硬派越野也上“混動”——國產四代坦克如何擁抱新能源浪潮

導語

近年來，隨著我國新能源產業高速發展，包括油電混動在內各類新能源車型帶動國內乃至全球汽車市場大洗牌。不過在這股浪潮下，仍不乏“新能源這么好，怎么沒新能源坦克”的質疑。然而在9.3大閱兵現場，一隊造型迥異的坦克駛過吸引著人們的目光，不僅因為炮塔上琳瑯滿目的新設備，更因為在之前彩排活動中，有好事者發現：這批坦克居然也是新能源（混動）。

一

四代坦克：“新能源”浪潮還是“文藝復興”

坦克“新能源”應用的歷史遠比人們印象中更早：一百多年前法國的“圣沙蒙”坦克就是款名副其實的“混動”車輛，其動力系統由汽油機帶動發電——電動機驅動坦克前進。然而，受限于當時技術水平，“混動”系統在重量、體積和可靠性等方面，相比傳統的機械傳動系統均處于明顯劣勢。因此，到二戰結束后，坦克裝甲車輛領域的這股“電動化”前浪便很快消退。

圖注：采用油電混合動力的法國圣沙蒙坦克。

但電力驅動技術數十年來持續發展，其性能優勢日益凸顯：首先，混動系統即便經歷燃油機-發電機-電動機的能量轉換，理論傳動效率仍可超80%，高于傳統液力機械傳動的約70%。其次，坦克行駛工況復雜，車速多變、頻繁啟停，導致燃油機轉速波動大、油耗高；而電機高效區間寬廣，配合電容或電池可使發電單元與驅動電機解耦，各自維持高效轉速，顯著提升燃油經濟性。此外，電機響應迅捷、起步即峰值扭矩，且無需機械變速箱，倒車性能與前行無異。最后，省去傳統變速箱并搭配高性能電池后，可實現短途純電行駛，大幅降低噪音與熱信號特征。

圖注：正在閱兵彩排中的新型主戰坦克。

除了“混動”內在優點，主動防御系統、新型火控、電熱化學炮等耗電大戶逐漸上車，也對坦克裝甲車輛的供電能力提出更高的要求，因此在上世紀80年代，美歐等國重新掀起了坦克裝甲車輛的“混動”浪潮，我國則在本世紀初開展履帶車輛電傳動系統的裝車試驗。

圖注：本世紀初我國基于86式步兵戰車研發雙電機獨立驅動驗證樣車

盡管起步晚半拍，但實際進度卻和我國的新能源汽車一樣實現彎道超車：在各國“混動”坦克仍停留在PPT或樣車階段的今天，我國在長安街亮相的“混動”坦克已比其它國家樣車總和還多。從追趕到領先，國產四代坦克又需要面臨哪些技術難題？

圖注：相比與其它國家“混動”坦克僅停留在樣車甚至模型階段。

二

“電動”如何化為“混動”坦克澎湃脈動

“混動”雖對坦克好處多多，但要從圖紙走向閱兵場，成為我軍現役第四代主戰裝備中的一員，并不是重走汽車“油改電”的老路。

圖注：正在運輸中的某新型主戰坦克，發動機散熱口下方（紅框處）

無論是混動汽車還是混動裝甲車輛，主流布局均可歸為兩大類：串聯式與并聯式。串聯式又稱增程式混動，其內燃機僅用于驅動發電機發電，所產生的電能經整流、逆變后輸送至驅動電機，進而推動車輛；該系統允許車輛在關閉發動機后完全由電池供電，實現全速靜音行駛。并聯式，或稱插電式混動，則允許內燃機與電動機獨立或共同驅動車輪，內燃機動力可直接傳遞至傳動機構。該布局中電機功率通常較小，無法單獨支持車輛全速機動，但具備機械備份，在電機故障時仍能依靠內燃機繼續行駛。

圖注：并聯式布局（左）及串聯式布局（右）示意圖

從國內研究來看，由于第四代坦克為進一步提高生存力，需將紅外、噪音特征控制在更低水平，加之坦克車輛通常的行駛速度并不值得像插電混動汽車那樣在高速巡航時用發動機直驅，此次亮相的“混動”坦克極有可能采用“串聯式雙側電傳動”布局——該布局用在國產坦克是頭一遭，卻早已在國產履帶式重型工程機械上成功應用。

圖注：正在作業的國產混動礦卡與工程機械。

由于以電機作為主要驅動力，因此采用“混動”坦克也需搭配高功率密度/高扭矩的電動機，比如驅動一臺40多噸重的坦克并保證足夠機動性，至少需要電機動力組有800kw功率及以上。但對于我國這種新能源領域的“全能選手”，想提供足夠性能動力組并不算難事：負載水平與坦克裝甲車輛接近的百噸級礦卡已應用上最大輸出功率1200kW及29000N·m最大扭矩國產電機；而使用工況與之類似的重型TEL也早已普及國產大功率電機來適應“混動”趨勢，想給國產坦克提供一顆電動的“心臟”已具備堅實基礎。

