混合动力电池和燃料电池
EMILY 3000燃料电池系统的额定输出功率为125 W,每日充电容量为6 kWh。 它可以为几个电池充电或充当场发生器。 该系统专为军事应用而创建,包括需要在现场收集和评估新防御系统数据的测试场景
最终,混合动力装置为装甲车提供了可比较的甚至更好的效益。 尽管至少在历史上燃料效率并未处于装甲车强制性特征列表的最高位,但它确实增加了给定燃料容量的里程和/或运行时间,增加了给定总体的有效载荷,保护或火力。群众并且通常会减少车队的整体后勤负荷。
混合动力电动车可能在军用车辆的未来发挥重要作用,但相应的取消和减少许多防御计划(不要忘记着名的FCS和FRES)以及满足受保护车辆的紧急要求的斗争推迟了军用车辆无限期的引入。
然而,当美国地面战车GCV(地面作战车辆)的申请人于1月2011宣布时,其中包括来自BAE Systems / Northrop Grumman团队的一个项目,该项目的混合动力装置配备了Qinetiq的EX-DRIVE系统。 这可以被认为是一种赌博,因为提供混合动力电动车的轻型战术车辆JLTV(联合轻型战术车辆)计划的申请人都没有资格参加决赛,因为相信这台机器的技术目前还不够成熟。 至少这些 故事 地面战车中的混合动力驱动装置有足够数量的程序来开发和演示这种技术。 全球渴望引入能够节省燃料,提高性能和生存能力的技术,同时满足不断增长的车载电力需求,这是不可避免的,也是不可避免的。 在环境立法的推动下,汽车行业的并行发展无疑支持了这一点。
在面对长期政府计划中固有的特定不确定性之前,战争机器制造商和系统供应商已经在这项技术上投入了大量资金,通常受到上述雄心勃勃的政府计划的推动。 AM General,BAE Systems,General Dynamics,Hagglunds,MillenWorks和Qinetiq为英国,美国和瑞典项目开发了混合驱动器,而Nexter正在开发ARCHYBALD技术开发项目,用于重型车辆,民用和军用。
适用于QinetiQ履带式车辆的EX-DRIVE电动传动装置,轻巧,紧凑,高效的系统
混合前辈
混合动力装置稳稳地落户战舰,特别是用于露天和露天采矿的潜艇,火车和重型卡车。 在这些应用中,诸如柴油发动机,燃气轮机或甚至两个系统的原动机驱动发电机,该发电机为驱动发动机和电池充电产生电流。 一些系统包括用于将机械能传递到最终驱动器的齿轮箱,而在其他系统中它们完全被排除在外。
在军舰中,混合动力装置允许使用复杂且广泛变化的速度曲线,而主推进系统在有效速度范围内运行:用于静音运动的电动机,用于普通运动的柴油发动机,用于加速的燃气涡轮机等。 以传统方式操作的潜艇在潜水期间(如果没有通气管)不能启动其主推进装置,因此,必须主要依靠电池或其他与空气无关的发电厂。 巨型土方机械依赖于电动机产生的零转速的巨大扭矩,因为可以做这种工作的手动变速箱将是巨大的,复杂的和昂贵的。 火车更加面临同样的问题,因为它们必须在它们后面拉几百吨,在许多情况下速度超过每小时150英里。
混合动力装置可以节省燃料,使您可以使用更小,更经济的原动机而不会降低性能,因为当驾驶员完全踩下油门踏板时,系统通过电池驱动的电动机补充主发动机。 当驱动器以低速行驶时,电动驱动器也可以使原动机受潮,这可能是相对低效的。 现代混合动力汽车还可以积累动能(例如,通过再生制动系统)并使用它来为电池充电。 通过在最有效的速度范围内大部分时间操作主推进器,以及使用任何额外的能量来为电池充电和/或为车载电力消耗者供电,可以实现额外的节省。
现代军用车辆需要越来越多的电力来操作通信系统,指挥和控制设备,监视和侦察传感器,例如光电子和雷达,遥控战斗模块和简易爆炸装置(SVU)的消声器。 预期的系统,如电动装甲,将进一步增加消费。 理论上,使用所有已安装的电气系统运行容量比使用一个移动系统和一个专用设备更有效。
人们越来越重视在反叛乱任务中观察和收集信息的可能性,在这方面,越来越多的装甲车计划正在提出无声观察的要求。 这进一步增加了消耗电力的重要性并使燃料电池更具吸引力。
混合动力驱动系统分为两大类:并联和顺序。 在并联系统中,内燃机和电动机(或电动机)使车轮或履带通过变速箱单独或一起旋转。 在连续的混合动力系统中,原动机仅驱动发电机。 顺序系统更简单,其中的所有驱动功率必须通过电动机,因此它们必须大于并联系统中的电动机,对机器的操作特性具有相同的要求。 已经开发了两种类型的系统。
混合动力驱动和燃料电池领域的创新可以从商业技术中获得。 例如,BAE Systems生产混合动力电动公交车,其中的技术可用于展示现代混合动力电动车辆的能效和改进的废气排放特性。
增加活力
