0 引言

燃料電池在汽車動力裝置領(lǐng)域的技術(shù)研究于近年來已取得了顯著成果，但其在裝甲車輛領(lǐng)域的應(yīng)用依然處于旭日東升、初露鋒芒的起步階段。介紹了燃料電池在裝甲車輛動力裝置領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用，重點對其性能特點、未來發(fā)展前景及當(dāng)前面臨的主要技術(shù)問題進(jìn)行了分析研究。

1 燃料電池發(fā)展概述

燃料電池的技術(shù)發(fā)展可以追溯到19世紀(jì)，而近年來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，針對燃料電池開展的相關(guān)研究更是風(fēng)靡一時。

早在20世紀(jì)60年代，燃料電池即已應(yīng)用于航天領(lǐng)域，而時至今日，目前基于燃料電池而開展的研究工作多扎根于汽車動力裝置領(lǐng)域，該領(lǐng)域技術(shù)水平的提升亦是有目共睹。但即便如此，國內(nèi)燃料電池汽車目前依然處于研發(fā)試驗階段，并未實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化投產(chǎn)。

不同于蓄電池等傳統(tǒng)儲能元件，燃料電池更多被視為一類電化學(xué)發(fā)電裝置。近年來，基于燃料電池技術(shù)發(fā)展的相關(guān)領(lǐng)域可謂備受關(guān)注，盡管其技術(shù)水平還不十分成熟，但是美國、日本、法國和德國等國非常重視燃料電池在裝甲車輛領(lǐng)域的應(yīng)用，相繼啟動了研發(fā)計劃，以促進(jìn)該領(lǐng)域燃料電池技術(shù)的飛速發(fā)展。

2 燃料電池在坦克裝甲車輛動力裝置領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

美國坦克-機(jī)動車輛研發(fā)與工程中心在2002年12月啟動車輛用燃料電池技術(shù)相關(guān)投資計劃。并由昆騰公司為美國陸軍研發(fā)出首輛采用氫燃料電池的輕型越野車，該車被命名為“侵略者”?！扒致哉摺睔淙剂想姵剀嚥捎没旌蟿恿︱?qū)動方式，使用10 kW燃料電池和電動機(jī)。車輛行駛安靜，最高速度達(dá)到130 km /h，0～65 km /h的加速時間僅為4 s。

德國耗資5億歐元，為車輛、固定和便攜式設(shè)備領(lǐng)域應(yīng)用氫氣和燃料電池提供補(bǔ)助資金，并在2006年底制訂了專用市場燃料電池開發(fā)計劃。

固體氧化物燃料電池（SOFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）和直接甲醇燃料電池（DMFC）等都可用作裝甲車輛的輔機(jī)電站，其中質(zhì)子交換膜燃料電池更適于用作裝甲車輛的主要動力裝置。

目前采用燃料電池為輔機(jī)電站的典型車輛主要包括美國的“布雷德利”戰(zhàn)車、以5 kW PEMFC為輔機(jī)電站的運輸車和以2 kW PEMFC為輔機(jī)電站的輕型裝甲車等。其中，美國“布雷德利”M2A3戰(zhàn)車采用了帶整體式JP -8燃油重整裝置的5 kW固體氧化物燃料電池。

以燃料電池作為主動力源的裝甲車輛依然處于試驗研發(fā)階段，早期國外僅有少數(shù)軍用車輛以燃料電池作為主動力源，如美國“攻擊者”越野車、GMT 800卡車和加拿大輕型裝甲偵察車。

2016年，美陸軍坦克-機(jī)動車輛研發(fā)與工程中心和通用汽車公司共同研制出了ZH2氫燃料電池樣車，并于2017年進(jìn)行了相關(guān)測試。根據(jù)通用汽車公司方面介紹，這輛名為雪佛蘭“科羅拉多”ZH2的氫燃料電池動力卡車是在加長型皮卡車的基礎(chǔ)上改造的。

該車型高逾6.5 ft（約198 cm），寬逾7 ft（約213 cm）。除了內(nèi)外加固之外，還采用直徑37 in（約94 cm）的輪胎和經(jīng)過特殊改造的懸掛系統(tǒng)，適合在各種地形上行駛，越野性能極佳。由于使用氫燃料電池，該車型運行更安靜，熱信號低，難以被敵人的熱傳感器感知，具有隱身功能。氫燃料電池在工作過程中還可產(chǎn)生水。另外，由于車輛配有電力輸出設(shè)備，車上燃料電池還可以為遠(yuǎn)離車輛的軍事活動提供必備的電力。

近日來，據(jù)相關(guān)報道稱，美國陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部地面車輛系統(tǒng)中心（GVSC）和美國陸軍研究實驗室的科學(xué)家們依然在持續(xù)研發(fā)新型氫燃料電池作戰(zhàn)車輛，包括坦克和步兵戰(zhàn)車，為未來美國陸軍地面車輛系統(tǒng)提供戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢。

