытаний и проверок и вступили в четвертую фазу сертификации авиационной безопасности Федерального авиационного управления США (FAA)», — заявил недавно на симпозиуме по электрической авиации и технологиям аккумуляторов следующего поколения (CIBF2025 Shenzhen), организованном совместно Отделом применения аккумуляторов и China Battery Network, Цзян Вэйрань, вице-президент по исследованиям и разработкам и декан научно-исследовательского института Farasis Energy (Ganzhou) Co., Ltd.
Тринадцать лет разработки: аккумуляторы для eVTOL будут поставляться оптом
Как один из пионеров в области мирового производства зеленых авиационных аккумуляторов, Farasis Energy начала свои исследования и разработки аккумуляторов для eVTOL в 2012 году, завершила поставку образцов в 2020 году, достигла массового производства и внедрения своей первой генерации продуктов, а также проверки системы своей второй генерации продуктов в 2022 году и помогла своим клиентам стать первой компанией eVTOL, получившей сертификат летной годности FAA.
«В 2022 году мы сотрудничали с компаниями, производящими низковысотные летательные аппараты в Китае, Европе, Юго-Восточной Азии и Южной Америке, чтобы проверить нашу систему авиационных аккумуляторов второго поколения, а в 2023 году мы стали первой в мире аккумуляторной компанией, поставившей продукты eVTOL конечным клиентам», — заявил Цзян Вэйрань, добавив, что в 2024 году аккумуляторы для eVTOL от Farasis Energy были поставлены пяти ведущим отечественным клиентам, производящим цельные летательные аппараты. В настоящее время продукт также получил заказы от известных отечественных научно-исследовательских институтов, AeroHT Technology и нескольких других ведущих отечественных предприятий низковысотной авиации.
Выдающиеся характеристики аккумуляторов Farasis Energy для низковысотного сектора, особенно в области eVTOL, также привлекли широкое внимание в индустрии летающих автомобилей. В марте этого года Farasis Energy получила уведомление о назначении на разработку от ведущего отечественного предприятия по производству летающих автомобилей. По информации от осведомленных источников, после всестороннего анализа системы обеспечения качества, технологических исследований и разработок, возможностей организации производства и других факторов компании Farasis Energy, предприятие, занимающееся разработкой летающих автомобилей, решило выбрать Farasis Energy в качестве поставщика высоковольтных силовых аккумуляторов, высоковольтных и низковольтных разъемов для своих прототипов следующего поколения.
В ходе выступления Цзян Вэйжан также сообщила, что в этом году Farasis Energy начнет массовые поставки аккумуляторов ведущим мировым клиентам в области электрических вертолетов с вертикальным взлетом и посадкой (eVTOL).
Максимизация производительности: Farasis Energy создает низковысотные силовые аккумуляторы с «технологией 6H»
«Сейчас мы считаем, что конкуренция в секторе силовых аккумуляторов для электромобилей остра, и требований много. Однако в таких областях, как eVTOL, требований не только много, но и они еще более высоки. Можно сказать, что все ключевые характеристики должны быть максимальными», — заявила Цзян Вэйжан. Она отметила, что низковысотные аккумуляторы должны соответствовать более высоким требованиям, чем аккумуляторы для электромобилей, в плане безопасности, энергоемкости, срока службы, работы при низких температурах, зарядки, высокой мощности и гибкой сборки. «Речь идет не о достижении определенного порога для одного показателя; все показатели должны соответствовать очень высоким требованиям».
В качестве примера можно привести аккумулятор для eVTOL с серийной энергоемкостью 350 Вт∙ч/кг. При повышении энергоемкости он также обеспечивает более 10 000 фактических тестовых циклов в условиях полета eVTOL, отличается превосходной работой при низких температурах и скоростью зарядки-разрядки. Он поддерживает 8С непрерывный длительный импульсный разряд в течение 60 секунд при 30% заряда аккумулятора, а 15-минутная быстрая зарядка удовлетворяет потребности в быстром пополнении энергии для посадки и высадки пассажиров, что позволяет ему справляться с высокоинтенсивными условиями эксплуатации eVTOL и проходить сертификацию авиационной безопасности FAA.
