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电动垂直起降（eVTOL）飞行器作为城市空中出行（UAM）的核心载体，其发展依赖于高效、可靠的可充电储能系统（RESS）。与传统电动汽车（BEV）不同，eVTOL的任务剖面包含垂直起降、悬停、爬升、巡航和下降等阶段，其中悬停阶段需高功率支撑（如2500kg级eVTOL悬停功率达600kW），而巡航阶段则需高能量密度以实现商业可行的续航（如目标巡航速度200km/h）。这一“高功率-高能量”的双重需求，使得电池组设计成为eVTOL开发的核心挑战。
通用汽车的Shuonan Xu与Madhu Raghvan等在Simulink中基于等效模型的工况仿真系统探讨了电动垂直起降飞行器（eVTOL）应用场景下的电池组设计挑战。研究选取了三种不同重量的eVTOL飞行器作为研究对象——重量分别为1000kg、2500kg和3000kg，对应2座、4座和5座机型，并基于传统汽车电池供应链选取了三种适配的电池单体（大尺寸软包电池、中尺寸软包电池、圆柱形电池）展开分析。
研究的核心发现与结论如下：电池单体的选型需紧密匹配具体应用需求，应根据飞行器重量与预期巡航距离综合决策；值得注意的是，更高的比能量并非最优选择；此外，相较于同等比例降低悬停功率，减少巡航功率是延长巡航距离更有效的策略。
本研究中，作者将飞行工况分为五个阶段：起飞悬停、爬升、巡航、下降和着陆悬停。
悬停阶段是预期功率需求最高的阶段，其功率需求随飞行器重量呈指数级增长。下一阶段是爬升阶段，这是飞行器从全垂直运动向全水平运动过渡的阶段，经验估计，爬升阶段的平均功率为巡航功率的115%。文中三种机型的爬升持续时间均设定为105秒。当飞行器进入全水平运动状态时，机翼将提供全部垂直升力，而旋翼仅负责提供水平推进力。下降阶段的平均功率需求较低，因为该阶段可利用部分重力势能，但功率需求无法降至零（因仍需过渡至悬停状态）。本研究中，下降功率被设定为巡航功率的固定65%，下降持续时间为105秒。下降阶段结束后，飞行器将过渡至全垂直运动并进入另一个悬停阶段，该悬停阶段的功率和持续时间与起飞悬停阶段相同。然而，由于此时电池SOC处于飞行过程中的最低水平，这一阶段对电池系统的挑战远大于起飞悬停阶段。
根据行业主流设计的经验，电池系统重量通常占飞行器总重量的30%。本研究也将三种设计的电池系统重量设定为最大起飞总重量（MTGW）的30%。而为了预估电池系统内的电池单体总重，作者将电池系统的重量成组效率定为75%。基于以上，飞行器的基本设计参数可按如下表格定义：
三款电池单体中，两款为高能量密度的NCMA+Si体系的软包电池，其能量密度为350Wh/kg ，两块软包电池的区别在于容量及电池尺寸，大尺寸的电池单体容量为129Ah，小尺寸的为50Ah;而另外一款电池则选择的是高倍率性能的圆柱电池，能量密度为269Wh/kg，具体参数如下：
电池系统设计中，因两座的eVTOL受重量及安全性能限制，电池系统电压平台设定为400V，而四/五座的eVTOL则采用800V电压平台的设计。对于电量的使用分配，基于经验及安全性考虑，71%的电量用于飞行过程动力输出，20%的电量将预留用于安全应急保障，4%的电量被系统损耗，还有5%电量会因高倍率放电条件下无法发挥使用。本研究中，电量的分配会根据电池设计的不同而有所变化。
基于上述的条件约束，作者对三款不同重量的飞机做了仿真分析，具体的数据结论如下：
1. 1000kg 2座eVTOL：能量优先但冗余性受限
高能量软包电池（类型1/2）凭借350Wh/kg的高比能量，可提供80kWh级电池组能量，支撑28分钟巡航（约93km）。但受限于电芯尺寸，仅能布置2-4个独立电池包，冗余性不足。相比之下，高功率圆柱电池（类型3）虽比能量低（269Wh/kg），但小尺寸特性允许布置6个电池包冗余性更高，但巡航范围仅65km（19.5分钟），能量劣势显著。 
2. 2500kg 4座eVTOL：能量与功率的最优平衡
中型eVTOL的电池组重量提升至750kg（电芯质量562kg），为高能量软包电池提供了更大发挥空间：类型1/2电池组能量达198kWh，巡航时间延长至54分钟（180km），较轻型eVTOL提升近一倍。但悬停功率的大幅增加（600kW）导致高能量电池在任务末期电压降至2.75V下限（功率受限），而高功率圆柱电池（类型3）凭借6C放电能力，可稳定输出功率（放电C率5C内），但受限于比能量，巡航范围仅130km（39分钟）。值得注意的是，小尺寸软包电池（Cell#2）因尺寸更小，可布置6个独立电池包（满足冗余要求），成为此场景下的“最优组合”。
3. 3000kg 5座eVTOL：功率需求主导设计
重型eVTOL的悬停功率跃升至900kW，高能量软包电池因功率密度不足（电压过早触达下限），巡航范围仅123km（37分钟）；而高功率圆柱电池（类型3）虽功率性能稳定，但比能量劣势导致巡航范围仅117km（35分钟）。此场景下，两种电芯均未实现显著优势，需进一步优化功率-能量平衡。
此外，作者注意到，降低巡航功率对延长续航的效果远超降低悬停功率：每减少10kW巡航功率，可额外增加2分钟巡航时间（约6.7km）。这是由于巡航阶段占总能耗的主导地位（悬停仅占小部分），因此优化气动设计、提升推进效率以降低巡航功率，是提升eVTOL续航的核心路径。
电芯类型选择需匹配应用场景：高能量电池（如软包）适用于中型eVTOL（2500kg）以最大化续航；高功率电池（如圆柱）更适合对冗余性要求高或悬停功率极高的场景。
2500kg 4座eVTOL是当前最优解：与中尺寸软包电池（类型2）组合时，可实现180km巡航范围，同时满足冗余性（6个电池包）与电压/功率约束。
优先降低巡航功率：通过气动优化、高效电机设计等手段减少巡航功耗，是提升续航的最有效策略
文章详情：The Influence of Vehicle Mass and Cell Type on eVTOL Battery Pack Designs
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