Die EMILY 3000 -brandstofselstelsel het 'n nominale uitsetvermoë van 125 W en 'n daaglikse laaikapasiteit van 6 kWh. Dit kan veelvuldige batterye herlaai of as 'n veldgenerator optree. Die stelsel is spesifiek ontwerp vir militêre toepassings, insluitend toetsscenario's waarin data oor nuwe verdedigingstelsels in die veld versamel en geëvalueer moet word.
Uiteindelik bied basterkragaanlegte vergelykbare of selfs beter voordele vir gepantserde voertuie. Hoewel brandstofdoeltreffendheid, histories nog steeds, nie bo -aan die lys van verpligte eienskappe van gepantserde voertuie was nie, verhoog dit tog die kilometers en / of duur vir 'n gegewe brandstofvermoë, verhoog dit die vrag, beskerming of vuurkrag vir 'n gegewe totaal gewig en verminder in die algemeen die algehele logistieke las op die vloot
Die hibriede elektriese aandrywing kan 'n belangrike rol speel in die toekoms van militêre voertuie, maar die ooreenstemmende kansellasie en vermindering van die volume van baie verdedigingsprogramme (om nie die beroemde FCS en FRES te vergeet nie) en die stryd om aan dringende vereistes vir beskermde voertuie te voldoen, is uitgestel die implementering daarvan op militêre voertuie vir onbepaalde tyd.
Toe aansoekers vir die Amerikaanse grondgevegsvoertuig GCV (Ground Combat Vehicle) egter in Januarie 2011 aangekondig word, was daar 'n projek van die BAE Systems / Northrop Grumman-span met 'n hibriede elektriese kragbron met die E-X-DRIVE-stelsel van Qinetiq. Dit kan as 'n soort waagstuk beskou word, want nie een van die aanspraakmakers op die JLTV (Joint Light Tactical Vehicle) se ligte taktiese voertuigprogram nie, wat ook 'n hibriede elektriese aandrywing insluit, het nie vir die eindstryd gekwalifiseer nie, omdat dit volgens gegewe beskikbare data, word geglo dat die tegnologie vir hierdie masjien op hierdie stadium nog nie volwasse genoeg is nie. Tog het die geskiedenis van hibriede elektriese aandrywings in gevegsvoertuie 'n voldoende aantal programme om hierdie tegnologie te ontwikkel en te demonstreer. Daar is iets onvergeefliks en onvermydelik aan die wêreldwye soeke na tegnologie wat beloof om brandstof te bespaar, prestasie en oorlewing te verbeter, terwyl dit tegemoetkom aan die groeiende vraag na elektrisiteit aan boord. Dit word ongetwyfeld ondersteun deur parallelle ontwikkelings in die motorbedryf, gedryf deur omgewingswetgewing.
Vervaardigers van militêre voertuie en stelselverskaffers het baie belê in hierdie tegnologie, wat dikwels deur sommige van die bogenoemde ambisieuse regeringsprogramme gestoot word, voordat hulle die besondere onsekerheid in die langtermynregeringsplanne in die gesig staar. AM General, BAE Systems, General Dynamics, Hagglunds, MillenWorks en Qinetiq het hibriede elektriese aandrywers vir die Britse, Amerikaanse en Sweedse programme ontwikkel, terwyl Nexter besig is met die ARCHYBALD -tegnologie -ontwikkelingsprogram vir swaarvoertuie, burgerlik en militêr.
Elektriese aandrywing E-X-DRIVE vir bandvoertuie van QinetiQ, liggewig, kompak en doeltreffend
Hibriede voorgangers
Hybride aandrywingstelsels het stewig gevestig geraak in oorlogskepe, veral op duikbote, treine en swaar vragmotors wat in steengroewe en oopmyne gebruik word. In hierdie toepassings dryf 'n primêre motor, soos 'n dieselenjin, 'n gasturbine, of selfs albei, 'n kragopwekker wat stroom verskaf om motors aan te dryf en batterye te laai. Sommige stelsels bevat 'n ratkas om meganiese krag na die laaste aandrywers oor te dra, terwyl ander nie.
