文|诤闻军事
现代战斗车辆在战场上担负着情报侦察、指挥控制、火力突击、火力支援、野战防空、战场保障等多种任务，随着电驱动系统、战场射频传感器系统、新概念武器系统以及电磁综合防护系统等在现代战斗车辆上的广泛应用，车辆呈现出全电化的发展趋势，车辆上大功率任务负载的能量需求呈几何级数增加，如何高度可靠性的确保战斗车辆能量保障和能量体系的有效运行，是现代战斗车辆面临的新课题；同时在现代战争中，在战场上保持战斗车辆持续作战能力，有效地提髙作战平台的能源利用效率，降低对一次能源的依赖，减小战斗车辆能源保障的战场规模，也是战斗车辆能量体系设计面临着新的挑战，综合上述两方面的需求，新一代战斗车辆的设计需要一种全新型的能量体系，综合集成能量供给、存储、分配、回收、变换、交换、通信、监控和管理等功能，为战斗车辆的运行提供一个可靠的、髙效的、节能的、安全的能量环境。
在1997年美军启动的混合动力战斗系统计划（CHPS）项目中，开发和试验了一种全尺寸、整备质量为15t的混合动力系统概念车，车辆选用6X6底盘，采用串联混合驱动，应用了3台牵引电机分别驱动底盘3组驱动桥上的2个对称驱动轮；研制了一体式柴油涡轮发电机作为主能源，辅助动力单元采用1台MW级的飞轮作为储能、负载调整和脉冲功率源。
50kWh的锂离子电池包用于静音行使和机动；采用直流母线将能量传输到电机的高功率密度开关驱动变换器，变换器采用了IGBT器件，额定功率100kW、峰值功率300kWO该项目的能量体系综合集成髙功率密度的发电单元、高比功率密度的储能单元、能量变换单元以及能量控制与分配单元等功能要素，体现了现代战斗车辆的能量体系架构的新概念。在现代战斗车辆中，随着大功率脉冲负载、电驱电机等新型能量负载的增大，对战斗车辆的能量需求呈现出新的发展趋势：首先是现代战斗车辆的能量需求巨大，由传统的百千瓦级向兆瓦级方向发展。其次是战斗车辆的任务载荷对能量制式需求多样化，包括了直流、交流以及脉冲等多种形式。
第三是在作战过程中为了满足大功率负荷上的能量峰峰需求，需要应用智能电池、飞轮、超级电容等新型储能技术，以可靠地确保大功率任务载荷的能量供给和平衡。第四是为了提高能量使用效率，需要高效能的燃油能量转换动力单元，同时还需要解决能量回馈问题，有效地吸收制动能量。第五是为了提高能量体系的管理效率和提髙能量保障的高可靠性，需要建立应用的能量体系拓朴结构和智能化的能量管理模式。第六是为了增强关键性能量负载的能量确保和整个能量体系的安全问题，需要实时监测车辆能量体系的健康状态。
现代战斗车辆由于任务载荷不同和技术体系的差异，不同任务类型的战斗车辆采用了不同的供电制式，车载能量动力单元供电通常分为3种模式：①主发动机供电；②辅助动力单元（APU）供电；③主、辅机联合供电。大功率的主、辅机的原动力采用柴油机或燃汽轮机。
传统的防空导弹发射车和自行防空髙炮战车能量动力单元多数采用主、辅机联合供电模式，主发动供电制式为DC28V低电压供电系统，辅助动力单元为大功率三相交流200V400Hz中频和三相交流380V50Hz工频供电制式；新型的地面主战车辆采用双直流供电I制式：低压DC28V（或DC42V）和髙压DC270〜1200V。
现代战斗车辆的能量供电体制将逐步向双直流供电制式方向发展，向高电压方向发展，其中低压电压为DC42VC兼容DC28V，高压直流电压等级由传统的DC270V向DC600V或更高的电压等级方向发展。战斗车辆中的脉冲功率能量制式是一种特殊的交流制式能量制式，通常由直流制式的能量形式变换而成。低电压供电系统采用42V直流系统是为了更好地与未来民用汽车电器供电系统兼容，使用更多的民用或商用加固型车辆电子货架产品，降低装备的用户拥有费用。
