日本陆海军油电混动技术装备最新动态

本文为新能源情报分析网2016年晚些时候撰写并发布。

日本军队的防卫省技术研究本部是防卫省(实则国防部)的特殊机构,主要作用是用来完善日军各军兵种的现代化装备以及灵活的运用先进技术,随时产生新的构思等,真正做到“装备的创制”。成立于1952年8月的技术研究本部隶属于保安厅技术研究所,至2015年已经整整63周年。已经为日军各部队提供了无数的先进装备。

诸如:日本海军日向号航母、苍龙级搭载锂电池的油电混动潜艇、日军96式装甲车、13式轮式突击炮、日本空军正在研发状态的“心神”号隐身攻击机等旨在威胁我人民解放军多款技术装备。

本文将对日军油电混动技术以及智能控制(无人驾驶)等技术的研发与装备,进行全方面情报分析。

众所周知,日本在遭受美军两次核轰炸后无条件投降,第二次世界大战随即结束。但是美国出于本国利益并没有彻底解体日本,虽然只保留了少量日本军事力量,但是在随后的30年中,日军已经具备了极强的反潜、对海、对空作战的能力。从1990年代开始,日本丰田、东芝、日产等综合生产商开始对新能源技术进行研发。最终,丰田普锐斯混动汽车、东芝的电机以及松下的电池组件都成为市场极具话语权的精良产品。

在2015年早些时候,日本陆军推出了一款搭载一套柴油机+发电机+6只轮边电机+电池组件,构成的6轮油电混动突击炮概念车(设计阶段)。

实际上,日军混动突击炮的动力总成,属于增程式电动技术。由一台柴油机为发电机提驱动并产生电量,存储至电池并为6只轮边电机提供动力。在必要的时候可以以纯电模式行驶(柴油机停止工作)。当电池电量用完,柴油机启动为发电机提供释放电力的能量。这种设定,最大限度的减少了传统轮式装甲车标配且复杂的传动轴(根据驱动桥数量,传动轴数量可以多达10余条)、分动器、差速器等容易产生机械故障的沉重部件。用6只轮边电机靠电量推进,可以很容易在1-6条车轮之间进行无极驱动转换,甚至可以在不改变车头方向进行全速倒车、小半径转向等战术动作。

只有600mm直径的轮边电机在散热、轮下质量、信号输送等关键技术参数上,达到了技术研究本部要求的相关参数。这种驱动模式,其实就是增程式民用电动汽车加强、扩大版。

东芝提供的轮边电机、松下生产的锂动力电池、丰田的发电机并负责整套油电混动动力总成的集成与调试,最终整套装备由三菱或小松制作所完成总装。这种由日本知名汽车、光学、动力、钢材制造公司在日军技术研究本部负责下协同开发全新装备的模式,或将成为日后日本海陆空兵种装备研发终极状态。

2016年(准确的说是2015年11月),日本陆军最新开发的新能源技术,已经从之前的轮式装备辐射到更复杂的履带装备。

这台由日军73式履带装甲车改装(加长车身长度、增设一对负重轮,)搭载油电混动动力总成的试验车正式对外公布。这意味着日军从2010年开始逐步推进的“绿色、节能、环保”理念的军装研发指导思想,逐步转化为实际装备。这套油电混动履带式装甲验证车全车载员2+3人(1名驾驶员、1名车长、3名测试人员),左侧驾驶舱安装突出的观察窗(前挡风玻璃较大、两侧以及后向挡风玻璃较小),为了降低自重提升续航里程,整套车身焊接件由铝合金构成。因为换装了可输出更大扭矩的电驱动系统、因此0-100米加速时间只有13秒、最高车速突破80公里/小时。在2+3人与400公斤载荷状态,整车续航里程有望突破170公里。而搭载的电池组件使用的能量密度不低于380Wh/kg的三元锂材质芯体由丰田与松下联合制造。

相对目前民用市场使用的三元锂电池能量密度普遍在140Wh/kg左右,磷酸铁锂电池能量密度在120Wh/kg左右,日军使用的军用三元锂电池的380Wh/kg能量密度,在电解液、电极板以及封装级别都有了极大的提升。当然,三元锂电池本身具备能量密度大的特性同时,活性的提升导致安全系数的降低,需要对其进行额外的冷却与控制。

上图是日军装备的油电混动履带式装甲验证车侧面特写。为了提升续航里程,全新研发的铝合金车身制造材质、轻量化的履负带(含与负重轮接触的橡胶衬垫和减少对面伤害的橡胶块),使得这套系统自重只有13吨。作为实验性质的载具并不具备任何武器装备。但是根据原型车73式履带装甲车的技战术性能,在完成了柴油、发电机、电池组件以及针对电池、电机整车控制和散热系统的测试后,将会搭载武器基站、电子干扰、通讯、观瞄等装备系统进行合装测试。

目前,丰田公司为已经为“疾风”高机动车进行换装油电混动以及电四驱技术的改进。这款1.5吨载荷的军用车,是日本海、陆、空军通用装备。日本陆军用来牵引迫击炮、架设12.7mm口径机枪以及40mm口径榴弹发射器。

混动版疾风高机动车,同样采用增程式技术。驱动模式为柴油机-发电机-电池-前后驱动桥轴间电机。这种模式,其实可以被看做是比亚迪唐的汽油机+前电动机+电池组件+后驱动电机驱动模式的“变形”,更是日军6轮混动突击炮的柴油机+发电机+电池组件+6条轮边电机驱动模式的“升级”。