由于更灵活的布局和传输组件的排除,混合系统也提高了生存能力,这可能在破坏矿井或IED时成为侧面抛射物。 轮式装甲车特别受益于此。 当将驱动电机集成到轮毂中时,所有与传统机械传动相关的驱动轴,差速器,驱动轴和变速箱都被消除并被电力电缆取代,因此它们不能成为额外的抛射体。 排除所有这些机制还使得可以在给定的车辆高度处将乘员舱升高到地面以上,这使得乘客在船体下方不那么脆弱。 这种类型的设计用于通用动力英国AHED 8x8演示器和来自BAE Systems / Hagglunds的SEE车辆的轮式版本,其履带版本也被制造(并且随后安全地被遗忘)。
内置于单个车轮中的电动机可以非常精确地控制输送到每个车轮的动力,根据GD UK的说法,这几乎消除了越野地形越来越多的车轮轨迹的优势。
预期的地面作战车辆将在赛道上移动,在BAE系统/诺斯罗普格鲁曼公司的提案中,表明Qinetiq的EX-DRIVE电动变速箱将比传统变速箱更轻,更紧凑,更高效。 该公司表示,它还可以提高加速度和容错能力,并配置用于各种机器和技术部署计划。
虽然该系统包括四个永磁发动机,但EX-DRIVE中的动力传动系统并非完全电动; 转弯和机械换档期间的动力恢复,后者使用凸轮离合器。 该方案是一种低风险解决方案,可最大限度地减少发动机,齿轮,轴和轴承的负荷。 在转向机构中使用横轴电路来再生机械动力是在纯电动变速器中使用独立驱动轮的替代方案。
EX-DRIVE核心的创新之一是中央变速箱(称为调节差速器),它结合了转向发动机的扭矩,主发动机的扭矩和前面提到的机械回收机构。 除了最小化扭矩负载外,它还消除了传统解决方案和其他混合动力驱动系统中使用的外横轴的体积和重量。
在电气方面取得成功
永磁电动机是一种技术工业,近年来,电驱动系统的效率和功率密度在所有应用中都显着增加。 用于在定子部件中产生磁场的永磁电动机基于由稀土金属制成的天然存在的强力磁体,而不是基于载流绕组(电磁体)。 这使得发动机更有效,特别是由于仅必须向转子供应电流。
现代电力电子技术也是所有类型混合动力电机的关键技术。 例如,基于绝缘栅双极晶体管的电动机控制器调节来自电池,发电机或燃料电池的能量流,以确定来自电动机的转速和输出转矩。 它们比机电控制系统更有效,并且显着增加了具有可调节转速的电驱动器的特性 - 这些技术比固定速度的电驱动器成熟得多,这在工业中被广泛使用。
新泽西公司TDI Power是投资者投资液体冷却电力电子设备的一个例子,用于民用和军用电动和混合动力汽车。 该公司生产的标准模块化直流转换器和逆变器超过了当前的SAE和MIL标准。
军用机器中的电驱动器得益于对工业变速驱动器的广泛研究和开发,受到15-30%整体节能前景的推动,如果大多数工业用户使用固定齿轮的机器替换为变速驱动器,则可以实现这一点。由英国科学与创新部委托纽卡斯尔大学最近的一项研究开始。 “按照计划,提高驱动器负载的潜在效率将使英国15每年节省数十亿小时,并结合提高发动机及其驱动效率,总节省量达到24亿千瓦时,”该研究称。
在任何电气系统中提高电力传输效率的重要方法之一是增加电压,因为欧姆定律规定,对于任何给定的功率,电压越高,电流越低。 小电流可以通过细线,这将使紧凑的轻型电气系统提供必要的负载。 这就是为什么在国家电力系统的电力传输系统中使用非常高的电压的原因; 例如,英国的电力系统以高达400 000伏的电压运行其电力线。
在军用机器的电气系统中不太可能使用电压,但28伏特和类似电气系统的时代可能会被编号。 例如,在2009年,英国国防部选择Qinetiq进行使用610伏特技术生成和分配电力的研究。 Qinetiq领导该团队,其中包括BAE Systems和电机专家Provector Ltd,后者将WARRIOR 2000 BMP转换为能够为具有高610伏特的消费者以及现有28伏特设备供电的演示器。 该机器配备两个610伏特发电机,每个发电机提供的能量是原始机器发电机的两倍,实际上将Warrior的电力输出增加了四倍。
使用来自SFC的燃料电池的车辆的能量
现场士兵需要为其车辆提供可靠的能源。 它必须为诸如无线电台,通信设备,武器系统和光学电子系统等车载设备提供电流。 但如果有必要,它也应该作为执行任务的士兵的充电站。
通常,当执行任务以启动发动机以对电池充电时,由于它可能揭示单元的位置,因此不可能。 因此,士兵需要一种获得电流的方法 - 安静,持续和独立。
SFC的EMILY 2200系统基于成功的EFOY燃料电池技术。 EMILY装置安装在机器上,确保电池始终保持充电状态。 其内置稳压器可持续监控电池电压,并在必要时自动为电池充电。 它静静地工作,其唯一的“排气”是水蒸气和二氧化碳,其量与孩子的呼吸相当。
大型机器需要大电池。 这种锂离子电池包是BAE系统总线混合动力推进技术的一部分。
燃料电池可能吗?