传统的战斗车辆能量的分配采用配电板方式，这种方式的电气逻辑结构简单，这种能量分配模式存在以下几个方面的问题：①乘员对能量分配缺乏有效的能量管理手段，难以有效的调和大功率负载能量需求与能量供给之间的矛盾，来提高整车能量的使用效率；②对关键性任务负载缺乏高可靠的能量保障，来满足整个车辆能量供给的安全性、可靠性的要求；③不能为驾驶员和子系统提供了电气负载的能量控制、监控和保护能力，当子系统负载发生故障时，不易在线电气隔离；④不支持降级使用。
在现代战斗车辆中，随着需要提供能量安全保障的关键性任务载荷以及大功率电力负载增多，对车辆能量管理、分配的权力非常重要，有效的能量管理能够确保战斗车辆能量供给满足作战任务剖面上的所有业务情景，需要智能化平台提供能量管理功能。为乘员提供最多的能量产生以及能量存储等状态信息，乘员有能力通过乘员站控制战斗车辆上的任何子系统的能量供给，这就需要一种新的能量分配与控制模式，使能量体系具有隔离故障、提供不间断电源、配电支持能量高峰的要求、提高能量使用效率、降低燃料消耗、优化电力驱动能力。
战斗车辆能量配电拓朴结构可概括为3种：①环形配电结构；②双电源冗余配电结构；③主从能量配电单元结构。对战斗车辆上的能量负载按照功能进行分类管理，主要功率支路包括：①计算平台；②机动性；③C4ISR；④武器系统（提供新概念武器所需的脉冲功率）；⑤综合防护系统（提供电磁装甲等）。
由于全电车辆的能量补充使用的是战场上的二次能源，即战场的微电网和智能电网中的电能，存在着车辆平台与战场能量保障系统的能量交换问题，车辆平台不仅是能量消耗的平台，还是战场能量保障系统的能量存储平台，在非作战状态时向战场能量保障系统回馈能量，成为战场微电网和智能电网中的一个能量保障节点。
战斗车辆与战场能量保障系统（微电网和智能电网）的能量交换接口有两种方式，即有线能量传输接口和无线能量传输接口，其中无线能量传输技术可以较好地解决特殊工况（如水下环境）和特殊气候条件下（如雨天条件）能量的持续交换问题。
在我军战斗车辆的能量体系国产化过程中，还需要从以下几个方面加以解决：
强化军方的需求牵引，以确保战场能源持续保障为嵌入点，以提高各类作战平台的能源利用效率、降低一次能源战场保障规模为目标，深入研究战斗车辆车内微电网相关技术，并实现能量体系的智能化。
建立战斗车辆能量体系的国内军用技术标准，解决跨作战体系内各类平台能量体系的通用性问题，其中包括涉及硬件（包括通用处理器、数据处理器、网络接口芯片、总线控制器芯片、大功率能量变换器件等）、软件（操作系统、中间件技术等）以及仿真和开发环境。
解决战斗车辆能量体系中的关键技术与国产自主化问题，重点突破高度集成的高能量密度的一体化发电单元（如燃汽轮机起动发电一体机、柴（汽）油机起动发电一体机）；高比密度和高比功率轮边电机和轮毂电机系列化的设计与开发；加大大容量、高能量密度的能量存储设备（如高比密度电池、飞轮等）的设计与开发；大容量功率器件的国产化；开发具有自主知识产权的电力电子模块（PEBB），突破工艺封装技术，解决跨作战平台和跨体系系列化、标准化和通用化问题，降低装备寿命周期费用。
解决能量体系的智能化管理问题，并实现能量供给、存储、分配、回收、变换、交换、通信、健康管理等功能的综合集成；解决全车能量体系的电磁兼容性。
研究未来战场的对全电作战平台的能量保障问题，加速推广无线能量传输（WTP）技术的应用，特别是具有广泛应用前景的磁共振式无线能量传输技术；研究新能源技术（风能、太阳能、生物技能、海洋潮汐能等）、智能电网和微电网在未来战场能量与能源保障系统上的应用。
战斗车辆能量体系能够满足新一代战斗车辆全电化、多任务负载的能量需求，将提高能量保障的可靠性、安全性；采用开放式的体系结构和商业货架产品，提高了各种战斗车辆能量管理体系结构中硬件与软件的通用性、互操作性和标准化水平，具有跨地面作战系统所有有人与无人作战平台的能力，降低战斗车辆的寿命周期费用；战斗车辆能量保障采用智能化的手段，提高能量利用效率，有效地减小战场一次能源保障的需求，对提高整个联合作战部队的持续作战能力具有现实意义。
