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美軍欲換裝電動悍馬,會遇到怎樣的問題?
送交者: 三把刀 2021年07月13日17:58:58 於 [軍事天地] 發送悄悄話

  628日,我們曾在《校場》欄目發表了一篇怒斥美國軍隊破壞環境的文章。文章發出不久後,美軍這支世界上碳排放量最大的軍隊居然真的開始認真的思考保護環境的問題了。712日,有美國媒體發文稱美軍正在考慮引入純電動汽車,替換原來使用JP8燃料的軍用車輛。雖然我們知道,美軍肯定不是因為看了我們的文章,有所觸動才做出這種選擇。但看到美軍的這一改變,我們還是由衷的覺得非常開心,畢竟知錯就改那就是好同志。

   

  據這篇文章所說,美國汽車巨頭通用汽車公司旗下的通用汽車防務公司正在密歇根州的米爾福德試驗場測試純電動的HUMVEE EV(以下簡稱悍馬EV,與現在的AM General公司的悍馬並不是一回事)。該車配備了容量為200千瓦時的鋰離子電池,擁有3個驅動單元,最大可輸出1000匹馬力功率(當然一般用不到)。文章聲稱,美軍瞄準新能源領域由來已久,不過此前美軍更傾向於使用油電混動汽車替換現在的燃油汽車。而近年來,隨着純電動汽車的飛速發展,美軍已經將目標轉變為在未來使用純電動汽車替換現有的燃油汽車。

   

  由於純電動汽車存在的種種缺陷,很長一段時間裡,電動汽車都更像是搖不到油車牌號的人或者害怕限行的人的無奈之選。相比於傳統油車,電車最大的問題在於續航。而續航差距的背後,是化石燃料與電池的能量密度差距。汽油的能量密度約為12~17MJ/kg,而車用鋰離子電池的能量密度約為300Wh/kg,換算成焦耳大約為1.08MJ/kg。即使汽油機的能量轉化效率只有30%~40%,而電動汽車的能量轉化效率可以接近60%。兩者在攜帶相同質量燃料/電池的情況下,油車的續航力仍是電車的數倍。

   

  除了燃料能量密度的差距外,兩者的能量補充形式也進一步拉大了兩者續航力的差距:油車只要在沒油之前開到加油站,加滿油就又可以狂奔幾百公里。而電車不存在油箱、液體燃油,加油站這些便利的能量補充手段。電動車的電池陣列一般是內嵌安裝在汽車底部的,且其體積十分巨大。這意味着電車很難在短時間內更換電池。

   

  因此,想要給電車補充能量,只能去充電。充電一般有快慢充之分,家用慢充一般需要幾個小時的時間才能充滿一輛車。而比較好的公用快充設備,如國家電網建設的直流充電樁,其充電功率可以達到37.5kW。對於近來惡評如潮的某品牌某3系車的75kW·h電池來說,兩個小時就基本能充滿。然而對於有長途需求的車主來說,在高速服務區苦等兩個小時就為了給車充個電,似乎還是很難接受的。

   

  對於普通用戶尚且如此,對車輛的續航力有近乎苛刻要求的軍隊就更不用說了。畢竟不可能打着打着仗,給對面發一個消息:我們的車都沒電了,要不咱先停火兩個小時,充充電?然後對面更是慷慨地表示:嗨呀,那不正好?我們也沒電了。為了保證在沒有加油站的地方也不會因為缺油而拋錨,各大國軍隊都建立了自己的戰場燃料保障機制。最簡單的比如蘇聯坦克和英國坦克背後的兩個大油桶,高級一點的有美軍裝甲集群後面跟着的一眼望不到邊的HEMTT燃油保障車,再牛一點的還有在戰場上布置的長達幾十上百公里的輸油管線。

   

  雖然原則上,純電車隊的電能保障也可以通過在重型卡車的基礎上改裝充電車等方式解決。但受限於目前鋰離子電池的能量密度,類似手段的補給效率會比現在低得多。舉例而言,美軍M978 HEMTT重型卡車可以攜帶9500JP8燃料,而一輛軍用悍馬越野車的油箱容積僅為95升。即一輛M978就可以100輛次軍用悍馬加滿油。

