士兵系統尋求高效能電源

能源技術作為士兵系統的關鍵技術之一，是士兵系統發展突破的一個瓶頸，各國都在努力尋求高效、輕量化的能源，為各種通信和夜視器材提供能源保障。隨著高效能源技術的發展，步兵裝備正向整合的方向前進，士兵系統的前景逐漸明朗。

正像美國“陸地勇士系統（LW）”和英國“未來士兵技術(FIST)”所描繪的那樣，未來步兵的個人作戰能力將得到大幅度提高，但是我們也會發現，士兵在獲得各種“神通”的同時，也要為此付出代價——他們不得不攜帶繁重的能源裝備為各種傳感器、通信系統、導航定位系統、顯示系統等功能模塊提供能量來源。雖然各國軍方投入了大量人力物力開發新型能源產品，但當前軍用能源技術仍大部分依賴成熟的民用技術。

一次性鋰電池

早先的鋰電池被刺穿時易發生爆炸，鋰燃燒時產生濃煙，容易造成環境污染和人員傷害。但鋰電池成本較低、易于生產，長期儲存后仍能夠保持良好的性能。研究人員在鋰電池基礎上開發出一些混合類電池，比如鋰錳(Li-MnO2)電池。不同于傳統的鋰電，鋰錳電池由固態的鋰金屬陽極、二氧化錳陰極以及電解液組成。陽極和陰極之間有一個可熔性安全隔離區，當電池過熱時，陽極和陰極之間會自動切斷，以防止出現電解液外漏的現象。

美國的Ultralife公司是第一家參與到軍用鋰電池行業中的私人企業，該公司的鋰錳系列電池現在的應用范圍也已經從最初的電臺、夜視鏡擴展到遙感勘測系統、化學試劑的監控設備上。采用鋰錳技術的BA-5390/U電池，其容電量超過了同等價格的鋰硫（Li-SO2）電池，而供電量和供電時間則超過BA-550/U鋰硫電池50%～60%。為了滿足電池的實際工作溫度，BA-5390/U電池設計了密封的塑料外殼，可以保證電池在-30℃～72℃范圍內正常工作。雖然BA-5390/U電池質量偏大，但因其所具有的優點，美軍SINC-GARS背負式PRC-119電臺仍廣泛采用。

充電鋰電池

與一次性電池相比，充電電池顯然可以為軍方節約大量的經費，這一點在訓練使用時尤為突出。可充電的鎳-氫電池、鎳-鎘電池以其低成本的優勢被廣泛應用在軍事領域。近期，鋰離子電池技術在降低電池重量和提高電池能源密度等方面取得了巨大進步，體現了很好的發展勢頭。

英國ABSL公司現走在軍民兩用鋰離子電池發展的最前沿。該公司提供的可充電電池組件在英國陸軍“弓箭手”（Bowman）通信系統中起到了至關重要的作用。“弓箭手”系統的電池組件包括高頻（HF）電臺BB2590電池及超高頻（VHF）電臺電池。這些可充電的電池為“弓箭手”系統的電臺提供了可靠的能源保障。

ABSL公司通過通用動力公司，將“弓箭手”系統的電池技術提供給荷蘭，雙方在2005年簽訂了一份價值140萬英鎊、為期兩年的合約，為荷蘭海軍的新艦載綜合通信情報系統提供電池、電池充電器以及相關輔助設備。

ABSL公司還負責英國“未來士兵技術”的能源管理項目。該公司設計了一套由兩個可交替使用的鋰離子電池組，可整體裝入SA80步槍的槍彈袋中，具有熱插拔能力，作為“FIST V2”系統的一部分已經通過了試驗檢測。

法國Saft公司也是一家實力不俗的電池廠商，他們以MP系列鋰離子電池為基礎，設計出的新型鋰電池外形為扁平柱狀，從而使各電池單元緊湊地結合在一起，一組棱柱形電池的能量儲存可超出一組同體積圓筒形電池的20%。其由石墨做陰極，鈷氧化物做陽極的設計方式可以保證充滿電的電池在存儲一個月后仍保留95%的電量。2006年1月，Saft公司贏得為法國FELIN士兵系統研制可充電鋰電池的合同，要求在極端的溫度和濕度條件下確保安全和可靠操作，要絕對堅固耐用，還必須能夠經受住核生化（NBC）的檢驗，具有電磁兼容性，并使用Sagem公司的充電器充電。 FELIN計劃的32000套綜合士兵系統涉及Sagem公司提供的包括傳輸語音和數據的電子電臺、GPS定位導航系統等產品，在需要強大能源支撐的情況下，要求電池有足夠的能量支持。

經過技術攻關，2006年11月中旬， Saft公司推出了MP176065電池。該電池將電極裝載和電解液合成物進行了最佳化組合，且采用鋁殼代替不銹鋼的外殼，其容電量增加到7.0Ah，使用次數增加了20%，可重復充電使用600次（增長了100次），質量則減輕了10g。該電池同MP174865電池和MP144350電池一起，被認為是最匹配于FELIN士兵系統的電池，2007年已投入生產。

