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宋楠:再谈日本陆海军新能源技术军用化


Tags:原创首发    发布时间:2017-03-29 13:53

2017年3月早些时候,多家中国军事媒体“不约而同”放出,日本陆军最新“19式”8轮步兵战车测试车的介绍稿件。这款作为“96式”轮式装甲车的替代用车,或将2019年完成测试并成为日本陆军2020年制式装备。

2017年2月晚些时候,中国多家网媒“遮遮掩掩”的放出,日本海军最新“苍龙”级潜艇最新一艘“赤龙”号服役。日海军最新一艘“赤龙”号潜艇,与已经服役的4艘、在建的3艘“苍龙”级潜艇一样,搭载了全新的AIP(不依赖空气、油电混合)动力总成驱动。至此,日本海军的AIP潜艇数量将从16艘扩充至22艘。

然而,日本海军在追求潜艇行驶静音、不依赖空气水下航行机动性和隐蔽性道路上,“越走越远,也越走越好”了。

笔者综合最近3年日本国内公开信息、日本防卫所(偏重技术)以及日本国防部(偏重策略)综合研判,2021年之后将会有一艘接替“苍龙”级AIP潜艇的技术验证实体舾装。而这一艘“技术验证用”潜艇,最显著的改进内容包括:一体式光电桅杆、远距离水下通信终端、360度全向被动声呐以及包括制造、储存一体化的双氢燃料电池推进组件。

1、小资的日本海军潜艇的“氢电混动”技术应用:

2013年,国内有媒体透露丰田和松下共同制造的舰艇用燃料电池动力总成,完成了台架试验,并开始全寿命期测试。而2021年由日本防卫所牵头,丰田、松下、富士重工、川崎、三菱和日产等会社,将为这艘“技术验证”用测试潜艇提供,4组燃料电池电堆、燃料电池组件、驱动电机、减速器、降噪隔震橡胶阀体。为了提升燃料电池产生能量的利用率,将会与燃料电池堆提关联一组松下制造的“三元锂”电池组件(用于储能、放电)。

由此可见,日本海军潜艇舰队,将从第二代AIP潜艇、“断代”式迈入燃料电池+三元锂电池全新的“氢电混动”驱动潜艇应用的状态。

需要注意的是,日本丰田系燃料电池技术研发始于20年前。至2010年开始进行类商业化运营测试。2015年,在全球范围内发售首款燃料电池汽车FCV。而燃料电池技术的军用化则在1980年代早期开始。经过30年军事应用堆积,和商业应用的验证,丰田(松下、三菱以及富士重工)燃料电池+驱动电机+锂电池+隔音降噪“氢电混动”技术军用化或接近量产状态。

1990年代,日本海军“亲超”级潜艇使用柴油机+蓄电池构成的传统柴电推进技术。2010年代,日本海军“苍龙”级潜艇使用AIP不依赖空气动力总成推进。2020年代,日本海军最新潜艇将由“氢电混合”驱动组件构成。由此可见,日本海军潜艇以及舰艇部队的推进技术始终在成熟的发展中进化。

2、日本陆军马鹿载具使用的油电混动技术再退化:

就在由小松制作所牵头、三菱和东芝等会社合作制造的“19式”8轮装甲车开始技术验证消息发出。笔者注意到,这款采用全新悬架、与“10式”主战坦克共用发动机的车型,并研发了搭载2种技术状态“油电混合”验证载具。

在2013年,笔者撰写了《红色警戒:日本混动6轮105突击炮》一文。经笔者重组琐碎情报后返现,受制于6x6驱动结构引发的轴荷与整车空间局限性,由小松制作所、丰田、三菱、日产和尼康联合制造的“混动6轮105突击炮”不能达到预设的相关技术性能。这款“油电混动105突击炮”由增程式油电混合动力源+6只轮边电机构成+“三元锂”动力电池构成。由于空间的局限性,由松下和三洋联合提供的能量密度接近300Wh/kg的“三元锂”电池的水能散热组件,几乎填满载员舱全部空间。技术验证用的“混动6轮105突击炮”载具并不具备实战应用的可能。

2016年,笔者撰写了《评:日本军队油电混动技术装备最新动态》一文。日本防卫厅继续对“混动6轮105突击炮”进行验证和技术提升同时,“油电混合驱动履带式载具”已经完成了3000公里实际道路测试。

“油电混合驱动履带式载具”为了应对超过接近8吨的自重,不得不搭载电解液、电极板以及封装级别都有了极大的提升、且能量密度达到380Wh/kg特制“三元锂”动力电池组件,和庞大的散热冷却系统。作为技术验证可以,但是和“混动6轮105突击炮”载具一样,不具备实际作战的可能。