上图是处于研发状态的日军混动履带式装甲验证车动力总成布局特写。

绿色框:在车厢中央纵向布置的柴油机。

蓝色框:与柴油机串联(前置)的发电机。

黄色框:左右各1台电动机用来驱动两条履带。

蓝绿框:电力逆变器(转换器)。

紫色框:三元锂电池组件。

很明显,这套验证用载具的动力总成,与广汽生产的增程式传祺电动汽车相类似。有证据表明这套验证载具的动力总成几乎都是由三菱(川崎)提供(直列6缸5.0以上排量的柴油机最大输出功率或在500-600kW和最大功率不高于600kW的发电机),2台驱动电动机由三菱、丰田、东芝各提供3套用来对比测试,电力逆变器和电池组件均由丰田制造。因为电池组件电芯密度过大,需要采用额外的单独散热系统伺服。柴油机、电动机和其他分系统散热系统共用一套。

相对日军前些时候公布的6轮混动突击炮的概念车(或将在2016年10月份对外展示实车)技术类别、参数等信息,显然这款混动履带式验证车更复杂。

受益于日本在微电子方面的绝对优势,混动履带式验证车设置了非常详细的监控系统。在庞大且复杂的监测数据中经过筛选,通过液晶显示屏为驾驶员(车长)可提供电池状态(充放电)、电池温度、车速、电动机转速、档位状态等参数。

从1990年代初期,日军国防部(防卫省)已经制定出明确且详细的新能源技术发展方向。日军技术研究本部的第三开发办公室,主要管理开发与车辆相关的相关技术。到现在为止,第三开发室已经完成了90式主战坦克,96式轮式装甲车及轻装甲机动车的研发。现在正在开发的项目是能够更加出色的13式轮式突击炮,6轮混动突击炮以及反恐机动战斗车。研制过程中,他们克服了大口径火炮的低反动化与车辆的稳定性等技术上的问题,真正的做到了制造出有益于对应时代变化的军需用品。

从来强调“自卫”概念的日本陆军已经开发出根据主动进攻能力10式主战坦克(部署在北海道地区的90式主战坦克,主要为放手苏联红军突击而研发,注重防守忽视机动性)。而13式轮式突击炮更是在强调活力、机动、防御技战术的同时,已经将使用环境扩大到中国东北和沿海地区。在研发中的6轮混动突击炮和混动履带式验证车的出现,更是日本军方寻求对人民解放军在新能源领域继续保持不对称优势的最好案例。

无论履带式装备还是轮式载具,在遂行突击、防御以及侦查等战术时,降低自身的热辐射特征、噪音,将对达成战术目的起到至关重要的作用。

而电动技术(插电式混动、增程式油电混动,甚至具备插电能力的曾程混动技术)军事化,将会为日军在离岛作战、对北朝鲜突袭甚至闪击中国东北的作战中占据一定优势。

军事就是政治的延伸,更是国家经济实力的最终体现:

2010年代的日本,已经在民用新能源领域发展极为成熟,三菱欧蓝德PHEV的量产已经成为搭载传统动力(四驱系统)帕杰罗系列替代者。前驱动桥由电机与汽油机驱动、后驱动桥由电动机驱动,省去了传统分动器、主传动轴以及控制系统。而正在测试中的油电混动丰田疾风高机动车或将在2017年小批量换装日军。

客观的说,日本的丰田、三菱、东芝以及松下的厂商已经在新能源与传统动力技术储备相当充分。6轮混动突击炮虽然研发时间较早,成熟度较油电混动履带式技术验证车低。尤其是轮边电机的散热(降低热幅度)、质量与可靠性,在东芝已经取得了符合日军技术研究所的入门要求。而多家厂商按照下发的技术特征进行分系统研发,并最终由一个厂商进行系统整合的可靠性(完整度),更值得中国企业学习。

由广汽集团研发的增程式传祺电动车,在国内市场独一二五。但是距离军用化相差得太远。

上汽集团荣威e950大型油电混动汽车,可以被看作是上汽第二代混动技术成熟的标志。

与此同时,北汽生产的“三代军”(第二代勇士)虽然装备的2.8增压柴油机、6前速手动变速器、具备两把差速锁使其越野性能出类拔萃,但仍然属于传统动力范畴。相对日军、美军、德军相继装备的同级别载具起码落后了10年。

被笔者颇为看重的比亚迪的唐(上图左一)的超级电四驱技术已经具备军用化能力;即将上市的混动版宋(上图左二)将会继续优化唐使用的第一代超级电四驱技术;而搭载传统电子四驱系统的S7四驱版(上图左三)或将成为比亚迪发展掌握全部知识产权四驱技术的一个过客。

那么比亚迪在电机、电池、电控以及超级电四驱技术的应用,是否会成为我国强力部门装备的一部分或干脆成为供应商呢?答案是肯定的。K9电动大巴的轮边电机的使用以及小型化将成为比亚迪混动技术军用化的第一步。J9系列重型电动载具的出现,使得比亚迪逐步掌握了多驱动桥研发并积累了相当的储备经验。

根据比亚迪未来5年发展规划看,采用非承载车身、前后独立悬架,汽油机+发电机+4轮边电机的全新车型将会成为比亚迪军用装备发展体系中最强车型。

笔者有话说:

在中国新能源技术以及全产业链发展将不会逆转。相对日本在新能源技术民用、军用化发展所取得成就而言,我们要走的路很长。而在这期间,诸如北汽、上汽等在新能源领域长足发展的老牌国企以及比亚迪等民企,更应该利用自己的优势为中国国家安全做出应尽的贡献与义务。

文/新能源情报分析网宋楠

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