Sistemi i qelizave të karburantit EMILY 3000 ka një fuqi dalëse prej 125 W dhe një kapacitet ngarkimi ditor prej 6 kWh. Mund të rimbushë bateri të shumta ose të veprojë si një gjenerator fushor. Sistemi u krijua posaçërisht për aplikimet ushtarake, përfshirë skenarët e testimit në të cilat të dhënat mbi sistemet e reja të mbrojtjes duhet të mblidhen dhe vlerësohen në terren.
Në fund të fundit, termocentralet hibride ofrojnë përfitime të krahasueshme ose edhe më të mira për automjetet e blinduara. Ndërsa efikasiteti i karburantit, të paktën historikisht, nuk ka qenë në krye të listës së karakteristikave të detyrueshme të automjeteve të blinduara, megjithatë, ai rrit kilometrazhin dhe / ose kohëzgjatjen për një kapacitet të caktuar karburanti, rrit ngarkesën, mbrojtjen ose fuqinë e zjarrit për një total të caktuar pesha dhe, në përgjithësi, të zvogëlojë barrën e përgjithshme logjistike të flotës
Makina elektrike hibride mund të luajë një rol të rëndësishëm në të ardhmen e automjeteve ushtarake, por anulimi dhe zvogëlimi përkatës i vëllimit të shumë programeve të mbrojtjes (pa harruar FCS dhe FRES të famshëm) dhe lufta për të përmbushur kërkesat urgjente për automjetet e mbrojtura janë shtyrë zbatimi i tij në automjetet ushtarake pafundësisht.
Sidoqoftë, kur aplikuesit për automjetin luftarak tokësor amerikan GCV (Ground Combat Vehicle) u shpallën në janar 2011, në mesin e tyre ishte një projekt nga ekipi i BAE Systems / Northrop Grumman me një njësi të energjisë elektrike hibride me sistemin E-X-DRIVE nga Qinetiq. Kjo mund të shihet si një lloj kumari sepse asnjë nga pretendentët për programin e automjeteve të lehta taktike JLTV (Joint Light Tactical Vehicle), i cili përfshinte gjithashtu një makinë elektrike hibride, nuk u kualifikua në finale për faktin se, sipas të dhënat në dispozicion, besohet se teknologjia për këtë makinë nuk është ende mjaft e pjekur në këtë pikë në kohë. Sidoqoftë, historia e drejtimeve hibride elektrike në automjetet luftarake tokësore ka një numër të mjaftueshëm programesh për të zhvilluar dhe demonstruar këtë teknologji. Ka diçka të pafalshme dhe të pashmangshme në kërkimin global për teknologji që premton të kursejë karburant, të përmirësojë performancën dhe mbijetesën, duke përmbushur kërkesën në rritje për energji elektrike në bord. Kjo padyshim mbështetet nga zhvillimet paralele në industrinë e automobilave, të nxitura nga legjislacioni mjedisor.
Prodhuesit dhe ofruesit e sistemeve të automjeteve ushtarake kanë investuar shumë në këtë teknologji, shpesh të shtyrë nga disa prej programeve ambicioze të sipërpërmendura të qeverisë, para se të përballen me pasigurinë e veçantë të qenësishme në planet afatgjata të qeverisë. AM General, BAE Systems, General Dynamics, Hagglunds, MillenWorks dhe Qinetiq kanë zhvilluar disqe elektrike hibride për programet e MB, SHBA dhe Suedisë, ndërsa Nexter është duke punuar në programin e zhvillimit të teknologjisë ARCHYBALD për automjete të rënda, civile dhe ushtarake.
Transmetim elektrik me makinë E-X-DRIVE për automjete të gjurmuara nga QinetiQ, sistem i lehtë, kompakt dhe efikas
Paraardhësit hibridë
Sistemet hibride të shtytjes janë vendosur fort në anijet luftarake, veçanërisht në nëndetëset, trenat dhe kamionët e rëndë të përdorur në gurore dhe miniera të hapura. Në këto aplikacione, një lëvizës kryesor, siç është një motor nafte, një turbinë me gaz, apo edhe të dyja, drejton një gjenerator që furnizon rrymë për të drejtuar motorë dhe për të ngarkuar bateritë. Disa sisteme përfshijnë një kuti ingranazhi për të transferuar fuqinë mekanike në disqet përfundimtare, ndërsa të tjerët jo.