Опираясь на глубокое понимание низковысотных силовых аккумуляторов и сценариев их применения, Farasis Energy предложила систему низковысотных аккумуляторов 6H, характеризующуюся «высокой безопасностью, высокой энергоемкостью, высокой скоростью зарядки-разрядки, широким диапазоном рабочих температур, длительным сроком службы и высокими стандартами качества»:
Высокая безопасность: «При полете в небе аккумуляторы не должны подвергаться никаким авариям. «К ритериям безопасности аккумуляторов, будь то собственная безопасность или безопасность сборки, предъявляются чрезвычайно высокие требования, поскольку к рискам безопасности аккумуляторов нет никакой терпимости». По словам Цзян Вэйрана, компания Farasis Energy разработала очень строгий процесс производства продукции с точки зрения безопасности материальной системы, собственной безопасности аккумуляторных элементов, безопасности сборки и безопасности программного управления. В настоящее время аккумуляторы eVTOL компании прошли сертификацию безопасности на основных международных рынках, таких как Китай, США и Европа, и соответствуют международным стандартам безопасности аккумуляторов. После прохождения тестов на прокалывание гвоздями напряжение и температура аккумуляторных элементов не претерпевают значительных изменений, и после 24 часов не наблюдается открытого пламени. Благодаря использованию технологии фазового перехода нового типа поверхностная температура аккумуляторных элементов, подвергшихся термическому разгону, может постоянно поддерживаться ниже 100°C в течение более 5 минут. Система BMS использует конструкцию с двойной избыточностью, обеспечивая целостность разрядного контура, а также безопасность и надежность на системном уровне даже в случае отказа в одной точке.
Высокая энергетическая плотность: ожидается, что второе поколение полутвердых аккумуляторных элементов eVTOL от Farasis Energy скоро поступит в мелкосерийное производство, при этом энергетическая плотность возрастет до 320 Вт∙ч/кг, а долговременная импульсная мощность достигнет 10С. По словам Цзян Вэйрана, eVTOL, оснащенные аккумуляторами второго поколения от Farasis Energy, имеют максимальный взлетный вес более 2,4 тонны, полезную нагрузку почти в полтонны и могут перевозить 5 пассажиров.
Кроме того, ожидается, что второе поколение Plus полутвердых аккумуляторных элементов eVTOL поступит в массовое производство в 2026 году с энергетической плотностью более 350 Вт∙ч/кг. Компания Farasis Energy систематически продвигает исследования и разработки третьего поколения полутвердых и полностью твердых аккумуляторных элементов, целями которых является достижение энергетической плотности 400 Вт∙ч/кг, при этом различные работы по тестированию продвигаются устойчиво.
Высокая скорость заряда-разряда: обладает сверхвысокопроизводительными характеристиками заряда-разряда, полностью адаптируясь к эксплуатационным потребностям eVTOL при любых условиях. При температуре окружающей среды 25°C он поддерживает непрерывный разряд при высокой скорости разряда 8С, при этом коэффициент сохранения емкости составляет >94%, а повышение температуры аккумуляторного элемента <25°C. Время зарядки от 10% до 80% SOC составляет менее 15 минут, что значительно сокращает время подзарядки. Его сверхвысокая плотность мощности соответствует требованиям к мощности для вертикального взлета и посадки в экстремальных условиях, таких как аварийные посадки.
Работа в широком диапазоне температур: Он может стабильно и эффективно работать в диапазоне температур от -40°C до 60°C, при этом удержание емкости составляет ≥90% при -20°C. Он полностью совместим со сложными условиями эксплуатации в разные сезоны, на разных высотах полета и в различных географических (пространственно-временных) регионах. Благодаря быстрой возможности перезарядки он может эффективно реагировать на внезапные погодные условия, обеспечивая безопасный взлет и посадку самолета.
Длительный срок службы цикла: За счет построения высокостабильной структуры полюсных пластин, оптимизации кинетического баланса между анодом и катодом и выделения достаточного пространства для расширения кремниевых частиц достигается сверхдлительный срок службы цикла элемента аккумулятора.
