2024年10月31日，在嘉定區(qū)低空經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)化與高質(zhì)量發(fā)展大會上，華澗新能源聯(lián)合創(chuàng)始人兼總經(jīng)理周磊指出，隨著電動汽車技術(shù)的成熟，電機(jī)電池和電控技術(shù)為飛行器電動化提供了可能。然而，電池能量密度仍是限制電動飛行器航程的主要瓶頸。

華澗新能源基于高速電機(jī)技術(shù)，提供用于增程的高速發(fā)電機(jī)，有效提升了電動飛行器的航程和載重能力。華澗新能源也推出了小體積、高能效的超高速離心壓縮機(jī)，為電動飛行器提供了更高效的制冷解決方案。周磊展示了公司在高速電機(jī)所達(dá)到的行業(yè)先進(jìn)水平，其轉(zhuǎn)速最高可達(dá)每分鐘25萬轉(zhuǎn)，功率密度達(dá)15千瓦每千克。

周 磊｜華澗新能源聯(lián)合創(chuàng)始人兼總經(jīng)理

以下為演講內(nèi)容整理:

更遠(yuǎn):高速發(fā)電助力增程

近年來，飛行器的電動化得到了迅速普及。特別是隨著電動汽車的快速發(fā)展，電機(jī)、電池和電控技術(shù)日益成熟，且成本降低。這極大地促進(jìn)了低空飛行器的發(fā)展。根據(jù)國際邏輯推斷，包括航空在內(nèi)的整個交通系統(tǒng)，其碳排放需控制在一定范圍內(nèi)。美國NASA也計劃使用電動化技術(shù)，商用飛機(jī)因此將大幅降低碳排放，甚至可達(dá)90%。

行業(yè)對飛行器電動化持樂觀態(tài)度，并做出了積極預(yù)測。從2025年起，飛行器的電動化功率將從幾十個千瓦增長至幾百個千瓦，甚至上千萬千瓦。盡管其中存在不確定性，如電池密度等，但整體而言，行業(yè)對其發(fā)展前景充滿信心。特別是參考特斯拉電動汽車過去十幾年的發(fā)展趨勢，人們對電動飛行器的發(fā)展也給予了高度評價和期望。

然而，我們也不得不正視其面臨的瓶頸。目前電池的能量密度是限制電動飛行器航程的主要因素。無論是電動汽車還是電動飛行器，其能量密度均約為200-300瓦時/公斤，與傳統(tǒng)航空燃油的一萬多瓦時/公斤相比，差距巨大，這極大地限制了電動飛行器的行駛里程。

因此，人們開始思考如何在保留電動化優(yōu)勢的同時，增加其續(xù)航里程。增程器，特別是分布式混合電推系統(tǒng)，成為了解決方案。純電推進(jìn)系統(tǒng)由一套電池帶動分布式電機(jī)驅(qū)動功能。而混合電推系統(tǒng)則通過增加航空發(fā)動機(jī)來產(chǎn)生電能，為驅(qū)動電機(jī)提供電能，這一概念與電動車中的增程式概念相似?；诂F(xiàn)有技術(shù)條件，油電混合電推的功率密度約為純電的三倍左右，能在有限條件下有效提高飛機(jī)的航程。

目前，新能源航空器包括混合動力和純電動兩種類型。純電動航空器主要適用于300公里以內(nèi)的航程。而在300公里以上的航程中，混合動力，特別是分布式增程方案將占據(jù)較大比例。

例如，某項目通過高速電機(jī)增程器的應(yīng)用，在飛機(jī)機(jī)身重量、起飛重量和動力源重量不變的情況下，最大載重從原來的15公斤增加到了19.2公斤，即增加了約25%?；蛟?5公斤載重不變的情況下，飛行時間從25分鐘增加到了60多分鐘。

在另外一個項目中，原純電動版本的電池重量為510公斤，而通過使用增程器，電池重量降為了21公斤，即使考慮增程器的重量，仍能省下的約300公斤的重量轉(zhuǎn)化為了額外的載重能力。如果載重不變，則可以提供額外的約8小時續(xù)航時間。這充分展示了高速電機(jī)技術(shù)在提高電動飛行器載重或續(xù)航里程方面的有效性。