In oorlogskepe laat hibriede kragsentrales die gebruik van komplekse en baie wisselende spoedprofiele toe, terwyl die hoofverskuiwers in 'n effektiewe snelheidsbereik werk: elektriese motors vir stille aandrywing, dieselenjins vir normale aandrywing, gasturbines vir versnelling, ens. 'N Duikboot, aangedryf deur die tradisionele metode, kan nie sy primêre aandrywingstoestel tydens 'n duik begin nie (as hy nie 'n snorkel het nie), en in hierdie verband moet 'n mens hoofsaaklik staatmaak op batterye of ander lugonafhanklike aandrywingstelsel. Reuse grondverskuiwingsmasjiene maak staat op 'n enorme wringkrag van 0 rpm wat deur elektriese motors opgewek word, omdat handratkas wat hierdie soort werk kan verrig groot, kompleks en duur sou wees. Treine staar nog meer dieselfde probleem in die gesig, want hulle moet 'n paar honderd ton stilstaan, in baie gevalle tot 'n snelheid van meer as 150 km / h.
'N Hibriede aandrywingstelsel kan brandstof bespaar deur toe te laat dat 'n kleiner, brandstofdoeltreffender motor sonder verswakking gebruik kan word, omdat die stelsel, as die bestuurder die versnellerpedaal heeltemal in die lug druk, die hoofmotor aanvul met battery-aangedrewe elektriese motors. Elektriese aandrywers laat ook die demper toe wanneer dit teen lae snelhede ry, as dit relatief ondoeltreffend kan wees. Moderne hibriede motors kan ook kinetiese energie stoor (byvoorbeeld uit 'n regeneratiewe remstelsel) en dit gebruik om hul batterye te laai. Bykomende besparings word behaal deur die primêre motor meestal op sy doeltreffendste snelheidsafstand te gebruik, asook om ekstra energie te gebruik om batterye en / of elektriese verbruikers aan boord te laai.
Moderne militêre voertuie benodig meer en meer elektriese krag om kommunikasiestelsels, bevel- en beheertoerusting, toesig- en intelligensiesensors soos opto -elektronika en radars, afstandbeheerde wapenstasies en geïmproviseerde jammers te gebruik. Gevorderde stelsels soos elektriese wapenrusting sal die verbruik verder verhoog. Die gebruik van al die geïnstalleerde krag om elektriese stelsels aan te dryf, is in teorie ten minste meer doeltreffend as om een stelsel vir aandrywing en 'n ander vir gespesialiseerde toerusting te hê.
Daar word toenemende klem gelê op toesig- en intelligensie -insamelingsvermoëns in teenopstrydmissies, en gevolglik word stille toesigvereistes gestel in 'n toenemende aantal gepantserde voertuigprogramme. Dit verhoog die belangrikheid van elektriese kragverbruik verder en maak brandstofselle aantrekliker.
Hibriede elektriese dryfstelsels kan in twee breë kategorieë ingedeel word: parallel en reeks. In parallelle stelsels draai 'n binnebrandenjin en 'n elektriese motor (of elektriese motors) die wiele of spore afsonderlik of saam deur 'n ratkas. In reekshibriede stelsels dryf die primêre motor slegs die kragopwekker. 'N Opeenvolgende stelsel is eenvoudiger; al die dryfkrag daarin moet deur die elektriese motors gaan en daarom moet hulle groter wees as die elektriese motors in 'n parallelle stelsel met dieselfde masjienprestasievereistes. Stelsels van albei tipes is ontwikkel.
Innovasies in hibriede-elektriese dryfkragte en brandstofseltegnologie kan verkry word uit kommersiële tegnologie. Byvoorbeeld, BAE Systems vervaardig hibriede-elektriese busse, waarvan die tegnologie gebruik kan word om die energie-doeltreffendheid en verbeterde uitlaat-eienskappe van moderne hibriede-elektriese voertuie wat vir swaar toestande ontwerp is, aan te toon.