   

  考慮到貨運型HEMTT的最大載重為9.1噸,如果將其全部替換為鋰離子電池組,其最多可以攜帶2730千瓦時的電力(實際上是不可能的,因為還要額外攜帶充電設備)。僅能為悍馬EV充電13.6輛次。兩者差距之大可見一斑。此外,M978為一輛悍馬加滿油的時間最多不超過3分鐘,而悍馬EV每充10分鐘電僅能續航90分鐘。想要將傳統的伴隨保障系統直接遷移到電動車隊上,恐怕還有相當長的路要走。

   

  另一個比較諧星的方法是在電動汽車後面以鉸接的方式拖拽拖車,用拖車為汽車充電。這種方式類似於二戰時期英國人使用的丘吉爾鱷式噴火坦克。由於噴火器的燃料消耗量十分恐怖,而丘吉爾坦克的油箱容積有隻有567升。如果使用車載燃料為噴火器提供彈藥,可能噴幾下坦克就開不動了。所以英國人選擇在丘吉爾坦克後面鉸接了一輛六噸半重的裝甲拖車,這輛拖車可以攜帶1800升燃料,供噴火器使用100秒。現代全電軍用汽車自然也可以通過加掛拖車的方式增加續航力。但問題在於,拖車如果拖的還是電池,其能夠為汽車提供的續航增益也十分有限,更不用說其還會增大後勤壓力(畢竟拖車也要充電)。因此,最具效率的方式其實是拖車裡面裝化石燃料,然後通過燃油發電機發電為電車充電。但這好像又與使用電車的初衷相悖。

   

  除了續航問題之外,電動車相比油車還有各種各樣的“小毛病”,其中最大的問題是電車對於冷熱天候的適應性非常差。在溫度變低時,鋰離子電池電解液粘度增大甚至部分凝固。這會導致鋰離子電池的導電率下降,並進而大幅降低車輛的續航里程。而在高溫環境下,鋰離子電池則可能在充放電的過程中自燃甚至爆炸。這對於經常要在惡劣氣候條件下作戰的軍隊來說,並不是一件容易接受的事。

   

  相比於以上這些問題,我們日常家用電動車的一些“小毛病”便都不再是“毛病”。比如被很多人詬病的剎車失靈、自動駕駛失靈、控制系統失靈等。這些“毛病”其實大多是技術的飛速發展帶來的陣痛。比如電車的剎車系統大部分都是電控的,類似於空調的遙控器,我們按按鍵只是給空調一個指令,具體怎麼執行這個指令其實是空調自己說了算。而傳統油車的剎車系統則要簡單粗暴地多,更加類似於電燈開關,你踩剎車踏板我就讓發動機給用來剎車的真空泵抽氣,這邊一抽,那邊立馬就把剎車盤夾緊了。

   

  前段時間某車型出現的下雨天車窗控制系統失靈,導致車窗在暴雨中上上下下反覆橫跳也是一個道理。傳統油車的電動車窗是人按下控制按鈕,車窗馬達就轉。而電動車因為電控系統太多,往往會選擇建立一個非常複雜的電控系統。開關一個車窗背後,可能需要走好幾個控制器。而系統越簡單,其可靠性就越高;系統越複雜其可靠性就越低。而解決這個問題的方法也很簡單——新技術一時半會還不可靠,那就先用舊技術頂着唄。自動駕駛不可靠就不用自動駕駛,複雜的車輛控制系統不可靠就先用回簡單的。不僅更可靠,甚至可能更便宜。

   

  然而,說了這麼多電動汽車的不足,我們依舊無法否認,電動汽車才代表了未來——畢竟化石燃料總有一天會燒完,而只要太陽還在、愛因斯坦的質能方程還有用,電力就是用不完的。歷史上,軍事需求曾推動了人類在航天、網絡等方面的重大進步,而如今美國陸軍下場電動汽車領域也勢必會帶動整個行業的發展。如果汽車廠商在軍隊的投資和需求下解決了電池能量密度的問題,充電效率的問題和電車在惡劣工況下的可靠性問題,最終也將造福我們這些開車就是為了去買個菜的吃瓜群眾。


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