军用车辆杂交

混合动力系统在军用车辆上的应用提高了人员的生存能力,同时也为未来的技术实施提供了基础。

通过地面战斗车辆项目,美国陆军打算对其车队进行现代化,以提高人员生存能力,并实施新的和未来的武器、通信和其他车辆技术。
通过地面战斗车辆项目,美国陆军打算对其车队进行现代化,以提高人员生存能力,并实施新的和未来的武器、通信和其他车辆技术。

2011年,美国陆军开始了地面战车(GCV)项目的技术发展阶段。陆军的目标是创建一支更加现代化的战斗车辆车队,不仅能够适应最新的技术发展——例如用于通信系统和武器的技术——而且还能适应未来尚未开发的技术。

BAE系统公司BAE公司是获得GCV研发合同的两家公司之一。BAE系统公司-诺斯罗普·格鲁曼公司的GCV将包含一种混合电力驱动系统(HED),该系统是BAE与英国汉普郡的QinetiQ集团公司合作开发的。

HED将为车辆内的各个子系统提供电力,如通信系统,或牵引驱动系统(TDS),以帮助车辆移动。

系统如何工作

两台六缸发动机用于为车辆的600V锂离子电池系统提供所需的能量,该系统由BAE和法国Bagnolet Saft SA公司开发。发动机产生的能量首先被发送到发电机系统,在那里它被转换成电能,然后被传输到电池系统,在那里能量被储存起来,直到它需要为汽车上的各个系统供电。

除了与BAE系统公司-诺斯罗普·格鲁曼公司GCV的合作,Saft还与CALSTART合作测试美国陆军的6T配置12V锂离子电池在商用车辆上的使用。

储存在电池中的电力可以用来为车辆子系统提供动力,也可以与发动机动力一起用于移动车辆。当为子系统供电时,HED使用电池系统内的存储能量来提供必要的能量,而不是发动机。BAE地面作战车辆项目经理迪帕克·巴扎兹说,HED使车辆能够用作短期作战或夜间营地的指挥所。当驻扎在特定地点时,GCV的混合动力系统可以用来产生必要的能量来运行营地操作,而不必带发电机来提供电力。

巴扎兹说,在一种名为“沉默观察”的模式下,发动机可以完全关闭,车辆的基本任务功能可以完全依靠电池供电。传感器、计算机和各种其他操作关键系统都可以只使用HED运行。拥有关闭发动机的能力,而不失去某些车辆功能,通过减少车辆在运行发动机时产生的噪音和热量,增加了军事人员的安全性。他说:“(这)从生存能力的角度来说很有帮助,因为如果你只是靠电池运行,(敌人)就无法发现你。”

当不用于运行辅助功能时,存储在HED电池系统中的电力可以传输到TDS,以帮助推动车辆前进。TDS与QinetiQ联合设计,是一种电力驱动推进系统,用于取代传统的传动系统。巴扎兹说,TDS本质上是一组电机,它把混合动力系统的电能转换成机械能,然后用来驱动车辆的履带,使其向前行驶。

根据巴扎兹的说法,由电机组成的TDS能够在任何速度下提供全扭矩。巴扎兹说:“即使你从死挡起步,你也可以带来全扭矩,这让你有一个‘大野兔启动’,而不是更传统的系统,你必须在系统开始响应前加速发动机。”他进一步解释说,如果两辆车并排排列,唯一的区别是其中一辆装有混合动力系统,另一辆只有发动机,那么混合动力汽车将从起跑线上表现出显著的加速改善。巴扎兹解释说:“这很重要,因为在你完成任务后,你想尽快离开那里。”“这是生存能力的一部分;能够做你需要做的事情,并具有高度的机动性,推动你到下一个地点执行下一个任务。”

为什么要混合?

BAE认为在GCV中使用混合动力系统的最大好处之一是帮助提高操作员的生存能力。巴扎兹说:“这非常重要,因为我们开发或成熟(混合动力技术)不是因为它很‘酷’。”“我们肯定看到了一些运营上的好处……其中很多都是短期的,但(混合动力车)也为未来的机会打开了大门。”

短期利益

巴扎兹说,HED的模块化有助于车辆的设计。由于HED是一种电动混合动力系统,发动机不需要与变速器或车辆的电子系统耦合。这使得设计人员能够确定发动机在车辆中的最佳位置。它还允许混合动力系统和发动机打包在不同的车辆配置中。巴扎兹指出:“你可以将混合技术引入传统平台,并显著提高这些平台的性能和燃油经济性。”

与大多数混合动力车一样,HED提供了提高燃油经济性的机会。这部分是由于发动机的尺寸。由于HED能够为辅助功能提供动力以及补充发动机动力,因此发动机的尺寸已确定为最佳工作点。通过更有效地调整发动机的尺寸(这通常意味着它是一个更小的发动机),车辆能够作为一个更省油的系统运行。

巴扎兹解释说,使用更省油的系统除了有明显的金钱上的好处外,还有人力资本方面的好处。由于混合动力GCV需要的燃料更少,将车队送往危险地带的燃料需求将会减少。巴扎兹说:“我们的敌人已经认识到,打击我们士兵的一个方法就是切断他们的燃料供应。”“这些燃料车队比M1或布雷德利步兵战车或地面战斗车辆更容易成为目标。”加油卡车的部署越少,挽救生命的可能性就越高。

同样,与传统系统相比,混合系统寿命周期的改善减少了人员携带备件到现场进行维护的时间。巴扎兹说,HED的活动部件更少,最大限度地减少了系统故障的可能性。

未来的好处

HED提供的电子架构使附加技术在成熟时更容易添加到车辆上。随着车辆技术的不断进步,比如武器技术,在车辆上安装一个能够为这些技术提供必要动力的系统将更加有益,也更具有成本效益。

根据巴扎兹的说法,目前大多数军用车辆的功率在20千瓦范围内,而GCV可以产生1兆瓦的功率。巴扎兹解释说:“这为我们从未想过的技术插入打开了大门。”“重要的是要建立一个考虑到这种增长的系统,而不是把自己限制在传统系统能给你的东西上。”例如,混合动力系统无需添加辅助动力装置来获得额外的动力来运行最新技术,而是已经具备了处理动力需求的能力。

巴扎兹表示,混合动力系统已经准备好生产并集成到GCV中,美国陆军计划在2015-2017年开始装备GCV。

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