Verhoogde oorlewing
Hibriede stelsels verhoog ook die oorleefbaarheid deur 'n meer buigsame uitleg en die uitskakeling van transmissiekomponente wat 'n syprojektiel kan word as dit deur 'n myn of IED ontplof word. Gepantserde voertuie op wiele baat veral hierby. Deur die dryfmotors in die wielnawe te integreer, word alle skroefskagte, ewenaars, aandrywings en ratkaste wat met tradisionele handratkas gepaard gaan, uitgeskakel en met kragkabels vervang en kan dus nie bykomende projektiele word nie. Deur al hierdie meganismes uit te skakel, kan die bemanningsruimte ook op 'n gegewe voertuighoogte bo die grond gelig word, wat passasiers minder kwesbaar maak vir ontploffings onder die romp. Hierdie tipe ontwerp is gebruik in die General Dynamics UK AHED 8x8 demonstrator en die wielweergawe van die SEP -masjien van BAE Systems / Hagglunds, waarvan die bandweergawe ook vervaardig is (en daarna veilig vergeet is).
Die elektriese motors wat in die individuele wiele geïntegreer is, beheer die krag wat aan elke wiel gelewer word, baie presies, en dit elimineer volgens GD UK die voordeel van spore bo wiele ten opsigte van veldryterrein.
Die belowende gevegsvoertuig sal op spore beweeg en die BAE Systems / Northrop Grumman-voorstel dui aan dat Qinetiq se E-X-DRIVE elektriese ratkas ligter, kompakter en doeltreffender is as tradisionele transmissies. Dit bied ook 'n verbeterde versnelling saam met fouttoleransie en is konfigureerbaar vir 'n wye reeks masjien- en tegnologie -aanvaardingsprogramme, sê die maatskappy.
Alhoewel die stelsel vier permanente magneetmotors bevat, is die aandrywingstelsel in die E-X-DRIVE nie heeltemal elektries nie; kragherwinning tydens bochten en meganiese ratwisseling, laasgenoemde met 'n nokkoppelaar. Hierdie ontwerp is 'n lae -risiko oplossing wat spanning op motors, ratte, skagte en laers tot 'n minimum beperk. Die gebruik van 'n transversale asreëling om meganiese krag in die swaaimeganisme te herstel, is 'n alternatief vir die gebruik van onafhanklike dryfwiele in 'n suiwer elektriese ratkas.
Een van die innovasies in die kern van die E-X-DRIVE is die middelste ratkas (bekend as 'n verstelverskil), wat die stuurmotor se wringkrag, die hoofmotor-wringkrag en die voorheen genoemde meganiese herstelmeganisme kombineer. Benewens die vermindering van wringbelastings, elimineer die massa en gewig van die eksterne dwarsas wat gebruik word in tradisionele oplossings en ander hibriede elektriese dryfstelsels.
Vooruitgang in elektriese ingenieurswese
Permanente magneetmotors is 'n gebied van tegnologie wat die afgelope jaar die doeltreffendheid en kragdigtheid van elektriese dryfstelsels in alle toepassings aansienlik verbeter het. Permanente magneetmotors maak staat op natuurlik voorkomende kragtige seldsame aardmagnete om magnetiese velde in die statorkomponente te genereer, eerder as op stroomdraende wikkelinge (elektromagnete). Dit maak die motors doeltreffender, veral omdat slegs die rotor van elektriese stroom voorsien moet word.
Moderne kragelektronika is ook 'n belangrike tegnologie vir hibriede elektriese voertuie van alle soorte. IGBT -gebaseerde motorbeheerders beheer byvoorbeeld die vloei van krag vanaf 'n battery, kragopwekker of brandstofselle om rotasiesnelhede en uitsetkrag van elektriese motors te bepaal. Hulle is baie meer doeltreffend as elektromeganiese beheerstelsels en verbeter die werkverrigting van aandrywers met veranderlike snelhede aansienlik - 'n tegnologie wat baie minder volwasse is as aandrywers met vaste snelhede wat wyd in die industrie gebruik word.
TDI Power in New Jersey is 'n voorbeeld van 'n belegger wat belê in vloeistofgekoelde kragelektronika vir elektriese en hibriede voertuie vir siviele en militêre toepassings. Die maatskappy vervaardig standaard modulêre DC / DC -omsetters en omsetters wat die huidige SAE- en MIL -standaarde oorskry.