3 燃料電池作為坦克裝甲車輛動力裝置的應(yīng)用前景

目前以主戰(zhàn)坦克為代表的裝甲車輛多采用柴油機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)等常規(guī)熱力發(fā)動機(jī)作為主要動力來源，而尤以前者為甚。柴油機(jī)具備油耗低、技術(shù)成熟、安全性好、可靠性高等一系列優(yōu)勢，從而在過去的較長的一段時間內(nèi)，長期占據(jù)了裝甲車輛動力裝置領(lǐng)域的頭把交椅。

燃料電池作為裝甲車輛的動力裝置時，其具有清潔、高效、運轉(zhuǎn)部件少、靜音性好的優(yōu)勢，可顯著提升裝甲車輛的整車隱蔽性，增強(qiáng)作戰(zhàn)能力。同時能使坦克在整個速度范圍內(nèi)實現(xiàn)理想的驅(qū)動力，啟動加速度快，無轉(zhuǎn)向功率損失，傳動效率高，并且可進(jìn)行最佳的能量分配，同時也可取消變速箱、操縱轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等一系列傳統(tǒng)的耗能部件，以此大幅簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)。

由此可見，盡管目前仍處于試驗研發(fā)階段，但燃料電池裝甲車輛以其突出的優(yōu)勢，在面對柴油機(jī)等傳統(tǒng)主流動力裝置時，依然有一較長短的技術(shù)資本。

4 以燃料電池坦克裝甲車輛當(dāng)前面臨的主要技術(shù)問題

盡管具備上述技術(shù)優(yōu)勢，同時依然不可否認(rèn)，燃料電池如要應(yīng)用于裝甲車輛并作為主要動力來源，依然面臨著如下三大技術(shù)問題：

（1）燃料電池自身成本及燃料制取儲運問題。除去燃料電池眾所周知的高成本問題，其氫燃料的制取及儲運也是亟待解決的重要問題。除了需要低成本且大量地制取氫之外，同時與公路運輸?shù)冗\用環(huán)境顯著不同，其在戰(zhàn)場進(jìn)行儲運及補(bǔ)給時還需考慮到復(fù)雜惡劣、瞬息萬變的作戰(zhàn)環(huán)境，由此制約了其在裝甲車輛動力裝置領(lǐng)域的應(yīng)用。

（2）燃料電池的動力性能及戰(zhàn)時可靠性問題。雖然具備清潔高效的優(yōu)勢，但就目前而言，燃料電池的動力性能相比柴油機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)等傳統(tǒng)熱力發(fā)動機(jī)，依然有著難以彌補(bǔ)的劣勢。不僅如此，燃料電池通常不會采用牢固的金屬機(jī)體結(jié)構(gòu)，在遭受戰(zhàn)場上的各類爆炸沖擊后其可靠性難以保障，據(jù)此會顯著影響到整車的作戰(zhàn)性能。

（3）燃料電池的安全性問題。以PEMFC為代表的燃料電池多采用氫燃料，其與常規(guī)能源相比，氫氣具備諸多特性。其中不利于安全的屬性有：更寬的著火范圍，更低的著火能量，更容易泄漏，更高的火焰?zhèn)鞑ニ俣?，更容易爆炸。考慮到上文所述的戰(zhàn)時遇襲等相關(guān)原因而導(dǎo)致氫氣泄漏的情況，由于氫氣密度較低，易于迅速擴(kuò)散，據(jù)此會嚴(yán)重影響到車內(nèi)作戰(zhàn)人員的安全性。為此需通過完善配套的氫泄漏探測、報警和緊急切斷裝置，能進(jìn)一步提高使用氫燃料的使用安全性。

5 結(jié)論及展望

正如上文所述，燃料電池如要應(yīng)用于裝甲車輛動力裝置，其優(yōu)勢及劣勢均是一望而知。考慮到其當(dāng)前的技術(shù)水平，目前仍無法即刻取代柴油機(jī)等傳統(tǒng)動力裝置，在未來的一段時間內(nèi)，裝甲車輛領(lǐng)域依然會以高密度柴油機(jī)作為主要動力來源。

但即便如此，燃料電池仍然有著其不可替代的優(yōu)勢，考慮到石油資源的日益稀缺，以及燃料電池自身技術(shù)的日新月異，作為裝甲車輛動力裝置領(lǐng)域的新生力量，依然有著錦繡前程。而以美國為代表的世界發(fā)達(dá)國家針對燃料電池裝甲車輛的試驗研究正在方興未艾地開展當(dāng)中，其戰(zhàn)略意義自然是彰明較著、有目共睹。

參考文獻(xiàn)

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