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日本造出全球首艘鋰電潛艇 電池易爆炸問題解決了嗎?

http://finance.sina.com   2018年10月10日 23:56   澎湃新聞

  日本造出全球首艘鋰電潛艇,電池易爆炸問題解決了嗎?

  來源:科技日報

  近日,日本最新一艘蒼龍級“凰龍”號常規動力潛艇下水,這是日本的第11艘蒼龍級潛艇。尤爲使人關注的是,該潛艇是世界上第一艘使用鋰離子電池作爲動力的潛艇。日本《產經新聞》稱,“該艇是世界上第一艘採用和電動汽車相同的‘鋰離子聚合物’電池的作戰潛艇”。

  科技日報記者瞭解到,蒼龍級潛艇在設計之初,就以其“鋰離子電池推進”爲噱頭,獲得極大關注,但前10艘蒼龍級仍然和很多AIP常規潛艇類似,採用了瑞典“斯特林”AIP系統。

  軍事科普作家陳光文對此表示,“日本在‘凰龍’號以及後續蒼龍級潛艇上使用‘鋰電池+柴油機’動力組合,除了提高該型艇的戰術性能外,還承擔着爲‘3000噸型潛水艦’(29SS型)進行使用鋰離子電池試驗的任務,而後者是一定會使用這一先進推進技術的。”

  鋰離子電池將彌補蒼龍級不足

  蒼龍級潛艇大概要算是當今世界最著名的AIP潛艇了。蒼龍級潛艇也被稱爲“平成16年度潛艇計劃”(簡稱爲16SS型),是日本海上自衛隊現役最新銳的潛艇類型。

  “這型潛艇據稱有幾個世界第一,排水量高達4200噸是,世界最大的作戰型常規潛艇;潛深可達500米,是潛深最大的常規潛艇;同時還號稱作戰能力世界最強的常規潛艇。因此蒼龍級潛艇被譽爲日本的驕傲,是日本所謂的‘準核潛艇’。”陳光文介紹,蒼龍級是親潮級“柴-電潛艇”的大幅改進型,引進了瑞典的“斯特林”發動機,是亞洲第一型採用AIP系統的潛艇。該級艇採用了先進的葉卷型艇型,可將敵方主動聲吶探測距離降低50%的新型消音瓦,以及X型尾舵設計,這使其水下噪音水平達到了105分貝,優於著名的“大洋黑洞”——俄羅斯基洛級常規潛艇。由於採用了高度自動化的控制技術,該級艇將艇員人數控制在65人,從而提供了相對舒適寬裕的內部空間。

  陳光文指出,“蒼龍級AIP潛艇早前的10艘採用的是4臺‘斯特林’發動機,可以使其在水下潛航時間達到兩週,這比未裝備AIP系統的常規潛艇高約5倍,具有很強的隱蔽性。但經過驗證發現,早期的蒼龍級潛艇儲備浮力不足——只有約600噸。按照一般的原則,排水量爲4000噸級的潛艇,應該要大於1000噸纔算合適。此外,4臺‘斯特林’發動機總共400千瓦的推進功率,相對一艘擁有如此巨大排水量的潛艇來說,仍然存在不足。”

  “當然,更重要的是,近年來日本在汽車‘鋰離子聚合物’電池技術方面取得突飛猛進。所以,日本迫切需要應用自己最新的技術,以提高新型AIP潛艇的性能。”他說。

  “凰龍”號成爲新式“柴-電”潛艇

  常規動力潛艇中柴電動力系統通常由柴油機、發電機、蓄電池與電動機組成。潛艇使用柴油機配合電動機作爲動力來源。柴油機負責潛艇在水面上航行以及給蓄電池充電的動力來源。而在水面下,潛艇使用蓄電池中的電力推進航行。這就是“柴-電”潛艇。

  不過蓄電池中的電力只能維持很短的時間,就必須浮上水面,或者採用通氣管,運行柴油機爲蓄電池充電。因此,“柴-電”潛艇的隱蔽性能就大大降低了。資料顯示,普通“柴-電”潛艇的水下續航能力非常有限,僅爲10-100小時。

  鑑於此,科學家們又研發了不依賴空氣的動力推進系統來提升常規動力潛艇的水下自持力,這就是AIP系統。

  記者瞭解到,蒼龍級使用2臺柴油機、4臺“斯特林”發動機、鉛酸蓄電池和1臺主推進電動機作爲推進系統,潛航性能有大幅提升。而其第11艘“凰龍”號在維持規格和航速不變的情況下,使用鋰離子電池替換掉整個“斯特林”發動機的AIP動力系統和鉛酸蓄電池。

  “因此,用鋰電代替鉛酸電池和AIP系統的‘凰龍’號重新成爲了‘柴-電’潛艇。當然,此‘柴-電’與早前傳統意義上的‘柴-電’已非同日而語。”陳光文指出。

  資料顯示,鋰離子電池比鉛酸電池能量密度更高,充電效率更高,壽命也更長。可以簡單的理解爲,使用鋰離子電池既大幅減輕重量又增加了潛艇的電能。

  陳光文更進一步指出,“‘凰龍’號潛艇使用了大規模鋰離子電池,可以省去4臺‘斯特林’發動機和部分鉛酸蓄電池的重量,而這個省去的重量,恰好可以大幅提升該艇的儲備浮力,當然也留出了更多的艇內空間。同時,也不用頻繁上浮充電。而艇內傳動機械的大量減少賦予了‘凰龍’號相較於前10艘蒼龍級潛艇更加優越的靜音性能,並且充電速度更快。而且,大規模鋰離子電池所帶來的爆發能量輸出也相較4臺慢悠悠的‘斯特林’發動機更強,賦予了‘凰龍’號更好的瞬時機動能力,這對於攻擊型潛艇來說尤爲重要。”

  鋰電潛艇或取代傳統的AIP潛艇

  據稱,“凰龍”號擔負着爲日本下一代潛艇鋰離子電池試驗探索的任務,即“3000噸型潛水艦”(簡稱爲29SS型)。

  陳光文指出,“鋰離子電池還存在一些潛在問題,比如鋰離子電池在放電過程中會產生比鉛酸電池更多的熱量,甚至會發生爆炸。如果要想使29SS型潛艇使用成熟的鋰電,就必須在‘凰龍’號的試驗過程中完全解決這些問題。”

  那麼,鋰電潛艇會像電動汽車將代替燃油汽車那樣,未來取代傳統的AIP潛艇嗎?

  對此,陳光文表示,“在汽車上使用鋰離子電池替代燃油發動機需要考慮的問題要少得多。因爲汽車上可以較好地散發熱量和設置更多的安全保障措施,而在水下封閉的潛艇內這就是很大的問題。不過,隨着鋰離子電池技術的進步,以及日本在這一應用領域走在世界前列可以看出,日本很可能已經差不多解決了這個問題,畢竟這比在潛艇上安裝核反應堆的難度小多了。”

  “所以,具有創新意義上的‘柴-電’鋰離子電池推進潛艇,很可能將成爲未來各國新型常規動力潛艇的主要動力模式,從而讓更多的國家跨入擁有‘準核潛艇’的海軍行列。而這會讓因‘和平憲法’所限不能擁有核潛艇的日本,具備可以與擁有核潛艇的國家相抗衡的最新手段,也能讓日本在世界軍售市場上奪得更多的武器訂單!”陳光文指出。

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