Az EMILY 3000 üzemanyagcellás rendszer névleges kimenő teljesítménye 125 W, napi töltési kapacitása 6 kWh. Több elemet is képes feltölteni, vagy mezőgenerátorként működik. A rendszert kifejezetten katonai célokra hozták létre, beleértve a teszt forgatókönyveket, amelyekben az új védelmi rendszerekre vonatkozó adatokat kell gyűjteni és értékelni a helyszínen.
Végül a hibrid erőművek összehasonlítható vagy még jobb előnyöket kínálnak a páncélozott járműveknek. Míg az üzemanyag -hatékonyság, legalábbis történelmileg, nem került a páncélozott járművek kötelező jellemzőinek listájának élére, mindazonáltal növeli a futásteljesítményt és / vagy az időtartamot egy adott üzemanyag -kapacitás mellett, növeli a hasznos teherbírást, a védelmet vagy a tűzerőt. súlyát, és általában csökkenti a flotta teljes logisztikai terheit
A hibrid elektromos hajtás fontos szerepet játszhat a katonai járművek jövőjében, de számos védelmi program ennek megfelelő törlése és mennyiségének csökkentése (nem feledkezve meg a híres FCS -ről és FRES -ről), valamint a védett járművekre vonatkozó sürgős követelmények teljesítéséért folytatott küzdelem végrehajtása katonai járműveken a végtelenségig.
Amikor azonban 2011 januárjában bejelentették a jelentkezőket az amerikai GCV (Ground Combat Vehicle) szárazföldi harci járműre, köztük volt a BAE Systems / Northrop Grumman csapatának projektje a Qinetiq E-X-DRIVE rendszerével rendelkező hibrid elektromos hajtóművel. Ez egyfajta hazárdjátéknak tekinthető, mert a JLTV (Joint Light Tactical Vehicle) könnyű taktikai járművek programjának egyik versenyzője, amely hibrid elektromos hajtást is tartalmazott, nem jutott be a döntőbe, mivel az A rendelkezésre álló adatok alapján úgy gondolják, hogy ennek a gépnek a technológiája még nem elég érett. Ennek ellenére a földi harci járművek hibrid elektromos hajtásainak története elegendő programot tartalmaz ennek a technológiának a fejlesztésére és bemutatására. Van valami megbocsáthatatlan és elkerülhetetlen a globális technológia -keresésben, amely az üzemanyag -megtakarítást, a teljesítmény és a túlélőképesség javítását ígéri, miközben kielégíti a fedélzeti villamos energia iránti növekvő keresletet. Ezt kétségtelenül alátámasztják az autóiparban a környezetvédelmi jogszabályok által vezérelt párhuzamos fejlesztések.
A katonai járműgyártók és -szolgáltatók sokat fektettek ebbe a technológiába, amelyet gyakran a fent említett ambiciózus kormányprogramok némelyike hajtott végre, mielőtt szembesültek volna a hosszú távú kormányzati tervekben rejlő különleges bizonytalansággal. Az AM General, a BAE Systems, a General Dynamics, a Hagglunds, a MillenWorks és a Qinetiq hibrid elektromos hajtásokat fejlesztett ki az Egyesült Királyság, az Egyesült Államok és a svéd programok számára, míg a Nexter az ARCHYBALD technológia fejlesztési programján dolgozik a nehéz járművek, polgári és katonai célokra.
Elektromos hajtómű E-X-DRIVE a QinetiQ lánctalpas járműveihez, könnyű, kompakt és hatékony rendszer
Hibrid elődök
A hibrid meghajtórendszerek szilárdan meghonosodtak a hadihajókban, különösen a tengeralattjárókban, a vonatokban és a nehézbányákban, valamint a kőbányákban használt nehéz tehergépkocsikban. Ezekben az alkalmazásokban egy fő mozgató, például dízelmotor, gázturbina vagy akár mindkettő generátort hajt, amely áramot szolgáltat a motorok meghajtásához és az akkumulátorok feltöltéséhez. Egyes rendszerekben van egy sebességváltó, amely a mechanikai erőt a végső hajtásokra továbbítja, míg mások nem.
