前言
eVTOL（电动垂直起降飞行器）与电动汽车，作为现代交通领域的两大创新技术，它们在功能上互补，共同推动了绿色出行和智能交通的发展。eVTOL以其垂直起降的能力，为城市空中交通提供了新的解决方案，特别是在城市拥堵和交通不便的地区，它能够提供快速、灵活的点对点运输服务。而电动汽车则以其零排放的优势，逐渐替代传统燃油车，成为地面交通的主流选择。
在产业上，两者的延伸性表现在它们对新能源、新材料、智能控制技术的需求上，推动了相关产业链的发展和创新。eVTOL和电动汽车都需要高效、轻质的电池系统，强大的电机和先进的控制系统，这些技术的进步不仅提升了产品性能，也为整个产业带来了新的增长点。
然而，eVTOL在关键性能上的要求更为严苛。由于其飞行特性，eVTOL需要更高的安全性、更强的稳定性和更精确的控制系统。同时，eVTOL的续航能力、载荷能力和运营成本也是衡量其性能的重要指标。相较之下，电动汽车虽然也面临续航和成本的挑战，但其运行环境相对简单，安全和稳定性的要求没有eVTOL那么高。
一、eVTOL与电动汽车的关键性能指标对比
中投产业研究院发布的《2024-2028年中国飞行汽车（电动垂直起降器eVTOL）行业深度调研及投资前景预测报告》指出，eVTOL（电动垂直起降飞行器）作为汽车产业链的延伸，确实在核心架构上与新能源汽车有着诸多相似之处。它们都依赖于电池技术、电机驱动系统、能量管理系统以及先进的控制技术。这些技术在新能源汽车中已经得到了广泛的应用和发展，为eVTOL的设计和制造提供了坚实的基础。然而，eVTOL在关键性能方面的要求比新能源汽车更为严苛。
（一）里程（航程）和负载
eVTOL和电动汽车在里程和负载方面的主要区别在于它们的运行环境和设计目的。eVTOL需要在空中垂直起降，而电动汽车在地面上行驶。eVTOL的航程和负载受到更严格的限制，因为它们需要在空中飞行并满足安全要求。电动汽车的续航里程和负载能力更容易通过技术改进和优化来提高，因为它们不受垂直起降的限制。两种交通工具都在不断发展，以提高效率、降低成本，并满足日益增长的市场需求。
图表：eVTOL与电动汽车的里程（航程）和负载对比
（二）巡航速度和功率保持率
eVTOL和电动汽车虽然都依赖电池和电机技术，但它们的设计目标和运行环境不同。eVTOL需要在空中进行垂直起降和水平飞行，而电动汽车在地面上行驶。eVTOL的巡航速度通常针对空中交通优化，需要在保证安全的同时实现快速运输。电动汽车的巡航速度则更多地考虑道路条件和驾驶体验。在功率保持率方面，eVTOL需要在空中保持稳定和可靠的功率输出，而电动汽车的功率保持率则更多地关联日常使用和电池维护。两种交通工具都在快速发展，随着技术的进步，它们的性能将得到进一步提升，为未来交通提供更多可能性。
图表：eVTOL与电动汽车的巡航速度和功率保持率对比
二、eVTOL与电动汽车的核心结构对比
（一）电池系统
中投产业研究院发布的《2024-2028年中国飞行汽车（电动垂直起降器eVTOL）行业深度调研及投资前景预测报告》指出，电动垂直起降飞行器(eVTOL)的关键性能指标在很大程度上依赖于动力电池的性能。电池系统的能量密度、安全性、快速充电能力和循环寿命对飞行汽车的多数核心性能有着显著影响。特别是电池系统的能量密度，它直接关系到电动飞行汽车的飞行距离、载重能力、能源效率、成本效益和环境友好性等关键参数。
锂电池技术相较于氢燃料电池技术，目前更为成熟和稳定，具有更高的能量密度、优良的循环稳定性和较低的自放电率等优势，因此成为eVTOL主要采用的电池类型。
2023年10月，工业和信息化部联合其他三个部门发布了《绿色航空制造业发展纲要（2023-2035年）》，其中明确提出了航空级电池产品的性能目标：达到400Wh/kg能量密度的航空锂电池产品应实现量产，而500Wh/kg能量密度的产品则应进行小规模验证，以满足电动航空器的使用需求和适航标准。