將高速電機(jī)應(yīng)用于飛行器的增程系統(tǒng)，可以實現(xiàn)電機(jī)與航空發(fā)動機(jī)的直連，省掉了中間的變速機(jī)構(gòu)。另一方面，由于電機(jī)自身速度的提升，其功率與能量密度得到進(jìn)一步增強(qiáng)，而體積和重量則相應(yīng)減少。采用華澗新能源高速電機(jī)技術(shù)的APU系統(tǒng)重量較傳統(tǒng)系統(tǒng)減輕了約42%左右，電機(jī)功率密度可達(dá)15千克每公斤。對于飛行器而言，每一分重量都至關(guān)重要，這一減重對于提升飛行器的載重能力及續(xù)航里程具有顯著幫助。

更輕:離心制冷緊湊安靜

在介紹了如何讓電動飛行器飛得更遠(yuǎn)后，接下來我們將探討如何使其變得更輕。除了續(xù)航里程外，熱管理也是飛行器設(shè)計中的重要參數(shù)。與電動汽車相似，電動飛行器同樣需要考慮電池、電機(jī)及乘員艙的溫控需求，即對其三電系統(tǒng)及乘員艙進(jìn)行溫度控制。

相較于傳統(tǒng)電動汽車，電動飛行器具有更大的制冷需求，主要因為其電池功率及放電速率均高于電動汽車。

在溫控領(lǐng)域，常見的制冷壓縮機(jī)方案主要有幾種。目前地面交通領(lǐng)域常采用渦旋式壓縮機(jī)。渦旋式壓縮機(jī)通過動盤與靜盤之間的回轉(zhuǎn)產(chǎn)生壓縮作用，實現(xiàn)制冷功能。然而，當(dāng)前車載渦旋壓縮機(jī)的功率往往無法滿足飛行器的更大的制冷需求。

為了解決大制冷量需求與體積重量的矛盾，華澗新能源推出了離心式解決方案——超高速離心壓縮機(jī)。與常見的渦旋壓縮機(jī)相比，其主要差異在于轉(zhuǎn)速和油潤滑系統(tǒng)。常規(guī)渦旋壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速約為每分鐘7000轉(zhuǎn)，而我們的產(chǎn)品則高達(dá)每分鐘25萬轉(zhuǎn)。此外，華澗的壓縮機(jī)為無油系統(tǒng)，帶來了諸多額外優(yōu)勢。

高速離心壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)包括高速運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，在氣浮軸承支撐下零摩擦運(yùn)行，驅(qū)動冷媒從入口進(jìn)入后經(jīng)過多級壓縮后排出，實現(xiàn)高效制冷。同時該壓縮機(jī)還可作為熱泵工作，為冬季制熱提供了良好基礎(chǔ)。該壓縮機(jī)體積小巧，僅比一瓶可樂稍大，但憑借25萬轉(zhuǎn)的超高轉(zhuǎn)速，其重量較同等制冷量的渦旋壓縮機(jī)減輕了約40%，對于飛行器而言具有重要意義。

華澗新能源離心制冷壓縮機(jī)，適用于低空飛行器與新能源汽車

華澗在制冷壓縮機(jī)領(lǐng)域并非初涉，而是已開發(fā)了一系列產(chǎn)品。剛才所述的是我們近期研發(fā)的兩款15kW冷量級產(chǎn)品，它們適用于新能源汽車與飛行器領(lǐng)域。華澗還擁有一系列30~400kW冷量級產(chǎn)品，已廣泛應(yīng)用于電化學(xué)儲能系統(tǒng)及數(shù)據(jù)中心的熱管理。

華澗新能源超高速離心制冷壓縮機(jī)在效率與體積方面展現(xiàn)出的優(yōu)勢，可以概括為“更快、更強(qiáng)、更高”。

首先，“更快”體現(xiàn)在其轉(zhuǎn)速上，約為常規(guī)產(chǎn)品的30倍，葉輪線速度已接近子彈速度。

其次，“更高”體現(xiàn)在節(jié)能效果上。我們的產(chǎn)品在數(shù)據(jù)中心、儲能等領(lǐng)域的應(yīng)用中，相比同類產(chǎn)品節(jié)能約30~50%。在飛行器與車輛領(lǐng)域的應(yīng)用中，也達(dá)到了相近的節(jié)能效果。這主要得益于我們的氣浮無油懸浮技術(shù)以及離心壓縮機(jī)的補(bǔ)氣增焓應(yīng)用。