鋅-空氣電池技術

另外一家活躍在電池行業中的企業是美國的Arotech公司。該公司成為美軍高能鋅-空氣電池的惟一供應商。2006年6月，Arotech公司得到美國通信電子部(CECOM)70萬美元的資金支持，用于為FFW系統研制下一代(第四代)鋅-空氣電池。據Arotech公司主席和首席執行官羅伯特·埃利希介紹，鋅-空氣電池的帶狀設計可以有效提高電池的使用壽命，公司認為此類電池具有很高的能量密度，很好的環境適應性、操作安全性，而且在質量上要比鋰電池輕很多，可減輕士兵的負荷，滿足戰術使用的需求。

燃料電池

隨著對軍用電池的需求日益攀高，為滿足軍方對軍用電源，特別是未來士兵系統電源的需求，以燃料電池為代表的新能源技術正試圖填補這個缺口。軍用燃料電池的研究和發展已有50多年，美國陸軍能源部陸地勇士系統燃料電池技術組就非常鐘情于燃料電池，已經制定了便攜式電池和車載式電池的訂購計劃，而英國最新的FIST系統和英國陸軍FRES(快速反應系統)也將采用燃料電池作為能源。

燃料電池具有較高的燃料利用率，不會產生較強的熱源信號，因此選擇一種質量輕、技術成熟、利用率高的液體燃料作為能源燃料是非常必要的。如氫電池，原理是將氫的化學能轉換成電能，氫和來自空氣中的氧通過化學反應之后產生水，同時也產生電能。因為反應過程的惟一副產物是水，不會產生有毒物質，因此對環境沒有任何污染，是一種既安全又環保的能源。

Voller能源公司致力于研制便攜式燃料電池和移動發電機，該公司引進了燃料電池技術，開發了相關系統軟件，用來對能源輸入和電源輸出數據進行監控，力求研制出高效能的燃料電池系統。其為軍方設計的VE10M燃料電池功率為10W，已經處于演示驗證階段。

美國陸軍已將甲醇作為一種具有潛力的能源進行研究，MTI公司有可能被指定為美軍甲醇燃料電池的直接供應商。該公司稱，甲醇電池有望在滿足72小時供電任務的情況下，質量控制在普通電池的一半，1塊甲醇電池就能完成9塊BA5590電池才能完成的作戰任務。

德國的SFC（Smart Fuel Cell）公司已經設計出一種高能量密度并能直接供電的甲醇燃料電池。其充電燃料筒可以很方便地進行更換，質量只有0.47kg，長寬為18cm×8cm，體積非常小。該燃料電池在14.4V額定電壓下，最大功率為40W，質量僅為1kg，在完成72小時供電任務的同時，可將士兵在電源上的負重減少到原來的80%，該燃料電池系統現正處在測試階段。

該甲醇燃料電池系統的升級產品也正在研制過程中，系統可通過甲醇燃料提供25W的功率輸出，而且能與任何標準的軍用鋰電池配套使用。如將高能量密度和連續供電的優點集于一身的“詹妮”甲醇燃料電池質量僅為原來同等能量電池的80%，配有一個350ml容量的燃料筒，可以提供350KWh的電量，質量只有0.36kg，可以代替2塊質量達2kg的傳統電池。“詹妮”甲醇燃料電池可以配裝于獨立的士兵系統，也可以配裝在無人值守設備上。目前已經有包括德國、英國、挪威和荷蘭在內的8個國家對 “詹妮”甲醇燃料電池提出了訂貨。

挑戰新技術，

滿足不斷增長的軍事需求

近10多年來，軍用電池技術的發展一直不能滿足迅速增長的軍事需求，在未來士兵系統電源技術發展方面的表現尤為明顯。許多電池系統都在改進原有的工藝設計來降低成本，且改進電池的性能，從而提高市場競爭力。

位于美國亞拉巴馬州的奧本大學論證了用斯特靈(Stirling)交流發電機解決電池的再充電技術問題。自由活塞式斯特靈交流發電機已經有超過40年的歷史，可以利用柴油發動機將熱能轉換成電能。奧本大學介紹說，因為外部的熱能來源多種多樣，其因此比較符合軍用能源的條件。

ABSL公司研制出一種新型智能電池系統“Smart”。該電池配有一個獨立的小型充電指示器，并設計有小型電池壽命指示器，可以顯示電池容電量的衰減量，植入的ILS軟件可以優化電池與士兵系統的連接，從而提高電池的功效。盡管要增加一些成本，但是這些設計可以降低電池使用和儲存過程中的耗費，減少能源浪費，并且有助于士兵操作使用。

許多公司也在努力嘗試著其他的能源方案，比如微型發電機電池，即只有硬幣大小的鈕扣電池，由一個微型發電機產生電能，具有比傳統電池更持久的使用壽命，而且質量特別小。

隨著研制工作的開展，許多技術瓶頸相繼出現，要把眾多技術巧妙融合到一個系統之內，并滿足軍事應用的高性能要求，還有一段較長的路要走。

SFC公司的“詹妮”電池

“FIST”系統對能源不斷增長的需求是未來士兵系統對能源需求的典型體現

Ultralife公司BA-5390/U電池系統

ABSL公司為“弓箭手”系統設計的電源系統

Saft公司Batterles系列BB2590電池

Voller公司VE10M電池