圖注：正在試車的國產某增程式油電混動重型載具。

三

一路坎坷，如何讓“混動”坦克駕輕就熟

電動汽車的控制策略也與電傳動履帶裝甲車輛大相徑庭:例如，電動汽車通常通過轉向架和方向機結構實現方向控制；而混合動力坦克裝甲車輛則依賴兩側電機的功率差實現轉向。

在傳統串列電傳動布局中，雙側驅動電機之間并無機械連接。轉向時，內側履帶產生的再生功率無法通過機械方式傳遞至外側，只能由低速側電機進行回收。此時，外側電機需輸出遠高于直線行駛的功率，其設計須滿足170%甚至更高的瞬時過載能力。以美國“未來戰斗系統”（FCS）的履帶式樣車為例，其驅動電機總容量達到發電機的兩倍以上，雖可滿足轉向瞬時需求，卻造成顯著的功率冗余，導致成本、體積和重量增加。

為降低轉向時電機負荷，并控制系統成本與體積，國內為其專門開發了一種雙側電機耦合驅動傳動方案。該方案的核心是一個由多行星齒輪機構構成的二自由度系統。雙側電機的輸出功率先通過功率耦合機構實現多功率流匯流，再分流至兩側輸出軸，以滿足履帶車輛直行與轉向等多種工況需求。該耦合機構可實現轉向再生功率的機械回流，大幅降低對電機功率的要求。該方案的電機功率需求僅為獨立驅動方案的0.65倍。

圖注：雙側電機耦合驅動傳動方案示意圖（左上、右上）

另一方面，混合動力坦克需依賴電控技術對兩側驅動電機進行實時控制。早期混合動力裝甲車輛就因缺乏電控調節，在直行時常因兩側履帶附著力差異導致電機誤判、產生非預期功率差，引起車輛持續“扭動”，顯著增加駕駛難度。

圖注：國產100KW級電機電控模塊，如今已縮小到一臺智能手機的體積

為實現國產混合動力坦克的平穩行駛，研發人員一方面通過布置于電傳動系統各處的傳感器實時監測電機轉矩、轉速及系統效率；另一方面，借助大量硬件在環仿真與實車試驗，開發出一種基于多算法協同的功率流控制算法，以精準預估驅動電機的總功率需求。駕駛員在行駛過程中向車載運動控制器輸入操控信號，系統結合實時狀態反饋自動調節電機輸出轉矩，實現兩側牽引力的協調控制，從而保障車輛穩定行駛。

圖注：電傳動系統結構及功率流控制方案示意圖。

四

如何讓“混動”能量收放自如

如今，混動汽車為提升發電機能量的利用效率，普遍采用高能量密度電池組作為輔助動力源。然而在坦克裝甲車輛的混動發展進程中，電池“拖了很長一段后腿”：無論是上世紀末歐美、還是本世紀初我國的驗證車，均采用多組鉛酸電池串聯，配合發動機/發電機與電動機協同工作。這種構型導致電池組幾乎占據車內全部可用空間，對本就“寸土寸金”的坦克，顯然過于龐大和沉重。

圖注：正在進行閱兵演練中的某新型主戰坦克與99A主戰坦克

電動汽車用電池的發展則為如今混合動力坦克提供了更多電源選項：例如已在廣泛應用的三元鋰電池。但三元鋰電池在安全性方面的表現始終存在爭議，而國內日趨成熟的磷酸鐵鋰電池，因其熱失控起始溫度高、耐擠壓和撞擊性能好，不易迅速起火，安全性顯著，成為“混動”坦克更靠譜的儲能擔當。

圖注：國內正在進行穿刺實驗的磷酸鐵鋰電池彈匣電池系統。

國產磷酸鐵鋰電池的能量密度雖略低于三元鋰電池，但對于不完全依賴電池持續高速運行的混合動力坦克而言已完全夠用：其能量密度可達130 Wh/kg以上；在高功率輸出場景下，比鉛酸電池具備更強的放電能力，尤其適合用作坦克裝甲車輛的動力源——僅配備不足1噸的該類型電池，便可支持40噸級混動坦克以純電模式實現約10公里的靜默突擊續航；電池循環壽命達2000次以上，是鉛酸電池的6倍。結合智能電池管理系統，可在長途行軍過程中依托內燃機驅動發電機頻繁為電池充電，并根據實時動力需求調控充放電功率與模式切換，顯著提升戰術靈活性。

對于國產“混動”坦克，調節電流脈動的不僅僅是電池 ：由于較大車體質量讓車輛制動時會產生較大瞬時再生能量，對電池而言，此刻的尖峰電流不僅難以“消化”，也會對動力電池壽命造成影響。為此國內軍工科研團隊還采用動力電池與超級電容聯合供電的方式，結合了動力電池高能量密度和超級電容的高功率密度的特點，使儲能系統的負載適應能力有較大的提高，從而不浪費“每一度電”。

圖注：正在試車的機電復合傳動實驗平臺。

結語

作為全球首款正式列裝的混合動力主戰坦克，不僅是“油改電”那么簡單，更標志著我國裝甲車輛技術演進進入新階段——與汽車"家電化"發展趨勢相似，坦克“混動化”僅是上半場，“信息化”才是下半場，在現代戰場"信火一體"的背景下越來越多新型電子裝備正加速集成至裝甲平臺。在未來若干年內，我們也或許將看到更多軍事強國的地面裝甲載具跟隨它的步伐。

從圖紙到現實

“新能源”坦克動力澎湃

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