Në anijet luftarake, termocentralet hibride lejojnë përdorimin e profileve komplekse dhe me shpejtësi të ndryshme, ndërsa lëvizësit kryesorë operohen në një gamë efektive të shpejtësisë: motorë elektrikë për shtytje të heshtur, motorë dizel për shtytje normale, turbina me gaz për nxitim, etj. Një nëndetëse, e mundësuar nga metoda tradicionale, nuk mund të lëshojë pajisjen e saj kryesore shtytëse gjatë një zhytjeje (nëse nuk ka snorkel) dhe, në këtë drejtim, duhet të mbështetet kryesisht në bateri ose një sistem tjetër shtytës të pavarur nga ajri. Makinat gjigande të tokëzimit mbështeten në çift rrotullues të madh zero në minutë të gjeneruar nga motorët elektrikë për të drejtuar, sepse transmetimet manuale që mund të bëjnë këtë lloj pune do të ishin të mëdha, komplekse dhe të shtrenjta. Trenat përballen me të njëjtin problem edhe më shumë, pasi ata duhet të tërheqin disa qindra tonë me vete nga vendi i punës, në shumë raste deri në shpejtësi më të mëdha se 150 mph.
Një sistem shtytës hibrid mund të kursejë karburant duke lejuar që një lëvizës kryesor më i vogël, më efikas i karburantit të përdoret pa degradim, sepse sistemi, kur shoferi është duke shtypur plotësisht pedalin e gazit, plotëson motorin kryesor me motorë elektrikë me bateri. Makinat elektrike gjithashtu lejojnë amortizimin e lëvizësit kryesor kur drejtoni me shpejtësi të ulët, kur mund të jetë relativisht joefektiv. Makinat moderne hibride gjithashtu mund të ruajnë energjinë kinetike (për shembull, nga një sistem frenimi rigjenerues) dhe ta përdorin atë për të ngarkuar bateritë e tyre. Kursime shtesë arrihen duke operuar lëvizësin kryesor shumicën e kohës në intervalin e tij më efikas të shpejtësisë, si dhe duke përdorur çdo energji shtesë për të ngarkuar bateritë dhe / ose fuqinë e konsumatorëve elektrikë në bord.
Automjetet moderne ushtarake kërkojnë gjithnjë e më shumë energji elektrike për të operuar sistemet e komunikimit, pajisjet e komandimit dhe kontrollit, sensorët e mbikëqyrjes dhe inteligjencës, siç janë optoelektronika dhe radarët, stacionet e armëve të kontrolluara nga distanca dhe bllokuesit e pajisjeve shpërthyese të improvizuara (IED). Sistemet e avancuara të tilla si forca të blinduara elektrike do të rrisin më tej konsumin. Përdorimi i të gjithë fuqisë së instaluar për të drejtuar sistemet elektrike është, në teori, të paktën më efikase sesa të kesh një sistem për shtytje dhe një tjetër për pajisje të specializuara.
Theks i shtuar po i vihet aftësive të mbikëqyrjes dhe grumbullimit të inteligjencës në misionet kundër kryengritjes, dhe si rezultat, kërkesat e mbikëqyrjes së heshtur po parashtrohen në një numër në rritje të programeve të automjeteve të blinduara. Kjo rrit më tej rëndësinë e konsumit të energjisë elektrike dhe i bën qelizat e karburantit më tërheqëse.
Sistemet hibride të lëvizjes elektrike ndahen në dy kategori të gjera: paralele dhe serike. Në sistemet paralele, një motor me djegie të brendshme dhe një motor elektrik (ose motorë elektrikë) rrotullojnë rrotat ose gjurmët përmes një kuti ingranazhesh, veç e veç ose së bashku. Në sistemet hibride të serisë, lëvizësi kryesor drejton vetëm gjeneratorin. Një sistem vijues është më i thjeshtë, e gjithë fuqia lëvizëse në të duhet të kalojë përmes motorëve elektrikë dhe për këtë arsye ata duhet të jenë më të mëdhenj se motorët elektrikë në një sistem paralel me të njëjtat kërkesa të performancës së makinës. Sistemet e të dy llojeve janë zhvilluar.
