前言

　　eVTOL（電動垂直起降飛行器）與電動汽車，作為現(xiàn)代交通領域的兩大創(chuàng)新技術，它們在功能上互補，共同推動了綠色出行和智能交通的發(fā)展。eVTOL以其垂直起降的能力，為城市空中交通提供了新的解決方案，特別是在城市擁堵和交通不便的地區(qū)，它能夠提供快速、靈活的點對點運輸服務。而電動汽車則以其零排放的優(yōu)勢，逐漸替代傳統(tǒng)燃油車，成為地面交通的主流選擇。

　　在產(chǎn)業(yè)上，兩者的延伸性表現(xiàn)在它們對新能源、新材料、智能控制技術的需求上，推動了相關產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展和創(chuàng)新。eVTOL和電動汽車都需要高效、輕質的電池系統(tǒng)，強大的電機和先進的控制系統(tǒng)，這些技術的進步不僅提升了產(chǎn)品性能，也為整個產(chǎn)業(yè)帶來了新的增長點。

　　然而，eVTOL在關鍵性能上的要求更為嚴苛。由于其飛行特性，eVTOL需要更高的安全性、更強的穩(wěn)定性和更精確的控制系統(tǒng)。同時，eVTOL的續(xù)航能力、載荷能力和運營成本也是衡量其性能的重要指標。相較之下，電動汽車雖然也面臨續(xù)航和成本的挑戰(zhàn)，但其運行環(huán)境相對簡單，安全和穩(wěn)定性的要求沒有eVTOL那么高。

　　一、eVTOL與電動汽車的關鍵性能指標對比

　　中投產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2028年中國飛行汽車（電動垂直起降器eVTOL）行業(yè)深度調研及投資前景預測報告》指出，eVTOL（電動垂直起降飛行器）作為汽車產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，確實在核心架構上與新能源汽車有著諸多相似之處。它們都依賴于電池技術、電機驅動系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)以及先進的控制技術。這些技術在新能源汽車中已經(jīng)得到了廣泛的應用和發(fā)展，為eVTOL的設計和制造提供了堅實的基礎。然而，eVTOL在關鍵性能方面的要求比新能源汽車更為嚴苛。

　　（一）里程（航程）和負載

　　eVTOL和電動汽車在里程和負載方面的主要區(qū)別在于它們的運行環(huán)境和設計目的。eVTOL需要在空中垂直起降，而電動汽車在地面上行駛。eVTOL的航程和負載受到更嚴格的限制，因為它們需要在空中飛行并滿足安全要求。電動汽車的續(xù)航里程和負載能力更容易通過技術改進和優(yōu)化來提高，因為它們不受垂直起降的限制。兩種交通工具都在不斷發(fā)展，以提高效率、降低成本，并滿足日益增長的市場需求。

　　圖表：eVTOL與電動汽車的里程（航程）和負載對比

　　資料來源：中投產(chǎn)業(yè)研究院整理

　�。ǘ�）巡航速度和功率保持率

　　eVTOL和電動汽車雖然都依賴電池和電機技術，但它們的設計目標和運行環(huán)境不同。eVTOL需要在空中進行垂直起降和水平飛行，而電動汽車在地面上行駛。eVTOL的巡航速度通常針對空中交通優(yōu)化，需要在保證安全的同時實現(xiàn)快速運輸。電動汽車的巡航速度則更多地考慮道路條件和駕駛體驗。在功率保持率方面，eVTOL需要在空中保持穩(wěn)定和可靠的功率輸出，而電動汽車的功率保持率則更多地關聯(lián)日常使用和電池維護。兩種交通工具都在快速發(fā)展，隨著技術的進步，它們的性能將得到進一步提升，為未來交通提供更多可能性。

　　圖表：eVTOL與電動汽車的巡航速度和功率保持率對比

　　資料來源：中投產(chǎn)業(yè)研究院整理

　　二、eVTOL與電動汽車的核心結構對比

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　　中投產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2028年中國飛行汽車（電動垂直起降器eVTOL）行業(yè)深度調研及投資前景預測報告》指出，電動垂直起降飛行器(eVTOL)的關鍵性能指標在很大程度上依賴于動力電池的性能。電池系統(tǒng)的能量密度、安全性、快速充電能力和循環(huán)壽命對飛行汽車的多數(shù)核心性能有著顯著影響。特別是電池系統(tǒng)的能量密度，它直接關系到電動飛行汽車的飛行距離、載重能力、能源效率、成本效益和環(huán)境友好性等關鍵參數(shù)。

　　鋰電池技術相較于氫燃料電池技術，目前更為成熟和穩(wěn)定，具有更高的能量密度、優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性和較低的自放電率等優(yōu)勢，因此成為eVTOL主要采用的電池類型。

　　2023年10月，工業(yè)和信息化部聯(lián)合其他三個部門發(fā)布了《綠色航空制造業(yè)發(fā)展綱要（2023-2035年）》，其中明確提出了航空級電池產(chǎn)品的性能目標：達到400Wh/kg能量密度的航空鋰電池產(chǎn)品應實現(xiàn)量產(chǎn)，而500Wh/kg能量密度的產(chǎn)品則應進行小規(guī)模驗證，以滿足電動航空器的使用需求和適航標準。

