2．主要研究內(nèi)容

能量庫計劃的具體功能、性能需求由功能需求文件提出，但由于包含受控信息，該功能需求文件僅授權(quán)與美國防部及其承包商（Distribution State D）。因而本文關(guān)于能量庫計劃的研究內(nèi)容是基于技術(shù)發(fā)展路線圖和信息征求分析獲得的。

（1）能量庫架構(gòu)研究

能量庫由通用模塊組成，主要組成部分為儲能模塊、變電模塊、配電模塊與保護模塊，其架構(gòu)如下圖所示，示意圖僅代表了能量庫的權(quán)衡空間，其最終功能尚待進一步確定，可能包含如下形式：1）不含儲能模塊，直接由變電器向負載供電；2）利用儲能模塊，將平臺供電放大并直接供給負載；3）由儲能模塊單獨向負載供電。

信息征求提出能量庫結(jié)構(gòu)將分為兩部分，分別為儲能柜（Energy Storage Cabinet）和變電柜（PowerConvert Cabinet），兩者的邊界為680VDC－1000VDC總線。

能量庫架構(gòu)示意圖（美海軍圖片）

能量庫功能模塊（美海軍圖片）

（2）儲能技術(shù)研究

研究適用于能量庫的儲能介質(zhì)及其相關(guān)技術(shù)。

儲能介質(zhì)研究主要關(guān)注電池、電容及旋轉(zhuǎn)機械等儲能介質(zhì)在能量庫的應(yīng)用，分析混合介質(zhì)儲能的效果，并探索儲能元件并聯(lián)技術(shù)的可行性，特別關(guān)注公共接口下多個電容器或電池并聯(lián)的電流分配、穩(wěn)定性及短路保護等技術(shù)。

儲能相關(guān)技術(shù)研究主要關(guān)注不同儲能介質(zhì)對電力電子設(shè)備接口的要求，特別是旋轉(zhuǎn)儲能情況下電力電子設(shè)備的拓撲、控制，以及所需軸承等技術(shù)。

（3）變電技術(shù)研究

研究能量庫所需的變電技術(shù)，以滿足能量庫從多種不同電壓等級平臺獲取電能、并向多種負載供能的需求。

能量庫儲能柜如采用混合介質(zhì)，應(yīng)考慮是否需要設(shè)計額外的變流器以保證其安全接入直流總線。

特別的，美海軍關(guān)注高壓碳化硅寬帶隙半導體器件的應(yīng)用，以及其如何改善電力電子設(shè)備的性能，希望明確這一技術(shù)能否改善能量庫的設(shè)計性能。

碳化硅技術(shù)在電力電子設(shè)備的應(yīng)用（美海軍圖片）

（4）配電技術(shù)研究

針對不同特性的負載，開展配電技術(shù)研究，研制適用于能量庫的斷路器、繼電器等裝置。

此外，對于具體的能量庫結(jié)構(gòu)，儲能柜、變電柜總線上可能需要使用高速斷路器，該斷路器是否封裝到儲能柜或變電柜內(nèi)部，以及是否影響原有接觸器、保險裝置。

（5）熱管理技術(shù)研究

能量庫需要一套采用水作為冷卻介質(zhì)的熱管理系統(tǒng)，以滿足大功率散熱的需求。

冷卻介質(zhì)的可能選擇包括環(huán)境水與專用冷卻水，考慮到介質(zhì)儲存、循環(huán)、結(jié)構(gòu)相容性以及對能量庫性能的影響等因素，需要對兩者進行考量。冷卻介質(zhì)的溫升上限設(shè)定為6．9K。

（6）演示驗證

完成模塊化、可擴展的能量庫全尺寸演示驗證，集成到現(xiàn)有裝備平臺，以滿足2021年開始在平臺應(yīng)用的多個任務(wù)系統(tǒng)的需求。

能量庫演示驗證安排（美海軍圖片）

四、啟示

能量系統(tǒng)技術(shù)已成為航空裝備、艦艇等發(fā)展的“瓶頸”技術(shù)，嚴重制約裝備平臺的效能，限制了定向能武器等新型武器、任務(wù)系統(tǒng)的集成應(yīng)用。隨著高溫／室溫超導、納米材料、寬帶隙半導體電力電子器件、新型控制理論等技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，能量系統(tǒng)技術(shù)可能迎來新突破。

美空軍、海軍長期關(guān)注能量系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展，發(fā)布路線圖并長期投資基礎(chǔ)科研計劃與技術(shù)研究計劃，研究成果有效推動了能量系統(tǒng)發(fā)展及平臺效能提高。

借鑒美空軍、海軍經(jīng)驗，我國應(yīng)重視航空裝備及艦艇等平臺能量系統(tǒng)技術(shù)研究，開展專項研究計劃，探索前沿技術(shù)在能量系統(tǒng)領(lǐng)域應(yīng)用，以滿足平臺及任務(wù)系統(tǒng)的技術(shù)需求與系統(tǒng)級產(chǎn)品需求，從而支撐裝備發(fā)展。

（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心  穆作棟）

本篇供稿：系統(tǒng)工程研究所

運 營：李沅栩