从美军电动步兵班车辆(E-ISV)项目研判民用扁线电机军用化

2020年早些时候,美国陆军开启的“2022年远征战士实验”(AEWE)架构下,开启电动步兵班车辆(E-ISV)子项目。由美国通用汽车防务公司主导的电动步兵班车辆(E-ISV)的项目,基于步兵班组车辆(ISV)计划,并“借用”雪佛兰BOLT电动汽车的扁线电机、三元锂电池系统及热管理控制策略,进行了较大幅度电动化升级而来。

但是!经过一系列测试后,发现多台步兵班组车辆(ISV)车型虽然保持极高的机动性,但是源自动力系统过热、转向失灵引发的一系列可靠性问题不能得到解决。甚至一台用于可靠性测试步兵班组车辆(ISV),在复杂地形上行驶了约6100千米,就发生多次故障。

需要注意的是(1),步兵班组车辆(ISV)车型使用90%零件,与雪佛兰科罗拉多ZR2皮卡通用而采用商用标准。换句话说,继承了美系皮卡动力充沛优势同时,可靠性较低的不足,也出现在步兵班组车辆(ISV)项目中。

作为兵班组车辆(ISV)项目的子系统的电动步兵班车辆(E-ISV)项目,保留柴油机同时进行较大程度电动化改进。在继续强调高可靠性为前提,用电来解决动力系统过热、转向失灵等严重问题时,依然保持较高的机动性和最大续航里程等核心技术需求。

红色区域:保留的纵置柴油发动机

黄色区域:1组采用扁线绕组技术的发电机与柴油发动机刚性连接

绿色区域:前转向驱动桥差速器被1台轴间电机替代(同样应用扁线绕组技术)

蓝色区域:后驱动桥差速器被1台轴间电机替代(通用应用扁线绕组技术)

纵置柴油发动机输出动力至发电机,将发电机转化的电量,或输出至后驱动电机、或同时输出至前后驱动电机、或将全部电量存贮至动力电池、或“行车发电”模式部分电量用于驱动部分电量用于存储。

上图为电动步兵班车辆(E-ISV)测试样车,处于2驱-后轮驱动状态。将增程式油电混合驱动(REEV)架构,应用在以高机动性为设计牵引重点的轮式装备,已经被美国陆军以及“四等人”的陆战队所接纳。

红色箭头:前转向驱动桥差速器处于未锁定状态

蓝色箭头:后驱动桥差速器处于未锁定状态

虽然没有设定4组轮边电机将通过性提高到相当程度,不过2组轴间电机的应用对现有车桥的改动最少。用电来控制2驱/4驱状态,完全去掉了复杂的分动器和传动轴。电四驱系统的轴间扭矩分配策略完全不用考虑传统四驱系统的磨损。

需要注意的是(2),美军电动步兵班车辆(E-ISV)项目的电驱动系统,直接选用雪佛兰BOLT电动汽车的147千瓦扁线电机、装载电量60度电的三元锂电池系统(更换新状态的软包电芯)以及独特的液态动力电池热管理控制策略。为了满足车端对外发电以及后期安装更加丰富的电子侦查和火力打击上装模块,美军电动步兵班车辆(E-ISV)特别将动力电池电压平台设定在400伏!

在过去5年,雪佛兰BOLT电动汽车已经进化了3代,总共售出超10万台。这就意味着,销售区域覆盖了美洲和欧洲的BOLT电动汽车在较短时间内的综合可靠性得到了终端市场的验证。不断进化的BOLT电动汽车应用的扁线绕组电驱动系统,无论体积密度还是用于散热的能量消耗,都是同级别车型中相当出色。

需要注意的是(3),在2020年晚些时候,雪佛兰BOLT电动汽车以别克微蓝7的身份,并由上海通用大规模量产并销售。从整车技术状态看,微蓝7的基于扁线绕组的电驱动及油冷散热技术、软包封装的动力电池以及液冷热管理控制策略,在雪佛兰BOLT基础上还有所升级。

通用取以往历代电驱系统研发经验,让新的电驱动模块采用了冷却效率更高、轻量化效率更好的油冷式主动散热系统。润滑油直接冷却集成化的电机和减速器的方式,在中国市场量产众多新能源车型十分少见。油冷式主动散热系统不仅能避免与OBC(车载充电机)、DC/DC(电压转换)和SPI(电驱动控制)共用的冷却液为“冷量”传递载体循环系统重复设计,还能让电机与减速器能够获得更好的润滑+冷却效果,保持高负载全功率输出过程中温度处于更稳定状态。

实际上,微蓝7或者BOLT电动汽车所应用的“1槽6线”扁线绕组驱动电机,将转速设定在8800转/分并与减速器配置了一体化油冷散热系统,为的是保证整车持续高负载动力输出时动力系统的散热效率适中处于预设状态。为了进一步强化整车电驱动系统可靠性,甚至将扁线电驱动系统内携带热量的冷却液与整车电控系统循环管路关联,建设二次主动散热系统。

将高性能扁线电驱动系统与成熟的整车电控和热管理控制策略结合的BOLT电动汽车,已经在全球范围不同使用环境的终端市场得到全面检验。

将在BOLT电动汽车上进行了验证的兼顾发电和驱动的扁线电机,集成在增程式油电混合驱动(REEV)系统,直接解决了电动步兵班车辆”(E-ISV)在长距离全负载动力输出时动力系统过热的缺陷,并将机动性进行了全面强化。

