EMILY 3000 degvielas elementu sistēmas nominālā izejas jauda ir 125 W, un ikdienas uzlādes jauda ir 6 kWh. Tas var uzlādēt vairākas baterijas vai darboties kā lauka ģenerators. Sistēma tika izveidota speciāli militāriem lietojumiem, ieskaitot testa scenārijus, kuros jāvāc un jānovērtē dati par jaunām aizsardzības sistēmām.
Galu galā hibrīda spēkstacijas piedāvā salīdzināmas vai pat labākas priekšrocības bruņumašīnām. Kaut arī degvielas patēriņa efektivitāte vismaz vēsturiski nav bijusi bruņumašīnu obligāto raksturlielumu saraksta augšgalā, tomēr tā palielina nobraukumu un / vai ilgumu konkrētai degvielas ietilpībai, palielina lietderīgo slodzi, aizsardzību vai ugunsgrēku par kopējo summu svaru un kopumā samazināt flotes kopējo loģistikas slogu
Hibrīdajai elektriskajai piedziņai var būt liela nozīme militāro transportlīdzekļu nākotnē, taču atbilstoša daudzu aizsardzības programmu atcelšana un apjoma samazināšana (neaizmirstot slavenos FCS un FRES) un cīņa par steidzamu prasību izpildi aizsargātiem transportlīdzekļiem ir atlikta. tā ieviešana militārajos transportlīdzekļos uz nenoteiktu laiku.
Tomēr, kad 2011. gada janvārī tika paziņoti pretendenti uz amerikāņu sauszemes kaujas transportlīdzekli GCV (Ground Combat Vehicle), starp tiem bija projekts no BAE Systems / Northrop Grumman komandas ar hibrīda elektrisko spēka agregātu ar Ein Xq DRIVE sistēmu no Qinetiq. To var uzskatīt par sava veida azartspēli, jo neviens no pretendentiem uz JLTV (Joint Light Tactical Vehicle) vieglo taktisko transportlīdzekļu programmu, kurā bija iekļauta arī hibrīda elektriskā piedziņa, finālam nekvalificējās, jo, saskaņā ar pieejamie dati, tiek uzskatīts, ka šīs mašīnas tehnoloģija vēl nav pietiekami nobriedusi. Neskatoties uz to, hibrīdu elektrisko piedziņu vēsturē sauszemes kaujas transportlīdzekļos ir pietiekams skaits programmu šīs tehnoloģijas izstrādei un demonstrēšanai. Pasaules meklējumos pēc tehnoloģijām ir kaut kas nepiedodams un neizbēgams, kas sola ietaupīt degvielu, uzlabot veiktspēju un izturību, vienlaikus apmierinot pieaugošo pieprasījumu pēc borta elektrības. Tas neapšaubāmi ir balstīts uz paralēliem notikumiem automobiļu rūpniecībā, ko veicina vides tiesību akti.
Militāro transportlīdzekļu ražotāji un sistēmu piegādātāji ir ieguldījuši lielus ieguldījumus šajā tehnoloģijā, ko bieži virza dažas no iepriekš minētajām vērienīgajām valdības programmām, pirms saskaras ar īpašu nenoteiktību, kas raksturīga valdības ilgtermiņa plāniem. AM General, BAE Systems, General Dynamics, Hagglunds, MillenWorks un Qinetiq ir izstrādājuši hibrīda elektriskās piedziņas Apvienotās Karalistes, ASV un Zviedrijas programmām, savukārt Nexter strādā pie ARCHYBALD tehnoloģiju attīstības programmas smagajiem transportlīdzekļiem, civilajiem un militārajiem.