Risitë në disqet hibride-elektrike dhe teknologjinë e qelizave të karburantit mund të nxirren nga teknologjia komerciale. Për shembull, BAE Systems prodhon autobusë hibrid-elektrikë, teknologjia nga e cila mund të përdoret për të demonstruar efikasitetin e energjisë dhe përmirësimin e karakteristikave të shkarkimit të automjeteve moderne hibride-elektrike të dizajnuara për kushte të rënda.
Rritja e mbijetesës
Sistemet hibride gjithashtu rrisin mbijetesën përmes një paraqitjeje më fleksibile dhe eliminimit të përbërësve të transmetimit që mund të bëhen një predhë anësore kur shpërthenin nga një minë ose IED. Automjetet e blinduara me rrota përfitojnë veçanërisht nga kjo. Duke integruar motorët e vozitjes në shpërndarësit e rrotave, të gjitha boshtet e helikës, diferencialet, boshtet e drejtimit dhe kutitë e shpejtësisë të lidhura me transmetimet manuale tradicionale eliminohen dhe zëvendësohen me kabllo energjie dhe për këtë arsye nuk mund të bëhen predha shtesë. Eliminimi i të gjithë këtyre mekanizmave gjithashtu lejon që ndarja e ekuipazhit të ngrihet mbi tokë në një lartësi të caktuar të automjetit, duke i bërë pasagjerët më pak të prekshëm ndaj shpërthimeve nën byk. Ky lloj dizajni u përdor në demonstruesin General Dynamics UK AHED 8x8 dhe versionin me rrota të makinës SEP nga BAE Systems / Hagglunds, versioni i gjurmuar i të cilit u prodhua gjithashtu (dhe më pas u harrua me siguri).
Motorët elektrikë të integruar në rrotat individuale kontrollojnë fuqinë e dhënë në secilën rrotë me shumë saktësi dhe kjo, sipas GD UK, pothuajse eliminon avantazhin e gjurmëve mbi rrota në drejtim të terrenit jashtë rrugës.
Automjeti luftarak tokësor premtues do të lëvizë në binarë dhe propozimi i BAE Systems / Northrop Grumman tregon se transmetimi elektrik E-X-DRIVE i Qinetiq do të jetë më i lehtë, më kompakt dhe më efikas sesa transmetimet tradicionale. Ai gjithashtu lejon përshpejtim të përmirësuar së bashku me tolerancën ndaj gabimeve dhe është i konfigurueshëm për një gamë të gjerë të programeve të adoptimit të makinerisë dhe teknologjisë, thotë kompania.
Edhe pse sistemi përfshin katër motorë magnet të përhershëm, sistemi i fuqisë në E-X-DRIVE nuk është plotësisht elektrik; rimëkëmbja e fuqisë gjatë kthesës dhe zhvendosja e ingranazheve mekanike, kjo e fundit duke përdorur një tufë kamere. Ky dizajn është një zgjidhje me rrezik të ulët që minimizon streset në motorë, ingranazhe, boshte dhe kushineta. Përdorimi i një aranzhimi të boshtit tërthor për të rigjeneruar fuqinë mekanike në mekanizmin e lëkundjes është një alternativë ndaj përdorimit të rrotave të pavarura të drejtimit në një transmetim thjesht elektrik.
Një nga risitë në zemër të E-X-DRIVE është kutia e shpejtësisë qendrore (e njohur si diferencial rregullues), i cili kombinon çift rrotulluesin e motorit drejtues, çift rrotulluesin kryesor të motorit dhe mekanizmin e rikuperimit të kontrollit mekanik të përmendur më parë. Përveç minimizimit të ngarkesave rrotulluese, ai eliminon pjesën më të madhe dhe peshën e boshtit të jashtëm të përdorur në zgjidhjet tradicionale dhe sistemet e tjera hibride të lëvizjes elektrike.
