从日本“凰龙”号潜艇下水来谈谈潜艇中的电池
时间:2018-10-22 17:33来源:鑫椤资讯 作者:综合报道
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作为特殊舰种，潜艇需要长时间在呆在水面以下。而在水下潜航的时候，燃烧空气的柴油机并不能正常工作，因此就需要电池组来提供水下航行的动力。这样，每隔一段时间的水下潜航之后，潜艇就需要浮出水面，并且使用柴油机给电池组充电，以保障下一次潜航。
虽然潜艇本身听上去比较高大上，但是潜艇中使用的电池组表现确实比较平民化的。自一战以来至的绝大多数常规潜艇内安装的电池组都是铅酸电池，与马路上的电动车电池差别不大。这主要由于铅酸电池发展成熟，具有安全系数高、成本低廉且便于维护等优点。
现役的常规潜艇一般都安装有240-480块不等的铅酸电池，分布在舰体下侧，整个蓄电池组重量会达到120-400吨，占据潜艇总重的10%左右，是潜艇内排水量最大的单一功能组件。一般情况下，常规柴电潜艇内安装的铅酸电池在充满电的情况下能保证潜艇在水面以上航行3-5日左右。
由于潜艇的潜行能力是决定其作战能力的一个重要指标，因此如何能使得潜艇更长时间的在水下航行是各国研发的一个重点课题。就目前来看，直接有效的方法有两个：使用核反应堆或者AIP系统。不过过高的技术要求以及昂贵的价格使得核潜艇只能是极少数国家的王牌。因此对于大多数国家而言，AIP系统显然是延长潜艇水下续航时间的最佳方法。
AIP系统全称为不依赖空气推进装置，目前成熟的AIP系统主要有四大类，其中应用最为广泛的一类是SEAIP（斯特林发动机）。 “凰龙“号同级的其他十艘”苍龙”级潜艇使用的就是这一技术，我国的AIP潜艇采用的也是这一技术。
斯特林发动机由介质（氦气或氢气）热胀冷缩的周期来产生动力，因此不需要空气的额外介入。只需要使用燃料燃烧就能给与潜艇在水下运行动力。只要潜艇中携带的液氧与燃料充足，就能保证潜艇在水下的长时间航行。目前而言，使用斯特林发动机系统的潜艇能够在水下运行2-3周时间，是常规潜艇续航能力的3-4倍。
而“凰龙”号潜艇上锂离子电池系统实际上全部替换了原有的斯特林AIP系统，使得潜艇又重新变成了传统意义上的常规柴电潜艇。相对于斯特林AIP系统而言，锂离子电池组的优势在于噪音小、发热量较低且无废气排放，即水下隐匿性更强；缺点则是水下续航能力有所降低，且使用锂离子电池后，系统安全性风险增加。
虽然就目前公开的报道来看，并没有明确表示该潜艇究竟使用的是何种锂电池，但是从其电池供应商日本GS汤浅公司的技术路线来看，只有锰酸锂与磷酸铁锂电池这两种可能。而对比锰酸锂和磷酸铁锂的性能来看，预计该潜艇使用磷酸铁锂电池的可能性更高，因为磷酸铁锂电池相对安全性更高，且高倍率放电情况下，能量密度的损失更小，此外磷酸铁锂的高循环次数也从一定程度上降低了潜艇的维护成本。
除了铅酸电池和锂离子电池以外，银锌电池和燃料电池也有在潜艇上使用的案例。
在上世纪50年代，美国的“大青花鱼”号潜艇就曾试验性的使用银锌电池在水下以33节的速度航行了1.5个小时。虽然银锌电池性能较铅酸电池更加优异，但是受制于其昂贵的造价，最终220吨的银锌电池还是重新还给了美国国库。
相对而言，燃料电池则要幸运的多，目前相关的技术主要掌握在德国手上，德国的212-216型潜艇使用的就是燃料电池，俄罗斯的677型也在计划使用燃料电池技术。不过与锂离子电池不同的是，燃料电池在潜艇取代的不是铅酸电池组而是柴油发动机组的位置，其本质上是属于AIP系统的一种（FCAIP）。
潜艇上燃料电池的优势主要是在于能量转换率高、噪音小、无废气排放等，缺点则是艇内储氢和储氧装置降低了潜艇的安全性能、且燃料电池的比功率依然较低导致航速不佳，此外造价及维护成本也十分高昂。
总体而言，虽然潜艇发展历史已超过百年，但是其在蓄电池方面的发展速度并不快，这主要还是考虑到安全性问题。不过就未来而言，铅酸电池被淘汰的命运不可避免，未来锂离子电池、固态电池、燃料电池乃至核衰变电池，究竟谁会受到潜艇的青睐尚未可知。不过就目前而言，锂离子电池的确是最有可能的一种。
(责任编辑：子蕊)
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