Elektriskā piedziņa E-X-DRIVE kāpurķēžu transportlīdzekļiem no QinetiQ, viegla, kompakta un efektīva sistēma
Hibrīda priekšgājēji
Hibrīda piedziņas sistēmas ir stingri nostiprinājušās karakuģos, īpaši zemūdenēs, vilcienos un smagajās kravas automašīnās, ko izmanto karjeros un atklātās raktuvēs. Šajos pielietojumos galvenais dzinējs, piemēram, dīzeļdzinējs, gāzes turbīna vai pat abi, darbina ģeneratoru, kas piegādā strāvu, lai darbinātu motorus un uzlādētu akumulatorus. Dažās sistēmās ir pārnesumkārba, lai nodotu mehānisko jaudu gala piedziņām, bet citās to nav.
Karakuģos hibrīda spēkstacijas ļauj izmantot sarežģītus un ļoti atšķirīgus ātruma profilus, savukārt galvenie dzinēji tiek darbināti efektīvā ātruma diapazonā: elektromotori klusai piedziņai, dīzeļdzinēji normālai piedziņai, gāzes turbīnas paātrinājumam utt. Zemūdene, kuru darbina tradicionālā metode, niršanas laikā nevar palaist savu galveno vilces ierīci (ja tai nav snorkeļa), un šajā sakarā galvenokārt jāpaļaujas uz baterijām vai citu no gaisa neatkarīgu dzinējspēku. Milzu zemes pārvietošanas mašīnas brauc ar milzīgu nulles apgriezienu skaitu, ko rada elektromotori, jo manuālās transmisijas, kas varētu veikt šāda veida darbu, būtu milzīgas, sarežģītas un dārgas. Ar to pašu problēmu vilcieni saskaras vēl vairāk, jo tiem no vietas jāvelk līdzi vairāki simti tonnu, daudzos gadījumos līdz ātrumam, kas pārsniedz 150 jūdzes stundā.
Hibrīda piedziņas sistēma var ietaupīt degvielu, ļaujot izmantot mazāku, degvielu taupošu dzinēju bez pasliktināšanās, jo sistēma, kad vadītājs pilnībā nospiež gāzes pedāli, papildina galveno dzinēju ar elektromotoriem, kas darbojas ar akumulatoru. Elektriskās piedziņas arī ļauj slāpēt galveno dzinēju, braucot ar mazu ātrumu, kad tas var būt salīdzinoši neefektīvs. Mūsdienu hibrīdautomobiļi var arī uzglabāt kinētisko enerģiju (piemēram, no reģeneratīvās bremžu sistēmas) un izmantot to akumulatoru uzlādēšanai. Papildu ietaupījumi tiek sasniegti, darbinot galveno dzinēju lielāko daļu laika visefektīvākajā apgriezienu diapazonā, kā arī izmantojot jebkuru papildu enerģiju, lai uzlādētu baterijas un / vai ieslēgtu elektroenerģijas patērētājus.
Mūsdienu militārajiem transportlīdzekļiem ir nepieciešama arvien lielāka elektroenerģija, lai darbinātu sakaru sistēmas, vadības un kontroles iekārtas, novērošanas un izlūkošanas sensorus, piemēram, optoelektroniku un radarus, ar tālvadību kontrolētas ieroču stacijas un improvizētas spridzināšanas ierīces (IED). Uzlabotas sistēmas, piemēram, elektriskās bruņas, vēl vairāk palielinās patēriņu. Visas uzstādītās jaudas izmantošana elektrisko sistēmu darbināšanai teorētiski ir vismaz efektīvāka nekā vienas piedziņas sistēmas un citas specializētas iekārtas.
Arvien lielāks uzsvars tiek likts uz novērošanas un izlūkdatu vākšanas spējām pretmācību misijās, un tāpēc arvien vairāk bruņumašīnu programmu tiek izvirzītas klusas novērošanas prasības. Tas vēl vairāk palielina elektroenerģijas patēriņa nozīmi un padara degvielas elementus pievilcīgākus.
