作為全球第一艘搭載鋰
電池的作戰(zhàn)潛艇,不久前下水的“凰龍”號潛艇可謂是賺足了市場的眼球。“凰龍”號潛艇的下水揭開了潛艇發(fā)展的一個(gè)新篇章,也使得潛艇
電池開始躍入大眾的視野。
作為特殊艦種,潛艇需要長時(shí)間在呆在水面以下。而在水下潛航的時(shí)候,燃燒空氣的柴油機(jī)并不能正常工作,因此就需要電池組來提供水下航行的動(dòng)力。這樣,每隔一段時(shí)間的水下潛航之后,潛艇就需要浮出水面,并且使用柴油機(jī)給電池組充電,以保障下一次潛航。
雖然潛艇本身聽上去比較高大上,但是潛艇中使用的電池組表現(xiàn)確實(shí)比較平民化的。自一戰(zhàn)以來至的絕大多數(shù)常規(guī)潛艇內(nèi)安裝的電池組都是鉛酸電池,與馬路上的
電動(dòng)車電池差別不大。這主要由于鉛酸電池發(fā)展成熟,具有安全系數(shù)高、成本低廉且便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
現(xiàn)役的常規(guī)潛艇一般都安裝有240-480塊不等的鉛酸電池,分布在艦體下側(cè),整個(gè)蓄電池組重量會(huì)達(dá)到120-400噸,占據(jù)潛艇總重的10%左右,是潛艇內(nèi)排水量最大的單一功能組件。一般情況下,常規(guī)柴電潛艇內(nèi)安裝的鉛酸電池在充滿電的情況下能保證潛艇在水面以上航行3-5日左右。
由于潛艇的潛行能力是決定其作戰(zhàn)能力的一個(gè)重要指標(biāo),因此如何能使得潛艇更長時(shí)間的在水下航行是各國研發(fā)的一個(gè)重點(diǎn)課題。就目前來看,直接有效的方法有兩個(gè):使用核反應(yīng)堆或者AIP系統(tǒng)。不過過高的技術(shù)要求以及昂貴的價(jià)格使得核潛艇只能是極少數(shù)國家的王牌。因此對于大多數(shù)國家而言,AIP系統(tǒng)顯然是延長潛艇水下續(xù)航時(shí)間的最佳方法。
AIP系統(tǒng)全稱為不依賴空氣推進(jìn)裝置,目前成熟的AIP系統(tǒng)主要有四大類,其中應(yīng)用最為廣泛的一類是SEAIP(斯特林發(fā)動(dòng)機(jī))。 “凰龍“號同級的其他十艘”蒼龍”級潛艇使用的就是這一技術(shù),我國的AIP潛艇采用的也是這一技術(shù)。
斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)由介質(zhì)(氦氣或氫氣)熱脹冷縮的周期來產(chǎn)生動(dòng)力,因此不需要空氣的額外介入。只需要使用燃料燃燒就能給與潛艇在水下運(yùn)行動(dòng)力。只要潛艇中攜帶的液氧與燃料充足,就能保證潛艇在水下的長時(shí)間航行。目前而言,使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的潛艇能夠在水下運(yùn)行2-3周時(shí)間,是常規(guī)潛艇續(xù)航能力的3-4倍。
而“凰龍”號潛艇上鋰離子電池系統(tǒng)實(shí)際上全部替換了原有的斯特林AIP系統(tǒng),使得潛艇又重新變成了傳統(tǒng)意義上的常規(guī)柴電潛艇。相對于斯特林AIP系統(tǒng)而言,鋰離子電池組的優(yōu)勢在于噪音小、發(fā)熱量較低且無廢氣排放,即水下隱匿性更強(qiáng);缺點(diǎn)則是水下續(xù)航能力有所降低,且使用鋰離子電池后,系統(tǒng)安全性風(fēng)險(xiǎn)增加。
雖然就目前公開的報(bào)道來看,并沒有明確表示該潛艇究竟使用的是何種鋰電池,但是從其電池供應(yīng)商日本GS湯淺公司的技術(shù)路線來看,只有錳酸鋰與磷酸鐵鋰電池這兩種可能。而對比錳酸鋰和磷酸鐵鋰的性能來看,預(yù)計(jì)該潛艇使用磷酸鐵鋰電池的可能性更高,因?yàn)榱姿徼F鋰電池相對安全性更高,且高倍率放電情況下,能量密度的損失更小,此外磷酸鐵鋰的高循環(huán)次數(shù)也從一定程度上降低了潛艇的維護(hù)成本。
除了鉛酸電池和鋰離子電池以外,銀鋅電池和燃料電池也有在潛艇上使用的案例。
在上世紀(jì)50年代,美國的“大青花魚”號潛艇就曾試驗(yàn)性的使用銀鋅電池在水下以33節(jié)的速度航行了1.5個(gè)小時(shí)。雖然銀鋅電池性能較鉛酸電池更加優(yōu)異,但是受制于其昂貴的造價(jià),最終220噸的銀鋅電池還是重新還給了美國國庫。
相對而言,燃料電池則要幸運(yùn)的多,目前相關(guān)的技術(shù)主要掌握在德國手上,德國的212-216型潛艇使用的就是燃料電池,俄羅斯的677型也在計(jì)劃使用燃料電池技術(shù)。不過與鋰離子電池不同的是,燃料電池在潛艇取代的不是鉛酸電池組而是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組的位置,其本質(zhì)上是屬于AIP系統(tǒng)的一種(FCAIP)。
潛艇上燃料電池的優(yōu)勢主要是在于能量轉(zhuǎn)換率高、噪音小、無廢氣排放等,缺點(diǎn)則是艇內(nèi)儲氫和儲氧裝置降低了潛艇的安全性能、且燃料電池的比功率依然較低導(dǎo)致航速不佳,此外造價(jià)及維護(hù)成本也十分高昂。
總體而言,雖然潛艇發(fā)展歷史已超過百年,但是其在蓄電池方面的發(fā)展速度并不快,這主要還是考慮到安全性問題。不過就未來而言,鉛酸電池被淘汰的命運(yùn)不可避免,未來鋰離子電池、固態(tài)電池、燃料電池乃至核衰變電池,究竟誰會(huì)受到潛艇的青睞尚未可知。不過就目前而言,鋰離子電池的確是最有可能的一種。
(責(zé)任編輯:子蕊)