显然,美军电动步兵班车辆(E-ISV)项目,就是新能源民用技术军用化最出类拔萃的典范:绕过了重新研发电驱动系统、动力电池以及全部散热系统,用于军用装备所面临的的高风险、高成本和长周期的问题。

2021年晚些时候,美军制定了一套完整的未来轻型(2.2-2.5吨)、中型(2.5-10吨)和重型(10吨以上)轮式装备发展计划。在这份轮式装备计划中,几乎全部车型都采用增程式油电混合驱动(REEV)、全电驱动(EV)以及燃料电池驱动系统。

在这项计划中,美军特别提出通过成熟的电动化分系统,并强调采用增程式油电混合驱动(REEV)的轮式装备最大单程续航里程;全功率输出载荷、整车自身耗电量以及集成多种上装模块的耗电量等具体要求。

这也是最近2年,美军明确提出未来多种载荷轮式装备电动化技术路线。然而,参考美国及欧洲现有新能源产业链以及孱弱的大规模量产能力,就必须走新能源民用技术军用化的策略。

实际上,美军的这种新能源电驱动、动力电池以及多种分系统的电控系统在民用市场应用后(可靠性方面的验证),整体或部分转为军用化的策略值得重点关注。

最为关键的是,当下中国拥有的了全球最为齐全且全部自主化的新能源全产业链。新能源技术民用化-军用化-民用化多维度转换的条件是完全具备的。

就在2022年早些时候,来自中国本土的某家研发、试制、量产多种扁线绕组技术的电机(驱动电机、发电机)在完成了前期的积累,全速向特种装备领域发展。

将基于多种400伏\600\800伏扁线绕组技术应用在ISG电机(旨在强化PHEV\REEV类装备为上装模块提供更大发电功率)和轴间驱动电机(EV\REEV类装备,降低占用底盘空间、降低自重、强化功率),满足全电驱动的微型、轻型、重型和重型有\无人驾驶\作战的轮履装备的需求。

而这家扁线电机厂商在已经在消费级市场(共享电动车)、工业车辆(电动叉车)、民用市场(驱动电机)以及特种装备领域获得独一无二的优势及市占率。

在2021年珠海航展期间,这家扁线电机厂商携带主流“1槽4\6\8\10线”扁线电机(可用于驱动、发电以及驱动兼顾发电),定子平台系列包括155mm、180mm、220mm、340mm、365mm、445mm、500mm;驱动/发电功率覆盖50-350千瓦,可以完全满足轻中重型高机动轮式装备、中型履带装甲技术装备,换装增程式油电混合驱动系统以及为专用上装模块发电需求!

备注:目前民车市场EV车型应用“1槽10线”扁线电驱动系统,为行业的技术天花板;而特种车辆所适用的“1槽10线”扁线启发电系统,则是靠前端的技术状态

需要特别注意的是!

这家扁线电机厂商已经完整的为民用市场(XX家中国本土整车厂商与合资车厂)提供,400\750伏电压平台、最高转速18000转/分、液\油冷散热伺服的扁线电驱动系统。

而600伏的小型扁线电机,则是针对多种载荷的无人机打造。基于扁线绕组技术所具备的更好绝缘性、更小的体积和自重,旨在提升有效半径同时,拥有更大载荷。

而800伏甚至更高的中大型扁线电机,则是针对更大尺寸的中重型轮履装备打造。独特的800伏电压平台的扁线绕组电机,与同样采用800伏电压的其他高压用电系统整合,用于增程式油电混合方案旨在提升作全负载战半径,并满足多种上装模块的大负荷用电需求。

我们的征途是星辰大海:

曾几何时,我军重要陆海空天装备或多或少可以在苏俄\美国、欧洲甚至日军装备中找到一些相似之处。

由于在传统动力、多种变速器、机械或电控4\6\8\10\12\16驱动系统的研发、制造的能力事实上已经赶不上欧美日等传统汽车大国(公司)。这也导致了在我军事装备在设计、研发和制造层面,都要考虑到动力与传动系统的性能,是否与装备技术匹配、是否能够达成所赋予的战术等重要因素

没错!自2014年中国新能源全产业链飞速发展至今,太多电机厂商、电池厂商、电控以及材料工艺厂商共同努力。使得中国新能源市场无论研发潜力、规模制造、整车产销,都完全超越欧美日市场。

换句话说,在中国市场可以轻松的找到适合的分系统,“攒”出1台电动汽车。在过去举办的多届“跨越险阻201X”地面无人装备挑战中,几乎一半轮履装备都是基于现有传统车辆换装EV\EREV动力系统改性而来。采用的包括扁线电机在内的三电系统也处于成本和周期要求,引入了民用产品。

经过商业化市场验证的民用车辆扁线电机、软包动力电池系统及控制策略,再加上成熟的商用柴油机,通过增加1组驱动电机和1组发电机,就达成了美军电动步兵班车辆(E-ISV)项目所预设的隐蔽高机动的战术需求。将成熟的民用电动化系统应用在军用装备研发(改型)举措(策略),值得严重关注!

新能源情报分析网评测组出品

评论列表

登录回复 登录 | 立即注册

回复

还可输入 800 字符