Përparimet në inxhinierinë elektrike
Motorët magnetikë të përhershëm janë një fushë e teknologjisë që ka përmirësuar shumë efikasitetin dhe densitetin e fuqisë së sistemeve të lëvizjes elektrike në të gjitha aplikimet vitet e fundit. Motorët magnetikë të përhershëm mbështeten në magnet të fuqishëm të rrallë të tokës për të gjeneruar fusha magnetike në përbërësit e statorit, në vend të mbështjelljeve që mbartin rrymë (elektromagnet). Kjo i bën motorët më efikasë, veçanërisht për faktin se vetëm rotori duhet të furnizohet me rrymë elektrike.
Elektronika moderne e energjisë është gjithashtu një teknologji kryesore për automjetet elektrike hibride të të gjitha llojeve. Kontrolluesit motorikë të bazuar në IGBT, për shembull, kontrollojnë rrjedhën e energjisë nga një bateri, gjenerator ose qeliza karburanti për të përcaktuar shpejtësinë e rrotullimit dhe çift rrotullues të daljes nga motorët elektrikë. Ato janë shumë më efikase sesa sistemet elektromekanike të kontrollit dhe përmirësojnë ndjeshëm performancën e disqeve me shpejtësi të ndryshueshme - një teknologji që është shumë më pak e pjekur sesa disqet me shpejtësi fikse që përdoren gjerësisht në industri.
TDI Power me bazë në New Jersey është një shembull i një investitori që investon në elektronikë me energji të ftohur me lëng për automjete elektrike dhe hibride për aplikime civile dhe ushtarake. Kompania prodhon konvertues dhe invertorë modularë standard DC / DC që tejkalojnë standardet aktuale SAE dhe MIL.
Drejtuesit elektrikë në automjetet ushtarake do të përfitojnë nga R&D të gjera në drejtimet me shpejtësi të ndryshueshme për industrinë, të nxitur nga perspektiva e një kursimi të përgjithshëm të energjisë prej rreth 15-30%, i cili mund të realizohet nëse makinat me ingranazhe fikse zëvendësohen me makina me shpejtësi të ndryshueshme për shumicën industriale përdoruesit, siç përshkruhet në një studim të fundit nga Universiteti i Newcastle i porositur nga Autoriteti i Shkencës dhe Inovacionit në Mbretërinë e Bashkuar. "Përmirësimi i efikasitetit të mundshëm të ngarkesave me makinë parashikohet të kursejë Mbretërinë e Bashkuar 15 kWh miliardë orë në vit, dhe kur kombinohet me efikasitetin e përmirësuar të motorit dhe drejtimit, kursime totale prej 24 miliardë kWh," tha studimi.
Një nga mënyrat e rëndësishme për të përmirësuar efikasitetin e transmetimit të energjisë në çdo sistem elektrik është rritja e tensionit, pasi ligji i Ohmit dikton që për çdo fuqi të caktuar, sa më i lartë të jetë tensioni, aq më e ulët është rryma. Rrymat e vogla mund të kalojnë nëpër tela të hollë, duke lejuar që sistemet elektrike kompakte dhe të lehta të sigurojnë ngarkesat e kërkuara. Kjo është arsyeja pse rrjetet kombëtare të energjisë përdorin tensione shumë të larta kur transmetojnë energji; Rrjetet britanike të energjisë, për shembull, operojnë linjat e tyre të transmetimit deri në 400,000 volt.