Hibrīda elektriskās piedziņas sistēmas iedala divās plašās kategorijās: paralēlās un sērijveida. Paralēlās sistēmās iekšdedzes dzinējs un elektromotors (vai elektromotori) rotē riteņus vai sliedes caur pārnesumkārbu vai nu atsevišķi, vai kopā. Sērijas hibrīda sistēmās galvenais dzinējs darbina tikai ģeneratoru. Secīga sistēma ir vienkāršāka, tai ir visa piedziņas jauda caur elektromotoriem, un tāpēc tiem jābūt lielākiem par elektromotoriem paralēlā sistēmā ar vienādām mašīnas veiktspējas prasībām. Ir izstrādātas abu veidu sistēmas.
Inovācijas hibrīda-elektriskajās piedziņās un degvielas šūnu tehnoloģijās var gūt no komerciālām tehnoloģijām. Piemēram, BAE Systems ražo hibrīda-elektriskos autobusus, kuru tehnoloģiju var izmantot, lai demonstrētu energoefektivitāti un uzlabotu izplūdes gāzu īpašības mūsdienu hibrīda-elektriskajos transportlīdzekļos, kas paredzēti smagiem apstākļiem.
Palielināta izdzīvošanas spēja
Hibrīdsistēmas arī palielina izdzīvošanas iespējas, pateicoties elastīgākam izkārtojumam un novēršot transmisijas komponentus, kas varētu kļūt par sānu šāviņu, ja tos uzspridzina raktuves vai IED. Īpaši labumu no tā gūst bruņumašīnas ar riteņiem. Integrējot piedziņas motorus riteņu rumbās, visas dzenskrūves vārpstas, diferenciāļi, piedziņas vārpstas un pārnesumkārbas, kas saistītas ar tradicionālajām manuālajām pārnesumkārbām, tiek novērstas un aizstātas ar barošanas kabeļiem, un tāpēc tās nevar kļūt par papildu šāviņiem. Visu šo mehānismu likvidēšana arī ļauj apkalpes nodalījumu pacelt virs zemes noteiktā transportlīdzekļa augstumā, padarot pasažierus mazāk neaizsargātus pret sprādzieniem zem korpusa. Šāda veida dizains tika izmantots General Dynamics UK AHED 8x8 demonstrācijā un SEP mašīnas riteņu versijā no BAE Systems / Hagglunds, kuras kāpurķēžu versija arī tika izgatavota (un pēc tam droši aizmirsta).
Atsevišķos riteņos iebūvētie elektromotori ļoti precīzi kontrolē katram ritenim piegādāto jaudu, un tas, saskaņā ar GD UK teikto, gandrīz novērš sliežu ceļa priekšrocības salīdzinājumā ar riteņiem bezceļa reljefa ziņā.
Daudzsološais sauszemes kaujas transportlīdzeklis virzīsies pa sliedēm, un BAE Systems / Northrop Grumman priekšlikums norāda, ka Qinetiq E-X-DRIVE elektriskā transmisija būs vieglāka, kompaktāka un efektīvāka nekā tradicionālās transmisijas. Tas arī ļauj uzlabot paātrinājumu kopā ar kļūdu toleranci un ir konfigurējams plašam mašīnu un tehnoloģiju ieviešanas programmu klāstam, saka uzņēmums.
Lai gan sistēmā ir četri pastāvīgā magnēta motori, E-X-DRIVE spēka piedziņa nav pilnībā elektriska; jaudas atgūšana pagriezienos un mehāniska pārnesumu pārslēgšana, pēdējā izmantojot izciļņa sajūgu. Šis dizains ir zema riska risinājums, kas samazina slodzi uz motoriem, pārnesumiem, vārpstām un gultņiem. Šķērsvirziena vārpstas izkārtojuma izmantošana mehāniskās jaudas atjaunošanai šūpošanās mehānismā ir alternatīva neatkarīgu piedziņas riteņu izmantošanai tīri elektriskajā transmisijā.
Viens no jauninājumiem E-X-DRIVE centrā ir centrālā pārnesumkārba (pazīstama kā regulēšanas diferenciālis), kas apvieno stūres motora griezes momentu, galvenā motora griezes momentu un iepriekš minēto mehāniskās vadības rekuperācijas mehānismu. Papildus vērpes slodzes samazināšanai tas novērš ārējās šķērsvārpstas masu un svaru, ko izmanto tradicionālajos risinājumos un citās hibrīda elektriskās piedziņas sistēmās.