A hadihajókban a hibrid erőművek összetett és széles körben változó sebességprofilok használatát teszik lehetővé, míg a hajtóműveket hatékony fordulatszám -tartományban működtetik: elektromos motorok csendes meghajtáshoz, dízelmotorok normál meghajtáshoz, gázturbinák gyorsításhoz stb. A hagyományos módszerrel hajtott tengeralattjáró merülés közben nem tudja elindítani elsődleges hajtóművét (ha nincs snorkelje), és ebben a tekintetben elsősorban akkumulátorokra vagy más, levegőtől független hajtóművekre kell támaszkodnia. Az óriási földmunkagépek óriási nulla fordulatszámú nyomatékra támaszkodnak, amelyet az elektromos motorok generálnak, mert az ilyen típusú munkát végző kézi sebességváltók hatalmasak, bonyolultak és drágák. A vonatok még inkább szembesülnek ugyanezzel a problémával, hiszen több száz tonnát kell magukkal vinniük álló helyzetből, sok esetben akár 150 km / órát meghaladó sebességig.
A hibrid meghajtórendszer üzemanyagot takaríthat meg, ha lehetővé teszi egy kisebb, üzemanyag-hatékonyabb hajtómű használatát károsodás nélkül, mivel a rendszer, amikor a vezető teljesen lenyomja a gázpedált, kiegészíti a főmotort akkumulátoros elektromos motorokkal. Az elektromos hajtások lehetővé teszik a motor mozgatását is alacsony sebességnél, amikor ez viszonylag hatástalan lehet. A modern hibrid autók kinetikus energiát is tárolhatnak (például regeneratív fékrendszerből), és az akkumulátorok töltésére használják. További megtakarítás érhető el, ha a motorvezérlőt legtöbbször a leghatékonyabb fordulatszám -tartományban működteti, valamint további energiát használ fel az akkumulátorok feltöltéséhez és / vagy a fedélzeti elektromos fogyasztók áramellátásához.
A modern katonai járművek egyre több elektromos energiát igényelnek a kommunikációs rendszerek, a vezérlő- és vezérlőberendezések, a megfigyelő- és intelligencia -érzékelők, például az optoelektronika és a radarok, a távirányítású fegyverállomások és a rögtönzött robbanószerkezet -zavarók működtetéséhez. Az olyan fejlett rendszerek, mint az elektromos páncél, tovább növelik a fogyasztást. A villamos rendszerek működtetéséhez szükséges összes beépített energia felhasználása elméletileg legalább hatékonyabb, mint az egyik meghajtórendszer, a másik speciális berendezések esetében.
Egyre nagyobb hangsúlyt fektetnek a lázadásellenes missziókban a megfigyelési és hírszerzési képességekre, és ennek eredményeként egyre több páncélozott jármű programban kerülnek elő csendes megfigyelési követelmények. Ez tovább növeli az elektromos energiafogyasztás jelentőségét, és vonzóbbá teszi az üzemanyagcellákat.
A hibrid elektromos hajtásrendszerek két nagy kategóriába sorolhatók: párhuzamos és soros. A párhuzamos rendszerekben egy belső égésű motor és egy villanymotor (vagy villanymotor) forgatja a kerekeket vagy a vágányokat a sebességváltón keresztül, külön -külön vagy együtt. Sorozathibrid rendszerekben a hajtómű csak a generátort hajtja. A szekvenciális rendszer egyszerűbb, a benne lévő hajtóerőnek át kell esnie az elektromos motorokon, ezért nagyobbnak kell lennie, mint a párhuzamos rendszer villamos motorjai, azonos gépi teljesítménykövetelményekkel. Mindkét típusú rendszert kifejlesztették.
A hibrid-elektromos hajtások és az üzemanyagcellás technológia újításai meríthetők a kereskedelmi technológiából. Például a BAE Systems hibrid-elektromos buszokat gyárt, amelyek technológiája felhasználható a nehéz körülményekre tervezett modern hibrid-elektromos járművek energiahatékonyságának és jobb kipufogógáz-jellemzőinek bemutatására.
Fokozott túlélhetőség
A hibrid rendszerek emellett növelik a túlélést a rugalmasabb elrendezés és a sebességváltó alkatrészek kiküszöbölése révén, amelyek bánya vagy IED robbanásakor oldalsó lövedékké válhatnak. Különösen a kerekes páncélozott járművek profitálnak ebből. Ha a hajtómotorokat a kerékagyakba integrálják, a hagyományos kézi sebességváltókhoz tartozó összes propellertengelyt, differenciálművet, hajtótengelyt és sebességváltót megszüntetik, és tápkábelekkel helyettesítik, ezért nem válhatnak további lövedékké. Mindezek a mechanizmusok kiküszöbölése lehetővé teszi a személyzetfülke emelését a talaj fölé egy adott járműmagasságban, így az utasok kevésbé érzékenyek a hajótest alatti robbanásokra. Ezt a konstrukciót használták a General Dynamics UK AHED 8x8 bemutatóján és a SEA gép kerekes változatán a BAE Systems / Hagglunds cégtől, amelynek lánctalpas változatát is gyártották (majd biztonságosan elfelejtették).
