军用电池应用于单兵装备的便携式电源都有哪些?
现代步兵携带的单兵装备越来越复杂。例如,美国陆军的陆地勇士(Land )和英国陆军的未来步兵勇士技术(FIST)单兵系统包括传感器、通信、导航、夜视甚至微型医疗气象系统。这些设备所需的电源重量轻、续航时间长且相对强大。
虽然军方投入了大量的时间和金钱来开发创新的便携式电池,但绝大多数军用电池仍然来自民用技术,军方对此并不满意。虽然军用电池的参考标准与一般民用电池类似,例如成本、功率、使用寿命、环境因素和安全性,但军方还应考虑电池热特性、工作环境和军事行动等其他特殊要求。因此,虽然军方也愿意购买一些性价比完美的商品电池,但开发新型便携式军用电池势在必行。
锂电池应用广泛
多年来,军队中使用最为广泛的一次电池是锂电池,相比于碱性电池、碳锌电池等电池,锂电池在成本、容量、钝化阻抗等方面代表了技术进步,需求量大,应用良好。
好吧,甚至有时也会出现短缺。
早期的锂电池存在致命缺陷。一旦损坏,它们可能会爆炸,释放有害的化学烟雾。锂-二氧化锰 (Li-Mn02) 电池与早期的锂电池不同。它们的主要成分是固体锂金属阳极、固体二氧化锰阴极和电解质。它们没有加压,并配有可熔断的安全隔板。当电池过热时,电池阴极和阳极之间的隔板可以自动关闭电池,以防止电解质泄漏。
Saft 总部位于法国,是全球主要锂电池供应商之一,生产民用和军用电池。其产品包括锂二氧化锰电池、锂二氧化硫电池和锂亚硫酰(二)氯电池,在机动战场通信系统电池市场占有较大份额。根据法国陆军 2006 年 10 月签订的 1000 万欧元年度合同,该公司将为“第四代数字无线电”(PR4G)、()电台和其他电子设备提供一次性锂电池,为其提供电源。
该公司是国内最早从事锂电池生产的厂家之一,生产军用圆柱型系列电池。电池采用卷绕结构(-Wound),储电量大,放电迅速,在极端温度条件下也能正常使用。保质期近10年,长期存放后启动时无电压延迟现象。该公司的BA-5390/U锰酸锂电池采用硬塑密封,温度范围为-30度,在72度下能比同类产品多提供50%~60%的电量和使用时间。虽然略重,但仍被美军广泛用于PRC-119“单信号路机载无线电系统”(),为夜视仪、监视系统、化学战剂监测器等设备供电。
锂离子充电电池
锂离子充电电池技术自上世纪 90 年代初开始发展,近年来取得了长足进步。虽然可充电镍氢电池(特别是镍镉电池)价格相对较低,军事应用较多,但锂离子充电电池重量更轻,储能更高,而且与其他充电电池不同的是具有“记忆性”,成为商用市场的宠儿,同时也开拓了广泛的军事应用价值。其最突出的优点是可以重复使用,特别适合用于训练装备。
目前,英国ABSL公司在军用和民用可充电锂离子电池的开发中占据主导地位,并被英国通用电气公司指定为电池和充电器的独家供应商。ABSL公司生产的可充电电池组将锂离子单体电池与新型单体电池结合在一起,其中包含先进的电子设备,可以作为可充电电池、充电器和主要设备之间的互动平台。ABSL公司的电池系统和它的前身一直是英国的“”(阿彻)通信系统,该系统主要是可充电电池组,其型号为可充电电池。该电池重量轻,储能容量大,包括该计划所需的电池。
公司设计的锂电池非常适合便携式军用电子系统,并能在很宽的温度范围内正常使用。
ABSL公司参与了英国“弓箭手”和“未来步兵战士技术”计划的评估阶段,()被选中为英国陆军开发新一代“便携式电源”(PPS)。这份价值500万英镑的合同于2006年签署,计划在3年内完成。ABSL/Team正在评估一系列可用技术,然后开发两套便携式能源供应,一套是成熟的TRL7技术,另一套是已进入概念演示阶段的TRL3。除了个人便携式电源系统外,TRL7技术还用于大规模能源供应。
锌气电池
该公司是一家非常活跃的企业,专注于基于锂电池技术的高端原电池、充电电池及其配套充电器的研发和生产,其中包括为美国军方研发和生产高能锌空气电池。该公司是美国唯一的锌空气电池供应商。2006年10月,它获得了美国陆军通信和电子部70万美元的资助,用于为“未来战士”研发第四代锌空气电池。这种腰挂式锌空气电池比同类锂电池更轻,工作时间更长,在作战环境中使用相当安全环保,被广泛使用。
电池与单兵系统的集成
英国“未来步兵战士技术”个人系统将无线电台、计算机、全球定位系统、系统和摄影设备整合成一个系统,负责对其进行评估。泰雷兹公司选择了ABSL的产品(包括电池组、充电器和能源管理、设备跟踪、任务规划等软件)组成能源供应。ABSL为实验提供了一套(2组)带有能源管理单元的锂离子电池组。另一种方案是只使用一个主电池,然后在更换主电池时使用小电池进行不间断供电。荷兰的“数字化单兵系统”可以与荷兰的指挥和控制作战管理系统相连,实现英国和荷兰之间的互操作。该系统需要轻便、节能的电源设备来整合通信基础设施。 2005年9月,ABSL与通用电气签署了为期两年价值14027英镑的合同,为荷兰军方的“射手”系统提供电池及相关产品,并为其新型海军陆战队通信信息集成系统()提供电池、充电器等辅助设备。
美国陆军“陆地勇士”单兵系统能力升级第三阶段(Block)计划于2010年投入实战,而更为先进的“未来勇士”(2020版)系统则安排在10年后,使单兵能够直接连接到与其作战任务相关的网络中心信息系统。该计划还计划缓解单兵问题
士兵负重(可能减至只有20公斤)增加了通讯、导航和信息处理能力,因此对电源也提出了更高的标准——确保4名士兵在24小时内能够利用携带的装备独立执行任务。
电池充电技术
选择可充电电池的本质是选择低成本、高性能的充电方式。阿拉巴马州奥本大学展示了一种基于斯特林发动机转换器 (TER) 的电池充电技术,该技术可以将来自活塞柴油发动机的外部热能转换为电能。由于这种主动元件,外部热能源来源相当广泛,而 2 转换器仅具有
所以特别适合军事用途。有专家还称,目前已经研发出了35系列。对于25000瓦的静音电池充电系统,美国军方特别感兴趣的是160瓦的增强型系统。
ABSL还开发了可以显示电池“电量下降”和“健康状况”的显示屏和相关软件,可以在电池和装备单元之间建立交互平台,提高电池使用效率。.1通信协议是专门为“陆地勇士”LMLL电池开发的,有助于防止士兵随意充电,避免资源浪费和电池记忆问题。虽然它们的初始成本很高,但有助于降低电池的全寿命成本,非常划算。