在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，鋰離子電池是代替潛艇用鉛酸蓄電池的最佳方案。全球主要常規(guī)潛艇生產(chǎn)國(guó)都在進(jìn)行這方面的研究，例如德國(guó)的216型、俄羅斯的“拉達(dá)”級(jí)，日本只不過(guò)是又一次走在了前面。按計(jì)劃，海自將在下一代潛艇中安裝燃料電池，其動(dòng)力組合將變成AIP（燃料電池）+鋰離子電池組+柴油機(jī)，水下低速和高速航行時(shí)間都會(huì)有大幅度的提升，噪 音水平進(jìn)一步降低。海自潛艇部隊(duì)規(guī)模擴(kuò)大到22艘后，有條不紊的全面換裝超靜音AIP潛艇，其謀求水下優(yōu)勢(shì)的野心和決心不言而喻。
日本海上自衛(wèi)隊(duì)近期宣布，2015年開工的蒼龍級(jí)潛艇將“革命性”地采用鋰離子電池。由于日方公布的信息很少，媒體的報(bào)道多有出入，引起了網(wǎng)友的疑惑，下面我們來(lái)看一下日本的這一舉動(dòng)到底是不是“瞎創(chuàng)新”。
潛艇換裝鋰離子電池是趨勢(shì)
與目前常規(guī)潛艇搭載的鉛蓄電池相比，鋰離子電池重量更小，能量密度大，充電速度更快。蒼龍級(jí)換裝鋰離子電池組，可以大幅提升增強(qiáng)水下巡航速度——無(wú)法維持較長(zhǎng)時(shí)間高速潛航是常規(guī)潛艇的重要缺點(diǎn)。自索尼發(fā)明鋰離子電池以來(lái)，其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)改變了世界。鋰電池早已深入千家萬(wàn)戶的電子產(chǎn)品之中，其優(yōu)點(diǎn)毋庸贅言。因此，媒體指摘的多是其安全性能，比如自燃或無(wú)故爆炸的情況。
網(wǎng)上流傳的一些自燃或爆炸的鋰電池事故，主角多是早期的鋰金屬電池和液態(tài)鋰離子電池，現(xiàn)在即使是18650電池（電子產(chǎn)品中最常用的鋰電池，Tesla電動(dòng)車也采用松下提供的這種電池）也已經(jīng)可以在技術(shù)上避免自燃或無(wú)故爆炸的情況出現(xiàn)。聚合物鋰離子電池的安全性則更高，對(duì)于強(qiáng)烈撞擊和穿刺也有并入隔膜等相應(yīng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。
波音787飛機(jī)鋰電池自燃和Tesla電動(dòng)車碰撞后起火是最常見(jiàn)的兩個(gè)用來(lái)質(zhì)疑鋰電池安全性的例子。其中，波音787飛機(jī)鋰電池的供應(yīng)商湯淺電池將為蒼龍級(jí)提供鋰電池組，這被認(rèn)為是蒼龍級(jí)升級(jí)方案不靠譜的證據(jù)之一。波音787飛機(jī)采用的是一前一后兩個(gè)液態(tài)鋰離子電池組，各重約28.5公斤，各含有8個(gè)4伏的電池芯，串列后達(dá)到32伏電壓，可提供75安培-小時(shí)的電力。而波音777的鎳鎘電池重量48.5公斤，采用20芯，電壓才24伏，但放電電流只有16安培-小時(shí)。性能的提升非常明顯，但由于過(guò)度壓縮體積，波音787飛機(jī)所用鋰電池組存在過(guò)熱問(wèn)題，阻燃措施也不充分，因此才發(fā)生自燃現(xiàn)象。解決思路主要是增加電池組件的間隔，加強(qiáng)通風(fēng)等常規(guī)方法。也就是說(shuō)，這是一個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題，可以優(yōu)化改進(jìn)，并且已經(jīng)解決。