Az egyes kerekekbe épített villanymotorok nagyon pontosan szabályozzák az egyes kerekek teljesítményét, és ez a GD UK szerint szinte kiküszöböli a nyomokat a kerekekkel szemben a terepviszonyok tekintetében.
Az ígéretes szárazföldi harci jármű halad a pályákon, és a BAE Systems / Northrop Grumman javaslata szerint a Qinetiq E-X-DRIVE elektromos sebességváltója könnyebb, kompaktabb és hatékonyabb lesz, mint a hagyományos sebességváltók. Ezenkívül lehetővé teszi a jobb gyorsulást a hibatűréssel együtt, és konfigurálható a gépek és technológiák széles skálájához, mondja a vállalat.
Bár a rendszer négy állandó mágneses motort tartalmaz, az E-X-DRIVE hajtáslánca nem teljesen elektromos; teljesítmény -visszanyerés kanyarodáskor és mechanikus sebességváltáskor, utóbbi bütyök tengelykapcsolóval. Ez a kialakítás alacsony kockázatú megoldás, amely minimalizálja a motorok, fogaskerekek, tengelyek és csapágyak igénybevételét. A keresztirányú tengely elrendezés használata a lengőmechanizmusban a mechanikai erő helyreállításához alternatívát jelent a független hajtókerekek tisztán elektromos hajtóművekben történő használatához.
Az egyik újítás az E-X-DRIVE középpontjában a középső sebességváltó (állító differenciálmű néven ismert), amely egyesíti a kormánymotor nyomatékát, a fő motor nyomatékát és a korábban említett mechanikus vezérlésű visszanyerő mechanizmust. A torziós terhelések minimalizálása mellett megszünteti a hagyományos megoldásokban és más hibrid elektromos hajtásrendszerekben használt külső kereszttengely tömegeit és súlyát.
Az elektrotechnika fejlődése
Az állandó mágneses motorok olyan technológiai területek, amelyek az elmúlt években minden alkalmazásban jelentősen javították az elektromos hajtásrendszerek hatékonyságát és teljesítménysűrűségét. Az állandó mágneses motorok a természetben előforduló erőteljes ritkaföldfém mágnesekre támaszkodnak mágneses mezők létrehozására az állórész alkatrészeiben, nem pedig az áramvezető tekercsekre (elektromágnesekre). Ez hatékonyabbá teszi a motorokat, különösen amiatt, hogy csak a rotort kell árammal ellátni.
A modern teljesítményelektronika szintén kulcsfontosságú technológia minden típusú hibrid elektromos jármű számára. Az IGBT alapú motorvezérlők például szabályozzák az akkumulátor, a generátor vagy az üzemanyagcellák áramát, hogy meghatározzák az elektromos motorok forgási sebességét és kimeneti nyomatékát. Sokkal hatékonyabbak, mint az elektromechanikus vezérlőrendszerek, és jelentősen javítják a változó sebességű hajtások teljesítményét - ez a technológia sokkal kevésbé kiforrott, mint az iparban széles körben használt rögzített sebességű hajtások.
A New Jersey-i TDI Power egy példa arra, hogy egy befektető folyadékhűtéses elektromos elektronikába fektet be elektromos és hibrid járművekhez polgári és katonai célokra. A vállalat szabványos moduláris DC / DC konvertereket és invertereket gyárt, amelyek meghaladják a jelenlegi SAE és MIL szabványokat.