图表：锂电池技术发展路径
图表：eVTOL和电动汽车电池性能对比
图表：eVTOL和电动汽车电池系统的区别
图表：eVTOL电池的参数要求
（二）电推进系统
电动垂直起降飞行器(eVTOL)采用分布式电力推进系统（DEP），其中电机系统扮演着核心动力源的角色，主要由电机和电机驱动器组成。这些电机负责在垂直起降和飞行过程中提供必要的推力，而电机控制器则负责调节电机的转速和转矩，其控制精度直接关系到飞行器的推力控制精度。
与传统的内燃机相比，电动推进系统拥有更高的功率重量比，大约为5kW/kg，而内燃机的功率重量比大约为1kW/kg。由于eVTOL对电机的效率和转矩密度有很高的要求，永磁同步电机（PMSM）成为了电推进系统中一个非常有前途的选择。与直流电机和感应电机相比，永磁同步电机不仅功率密度高、调速范围宽广、电磁转矩大，而且其全扭矩维持能力非常适合eVTOL在起降阶段的动力需求。目前，许多电动垂直起降飞行器，例如Joby的S4和Archer的Midnight，都采用了永磁同步电机。
永磁电机根据其磁场的布局方向分为径向磁通和轴向磁通两种类型。轴向磁通电机在径向上的空间利用率较高，在有限的径向空间条件下，其功率密度和转矩密度表现出优势。而径向磁通电机则在轴向上提供均匀的功率输出，在相同的气隙面积和最大转子线速度条件下，其功率输出更为突出。
为了确保电动垂直起降飞行器(eVTOL)能够安全地进行垂直起降并保持稳定的飞行，这些飞行器通常会装备6个、8个、12个或16个旋翼电机。这些电机的设计还包含了1.5到2倍的拉力冗余，这样的设计可以确保即使在单个或多个旋翼失效的情况下，eVTOL依然能够安全运行。相比之下，新能源汽车的动力配置则简单得多，通常只配备一个电机或者前后各一个双电机系统。
中投产业研究院发布的《2024-2028年中国飞行汽车（电动垂直起降器eVTOL）行业深度调研及投资前景预测报告》指出，目前，eVTOL所使用的电机在功率密度方面与高端电动汽车的电驱动系统相近，但在扭矩密度上则远超传统汽车。例如，应用于电动飞机的电机，如罗罗、天津松正和EMARX的功率密度分别达到34.2、17.5和13.3牛顿米/千克，而应用于广汽埃安汽车的夸克电机扭矩密度为14.8牛顿米/千克。国内领先的电机制造商卧龙电驱与中国商飞合作开发的4座eVTOL电机（电机重量约为27千克），其最大功率密度达到3.7千瓦/千克（额定功率密度为2.6千瓦/千克），这些核心参数已经达到了国际先进水平。
永磁同步电机因其技术成熟、高功率密度和高转矩密度的特点，成为目前电动飞行器电机的主要选择。这些电机主要采用轴向和径向永磁同步电机技术。
图表：eVTOL和电动汽车电机参数对比
三、eVTOL核心结构之——飞控技术
eVTOL的自主飞行系统在功能上与传统民用飞机相似，其决策和控制过程主要依靠飞行管理系统和飞行控制系统的紧密配合。但是，由于eVTOL在运行环境、成本效益和飞机结构等方面的独特性，其自主飞行系统的开发面临一系列挑战，主要包括：
图表：eVTOL自主飞行系统的开发面临的挑战
综上，eVTOL依赖于高能量密度和高功率密度的电池系统来实现垂直起降和稳定飞行，常配备多个旋翼电机以提供必要的推力和安全冗余，而电动汽车则通常采用单电机或双电机系统，对电池和电机的性能要求相对宽松。eVTOL的电机系统，尤其是永磁同步电机，需要具备高效率和大扭矩密度，以适应起飞、降落及飞行过程中的严苛条件。政策上，eVTOL的发展受到国家层面的支持，对航空级电池产品的性能有明确的目标要求。整体而言，eVTOL的技术要求更为严格，涉及更复杂的系统集成和安全性考量，而电动汽车则更注重日常驾驶的性能和成本效益。
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