Nuk ka gjasa që sistemet elektrike të automjeteve ushtarake të përdorin tensione të kësaj madhësie, por ditët prej 28 volt dhe sisteme të ngjashme elektrike duket se janë të numëruara. Në vitin 2009, për shembull, Qinetiq u zgjodh nga Departamenti Britanik i Mbrojtjes për të hulumtuar gjenerimin dhe shpërndarjen e energjisë elektrike duke përdorur teknologjinë 610 volt. Qinetiq drejtoi një ekip që përfshinte BAE Systems dhe specialistin e makinerive elektrike Provector Ltd, i cili konvertoi WARRIOR 2000 BMP në një demonstrues të aftë për të fuqizuar konsumatorët me kërkesë të lartë 610 volt, si dhe pajisjet ekzistuese 28 volt. Makina është e pajisur me dy gjeneratorë 610 volt, secili duke siguruar dyfishin e fuqisë së makinës origjinale, duke katërfishuar në mënyrë efektive prodhimin elektrik të Luftëtarit.
Energji për një automjet që përdor qeliza karburanti nga SFC
Ushtarët në terren kanë nevojë për një burim të besueshëm energjie për makinat e tyre. Ai duhet të furnizojë me rrymë pajisjet në bord, siç janë radiot, pajisjet e komunikimit, sistemet e armëve dhe sistemet elektronike optike. Por kur është e nevojshme, ajo gjithashtu duhet të veprojë si një stacion ngarkimi për ushtarët në detyrë.
Shpesh nuk është e mundur të filloni motorin për të ngarkuar bateritë kur kryeni detyrën, për faktin se kjo mund të zbulojë vendndodhjen e njësisë. Prandaj, ushtarët kanë nevojë për një mënyrë për të marrë rrymë elektrike - në heshtje, vazhdimisht dhe në mënyrë të pavarur.
Sistemi SFC EMILY 2200 bazohet në teknologjinë e suksesshme të qelizave të karburantit EFOY. E instaluar në makinë, njësia EMILY siguron që bateritë të mbeten vazhdimisht të ngarkuara. Rregullatori i tij i integruar monitoron vazhdimisht tensionin në bateri dhe rimbush automatikisht bateritë kur është e nevojshme. Punon në heshtje dhe "shkarkimi" i tij i vetëm është avulli i ujit dhe dioksidi i karbonit në sasi të krahasueshme me frymëmarrjen e një fëmije.
Makinat e mëdha kërkojnë bateri të mëdha. Kjo paketë e qelizave litium-jon është pjesë e teknologjisë së shtytjes hibride të autobusëve të BAE Systems.
A janë qelizat e karburantit të mundshme?
Qelizat e karburantit, të cilat përdorin procese kimike për të kthyer drejtpërdrejt karburantin në rrymë elektrike me efikasitet të madh, janë parë prej kohësh si një teknologji që mund të përdoret gjerësisht në fushën ushtarake, duke përfshirë shtytjen e një makine dhe gjenerimin e energjisë elektrike në bord. Sidoqoftë, ka pengesa të rëndësishme teknike që duhen kapërcyer. Së pari, qelizat e karburantit punojnë me hidrogjen dhe e përziejnë atë me oksigjenin nga ajri për të gjeneruar rrymë elektrike si nënprodukt. Hidrogjeni nuk është i disponueshëm dhe është i vështirë për tu ruajtur dhe transportuar.
Ka shumë shembuj të qelizave të karburantit që ushqejnë automjetet elektrike, por të gjitha ato janë eksperimentale. Në botën e automobilave, FCX CLARITY e Honda është ndoshta disponueshmëria më e afërt me një produkt komercial, por edhe atëherë ai është i disponueshëm vetëm në zonat ku ka një infrastrukturë të karburantit të hidrogjenit dhe vetëm sipas marrëveshjeve të qirasë. Edhe prodhuesit kryesorë të qelizave të karburantit si Ballard Power njohin kufizimet aktuale të kësaj teknologjie për përdorim në automobila. Kompania thotë se “prodhimi masiv i automjeteve me qeliza karburanti është në afat të gjatë. Sot, shumica e prodhuesve të automjeteve besojnë se prodhimi serik i automjeteve me qeliza karburanti nuk është i realizueshëm deri rreth vitit 2020, për shkak të industrisë që përballet me çështjet e shpërndarjes së hidrogjenit, optimizimin e qëndrueshmërisë, densitetit të energjisë, aftësisë së fillimit të nxehtë dhe kostos së qelizave të karburantit."