A katonai járművek elektromos hajtásai az ipar számára a változó fordulatszámú hajtások széles körű kutatás-fejlesztéséből származnak, amelyet a 15-30%-os teljes energiamegtakarítás kilátásai táplálnak, ami akkor valósulhat meg, ha a rögzített hajtóműves gépeket a legtöbb iparágban változtatható sebességű hajtásokkal helyettesítik. felhasználók, amint azt a Newcastle -i Egyetem nemrégiben készített tanulmánya is ismerteti, amelyet az Egyesült Királyság Tudományos és Innovációs Hatósága rendelt meg. „A meghajtóterhelések potenciális hatékonyságának javítása az Egyesült Királyságban évente 15 kWh milliárd órát takarít meg, és ha javítja a motor- és hajtáshatékonyságot, akkor összesen 24 milliárd kWh megtakarítást” - áll a tanulmányban.
A villamosenergia -átvitel hatékonyságának javításának egyik fontos módja bármely elektromos rendszerben a feszültség növelése, mivel az Ohm törvénye előírja, hogy minden adott teljesítmény esetén minél nagyobb a feszültség, annál kisebb az áram. A kis áramok vékony vezetékeken haladhatnak keresztül, lehetővé téve a kompakt, könnyű elektromos rendszerek számára a szükséges terhelést. Ez az oka annak, hogy a nemzeti villamosenergia -hálózatok nagyon nagy feszültséget használnak a teljesítmény átadásakor; A brit villamosenergia -hálózatok például akár 400 000 voltos feszültséggel működtetik távvezetékeiket.
Nem valószínű, hogy a katonai járművek elektromos rendszerei ekkora feszültséget használnak, de a 28 voltos és hasonló elektromos rendszerek napjai meg vannak számlálva. 2009 -ben például a brit védelmi minisztérium választotta ki a Qinetiq -et, hogy 610 voltos technológia alkalmazásával kutassa az elektromos áram előállítását és elosztását. A Qinetiq vezette a BAE Systems és a Provector Ltd villamosgép -szakemberekből álló csapatot, amely a WARRIOR 2000 BMP -t olyan demonstrátorrá alakította át, amely képes 610 volt nagy igénybevételű ügyfelek, valamint a meglévő 28 voltos berendezések ellátására. A gép két 610 voltos generátorral van felszerelve, amelyek mindegyike kétszer annyi teljesítményt nyújt, mint az eredeti gép, hatékonyan megnégyszerezve a Warrior elektromos teljesítményét.
Energia az SFC üzemanyagcelláit használó járművekhez
A katonáknak megbízható energiaforrásra van szükségük gépeikhez. Áramot kell biztosítania a fedélzeti eszközökhöz, például rádiókhoz, kommunikációs berendezésekhez, fegyverrendszerekhez és optikai elektronikus rendszerekhez. De szükség esetén töltőállomásként is működnie kell a kirendelt katonák számára.
A feladat végrehajtása során gyakran nem lehet elindítani a motort az akkumulátorok feltöltésére, mivel ez felfedheti az egység helyét. Ezért a katonáknak módot kell szerezniük az elektromos áramra - csendesen, folyamatosan és függetlenül.
Az SFC EMILY 2200 rendszere a sikeres EFOY üzemanyagcellás technológián alapul. A gépre telepítve az EMILY egység biztosítja az akkumulátorok folyamatos töltését. A beépített szabályozó folyamatosan figyeli az akkumulátorok feszültségét, és szükség esetén automatikusan feltölti az elemeket. Némán működik, és egyetlen "kipufogója" a vízgőz és a szén -dioxid, olyan mennyiségben, mint a gyermek légzése.
A nagy gépek nagy elemeket igényelnek. Ez a lítium-ion cellás csomag a BAE Systems hibrid buszmeghajtási technológiájának része.
Lehetségesek az üzemanyagcellák?
Az üzemanyagcellákat, amelyek kémiai eljárásokat alkalmaznak az üzemanyag közvetlen elektromos árammá alakítására nagy hatékonysággal, régóta olyan technológiának tekintik, amely széles körben használható a katonai területen, beleértve az autó meghajtását és a fedélzeten áramot. Azonban jelentős technikai akadályokat kell leküzdeni. Először is, az üzemanyagcellák hidrogénnel működnek, és a levegő oxigénjével keverve melléktermékként elektromos áramot termelnek. A hidrogén nem könnyen hozzáférhető, és nehéz tárolni és szállítani.