再者，“更高”還體現(xiàn)在功率密度上。在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用中，我們的壓縮機(jī)體積相比傳統(tǒng)產(chǎn)品減小了約80%。在飛行器與車輛應(yīng)用中，也能將傳統(tǒng)方案體積減小40%，這一成果極為顯著。同時，其制冷能力提升了44%，且由于無油設(shè)計，避免了潤滑油在低溫下凝固、高溫下變稀等導(dǎo)致的性能限制，特別適用對低溫與高溫環(huán)境有性能要求的場景。

此外，華澗的產(chǎn)品采用氣懸浮設(shè)計，工作過程中無摩擦，從而擁有更長的使用壽命。而且，一旦懸浮起來，壓縮機(jī)運(yùn)行變得非常安靜。傳統(tǒng)壓縮機(jī)的噪音通常在75分貝左右，而我們的無油氣浮壓縮機(jī)實測噪音僅為58分貝，非常適合電動化應(yīng)用場景下對噪音要求越來越高的終端市場。

更快:華澗新能源及其高速電機(jī)技術(shù)簡介

關(guān)于高速電機(jī)的評價標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)內(nèi)存在若干定義。一種簡單直觀的定義是根據(jù)轉(zhuǎn)速或線速度來區(qū)分。也有更全面的評價綜合考慮電機(jī)的轉(zhuǎn)速與功率，形成的系數(shù)指標(biāo)來評價電機(jī)性能，這一綜合考量方式更為科學(xué)。

根據(jù)這一綜合評價標(biāo)準(zhǔn)，我們可以看出當(dāng)前行業(yè)內(nèi)高速電機(jī)的發(fā)展水平。在特定功率下，達(dá)到特定轉(zhuǎn)速即代表較高技術(shù)水平。華澗新能源開發(fā)的一系列用于增程系統(tǒng)的高速發(fā)電機(jī)及熱管理的離心壓縮機(jī)，在行業(yè)內(nèi)均處于最高技術(shù)水平。

高速電機(jī)所面臨的主要挑戰(zhàn)可概括為以下幾個方面:首先是其高速電磁設(shè)計與熱設(shè)計的復(fù)雜性，以及高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的磁滯損耗的優(yōu)化問題；其次是電機(jī)的模態(tài)分析與強(qiáng)度設(shè)計，尤其是當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速從原先的七千余轉(zhuǎn)提升至二十余萬轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)速增加了近三十倍時，離心力增至原來的九百倍，這對轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計強(qiáng)度提出了極為嚴(yán)苛的要求。

華澗新能源公司孵化于主板上市公司華培數(shù)能，依托上市公司在精密加工與集成電路制造領(lǐng)域的深厚基礎(chǔ)，成功開發(fā)出一系列高速離心產(chǎn)品。公司的生產(chǎn)主要集中在無錫、上海和武漢，同時也在墨西哥和法國設(shè)有業(yè)務(wù)，正積極拓展海外市場。公司的銷售網(wǎng)絡(luò)遍布全球，亞洲、歐洲和美洲各占約三分之一的市場份額。

華澗新能源的核心競爭力在于其從上至下的垂直整合能力。在高速電機(jī)的研發(fā)過程中，核心的流體動力學(xué)、電機(jī)、控制器及關(guān)鍵材料成型等均自主完成。華澗的核心團(tuán)隊由一批來自主機(jī)廠和熱管理領(lǐng)域的資深工程師組成，他們擁有豐富的行業(yè)經(jīng)驗和深厚的專業(yè)技術(shù)。

在過去的四年多時間里，華澗團(tuán)隊申請了近四百項知識產(chǎn)權(quán)，其中發(fā)明專利占比高達(dá)40%。這些成果的取得，充分展示了團(tuán)隊在技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新方面的實力。

華澗新能源憑借高速電機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢，成功開發(fā)了用于電動飛行器的增程器高速發(fā)電機(jī)和高速離心壓縮機(jī)，為電動飛行器的遠(yuǎn)程飛行和高效熱管理提供了有力支持。我們致力于幫助飛行器飛得更遠(yuǎn)、更輕盈。在此，借用古詩“大鵬一日同風(fēng)起”的意境，祝愿大家也能如大鵬一般扶搖直上九萬里，飛得更高、更遠(yuǎn)！