Elektriese aandrywings in militêre voertuie sal baat by uitgebreide R&D op aandrywers met veranderlike snelhede vir die nywerheid, aangevuur deur die vooruitsig van 'n algehele energiebesparing van ongeveer 15-30%, wat gerealiseer kan word as masjiene met vaste rat vervang word deur aandrywers met veranderlike snelhede vir die meeste industriële gebruikers, soos uiteengesit in 'n onlangse studie deur die Universiteit van Newcastle in opdrag van die UK Science and Innovation Authority. "Die verbetering van die potensiële doeltreffendheid van aandryfladings sal na verwagting 15 kWh biljoen uur per jaar in die Verenigde Koninkryk bespaar, en in kombinasie met verbeterde motor- en dryfdoeltreffendheid, 'n totale besparing van 24 miljard kWh," lui die studie.
Een van die belangrikste maniere om die doeltreffendheid van kragoordrag in enige elektriese stelsel te verbeter, is om die spanning te verhoog, aangesien die wet van Ohm bepaal dat vir elke gegewe krag, hoe hoër die spanning, hoe laer die stroom. Klein strome kan deur dun drade gaan, sodat kompakte, ligte elektriese stelsels die nodige vragte kan lewer. Dit is die rede waarom nasionale kragnetwerke baie hoë spanning gebruik tydens die oordrag van krag; Britse kragnetwerke werk byvoorbeeld met hul transmissielyne tot 400 000 volt.
Dit is onwaarskynlik dat die elektriese stelsels van militêre voertuie spanning van hierdie omvang sal gebruik, maar dit lyk asof die dae van 28 volt en soortgelyke elektriese stelsels getel is. In 2009 is Qinetiq byvoorbeeld deur die Britse departement van verdediging gekies om die opwekking en verspreiding van elektriese krag te ondersoek met behulp van 610 volt tegnologie. Qinetiq het 'n span gelei wat BAE Systems en die spesialis in elektriese masjiene Provector Ltd ingesluit het, wat die WARRIOR 2000 BMP omskep het in 'n demonstrator wat 610 volt hoëvraagklante sowel as bestaande toerusting van 28 volt kan dryf. Die masjien is toegerus met twee kragopwekkers van 610 volt, wat elk twee keer die krag van die oorspronklike masjien lewer, wat die Warrior se elektriese uitset effektief vervierdubbel.
Energie vir 'n voertuig wat brandstofselle van SFC gebruik
Soldate in die veld benodig 'n betroubare bron van energie vir hul masjiene. Dit moet stroom aan boordtoestelle soos radio's, kommunikasietoerusting, wapensisteme en optiese elektroniese stelsels verskaf. Maar indien nodig, moet dit ook dien as 'n laaistasie vir soldate wat opdrag het.
Dit is dikwels nie moontlik om die enjin te begin om die batterye te laai tydens die taak nie, omdat dit die ligging van die eenheid kan onthul. Daarom het die soldate 'n manier nodig om elektriese stroom te kry - stil, konstant en onafhanklik.
SFC se EMILY 2200 -stelsel is gebaseer op die suksesvolle EFOY -brandstofseltegnologie. Die EMILY -eenheid, wat op die masjien geïnstalleer is, verseker dat die batterye voortdurend gelaai word. Die ingeboude reguleerder monitor voortdurend die spanning in die batterye en laai die batterye outomaties wanneer nodig. Dit werk stil en die enigste "uitlaat" is waterdamp en koolstofdioksied in hoeveelhede wat vergelykbaar is met die asemhaling van 'n kind.
Groot masjiene benodig groot batterye. Hierdie litiumioon-selpakket is deel van BAE Systems se hibriede bus-aandrywingstegnologie.
Is brandstofselle moontlik?
Brandstofselle, wat chemiese prosesse gebruik om brandstof direk met groot doeltreffendheid in elektriese stroom om te skakel, word al lank beskou as 'n tegnologie wat wyd op militêre gebied gebruik kan word, insluitend 'n motor aandryf en elektrisiteit aan boord opwek. Daar is egter belangrike tegniese struikelblokke wat oorkom moet word. Eerstens loop brandstofselle op waterstof en meng dit met suurstof uit die lug om elektriese stroom as 'n byproduk op te wek. Waterstof is nie geredelik beskikbaar nie en moeilik om op te berg en te vervoer.
