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苍龙级潜艇换装锂电池是“瞎创新”?

军事 rock 8111℃ 4评论

83d12e61-ee6b-465c-a463-b37e2b106f4c在现有的技术条件下,锂离子电池是代替潜艇用铅酸蓄电池的最佳方案。全球主要常规潜艇生产国都在进行这方面的研究,例如德国的216型、俄罗斯的“拉达”级,日本只不过是又一次走在了前面。按计划,海自将在下一代潜艇中安装燃料电池,其动力组合将变成AIP(燃料电池)+锂离子电池组+柴油机,水下低速和高速航行时间都会有大幅度的提升,噪 音水平进一步降低。海自潜艇部队规模扩大到22艘后,有条不紊的全面换装超静音AIP潜艇,其谋求水下优势的野心和决心不言而喻。

日本海上自卫队近期宣布,2015年开工的苍龙级潜艇将“革命性”地采用锂离子电池。由于日方公布的信息很少,媒体的报道多有出入,引起了网友的疑惑,下面我们来看一下日本的这一举动到底是不是“瞎创新”。

潜艇换装锂离子电池是趋势

与目前常规潜艇搭载的铅蓄电池相比,锂离子电池重量更小,能量密度大,充电速度更快。苍龙级换装锂离子电池组,可以大幅提升增强水下巡航速度——无法维持较长时间高速潜航是常规潜艇的重要缺点。自索尼发明锂离子电池以来,其大规模商业化应用已经改变了世界。锂电池早已深入千家万户的电子产品之中,其优点毋庸赘言。因此,媒体指摘的多是其安全性能,比如自燃或无故爆炸的情况。

网上流传的一些自燃或爆炸的锂电池事故,主角多是早期的锂金属电池和液态锂离子电池,现在即使是18650电池(电子产品中最常用的锂电池,Tesla电动车也采用松下提供的这种电池)也已经可以在技术上避免自燃或无故爆炸的情况出现。聚合物锂离子电池的安全性则更高,对于强烈撞击和穿刺也有并入隔膜等相应的设计优化。

波音787飞机锂电池自燃和Tesla电动车碰撞后起火是最常见的两个用来质疑锂电池安全性的例子。其中,波音787飞机锂电池的供应商汤浅电池将为苍龙级提供锂电池组,这被认为是苍龙级升级方案不靠谱的证据之一。波音787飞机采用的是一前一后两个液态锂离子电池组,各重约28.5公斤,各含有8个4伏的电池芯,串列后达到32伏电压,可提供75安培-小时的电力。而波音777的镍镉电池重量48.5公斤,采用20芯,电压才24伏,但放电电流只有16安培-小时。性能的提升非常明显,但由于过度压缩体积,波音787飞机所用锂电池组存在过热问题,阻燃措施也不充分,因此才发生自燃现象。解决思路主要是增加电池组件的间隔,加强通风等常规方法。也就是说,这是一个设计问题,可以优化改进,并且已经解决。

至于Tesla电动车,应当说问题更多的不是在技术方面。碰撞造成电池保护罩被硬物刺穿,随即电池总成前部的通风孔开始向外释放热量并导致起火,消防员起初采取传统灭火方式导致起火面积变大,后来使用干粉灭火器才将火势控制。由于电池总成内部为每个电池模块都建立了单独的防火墙,因此,火势没有蔓延至其他地方。报警系统也及时通过各种声音和图示警告驾驶员尽快离开车辆,最终,驾驶员免于受伤。而在美国全国公路交通安全管理局之前的碰撞测试中,Tesla Model S获得了最高安全评级,而且不仅整体获得5星安全评级,各分类测评中也均获5星(只有1%的车型在这一测试中能获得如此好的成绩)。如果这是一辆普通的汽车呢?用户最有发言权。6周内的3次起火事件并未影响Tesla的销量,事故车主反而表示感激,称Tesla车救了他们,并且希望再买一辆。可见,先进的电池控制系统可以保证以最普通的民用锂电池达到严苛的使用标准。

在现有的技术条件下,锂离子电池是代替潜艇用铅酸蓄电池的最佳方案。全球主要常规潜艇生产国都在进行这方面的研究,例如德国的216型、俄罗斯的“拉达”级,日本只不过是又一次走在了前面。

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日本潜艇技术扩散的影响

有国外媒体报道称,日本苍龙级潜艇在换装锂离子电池的同时还将取消原有的AIP系统,即只保留锂电池组+柴油机的动力组合。笔者认为这种可能性较小。一方面,这需要对苍龙级现有设计做较大改动,增加了正在谈判中的澳大利亚潜艇项目的风险,另一方面,现有锂离子电池技术还达不到抵消AIP系统低速续航力优势的程度。

目前,世界上成熟的AIP技术有四种:斯特林发动机、燃料电池、闭式循环汽轮机和闭式循环柴油机。代表型号分别为日本的苍龙级、德国的212A型、法国的阿戈斯塔90B型和荷兰的海鳝级。这四种类型的AIP的总功率都较小,对高速潜航用处不大,但对低速水下续航力的贡献相当明显。现有最先进的量产型聚合物锂离子电池比能为190瓦时/公斤,约为铅酸蓄电池的5倍左右。要替换苍龙级采用的斯特林发动机,锂电池的比能至少还需要再翻一番,这个目标近期难以实现。

苍龙级所用斯特林发动机是引进瑞典专利生产的,可以认为是海自在燃料电池技术成熟前采用的过渡方案。燃料电池效率高、噪声低,是潜艇AIP系统的理想选择,而日本在燃料电池研发方面实力雄厚,例如丰田公司的燃料电池汽车技术一直全球领先。按计划,海自将在下一代潜艇中安装燃料电池,其动力组合将变成AIP(燃料电池)+锂离子电池组+柴油机,水下低速和高速航行时间都会有大幅度的提升,噪音水平进一步降低。海自潜艇部队规模扩大到22艘后,有条不紊的全面换装超静音AIP潜艇,其谋求水下优势的野心和决心不言而喻。

更加值得注意的是,日本正在通过军售将先进军事技术扩散,这些扩散的区域基本都在中国周边,尤以澳大利亚、越南和印度为代表。所以,不管用什么型号的电池,澳大利亚获得12艘苍龙级潜艇后,东亚地区的水下肯定会更加拥挤。

北纬40°作者赐稿 文 | 落日

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(4)个小伙伴在吐槽
  1. AIP(燃料电池)+锂离子电池组+柴油机恐怕是10年内最nb的常规动力组合
    匿名2014-10-14 23:32 回复
  2. 上BYD
    匿名2014-10-14 23:33 回复
  3. 反潜压力山大
    匿名2014-10-14 23:39 回复
  4. 分分钟的事儿 :mrgreen:
    匿名2014-10-20 09:36 回复