Высокие стандарты качества: Благодаря контролю качества производства на уровне PPM, всестороннему контролю факторов окружающей среды и контролю точности процесса на уровне PPB создается производственная система на уровне PPB, чтобы обеспечить, чтобы показатели производительности, безопасности и срока службы аккумуляторных изделий всесторонне соответствовали отраслевым эталонным уровням.
Цзян Вэйжань отметил, что аккумуляторы для низковысотной экономики должны быть бездефектными. Это требует не только контроля производства на уровне PPB, но и более строгих мер. Для производственной линии аккумуляторов для электрических вертолетов с вертикальным взлетом и посадкой (eVTOL) компания Farasis Energy провела очень строгие модернизации. Каждый производственный сегмент не только проходит регулярные проверки, но и оснащен КТ-контролем и полной проверкой аккумуляторов перед выпуском с производственной линии, что гарантирует, что каждый элемент аккумулятора безупречен.
Опираясь на философию разработки, проектирования и производства 6H, компания Farasis Energy не только получила признание от ведущих отечественных и зарубежных заказчиков самолетов в области аккумуляторов для eVTOL, но и обладает лидирующими преимуществами в различных сценариях применения своих низковысотных аккумуляторов, включая логистические перевозки, сельскохозяйственную защиту растений, геодезические съемки и специальные цели. По словам Цзян Вэйжаня, специальные полутвердые элементы аккумуляторов Farasis Energy, разработанные для беспилотных летательных аппаратов, используемых в логистических перевозках, сельскохозяйственной защите растений и других областях, также выйдут на стадию массового производства, тем самым заняв лидирующие позиции в формировании низковысотной матрицы решений для электропитания, охватывающей несколько областей в отрасли.
Мягкий аккумулятор: ключевой выбор для низковысотных электроприменений
Низковысотный полет предъявляет высокие требования к весу. Для аккумуляторов текущим направлением исследований и разработок является обеспечение высокой энергоемкости при снижении собственного веса.
Цзян Вэйжань отметил, что преимущество мягкого аккумулятора в легкости имеет решающее значение для низковысотной экономики: «При обеспечении одинакового количества энергии более легкая конструкция мягкого аккумулятора может значительно повысить общую энергоэффективность. Исходя из первых принципов низковысотной отрасли, мы считаем, что мягкие аккумуляторы являются ключевым выбором для низковысотных электроприменений».
Кроме того, если рассматривать конструкции низковысотных летательных аппаратов как внутри страны, так и за рубежом, то существуют значительные различия в моделях, размерах и спецификациях. Мягкие аккумуляторы обладают превосходной гибкостью, адаптируясь к различным моделям летательных аппаратов и соответствуя различным энергетическим и напряженным платформам клиентов.
Известно, что в ответ на внутреннюю конструкцию электрических летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой (eVTOL) для дальнейшего повышения адаптивности Farasis Energy также спланировала и разработала модули, пригодные для летательных аппаратов, совместимые с требованиями основного салона различных летательных аппаратов и способные быстро удовлетворять потребности различных клиентов в высокопроизводительных и высокобезопасных авиационных аккумуляторах.
С точки зрения развития технологий аккумуляторов полутвердотельные и твердотельные аккумуляторы являются будущим направлением и ключевыми аккумуляторами, необходимыми для авиационных летательных аппаратов, таких как eVTOL. Судя по текущим технологическим подходам различных компаний, полутвердотельные и твердотельные аккумуляторы в основном имеют форму мягкого аккумулятора.
«Независимо от того, речь идет о полутвердотельных, твердотельных аккумуляторах или авиационных аккумуляторах, мягкие аккумуляторы являются предпочтительным выбором», — добавил Цзян Вэйжань. — «Наши зарубежные клиенты eVTOL провели многочисленные испытания при выборе аккумуляторов и в конечном итоге выбрали мягкие аккумуляторы Farasis Energy. Это решение было принято компанией на основе первых принципов и всестороннего рассмотрения различных показателей производительности, необходимых для eVTOL».