Daar is baie voorbeelde van brandstofselle wat elektriese voertuie aandryf, maar hulle is almal eksperimenteel. In die motorwêreld is Honda se FCX CLARITY waarskynlik die naaste wat aan 'n kommersiële produk beskikbaar is, maar selfs dan is dit slegs beskikbaar in gebiede waar daar waterstofaanvullingsinfrastruktuur is en slegs onder huurooreenkomste. Selfs toonaangewende vervaardigers van brandstofselle, soos Ballard Power, erken die huidige beperkings van hierdie tegnologie vir gebruik in motors. Die maatskappy sê dat 'massaproduksie van brandstofselvoertuie op lang termyn plaasvind. Deesdae meen die meeste motorvervaardigers dat reeksproduksie van brandstofselvoertuie eers omstreeks 2020 haalbaar is, vanweë die bedryf wat probleme ondervind met waterstofverspreiding, die optimalisering van duursaamheid, energiedigtheid, warmstartvermoë en brandstofselkoste.”
Al die grootste motorvervaardigers ter wêreld belê egter baie in R&D van brandstofselle, dikwels in samewerking met vervaardigers van brandstofselle. Ballard is byvoorbeeld deel van die Automotive Fuel Cell Cooperation, 'n gesamentlike onderneming tussen Ford en Daimler AG. Die weermag plaas nog 'n struikelblok vir die aanvaarding van brandstofselle in die vorm van sy eis dat alles op 'logistieke' brandstof moet werk. Brandstofselle kan op diesel of keroseen werk, maar hulle moet eers aangepas word om die waterstof wat hulle benodig, te onttrek. Hierdie proses vereis ingewikkelde en lywige toerusting, wat die grootte, gewig, koste, kompleksiteit en doeltreffendheid van die algehele stelsel beïnvloed.
'N Ander beperking op brandstofselle wanneer hulle as hoofmotor van 'n militêre voertuig werk, is die feit dat hulle die beste presteer tydens konstante kraginstellings en nie vinnig kan reageer op die vereiste veranderings nie. Dit beteken dat hulle aangevul moet word met batterye en / of superkapasitors en gepaardgaande elektronika vir kragregulering om die maksimum kragbelasting te bereik.
Op die gebied van 'superkapasitors' het die Estse onderneming Skeleton Industries 'n reeks moderne SkelCap-superkapasitors ontwikkel wat vyf keer sterker is per liter volume of meer as vier keer sterker per kilogram as premium militêre batterye. In die praktyk beteken dit 60 persent meer krag en vier keer die stroom in vergelyking met die beste militêre batterye. SkelCap se "superkapasitors" bied 'n onmiddellike uitbarsting van krag en word gebruik vir 'n wye verskeidenheid toepassings, van brandbeheer tot rewolwer tenks. As deel van die United Armaments International (UAI) -groep, vervul SkelCap verskeie gespesialiseerde bestellings sowel as uitgebreide programme deur die UAI -groep in Tallinn.
Superkapasitors van Skeleton Industries
Dit beteken egter nie dat brandstofselle nie plek sal vind in hibriede en elektriese militêre voertuie nie. Die mees belowende onmiddellike toepassing is hulpkrag -eenhede (APU) in voertuie wat stille toesigstake van die ISTAR -tipe verrig (inligtingsversameling, teikenaanwysing en verkenning)."In stille toesigmodus hoef motorenjins nie te werk nie, en batterye alleen kan nie genoeg krag verskaf vir langtermynbedrywighede nie," sê die Amerikaanse weermag-ingenieursnavorsingsentrum, wat die ontwikkeling van soliede oksiedbrandstofselopwekkers en APU's lei kan gebruik word op militêre brandstof, diesel en kerosine.
Hierdie organisasie fokus tans op stelsels tot 10 kW met die klem op die volledige integrasie van brandstofstelsels met die behoeftes van 'n brandstofselstel. Take wat in die ontwerp van praktiese stelsels aangespreek moet word, sluit in die beheer van verdamping en besoedeling, veral die beheer van swael deur ontzwaveling (ontzwaveling) en die gebruik van swaelbestande materiale, asook die vermyding van koolstofafsettings in die stelsel.
Hybride elektriese dryfkrag het baie te bied vir militêre voertuie, maar dit sal nog 'n rukkie duur voordat die voordele van hierdie tegnologie tasbaar word.