至于Tesla電動(dòng)車，應(yīng)當(dāng)說(shuō)問(wèn)題更多的不是在技術(shù)方面。碰撞造成電池保護(hù)罩被硬物刺穿，隨即電池總成前部的通風(fēng)孔開始向外釋放熱量并導(dǎo)致起火，消防員起初采取傳統(tǒng)滅火方式導(dǎo)致起火面積變大，后來(lái)使用干粉滅火器才將火勢(shì)控制。由于電池總成內(nèi)部為每個(gè)電池模塊都建立了單獨(dú)的防火墻，因此，火勢(shì)沒(méi)有蔓延至其他地方。報(bào)警系統(tǒng)也及時(shí)通過(guò)各種聲音和圖示警告駕駛員盡快離開車輛，最終，駕駛員免于受傷。而在美國(guó)全國(guó)公路交通安全管理局之前的碰撞測(cè)試中，Tesla Model S獲得了最高安全評(píng)級(jí)，而且不僅整體獲得5星安全評(píng)級(jí)，各分類測(cè)評(píng)中也均獲5星（只有1%的車型在這一測(cè)試中能獲得如此好的成績(jī)）。如果這是一輛普通的汽車呢？用戶最有發(fā)言權(quán)。6周內(nèi)的3次起火事件并未影響Tesla的銷量，事故車主反而表示感激，稱Tesla車救了他們，并且希望再買一輛。可見(jiàn)，先進(jìn)的電池控制系統(tǒng)可以保證以最普通的民用鋰電池達(dá)到嚴(yán)苛的使用標(biāo)準(zhǔn)。
在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，鋰離子電池是代替潛艇用鉛酸蓄電池的最佳方案。全球主要常規(guī)潛艇生產(chǎn)國(guó)都在進(jìn)行這方面的研究，例如德國(guó)的216型、俄羅斯的“拉達(dá)”級(jí)，日本只不過(guò)是又一次走在了前面。
日本潛艇技術(shù)擴(kuò)散的影響
有國(guó)外媒體報(bào)道稱，日本蒼龍級(jí)潛艇在換裝鋰離子電池的同時(shí)還將取消原有的AIP系統(tǒng)，即只保留鋰電池組+柴油機(jī)的動(dòng)力組合。筆者認(rèn)為這種可能性較小。一方面，這需要對(duì)蒼龍級(jí)現(xiàn)有設(shè)計(jì)做較大改動(dòng)，增加了正在談判中的澳大利亞潛艇項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)，另一方面，現(xiàn)有鋰離子電池技術(shù)還達(dá)不到抵消AIP系統(tǒng)低速續(xù)航力優(yōu)勢(shì)的程度。
目前，世界上成熟的AIP技術(shù)有四種：斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料電池、閉式循環(huán)汽輪機(jī)和閉式循環(huán)柴油機(jī)。代表型號(hào)分別為日本的蒼龍級(jí)、德國(guó)的212A型、法國(guó)的阿戈斯塔90B型和荷蘭的海鱔級(jí)。這四種類型的AIP的總功率都較小，對(duì)高速潛航用處不大，但對(duì)低速水下續(xù)航力的貢獻(xiàn)相當(dāng)明顯。現(xiàn)有最先進(jìn)的量產(chǎn)型聚合物鋰離子電池比能為190瓦時(shí)/公斤，約為鉛酸蓄電池的5倍左右。要替換蒼龍級(jí)采用的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，鋰電池的比能至少還需要再翻一番，這個(gè)目標(biāo)近期難以實(shí)現(xiàn)。
蒼龍級(jí)所用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是引進(jìn)瑞典專利生產(chǎn)的，可以認(rèn)為是海自在燃料電池技術(shù)成熟前采用的過(guò)渡方案。燃料電池效率高、噪聲低，是潛艇AIP系統(tǒng)的理想選擇，而日本在燃料電池研發(fā)方面實(shí)力雄厚，例如豐田公司的燃料電池汽車技術(shù)一直全球領(lǐng)先。按計(jì)劃，海自將在下一代潛艇中安裝燃料電池，其動(dòng)力組合將變成AIP（燃料電池）+鋰離子電池組+柴油機(jī)，水下低速和高速航行時(shí)間都會(huì)有大幅度的提升，噪音水平進(jìn)一步降低。海自潛艇部隊(duì)規(guī)模擴(kuò)大到22艘后，有條不紊的全面換裝超靜音AIP潛艇，其謀求水下優(yōu)勢(shì)的野心和決心不言而喻。
更加值得注意的是，日本正在通過(guò)軍售將先進(jìn)軍事技術(shù)擴(kuò)散，這些擴(kuò)散的區(qū)域基本都在中國(guó)周邊，尤以澳大利亞、越南和印度為代表。所以，不管用什么型號(hào)的電池，澳大利亞獲得12艘蒼龍級(jí)潛艇后，東亞地區(qū)的水下肯定會(huì)更加擁擠。
北緯40°作者賜稿 文 | 落日
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