Panākumi elektrotehnikā
Pastāvīgo magnētu motori ir tehnoloģiju joma, kas pēdējos gados ir ievērojami uzlabojusi elektrisko piedziņas sistēmu efektivitāti un jaudas blīvumu visos lietojumos. Pastāvīgo magnētu motori paļaujas uz dabiski sastopamiem spēcīgiem retzemju magnētiem, lai radītu magnētiskos laukus statora komponentos, nevis uz strāvu nesošiem tinumiem (elektromagnētiem). Tas padara dzinējus efektīvākus, jo īpaši tāpēc, ka ar elektrisko strāvu ir jāpiegādā tikai rotors.
Mūsdienu jaudas elektronika ir arī galvenā tehnoloģija visu veidu hibrīda elektriskajiem transportlīdzekļiem. IGBT balstīti motora kontrolieri, piemēram, kontrolē enerģijas plūsmu no akumulatora, ģeneratora vai degvielas elementiem, lai noteiktu elektromotoru rotācijas ātrumu un izejas griezes momentu. Tie ir daudz efektīvāki nekā elektromehāniskās vadības sistēmas un ievērojami uzlabo mainīga ātruma piedziņu - tehnoloģiju, kas ir daudz mazāk attīstīta nekā rūpniecībā plaši izmantotie fiksētā ātruma piedziņas.
Ņūdžersijā bāzētais TDI Power ir piemērs ieguldītājam, kas iegulda ar šķidrumu dzesējamā spēka elektronikā, kas paredzēta elektriskajiem un hibrīdautomobiļiem civilām un militārām vajadzībām. Uzņēmums ražo standarta moduļu DC / DC pārveidotājus un invertorus, kas pārsniedz pašreizējos SAE un MIL standartus.
Elektriskās piedziņas militārajos transportlīdzekļos gūs labumu no plašas rūpniecības pētniecības un attīstības ar mainīga ātruma piedziņām, ko veicina perspektīva kopumā ietaupīt enerģiju aptuveni par 15–30%, ko var sasniegt, ja fiksētās pārnesumkārbas mašīnas lielākajā daļā rūpniecības nozaru aizstās ar mainīga ātruma piedziņām. lietotājiem, kā norādīts nesenā Ņūkāslas Universitātes pētījumā, ko pasūtīja Apvienotās Karalistes Zinātnes un inovāciju pārvalde. "Paredzams, ka, uzlabojot piedziņas slodzes efektivitāti, Apvienotajā Karalistē tiks ietaupīti 15 kWh miljardi stundu gadā, un, apvienojumā ar uzlabotu motora un piedziņas efektivitāti, kopējais ietaupījums būs 24 miljardi kWh," teikts pētījumā.
Viens no svarīgiem veidiem, kā uzlabot elektroenerģijas pārvades efektivitāti jebkurā elektriskajā sistēmā, ir palielināt spriegumu, jo Ohmas likums nosaka, ka jebkurai jaudai, jo lielāks spriegums, jo zemāka strāva. Nelielas strāvas var iziet cauri plāniem vadiem, ļaujot kompaktajām, vieglajām elektriskajām sistēmām nodrošināt vajadzīgās slodzes. Tāpēc valstu elektrotīklos, pārvadot jaudu, tiek izmantots ļoti augsts spriegums; Piemēram, Lielbritānijas elektrotīkli darbojas ar elektropārvades līnijām līdz 400 000 voltiem.