Sok példa van az elektromos járműveket tápláló üzemanyagcellákra, de ezek mind kísérleti jellegűek. Az autóiparban a Honda FCX CLARITY valószínűleg a legközelebb áll a kereskedelmi termékekhez, de akkor is csak olyan területeken érhető el, ahol van némi hidrogén -utántöltő infrastruktúra, és csak bérleti szerződések alapján. Még a vezető üzemanyagcella -gyártók, mint például a Ballard Power is felismerik ennek a gépjárművekben való alkalmazásának jelenlegi korlátait. A vállalat szerint „az üzemanyagcellás járművek tömeges gyártása hosszú távon történik. Napjainkban a legtöbb autógyártó úgy véli, hogy az üzemanyagcellás járművek sorozatgyártása csak 2020 körül valósítható meg, mivel az iparág a hidrogénelosztással, a tartósság optimalizálásával, az energia sűrűségével, a melegindítással és az üzemanyagcellák költségeivel szembesül.”
A világ legnagyobb autógyárai azonban jelentős összegeket fektetnek be az üzemanyagcellák kutatás -fejlesztésébe, gyakran az üzemanyagcellák gyártóival együttműködve. A Ballard például a Ford és a Daimler AG közös vállalata, az Automotive Fuel Cell Cooperation része. A hadsereg újabb akadályt állít az üzemanyagcellák bevezetése elé annak követelménye formájában, hogy mindennek "logisztikai" üzemanyagokon kell működnie. Az üzemanyagcellák üzemelhetnek gázolajjal vagy kerozinnal, de először módosítani kell őket, hogy kivonják a szükséges hidrogént. Ez a folyamat összetett és terjedelmes berendezéseket igényel, amelyek befolyásolják az egész rendszer méretét, súlyát, költségét, összetettségét és hatékonyságát.
Egy másik korlátozás az üzemanyagcelláknál, amikor katonai járművek elsődleges mozgatójaként működik, az a tény, hogy állandó teljesítmény -beállítások mellett teljesítenek a legjobban, és nem tudnak gyorsan reagálni a szükséges változtatásokra. Ez azt jelenti, hogy azokat akkumulátorokkal és / vagy szuperkondenzátorokkal és a hozzájuk tartozó teljesítményszabályozó elektronikával kell kiegészíteni, hogy megfeleljenek a csúcsteljesítménynek.
A „szuperkondenzátorok” területén az észt Skeleton Industries cég kifejlesztette a legkorszerűbb SkelCap szuperkondenzátorok sorozatát, amelyek térfogat literenként ötször vagy kilogrammonként négyszer erősebbek, mint a prémium katonai akkumulátorok. A gyakorlatban ez a legjobb katonai akkumulátorokhoz képest 60 százalékkal több energiát és az áram négyszeresét jelenti. A SkelCap "szuperkondenzátorai" azonnali hatékonyságot biztosítanak, és a legkülönfélébb alkalmazásokhoz használják őket, a tűzszabályozástól a toronytartályokig. A United Armaments International (UAI) csoport részeként a SkelCap különféle speciális megrendeléseket, valamint bővített programokat teljesít a tallinni székhelyű UAI csoporton keresztül.
Szuperkondenzátorok a Skeleton Industries -től
Ez azonban nem jelenti azt, hogy az üzemanyagcellák nem találnak helyet a hibrid és elektromos katonai járművekben. A legígéretesebb azonnali alkalmazás a segédhajtóművek (APU) az ISTAR típusú csendes megfigyelési feladatokat ellátó járművekben (információgyűjtés, célmegjelölés és felderítés)."Csendes megfigyelési módban a járműmotoroknak nem kell működniük, és az akkumulátorok önmagukban nem tudnak elegendő energiát biztosítani a hosszú távú műveletekhez"-mondja az amerikai hadsereg mérnöki kutatóközpontja, amely a szilárd oxid-üzemanyagcellás generátorok és APU-k fejlesztését vezeti. katonai üzemanyagokkal, gázolajjal és kerozinnal működhet.
Ez a szervezet jelenleg a 10 kW -ig terjedő rendszerekre összpontosít, hangsúlyt fektetve az üzemanyag -rendszerek teljes integrálására az üzemanyagcellás készlet működési igényeivel. A gyakorlati rendszerek tervezésekor foglalkozni kell a párolgás és a szennyezés szabályozásával, különösen a kén kéntelenítéssel (kéntelenítéssel) történő szabályozásával és a kénálló anyagok használatával, valamint a szénlerakódások elkerülése a rendszerben.
A hibrid elektromos hajtások sok mindent kínálnak a katonai járművek számára, de eltart egy ideig, amíg ennek a technológiának az előnyei kézzelfoghatóvá válnak.
