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【校场】美军欲换装电动悍马,会遇到怎样的问题?

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6月28日,我们曾在《校场》栏目发表了一篇怒斥美国军队破坏环境的文章。文章发出不久后,美军这支世界上碳排放量最大的军队居然真的开始认真的思考保护环境的问题了。7月12日,有美国媒体发文称美军正在考虑引入纯电动汽车,替换原来使用JP8燃料的军用车辆。虽然我们知道,美军肯定不是因为看了我们的文章,有所触动才做出这种选择。但看到美军的这一改变,我们还是由衷的觉得非常开心,毕竟知错就改那就是好同志。

据这篇文章所说,美国汽车巨头通用汽车公司旗下的通用汽车防务公司正在密歇根州的米尔福德试验场测试纯电动的HUMVEE EV(以下简称悍马EV,与现在的AM General公司的悍马并不是一回事)。该车配备了容量为200千瓦时的锂离子电池,拥有3个驱动单元,最大可输出1000匹马力功率(当然一般用不到)。文章声称,美军瞄准新能源领域由来已久,不过此前美军更倾向于使用油电混动汽车替换现在的燃油汽车。而近年来,随着纯电动汽车的飞速发展,美军已经将目标转变为在未来使用纯电动汽车替换现有的燃油汽车。

由于纯电动汽车存在的种种缺陷,很长一段时间里,电动汽车都更像是摇不到油车牌号的人或者害怕限行的人的无奈之选。相比于传统油车,电车最大的问题在于续航。而续航差距的背后,是化石燃料与电池的能量密度差距。汽油的能量密度约为12~17MJ/kg,而车用锂离子电池的能量密度约为300Wh/kg,换算成焦耳大约为1.08MJ/kg。即使汽油机的能量转化效率只有30%~40%,而电动汽车的能量转化效率可以接近60%。两者在携带相同质量燃料/电池的情况下,油车的续航力仍是电车的数倍。

除了燃料能量密度的差距外,两者的能量补充形式也进一步拉大了两者续航力的差距:油车只要在没油之前开到加油站,加满油就又可以狂奔几百公里。而电车不存在油箱、液体燃油,加油站这些便利的能量补充手段。电动车的电池阵列一般是内嵌安装在汽车底部的,且其体积十分巨大。这意味着电车很难在短时间内更换电池。

因此,想要给电车补充能量,只能去充电。充电一般有快慢充之分,家用慢充一般需要几个小时的时间才能充满一辆车。而比较好的公用快充设备,如国家电网建设的直流充电桩,其充电功率可以达到37.5kW。对于近来恶评如潮的某品牌某3系车的75kW·h电池来说,两个小时就基本能充满。然而对于有长途需求的车主来说,在高速服务区苦等两个小时就为了给车充个电,似乎还是很难接受的。

对于普通用户尚且如此,对车辆的续航力有近乎苛刻要求的军队就更不用说了。毕竟不可能打着打着仗,给对面发一个消息:我们的车都没电了,要不咱先停火两个小时,充充电?然后对面更是慷慨地表示:嗨呀,那不正好?我们也没电了。为了保证在没有加油站的地方也不会因为缺油而抛锚,各大国军队都建立了自己的战场燃料保障机制。最简单的比如苏联坦克和英国坦克背后的两个大油桶,高级一点的有美军装甲集群后面跟着的一眼望不到边的HEMTT燃油保障车,再牛一点的还有在战场上布置的长达几十上百公里的输油管线。

虽然原则上,纯电车队的电能保障也可以通过在重型卡车的基础上改装充电车等方式解决。但受限于目前锂离子电池的能量密度,类似手段的补给效率会比现在低得多。举例而言,美军M978 HEMTT重型卡车可以携带9500升JP8燃料,而一辆军用悍马越野车的油箱容积仅为95升。即一辆M978就可以100辆次军用悍马加满油。

