車載電源OBVP：面向未來戰(zhàn)場的移動電源

目前對我們軍隊的威脅對機(jī)動性提出了巨大的要求，因為它與任務(wù)規(guī)范有關(guān)。

車載電源（OBVP）系統(tǒng)的開發(fā)不僅增加了作戰(zhàn)人員的機(jī)動性，而且還通過提供更好的物理特性，以及比傳統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)靜音發(fā)電機(jī)更有效的功率分配，為當(dāng)前和新興的戰(zhàn)場電子系統(tǒng)提供了更有效的電力供應(yīng)，這要歸功于新的OBVP逆變器技術(shù)。

部署的美國士兵在戰(zhàn)場上獲得了一切可能的技術(shù)優(yōu)勢。美國作戰(zhàn)人員已經(jīng)不僅僅是步槍航母，現(xiàn)在利用大量以多種方法活躍的軍事系統(tǒng)：從現(xiàn)場雷達(dá)和威脅評估系統(tǒng)到無人機(jī)巡邏，再到戰(zhàn)斗機(jī)安裝的熱成像和光譜成像，這些系統(tǒng)不僅能夠超越槍支，而且能夠完全控制被占領(lǐng)的空間。

正在努力使美國軍隊更加敏捷，機(jī)動和致命。要做到這一點，就需要新的武器系統(tǒng)和下一代計算系統(tǒng)。其中許多服務(wù)和應(yīng)用程序都屬于陸軍旅戰(zhàn)斗隊（BCT）現(xiàn)代化戰(zhàn)略（以前稱為未來作戰(zhàn)系統(tǒng)）。其中一些最有利的下一代軍事應(yīng)用涉及高密度計算系統(tǒng)，可以執(zhí)行RF /頻譜掃描和分析，色散分析，位置檢測，密碼分析，地平線轉(zhuǎn)向檢測和威脅預(yù)測（而不是簡單的評估）以及直接在戰(zhàn)場上進(jìn)行概率分析等功能，為戰(zhàn)場內(nèi)外指揮官提供實時信息。這些應(yīng)用對于現(xiàn)代戰(zhàn)區(qū)的作戰(zhàn)人員來說是無價的，對于保持戰(zhàn)場指揮官的態(tài)勢感知和活躍戰(zhàn)爭空間的主導(dǎo)地位至關(guān)重要。

在談?wù)撨@些下一代戰(zhàn)場系統(tǒng)時，必須解決一個經(jīng)常被忽視但至關(guān)重要的問題：如何為它們提供動力？不可能簡單地插入沙漠中間的插座。向這些復(fù)雜的戰(zhàn)場應(yīng)用遷移將成倍地提高對電力的需求。

因此，這些先進(jìn)部署系統(tǒng)的電力需求增加意味著發(fā)電機(jī)系統(tǒng)所需電力輸出的增加。使用傳統(tǒng)的撬裝式或拖車式燃油動力技術(shù)，最終結(jié)果將減少到更大、更重、更耗油的發(fā)電機(jī)。這與近十年來強(qiáng)調(diào)創(chuàng)建一支更快，更輕，更敏捷的部署部隊完全相反。然而，新的車載電源（OBVP）系統(tǒng)正在通過改進(jìn)的物理設(shè)計和新的逆變器技術(shù)提供可行的補救措施，以實現(xiàn)更有效的電力分配。

傳統(tǒng)部署的電力系統(tǒng)：設(shè)計不再足夠

如前所述，傳統(tǒng)上，劇院部署的系統(tǒng)由拖車拖車或撬裝式發(fā)電機(jī)供電。這些拖曳式發(fā)電機(jī)直接搭在HMMWV上，需要大量的柴油（燃料）來運行，減少部隊的機(jī)動性和響應(yīng)時間，并且在現(xiàn)場運行時，經(jīng)常向?qū)κ仲浰蜖I地部隊的意圖和位置。這些“戰(zhàn)術(shù)靜音發(fā)電機(jī)”自20世紀(jì)80年代末以來一直在使用，需要攜帶額外的燃料來發(fā)電。撬裝式裝置也大大降低了HMMWV的載貨能力，因為它們通常在車輛的后部貨物區(qū)域攜帶。

過去，指揮官們正在處理明確的戰(zhàn)線和具體的戰(zhàn)區(qū)和占領(lǐng)指令。在現(xiàn)代戰(zhàn)場上，情況已不再如此，過去的發(fā)電機(jī)和技術(shù)無法為未來的軍隊及其系統(tǒng)提供動力。雖然技術(shù)有所改進(jìn)，但某些特征，如噪音，缺乏機(jī)動性，可維護(hù)性限制，需要額外的車輛來攜帶燃料和發(fā)電機(jī)，以及這些戰(zhàn)術(shù)安靜發(fā)電機(jī)的設(shè)計和使用所固有的其他后勤問題，已經(jīng)為運營商帶來了戰(zhàn)場噩夢（更不用說增加的成本和指揮官預(yù)算膨脹以適應(yīng)這些后勤缺陷）。所有這些問題都與當(dāng)前軍事推動的“更輕，更快，更強(qiáng)，更聰明”直接對立。必須克服這些障礙，以保持武裝部隊在活躍戰(zhàn)區(qū)的主導(dǎo)地位。