Maz ticams, ka militāro transportlīdzekļu elektriskās sistēmas izmantos šāda lieluma spriegumu, bet 28 voltu un līdzīgu elektrisko sistēmu dienas šķiet skaitītas. Piemēram, 2009. gadā Lielbritānijas Aizsardzības departaments izvēlējās Qinetiq, lai pētītu elektroenerģijas ražošanu un sadali, izmantojot 610 voltu tehnoloģiju. Qinetiq vadīja komandu, kurā bija BAE Systems un elektrisko mašīnu speciālists Provector Ltd, kas pārveidoja WARRIOR 2000 BMP par demonstrētāju, kas spēj nodrošināt 610 voltu lielu pieprasījumu patērētājus, kā arī esošās 28 voltu iekārtas. Iekārta ir aprīkota ar diviem 610 voltu ģeneratoriem, katrs nodrošina divreiz lielāku jaudu nekā sākotnējā mašīna, efektīvi četrkāršojot Warrior elektrisko jaudu.
Enerģija transportlīdzeklim, izmantojot SFC degvielas elementus
Lauka karavīriem ir vajadzīgs uzticams enerģijas avots savām mašīnām. Tam jāpiegādā strāva iebūvētajām ierīcēm, piemēram, radio, sakaru iekārtām, ieroču sistēmām un optiskām elektroniskām sistēmām. Bet, kad tas ir nepieciešams, tam vajadzētu darboties arī kā uzlādes stacijai karavīriem, kas atrodas norīkojumā.
Bieži vien, veicot uzdevumu, nav iespējams iedarbināt motoru, lai uzlādētu baterijas, jo tas var atklāt vienības atrašanās vietu. Tāpēc karavīriem ir nepieciešams veids, kā iegūt elektrisko strāvu - klusi, pastāvīgi un neatkarīgi.
SFC EMILY 2200 sistēma ir balstīta uz veiksmīgo EFOY kurināmā elementu tehnoloģiju. Iekārtā uzstādītā EMILY ierīce nodrošina, ka akumulatori paliek pastāvīgi uzlādēti. Tā iebūvētais regulators pastāvīgi uzrauga spriegumu baterijās un vajadzības gadījumā automātiski uzlādē baterijas. Tas darbojas klusi, un tā vienīgā "izplūde" ir ūdens tvaiki un oglekļa dioksīds daudzumos, kas pielīdzināmi bērna elpošanai.
Lielām mašīnām ir vajadzīgas lielas baterijas. Šī litija jonu elementu pakete ir daļa no BAE Systems hibrīda autobusu vilces tehnoloģijas.
Vai ir iespējamas degvielas šūnas?
Kurināmā elementi, kas izmanto ķīmiskos procesus, lai ar lielu efektivitāti tieši pārvērstu degvielu elektriskā strāvā, jau sen tiek uzskatīti par tehnoloģiju, ko var plaši izmantot militārajā jomā, ieskaitot automašīnas dzīšanu un elektroenerģijas ražošanu uz kuģa. Tomēr ir jāpārvar būtiski tehniski šķēršļi. Pirmkārt, kurināmā elementi darbojas ar ūdeņradi un sajauc to ar skābekli no gaisa, lai radītu elektrisko strāvu kā blakusproduktu. Ūdeņradis nav viegli pieejams, un to ir grūti uzglabāt un transportēt.
Ir daudz degvielas elementu piemēru, kas darbina elektromobiļus, taču tie visi ir eksperimentāli. Automobiļu pasaulē Honda FCX CLARITY, iespējams, ir tuvākā pieejamība komerciālajam produktam, taču pat tad tā ir pieejama tikai apgabalos, kur ir zināma ūdeņraža uzpildes infrastruktūra, un tikai saskaņā ar nomas līgumiem. Pat tādi vadošie degvielas elementu ražotāji kā Ballard Power atzīst šīs tehnoloģijas pašreizējos ierobežojumus izmantošanai automašīnās. Uzņēmums saka, ka “degvielas šūnu transportlīdzekļu masveida ražošana notiek ilgtermiņā. Mūsdienās lielākā daļa autoražotāju uzskata, ka degvielas šūnu transportlīdzekļu sērijveida ražošana nav iespējama līdz aptuveni 2020. gadam, jo nozare saskaras ar ūdeņraža sadales jautājumiem, optimizējot izturību, enerģijas blīvumu, karstās palaišanas iespējas un degvielas elementu izmaksas.”
