今天，我们来聊一下eVTOL“三电系统”及混合动力核心技术挑战与发展趋势。
传统直升机电气系统仅提取发动机3%～8%的功率，而全电eVTOL全机电功率占比达100%，混动eVTOL机电功率占比亦高达数十个百分点。在低空经济向电动化、混动化转型的大趋势下，eVTOL电功率需求较传统机型提升数倍乃至数十倍，这一跨越式增长推动“三电系统”（电池、电机、电控）及混合动力系统迎来一系列关键技术瓶颈，亟需行业协同突破。
一、高能量与功率密度储能电池技术
高能量密度锂电池是当前全球eVTOL的主流储能方案，但其需求兼具多重维度。如下图所示，除了能量密度这一共性指标要求外，eVTOL在起降阶段还要求电池有很高的功率密度。NASA研究表明，400Wh/kg的能量密度是全电动飞行实用化的关键阈值，且eVTOL起降阶段放电倍率需达到5～10C，对功率密度提出严苛要求。飞行安全的绝对优先级决定了电池需具备极高可靠性，即便模块失效仍需支撑安全降落，美国FAA适航条件明确其失效率需控制在10⁻⁹量级，散热、防撞击等安全标准近乎苛刻。同时，1600次充放电循环的寿命要求直接关联运营经济性，因此在高能量与功率密度基础上，同步提升安全性与寿命成为核心技术挑战。
当前液态锂离子电池已逼近性能极限，固态电池、锂金属电池等新兴技术路线成为研发热点，但仍面临技术壁垒：
固态电池在温度变化与机械应变下易出现电解质裂纹及界面变形，导致性能衰减；
锂金属电池与锂空气电池的热失控风险尚未解决，商业应用成熟度不足。
二、轻质高效高可靠性驱动电机技术
轻质、高效、高可靠性是eVTOL电推进系统的核心追求，二者存在反相关性，需动态权衡或依赖全产业链技术革新。直接驱动架构的核心难点是在有限散热空间内实现低转速大扭矩电机的极致扭矩密度，对设计、材料与工艺要求极高；间接驱动架构虽门槛较低，但电机、电控与减速器一体化集成中的热管理协同、油路密封等仍具挑战。
如下图所示，直驱电机需满足低转速、大扭矩特性，带减速器电机则要求高功率密度，且均需承受多方向静动态载荷与严酷工作环境。目前国外同类电机功率密度已达5kW/kg，国内仅3kW/kg左右，差距显著。制约我国航空电机发展的核心因素包括先进电工材料应用、拓扑结构创新与冷却技术突破，三者共同决定电机功率密度与运行稳定性。
三、高效电能变换与电机控制技术
电机控制器作为电推进系统“大脑”，其技术方向聚焦更高功率密度与能量变换效率。碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等宽禁带半导体器件凭借耐高温、低损耗优势，成为未来核心技术支撑，与新型拓扑结构及控制策略融合可大幅提升变换器性能。
当前碳化硅器件、功率转换器拓扑及封装技术仍需突破，大功率耐高温模块研发、智能化高鲁棒性控制技术升级，以及控制器一体化集成，均为电控技术的重要发展方向，直接保障动力系统高效稳定运行。
四、混合动力系统能量管理技术
混合动力eVTOL通过智能分配发动机与发电机功率，实现发动机最佳燃油经济性与低碳环保的双重优势，有效改善动力响应性与能耗表现。能量管理策略作为核心控制逻辑，需根据飞行工况动态调节动力输出，平衡连续性、经济性与环保性，成为研究难点。同时，电气设备向数百kW乃至MW级发展导致发热量剧增，先进热管理系统构建与冷热联动高效化成为另一技术难题。
产业化进程中，霍尼韦尔1MW级航空电机已完成适航取证，国内614所、115厂正推进原理样机研发，但仍需突破四大核心技术：高可靠高效率架构设计、长航时能量管理策略、电气系统稳定性研究及永磁电机保护与容错控制，这些技术突破将为我国混合动力eVTOL工程化应用与适航取证提供关键支撑。
来源：未来低空
编辑：王政屿