发布时间:2020-12-19 07:59:09来源:巨浪的日常研究
一项新技术的使用,通常都是以军事领域为开端。然而在电动车领域却不是这样。在美国,目前特斯拉公司正在研制电动卡车,UPS与联邦快递(FedEx)也开始逐步订购电动卡车以降低运营成本。似乎整个汽车行业都在向着电气化的方向发展,随着电池成本的急剧下降,充电时间和续航里程的相应提高,几乎所有主要的汽车生产商都逐步开始转向混合动力和电动汽车,但是一直对新技术抱有浓厚兴趣的美国陆军,却对此似乎无动于衷。外界一度非常迷惑,很想知道为什么美国陆军对此不感兴趣。

特斯拉研制的电动卡车。
其实,美国陆军并非对电动车辆不感兴趣,美国陆军研究军用车辆的替代能源与混合动力车辆已经有20余年的历史。近日,美国陆军快速能力和关键技术办公司向BAE系统公司授予了一份价值3200万美元的协议,研究将混合动力组件集成到美军现役的“布雷德利”步兵战车上。该协议是美国陆军计划提升车辆工作效率,增加发电功率以支持未来的技术集成并改善车辆的战术机动性计划的一部分。

美军在尝试为“布雷德利”步兵战车集成混动套件。
但是,美国陆军目前仍然没有计划使用电动能源来代替现有的燃油。对于军队来讲,要满足其作战需求,需要有高能量的能源。目前能够为车辆提供能源的介质,按重量来算均远超过汽油或是柴油。如果改用其他能源,其功能模块的体积,将会是目前车辆燃料舱的四倍到十倍不等。对美国陆军而言,其地面车辆的电气化确实非常重要,但是这些车辆依然需要依靠柴油作为其主要能源。
车辆的运行需要能量。这些能量是从能量载体的使用为开端的。通常能量载体为一种物质,其储存有能量,这些能量随后可以转换为其他形式,例如机械能,或是动能。有几种能量载体适合在车辆上使用,例如化学和机械能的载体,它们是:碳氢燃料(汽油、柴油、天然气等)、电池、超级电容、氢燃料电池和飞轮。

通用动力公司陆地系统分部研制的电动车辆,采用轮毂电机驱动。
电池和超级电容通常会在能量和功率方面进行比较。与超级电容相比,电池具有更高的能量密度,这意味着电池能够储存的能量总量更高;而超级电容则拥有更高的功率密度,这意味着超级电容能够更为高速的存储与释放能量。这使得超级电容特别适合相对快速地存储和释放大量能量,而电池则更适合长时间存储大量能量。
目前,电池的应用在市场上已经非常成熟,锂离子电池也已经开始商业化生产。目前的电动车辆大部分使用的是镍氢电池,只有少数电动车制造商选择了锂离子电池。在为车辆选择能源载体时,需要考虑的一个重要因素是运输这些能源载体,以及操作和为车辆提供足够动力所需的所有设备需要占用多少车辆的空间。
对于军用车辆来讲,其能源选择的主要要求包括效率更高的能源载体与能源转换装置、尽可能小的系统质量和体积,与尽可能的成熟技术。目前的新能源车辆,面临的最大挑战就在于此。使用电池作为能源的电动车辆,其占用车辆的空间与重量要远高于使用柴油的传统车辆。随着车辆吨位的增加,这种表现更加明显。即使是使用目前能量密度最高的锂离子电池,其总质量也是柴油燃料系统的4.5-7倍。即使将锂离子电池系统装上了车辆,这种质量与体积上的大幅度增加也给车辆的设计和应用带来了巨大的挑战,车辆的驾驶、运输性能等指标也会急剧下降。

美军改装的燃料电池动力车辆。
军用车辆的特殊要求在质量和体积方面给储能系统和能量密度带来了极高的要求,能够应用于军事目标的储能系统必须能够在极端温度以及比商用领域更大的冲击和振动条件下可靠地存储能量,并正常运行。目前来看,新能源车辆尚无法全面应用于军用环境中,美国陆军在短时间内,仍然会依靠传统的柴油等液体燃料。