Tomēr visi pasaules lielākie autoražotāji daudz investē kurināmā elementu pētniecībā un attīstībā, bieži vien kopā ar degvielas šūnu ražotājiem. Piemēram, Ballard ir daļa no Ford un Daimler AG kopuzņēmuma Automotive Fuel Cell Cooperation. Militārie spēki liek vēl vienu šķērsli kurināmā elementu ieviešanai kā prasību, ka visam ir jādarbojas ar "loģistisko" degvielu. Kurināmā elementi var darboties ar dīzeļdegvielu vai petroleju, taču tie vispirms ir jāpārveido, lai iegūtu vajadzīgo ūdeņradi. Šis process prasa sarežģītu un apjomīgu aprīkojumu, kas ietekmē visas sistēmas lielumu, svaru, izmaksas, sarežģītību un efektivitāti.
Vēl viens degvielas elementu ierobežojums, darbojoties kā militārā transportlīdzekļa galvenais dzinējs, ir fakts, ka tie vislabāk darbojas ar nemainīgu jaudas iestatījumu un nevar ātri reaģēt uz nepieciešamajām izmaiņām. Tas nozīmē, ka tie ir jāpapildina ar baterijām un / vai superkondensatoriem un ar tiem saistīto jaudas regulēšanas elektroniku, lai apmierinātu maksimālās jaudas slodzes.
“Superkondensatoru” jomā igauņu kompānija Skeleton Industries ir izstrādājusi modernāko SkelCap superkondensatoru līniju, kas ir piecas reizes jaudīgāka uz litru tilpuma vai vairāk nekā četras reizes jaudīgāka par kilogramu nekā augstākās klases militārās baterijas.. Praksē tas nozīmē par 60 procentiem lielāku jaudu un četras reizes lielāku strāvu, salīdzinot ar labākajām militārajām baterijām. SkelCap "superkondensatori" nodrošina tūlītēju jaudas pārsprāgšanu, un tos izmanto visdažādākajos pielietojumos, sākot no ugunsdrošības līdz tornīšu tvertnēm. Kā daļa no United Armaments International (UAI) grupas, SkelCap izpilda dažādus specializētus pasūtījumus, kā arī paplašinātas programmas, izmantojot Tallinā bāzēto UAI grupu.
Superkondensatori no Skeleton Industries
Tomēr tas nenozīmē, ka kurināmā elementi neatradīs vietu hibrīda un elektriskajos militārajos transportlīdzekļos. Visperspektīvākais tūlītējais pielietojums ir palīgdzinēji (APU) transportlīdzekļos, kas veic ISTAR tipa klusas novērošanas uzdevumus (informācijas vākšana, mērķa noteikšana un iepazīšanās)."Klusā novērošanas režīmā transportlīdzekļu dzinējiem nav jādarbojas, un tikai baterijas nevar nodrošināt pietiekamu jaudu ilgtermiņa darbībām," saka ASV armijas inženierzinātņu izpētes centrs, kas vada cieto oksīdu kurināmā elementu ģeneratoru un APU izstrādi. var darboties ar militāro degvielu, dīzeļdegvielu un petroleju.
Šī organizācija šobrīd koncentrējas uz sistēmām līdz 10 kW ar uzsvaru uz degvielas sistēmu pilnīgu integrāciju ar degvielas elementu komplekta ekspluatācijas vajadzībām. Uzdevumi, kas jārisina, izstrādājot praktiskas sistēmas, ietver iztvaikošanas un piesārņojuma kontroli, jo īpaši sēra kontroli, izmantojot desulfurizāciju (desulfurizāciju) un sēra izturīgu materiālu izmantošanu, kā arī izvairīšanos no oglekļa nogulšņu veidošanās sistēmā.
Hibrīdām elektriskajām piedziņām ir daudz ko piedāvāt militārajiem transportlīdzekļiem, taču paies zināms laiks, līdz šīs tehnoloģijas priekšrocības kļūs jūtamas.
