2．主要研究内容

能量库计划的具体功能、性能需求由功能需求文件提出，但由于包含受控信息，该功能需求文件仅授权与美国防部及其承包商（Distribution State D）。因而本文关于能量库计划的研究内容是基于技术发展路线图和信息征求分析获得的。

（1）能量库架构研究

能量库由通用模块组成，主要组成部分为储能模块、变电模块、配电模块与保护模块，其架构如下图所示，示意图仅代表了能量库的权衡空间，其最终功能尚待进一步确定，可能包含如下形式：1）不含储能模块，直接由变电器向负载供电；2）利用储能模块，将平台供电放大并直接供给负载；3）由储能模块单独向负载供电。

信息征求提出能量库结构将分为两部分，分别为储能柜（Energy Storage Cabinet）和变电柜（PowerConvert Cabinet），两者的边界为680VDC－1000VDC总线。

能量库架构示意图（美海军图片）

能量库功能模块（美海军图片）

（2）储能技术研究

研究适用于能量库的储能介质及其相关技术。

储能介质研究主要关注电池、电容及旋转机械等储能介质在能量库的应用，分析混合介质储能的效果，并探索储能元件并联技术的可行性，特别关注公共接口下多个电容器或电池并联的电流分配、稳定性及短路保护等技术。

储能相关技术研究主要关注不同储能介质对电力电子设备接口的要求，特别是旋转储能情况下电力电子设备的拓扑、控制，以及所需轴承等技术。

（3）变电技术研究

研究能量库所需的变电技术，以满足能量库从多种不同电压等级平台获取电能、并向多种负载供能的需求。

能量库储能柜如采用混合介质，应考虑是否需要设计额外的变流器以保证其安全接入直流总线。

特别的，美海军关注高压碳化硅宽带隙半导体器件的应用，以及其如何改善电力电子设备的性能，希望明确这一技术能否改善能量库的设计性能。

碳化硅技术在电力电子设备的应用（美海军图片）

（4）配电技术研究

针对不同特性的负载，开展配电技术研究，研制适用于能量库的断路器、继电器等装置。

此外，对于具体的能量库结构，储能柜、变电柜总线上可能需要使用高速断路器，该断路器是否封装到储能柜或变电柜内部，以及是否影响原有接触器、保险装置。

（5）热管理技术研究

能量库需要一套采用水作为冷却介质的热管理系统，以满足大功率散热的需求。

冷却介质的可能选择包括环境水与专用冷却水，考虑到介质储存、循环、结构相容性以及对能量库性能的影响等因素，需要对两者进行考量。冷却介质的温升上限设定为6．9K。

（6）演示验证

完成模块化、可扩展的能量库全尺寸演示验证，集成到现有装备平台，以满足2021年开始在平台应用的多个任务系统的需求。

能量库演示验证安排（美海军图片）

四、启示

能量系统技术已成为航空装备、舰艇等发展的“瓶颈”技术，严重制约装备平台的效能，限制了定向能武器等新型武器、任务系统的集成应用。随着高温／室温超导、纳米材料、宽带隙半导体电力电子器件、新型控制理论等技术的发展和应用，能量系统技术可能迎来新突破。

美空军、海军长期关注能量系统技术发展，发布路线图并长期投资基础科研计划与技术研究计划，研究成果有效推动了能量系统发展及平台效能提高。

借鉴美空军、海军经验，我国应重视航空装备及舰艇等平台能量系统技术研究，开展专项研究计划，探索前沿技术在能量系统领域应用，以满足平台及任务系统的技术需求与系统级产品需求，从而支撑装备发展。

（中国航空工业发展研究中心  穆作栋）

本篇供稿：系统工程研究所

运 营：李沅栩