為了減輕當(dāng)前動力技術(shù)的缺點，車載電源機(jī)制的發(fā)展正在蓬勃發(fā)展。結(jié)果：電力系統(tǒng)緊湊、輕便，為軍隊提供所需的機(jī)動性，同時提供下一代計算系統(tǒng)所需的強(qiáng)大動力。

OBVP系統(tǒng)中使用的逆變器技術(shù)的進(jìn)步，例如越來越多地使用絕緣柵雙極晶體管（IGBT）來制造高功率逆變器，刺激了這些現(xiàn)代動力單元的關(guān)鍵發(fā)展。從 28 VDC 電源到單相、120 VAC/60 Hz 的簡單轉(zhuǎn)換已不再足夠。還必須考慮移動性、可維護(hù)性和空間限制。OBVP裝置不需要外部燃料源，可以直接（在各種安裝配置中 - 包括輪井，座椅后面等）安裝到HMMWV上，而不會減少所需的貨物空間，并且可以為最終應(yīng)用提供廣泛的輸出功率。

OBVP 系統(tǒng)：一切都在逆變器中

這些現(xiàn)代 OBVP 裝置是單相或三相交流電源裝置，適用于需要移動性、便攜性和耐用性的惡劣環(huán)境。這些 OBVP 模塊的功率包絡(luò)范圍為 2 kW 至 30 kW。這些裝置從車輛的交流發(fā)電機(jī)接收24-28 VDC的輸入電壓。OBVP 單元包含控制、預(yù)充電和保護(hù)電路、相位電源模塊以及反饋監(jiān)視和控制。OBVP逆變器本身可以與其他控制器和接口配對，使用戶易于操作。簡而言之，該單元從車輛中獲取直流電源并將其轉(zhuǎn)換為三相交流電。

圖 1：OBVP 單元和速度控制接口的基本原理圖

通常有一個速度控制機(jī)構(gòu)通過繼電器連接到集成的OBVP單元以及HMMWV的交流發(fā)電機(jī)和發(fā)動機(jī)復(fù)合體。這些速度控制器可以根據(jù)需要監(jiān)視和控制油門和 RPM，并通過通信總線將信息中繼到接口和指示器單元 （IIU）。IIU是操作員控制OBVP逆變器功能的地方，產(chǎn)生或多或少的功率和監(jiān)控狀態(tài)等。IIU還可以具有圖形用戶界面（GUI）和易于理解的控件。

速度控制機(jī)制和IIU允許操作員控制OBVP單元的輸出。當(dāng)設(shè)備從HMMWV接收28 VDC輸入電流時，操作員可以選擇任何一個輸出電流范圍。如果系統(tǒng)或應(yīng)用需要前面討論的基本單相 120 VAC/60 Hz 輸出、三相 208 VAC、50 Hz 甚至 400 Hz 頻率，則現(xiàn)代 OBVP 系統(tǒng)允許操作員使用各種輸出波形選項為預(yù)期應(yīng)用設(shè)置輸出。

如前所述，OBVP逆變器安裝在HMMWV上，其區(qū)域不會影響車輛的貨物容量或功能，并允許在HMMWV可以操縱的任何區(qū)域即時供電。不僅組件的模塊化方法，而且安裝機(jī)制的模塊化方法意味著OPVP系統(tǒng)可以很容易地從一個HMMWV中移除 - 使車輛恢復(fù)到其原始配置 - 并根據(jù)需要快速輕松地安裝在其他車輛平臺上。（提供關(guān)鍵電力的能力，確保關(guān)鍵系統(tǒng)始終正常運行。

使用 OBVP 系統(tǒng)實現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)

隨著戰(zhàn)場技術(shù)的進(jìn)步，對更高功率水平和更多移動電源技術(shù)的要求，車載動力單元將進(jìn)入許多部署，通過先進(jìn)的逆變器技術(shù)提供創(chuàng)新的物理設(shè)計和改進(jìn)的功率分配。軍方對“更快、更輕、更強(qiáng)”的關(guān)注需要使用新技術(shù)和下一代計算和通信系統(tǒng)，而這些系統(tǒng)及其部署都需要更新的移動、堅固的電源解決方案。拖車拖車和撬裝式發(fā)電機(jī)在這方面都失敗了，因為它們增加了體積，降低了機(jī)動性，并且需要外部燃料（柴油）才能運行，這進(jìn)一步減少了軍用車輛的貨物。移動車輛電源系統(tǒng)，如多元化技術(shù)的VPS10K，直接從交流發(fā)電機(jī)獲取電力，并且不會阻礙急需的貨物空間，將成為21世紀(jì)軍事中戰(zhàn)場系統(tǒng)部署的首選解決方案。

審核編輯：郭婷