使用化学过程将燃料直接转换成高效电流的燃料电池长期以来被认为是一种可广泛应用于军事领域的技术,包括使机器运转并在船上发电。 但是,还有一些重要的技术障碍需要克服。 首先,燃料电池使用氢气并将其与来自空气的氧气混合以产生作为副产物的电流。 氢气不易获得,难以储存和运输。
燃料电池有许多驱动电动汽车的例子,但它们都是实验性的。 在汽车领域,本田的FCX CLARITY可能在商业产品准备就绪时最接近商业产品,但它也仅适用于有氢气加油的特定基础设施并且仅在租赁协议下。 即使是领先的燃料电池制造商,例如Ballard Power,也认识到这种技术在汽车中的当前局限性。 该公司称“燃料电池汽车的大规模生产是长期的。 今天,大多数汽车制造商认为,在2020年之前,大规模生产燃料电池汽车的组织是不可行的,因为该行业正面临着氢气分配,耐久性优化,能量密度,不加热启动的可能性以及燃料电池成本等问题。“
然而,全球所有主要汽车制造商都在大力投资燃料电池研发,通常与燃料电池制造商共同开展。 例如,Ballard是福特与戴姆勒股份公司合资的汽车燃料电池合作公司的一部分。 军方采用燃料电池的另一个障碍是他们要求所有燃料电池都应该用于“后勤”燃料。 燃料电池可以在柴油或煤油上运行,但必须先对其进行改造以提取所需的氢气。 该过程需要复杂且笨重的设备,从而影响整个系统的尺寸,质量,成本,复杂性和效率。
当作为军用车辆的主要发动机运行时燃料电池的另一个限制是它们在恒定功率设置下工作得最好并且不能快速响应必要的变化。 这意味着它们必须补充电池和/或超级电容器以及适当的功率控制电子器件,以满足峰值功率负载。
在“超级电容器”领域,爱沙尼亚公司Skeleton Industries开发了一系列现代SkelCap超级电容器,与一流的军用电池相比,每升容量的功率要大五倍,每千克的功率要大四倍。 实际上,这意味着与最好的军用电池相比,功率增加了60%,电流增加了四倍。 SkelCap“超级电容器”可提供瞬时功率提升,并用于从消防控制到炮塔的各种任务 坦克。 作为美国国际联合军(UAI)集团的一部分,SkelCap通过位于塔林的UAI集团执行各种专门订单以及高级计划。
Skeleton Industries的超级电容器
然而,这并不意味着燃料电池不会在混合动力和电动军用车辆中占有一席之地。 最有希望的最接近的应用是在执行ISTAR类型的静音观察(信息收集,目标瞄准观察和侦察)任务的机器中的辅助动力单元(VSU)。 “在静音监控模式下,机器的发动机不应该起作用,单独的电池不能为长期运行提供足够的能量,”美国陆军工程研究中心说道,该中心负责开发可以工作的固体氧化物燃料电池发电机和APU关于军用燃料,柴油和煤油。
该组织目前专注于10 kW系统,重点是燃料系统的完全集成以及燃料电池套件的运行需求。 在实际系统开发中需要解决的任务包括控制汽化和污染,特别是由于脱硫(脱硫)和使用耐硫材料而与硫作斗争,以及消除系统中的碳沉积。
混合动力电动驱动器可以为军用车辆提供很多东西,但是这项技术的好处需要一段时间才能实现。
使用的材料:
www.armada.ch
www.baesystems.com
www.qinetiq.com
www.sfc.com
www.skeletontech.com
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