　　圖表：鋰電池技術發(fā)展路徑

　　數(shù)據(jù)來源：中投產(chǎn)業(yè)研究院整理

　　圖表：eVTOL和電動汽車電池性能對比

　　數(shù)據(jù)來源：中投產(chǎn)業(yè)研究院整理

　　圖表：eVTOL和電動汽車電池系統(tǒng)的區(qū)別

　　數(shù)據(jù)來源：中投產(chǎn)業(yè)研究院整理

　　圖表：eVTOL電池的參數(shù)要求

　　數(shù)據(jù)來源：中投產(chǎn)業(yè)研究院整理

　�。ǘ�）電推進系統(tǒng)

　　電動垂直起降飛行器(eVTOL)采用分布式電力推進系統(tǒng)（DEP），其中電機系統(tǒng)扮演著核心動力源的角色，主要由電機和電機驅動器組成。這些電機負責在垂直起降和飛行過程中提供必要的推力，而電機控制器則負責調節(jié)電機的轉速和轉矩，其控制精度直接關系到飛行器的推力控制精度。

　　與傳統(tǒng)的內燃機相比，電動推進系統(tǒng)擁有更高的功率重量比，大約為5kW/kg，而內燃機的功率重量比大約為1kW/kg。由于eVTOL對電機的效率和轉矩密度有很高的要求，永磁同步電機（PMSM）成為了電推進系統(tǒng)中一個非常有前途的選擇。與直流電機和感應電機相比，永磁同步電機不僅功率密度高、調速范圍寬廣、電磁轉矩大，而且其全扭矩維持能力非常適合eVTOL在起降階段的動力需求。目前，許多電動垂直起降飛行器，例如Joby的S4和Archer的Midnight，都采用了永磁同步電機。

　　永磁電機根據(jù)其磁場的布局方向分為徑向磁通和軸向磁通兩種類型。軸向磁通電機在徑向上的空間利用率較高，在有限的徑向空間條件下，其功率密度和轉矩密度表現(xiàn)出優(yōu)勢。而徑向磁通電機則在軸向上提供均勻的功率輸出，在相同的氣隙面積和最大轉子線速度條件下，其功率輸出更為突出。

　　為了確保電動垂直起降飛行器(eVTOL)能夠安全地進行垂直起降并保持穩(wěn)定的飛行，這些飛行器通常會裝備6個、8個、12個或16個旋翼電機。這些電機的設計還包含了1.5到2倍的拉力冗余，這樣的設計可以確保即使在單個或多個旋翼失效的情況下，eVTOL依然能夠安全運行。相比之下，新能源汽車的動力配置則簡單得多，通常只配備一個電機或者前后各一個雙電機系統(tǒng)。

　　中投產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2028年中國飛行汽車（電動垂直起降器eVTOL）行業(yè)深度調研及投資前景預測報告》指出，目前，eVTOL所使用的電機在功率密度方面與高端電動汽車的電驅動系統(tǒng)相近，但在扭矩密度上則遠超傳統(tǒng)汽車。例如，應用于電動飛機的電機，如羅羅、天津松正和EMARX的功率密度分別達到34.2、17.5和13.3牛頓米/千克，而應用于廣汽埃安汽車的夸克電機扭矩密度為14.8牛頓米/千克。國內領先的電機制造商臥龍電驅與中國商飛合作開發(fā)的4座eVTOL電機（電機重量約為27千克），其最大功率密度達到3.7千瓦/千克（額定功率密度為2.6千瓦/千克），這些核心參數(shù)已經(jīng)達到了國際先進水平。

　　永磁同步電機因其技術成熟、高功率密度和高轉矩密度的特點，成為目前電動飛行器電機的主要選擇。這些電機主要采用軸向和徑向永磁同步電機技術。

　　圖表：eVTOL和電動汽車電機參數(shù)對比

　　數(shù)據(jù)來源：中投產(chǎn)業(yè)研究院整理

　　三、eVTOL核心結構之--飛控技術

　　eVTOL的自主飛行系統(tǒng)在功能上與傳統(tǒng)民用飛機相似，其決策和控制過程主要依靠飛行管理系統(tǒng)和飛行控制系統(tǒng)的緊密配合。但是，由于eVTOL在運行環(huán)境、成本效益和飛機結構等方面的獨特性，其自主飛行系統(tǒng)的開發(fā)面臨一系列挑戰(zhàn)，主要包括：

　　圖表：eVTOL自主飛行系統(tǒng)的開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)

　　數(shù)據(jù)來源：中投產(chǎn)業(yè)研究院整理

綜上，eVTOL依賴于高能量密度和高功率密度的電池系統(tǒng)來實現(xiàn)垂直起降和穩(wěn)定飛行，常配備多個旋翼電機以提供必要的推力和安全冗余，而電動汽車則通常采用單電機或雙電機系統(tǒng)，對電池和電機的性能要求相對寬松。eVTOL的電機系統(tǒng)，尤其是永磁同步電機，需要具備高效率和大扭矩密度，以適應起飛、降落及飛行過程中的嚴苛條件。政策上，eVTOL的發(fā)展受到國家層面的支持，對航空級電池產(chǎn)品的性能有明確的目標要求。整體而言，eVTOL的技術要求更為嚴格，涉及更復雜的系統(tǒng)集成和安全性考量，而電動汽車則更注重日常駕駛的性能和成本效益。