Sidoqoftë, të gjithë prodhuesit kryesorë të automobilave në botë po investojnë shumë në R&D të qelizave të karburantit, shpesh në lidhje me prodhuesit e qelizave të karburantit. Ballard, për shembull, është pjesë e Automotive Fuel Cell Cooperation, një sipërmarrje e përbashkët midis Ford dhe Daimler AG. Ushtria po vë një pengesë tjetër për miratimin e qelizave të karburantit në formën e kërkesës së saj që gjithçka duhet të funksionojë me lëndë djegëse "logjistike". Qelizat e karburantit mund të punojnë me naftë ose vajguri, por ato së pari duhet të modifikohen për të nxjerrë hidrogjenin që u nevojitet. Ky proces kërkon pajisje komplekse dhe të mëdha, që ndikojnë në madhësinë, peshën, koston, kompleksitetin dhe efikasitetin e sistemit të përgjithshëm.
Një tjetër kufizim i qelizave të karburantit kur veprojnë si lëvizës kryesor i një automjeti ushtarak është fakti se ato performojnë më së miri në cilësimet e fuqisë konstante dhe nuk mund t'i përgjigjen shpejt ndryshimeve të kërkuara. Kjo do të thotë që ato duhet të plotësohen me bateri dhe / ose superkapensatorë dhe pajisje elektronike të rregullimit të energjisë për të përmbushur ngarkesat maksimale të energjisë.
Në fushën e "superkapacitorëve", kompania estoneze Skeleton Industries ka zhvilluar një linjë super-kondensatorësh të teknologjisë SkelCap që janë pesë herë më të fuqishëm për litër vëllim ose më shumë se katër herë më të fuqishëm për kilogram sesa bateritë ushtarake premium Me Në praktikë, kjo do të thotë 60 për qind më shumë fuqi dhe katër herë më shumë se rryma në krahasim me bateritë më të mira ushtarake. "Superkapacitorët" e SkelCap ofrojnë një shpërthim të menjëhershëm të fuqisë dhe përdoren për një larmi të gjerë aplikimesh, nga kontrolli i zjarrit tek tanket me frëngji. Si pjesë e grupit të Kombeve të Armatosura të Bashkuara (UAI), SkelCap përmbush porosi të ndryshme të specializuara, si dhe programe të zgjeruara përmes grupit UAI me seli në Talin.
Superkapacitore nga Skeleton Industries
Sidoqoftë, kjo nuk do të thotë që qelizat e karburantit nuk do të gjejnë vend në automjetet ushtarake hibride dhe elektrike. Aplikimi më premtues i menjëhershëm janë njësitë ndihmëse të energjisë (APU) në automjete që kryejnë detyra mbikëqyrjeje të heshtura të tipit ISTAR (mbledhja e informacionit, përcaktimi i objektivit dhe zbulimi)."Në modalitetin e vëzhgimit të heshtur, motorët e automjeteve nuk duhet të punojnë dhe bateritë vetëm nuk mund të japin fuqi të mjaftueshme për operacione afatgjata," thotë Qendra Kërkimore Inxhinierike e Ushtrisë Amerikane, e cila po udhëheq zhvillimin e gjeneratorëve të qelizave të karburantit të oksidit të ngurtë dhe APU-ve që mund të veprojë. në lëndët djegëse ushtarake, naftë dhe vajguri.
Kjo organizatë është duke u përqëndruar aktualisht në sisteme deri në 10 kW me theks në integrimin e plotë të sistemeve të karburantit me nevojat e funksionimit të një kompleti të qelizave të karburantit. Detyrat që duhet të adresohen në hartimin e sistemeve praktike përfshijnë kontrollin e avullimit dhe ndotjes, veçanërisht kontrollin e squfurit përmes desulfurizimit (desulfurizim) dhe përdorimin e materialeve rezistente ndaj squfurit, si dhe shmangien e formimit të depozitave të karbonit në sistem Me
Makinat elektrike hibride kanë shumë për të ofruar për automjetet ushtarake, por do të kalojë ca kohë para se përfitimet e kësaj teknologjie të bëhen të prekshme.