考虑到货运型HEMTT的最大载重为9.1吨,如果将其全部替换为锂离子电池组,其最多可以携带2730千瓦时的电力(实际上是不可能的,因为还要额外携带充电设备)。仅能为悍马EV充电13.6辆次。两者差距之大可见一斑。此外,M978为一辆悍马加满油的时间最多不超过3分钟,而悍马EV每充10分钟电仅能续航90分钟。想要将传统的伴随保障系统直接迁移到电动车队上,恐怕还有相当长的路要走。

另一个比较谐星的方法是在电动汽车后面以铰接的方式拖拽拖车,用拖车为汽车充电。这种方式类似于二战时期英国人使用的丘吉尔鳄式喷火坦克。由于喷火器的燃料消耗量十分恐怖,而丘吉尔坦克的油箱容积有只有567升。如果使用车载燃料为喷火器提供弹药,可能喷几下坦克就开不动了。所以英国人选择在丘吉尔坦克后面铰接了一辆六吨半重的装甲拖车,这辆拖车可以携带1800升燃料,供喷火器使用100秒。现代全电军用汽车自然也可以通过加挂拖车的方式增加续航力。但问题在于,拖车如果拖的还是电池,其能够为汽车提供的续航增益也十分有限,更不用说其还会增大后勤压力(毕竟拖车也要充电)。因此,最具效率的方式其实是拖车里面装化石燃料,然后通过燃油发电机发电为电车充电。但这好像又与使用电车的初衷相悖。

除了续航问题之外,电动车相比油车还有各种各样的“小毛病”,其中最大的问题是电车对于冷热天候的适应性非常差。在温度变低时,锂离子电池电解液粘度增大甚至部分凝固。这会导致锂离子电池的导电率下降,并进而大幅降低车辆的续航里程。而在高温环境下,锂离子电池则可能在充放电的过程中自燃甚至爆炸。这对于经常要在恶劣气候条件下作战的军队来说,并不是一件容易接受的事。

相比于以上这些问题,我们日常家用电动车的一些“小毛病”便都不再是“毛病”。比如被很多人诟病的刹车失灵、自动驾驶失灵、控制系统失灵等。这些“毛病”其实大多是技术的飞速发展带来的阵痛。比如电车的刹车系统大部分都是电控的,类似于空调的遥控器,我们按按键只是给空调一个指令,具体怎么执行这个指令其实是空调自己说了算。而传统油车的刹车系统则要简单粗暴地多,更加类似于电灯开关,你踩刹车踏板我就让发动机给用来刹车的真空泵抽气,这边一抽,那边立马就把刹车盘夹紧了。

前段时间某车型出现的下雨天车窗控制系统失灵,导致车窗在暴雨中上上下下反复横跳也是一个道理。传统油车的电动车窗是人按下控制按钮,车窗马达就转。而电动车因为电控系统太多,往往会选择建立一个非常复杂的电控系统。开关一个车窗背后,可能需要走好几个控制器。而系统越简单,其可靠性就越高;系统越复杂其可靠性就越低。而解决这个问题的方法也很简单——新技术一时半会还不可靠,那就先用旧技术顶着呗。自动驾驶不可靠就不用自动驾驶,复杂的车辆控制系统不可靠就先用回简单的。不仅更可靠,甚至可能更便宜。

然而,说了这么多电动汽车的不足,我们依旧无法否认,电动汽车才代表了未来——毕竟化石燃料总有一天会烧完,而只要太阳还在、爱因斯坦的质能方程还有用,电力就是用不完的。历史上,军事需求曾推动了人类在航天、网络等方面的重大进步,而如今美国陆军下场电动汽车领域也势必会带动整个行业的发展。如果汽车厂商在军队的投资和需求下解决了电池能量密度的问题,充电效率的问题和电车在恶劣工况下的可靠性问题,最终也将造福我们这些开车就是为了去买个菜的吃瓜群众。

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