相对2013年开始技术验证的“油电混动105突击炮”,搭载的柴油机+发电机+电池组件+6只轮边电机的增程式油电混动技术架构不同的是,2016年展示的“油电混合驱动履带式载具”使用的是简化结构的柴油机+发电机+电池组件+2只轮边电机的增程式油电混合驱动总成。

而2017年3月“规模”亮相的“19式”8轮步兵战车测试车新能源验证技术改型车,则直接引入类似丰田“插电式普锐斯”油电混合动力总成。

第1种技术状态的混动版“19式”8轮步兵战车测试车,悬架和传动组件完全没有变化,只不过更换了一组“油电混合”动力总成。“19式”8轮步兵战车测试车为8x8驱动,使用双A型下摆臂+断开式驱动桥+轮边减速结构。

第2种技术状态的混动版“19式”8轮步兵战车测试车,由1台柴油机+4套三元锂动力电池组件+2套轴间驱动电机构成。

第1种技术状态的“19式”8轮步兵战车测试车,在驱动结构较第2种技术状态的测试车更简单、技术更成熟、动力电池散热组件体积小、散热介质储量更少,但是纯电驱动里程不足40公里的最大不足,引发日本陆军的高层的不满。

第2种技术状态的“19式”8轮步兵战车测试车,虽然还是使用增程式驱动总成,但是4套轴间电机的引入,在不修改原型车车体和驱动架构同时,通过性能有了很大的提升。然而整车自重的提升和动力电池散热组件的加强,并未对整体性能造成不可预估的负面效应。

从2000年代,日本陆军的装备的武器,都有着显著技术特征。三菱“73式”轻卡车(新款)、五十铃“73式”中型卡车、丰田“疾风”高机动车、以及小松(制作所)“87式”轮式侦察车族、“96式”8轮装甲车、“16式”轮式突击炮、三菱“90式”主战坦克、“10式”主战坦克等装甲技术装备,虽然装备数量少,但是在作战性能符合时代特征并具备相当强烈的技术领先性。

至2010年代,日本三菱、丰田、日产等汽车制造厂纷纷推出电动汽车、油电混动汽车。尤其是三菱帕杰罗混动版的技术总成,更成为日本陆军“油电混动105突击炮”、“油电混合驱动履带式载具”、2种状态的混动版“19式”8轮步兵战车测试车的动力基础。

有证据表明,日本陆军更青睐采用搭载技术相对落后的类“插电式普锐斯”驱动结构,第1种技术状态的“19式”8轮步兵战车测试车。鉴于2012年-2017年,日本陆军新能源技术装车实际状态,却在小幅退步中持续革新。

笔者有话说:

在全球范围内,新能源民用技术发展最宽泛的市场以日本首当其冲、美国并驾齐驱,中国则大有后来者居上之势。

在全球范围内,新能源技术军用化发展最迅速、应用最彻底的军队,当属日本海陆军。日本海军或将最先打造成一只“氢电混动”潜艇部队以及舰艇部队。日本陆军或率先批量更新搭载“油电混动”轮式和履带技术兵器。

很明显,没有前20甚至30年的新能源技术积累,丰田普锐斯系列乘用车、三菱帕杰罗混动越野车等“油电混动”技术的市场应用;丰田FCV燃料电池汽车的商业化应用、日产凌风的全球范围量产,恐怕日本海陆军新能源技术研发、测试和量产的步伐或先后推迟3-5年。

笔者研判,日本海军即将研发制造的“氢电混动”潜艇意味着,燃料电池技术的电堆总成、制氢技术、存储技术以及与锂电池组件储能系统的联合运作策略日渐成熟。日军陆军测试的几款履带式、轮式“油电混动”载具使用的轮边电机、轴间电机、不同级别的动力电池和散热解决方案,在大量借鉴三菱帕杰罗系混动技术前提下,已经达到了军事化应用的标准。

笔者不得不佩服,日本在传统动力、新能源技术分系统硬件和控制策略软件的前瞻性和丰富的储备。

备注:

现在,上汽通用旗下的“VELITE 5 油电混动汽车”或将于2017年上海车展上市、一汽丰田“插电式卡罗拉”即将与2018年上市、本田也即将在华生产“插电式雅阁、插电式思域”。至2020年,在中国市场存在的所有合资品牌都将推出成熟且售价适当的电动或混动汽车。

在过去的3年,中国品牌生产的电动或混动汽车,虽然有巨额补贴和牌照政策支持,使得新能源市场繁荣无限。但不能排除,自主品牌在核心技术积累与整车制造的可靠性的不足。

笔者也欣慰的看到,比亚迪系电动和混动汽车技术突出、上汽荣威系混动技术的精益求精、北汽新能源系电动汽车品质的提升,以及北汽福田打造的全球第一支大规模商业化应用的燃料电池大巴公交车队,和沿海地区氢燃料制造、运输、存储和加注全套解决方案的实施。