日本造出全球首艘锂电潜艇,电池易爆炸问题解决了吗?

2018-10-11
 

(原标题)日本造出全球首艘锂电潜艇,电池易爆炸问题他们解决了吗?

近日,日本最新一艘苍龙级“凰龙”号常规动力潜艇下水,这是日本的第11艘苍龙级潜艇。尤为使人关注的是,该潜艇是世界上第一艘使用锂离子电池作为动力的潜艇。日本《产经新闻》称,“该艇是世界上第一艘采用和电动汽车相同的‘锂离子聚合物’电池的作战潜艇”。

科技日报记者了解到,苍龙级潜艇在设计之初,就以其“锂离子电池推进”为噱头,获得极大关注,但前10艘苍龙级仍然和很多AIP常规潜艇类似,采用了瑞典“斯特林”AIP系统。

军事科普作家陈光文对此表示,“日本在‘凰龙’号以及后续苍龙级潜艇上使用‘锂电池+柴油机’动力组合,除了提高该型艇的战术性能外,还承担着为‘3000吨型潜水舰’(29SS型)进行使用锂离子电池试验的任务,而后者是一定会使用这一先进推进技术的。”

锂离子电池将弥补苍龙级不足

苍龙级潜艇大概要算是当今世界最著名的AIP潜艇了。苍龙级潜艇也被称为“平成16年度潜艇计划”(简称为16SS型),是日本海上自卫队现役最新锐的潜艇类型。

“这型潜艇据称有几个世界第一,排水量高达4200吨是,世界最大的作战型常规潜艇;潜深可达500米,是潜深最大的常规潜艇;同时还号称作战能力世界最强的常规潜艇。因此苍龙级潜艇被誉为日本的骄傲,是日本所谓的‘准核潜艇’。”陈光文介绍,苍龙级是亲潮级“柴-电潜艇”的大幅改进型,引进了瑞典的“斯特林”发动机,是亚洲第一型采用AIP系统的潜艇。该级艇采用了先进的叶卷型艇型,可将敌方主动声呐探测距离降低50%的新型消音瓦,以及X型尾舵设计,这使其水下噪音水平达到了105分贝,优于著名的“大洋黑洞”——俄罗斯基洛级常规潜艇。由于采用了高度自动化的控制技术,该级艇将艇员人数控制在65人,从而提供了相对舒适宽裕的内部空间。

陈光文指出,“苍龙级AIP潜艇早前的10艘采用的是4台‘斯特林’发动机,可以使其在水下潜航时间达到两周,这比未装备AIP系统的常规潜艇高约5倍,具有很强的隐蔽性。但经过验证发现,早期的苍龙级潜艇储备浮力不足——只有约600吨。按照一般的原则,排水量为4000吨级的潜艇,应该要大于1000吨才算合适。此外,4台‘斯特林’发动机总共400千瓦的推进功率,相对一艘拥有如此巨大排水量的潜艇来说,仍然存在不足。”

“当然,更重要的是,近年来日本在汽车‘锂离子聚合物’电池技术方面取得突飞猛进。所以,日本迫切需要应用自己最新的技术,以提高新型AIP潜艇的性能。”他说。

“凰龙”号成为新式“柴-电”潜艇

常规动力潜艇中柴电动力系统通常由柴油机、发电机、蓄电池与电动机组成。潜艇使用柴油机配合电动机作为动力来源。柴油机负责潜艇在水面上航行以及给蓄电池充电的动力来源。而在水面下,潜艇使用蓄电池中的电力推进航行。这就是“柴-电”潜艇。

不过蓄电池中的电力只能维持很短的时间,就必须浮上水面,或者采用通气管,运行柴油机为蓄电池充电。因此,“柴-电”潜艇的隐蔽性能就大大降低了。资料显示,普通“柴-电”潜艇的水下续航能力非常有限,仅为10-100小时。

鉴于此,科学家们又研发了不依赖空气的动力推进系统来提升常规动力潜艇的水下自持力,这就是AIP系统。

记者了解到,苍龙级使用2台柴油机、4台“斯特林”发动机、铅酸蓄电池和1台主推进电动机作为推进系统,潜航性能有大幅提升。而其第11艘“凰龙”号在维持规格和航速不变的情况下,使用锂离子电池替换掉整个“斯特林”发动机的AIP动力系统和铅酸蓄电池。

“因此,用锂电代替铅酸电池和AIP系统的‘凰龙’号重新成为了‘柴-电’潜艇。当然,此‘柴-电’与早前传统意义上的‘柴-电’已非同日而语。”陈光文指出。

资料显示,锂离子电池比铅酸电池能量密度更高,充电效率更高,寿命也更长。可以简单的理解为,使用锂离子电池既大幅减轻重量又增加了潜艇的电能。

陈光文更进一步指出,“‘凰龙’号潜艇使用了大规模锂离子电池,可以省去4台‘斯特林’发动机和部分铅酸蓄电池的重量,而这个省去的重量,恰好可以大幅提升该艇的储备浮力,当然也留出了更多的艇内空间。同时,也不用频繁上浮充电。而艇内传动机械的大量减少赋予了‘凰龙’号相较于前10艘苍龙级潜艇更加优越的静音性能,并且充电速度更快。而且,大规模锂离子电池所带来的爆发能量输出也相较4台慢悠悠的‘斯特林’发动机更强,赋予了‘凰龙’号更好的瞬时机动能力,这对于攻击型潜艇来说尤为重要。”

锂电潜艇或取代传统的AIP潜艇

据称,“凰龙”号担负着为日本下一代潜艇锂离子电池试验探索的任务,即“3000吨型潜水舰”(简称为29SS型)。

陈光文指出,“锂离子电池还存在一些潜在问题,比如锂离子电池在放电过程中会产生比铅酸电池更多的热量,甚至会发生爆炸。如果要想使29SS型潜艇使用成熟的锂电,就必须在‘凰龙’号的试验过程中完全解决这些问题。”

那么,锂电潜艇会像电动汽车将代替燃油汽车那样,未来取代传统的AIP潜艇吗?

对此,陈光文表示,“在汽车上使用锂离子电池替代燃油发动机需要考虑的问题要少得多。因为汽车上可以较好地散发热量和设置更多的安全保障措施,而在水下封闭的潜艇内这就是很大的问题。不过,随着锂离子电池技术的进步,以及日本在这一应用领域走在世界前列可以看出,日本很可能已经差不多解决了这个问题,毕竟这比在潜艇上安装核反应堆的难度小多了。”

“所以,具有创新意义上的‘柴-电’锂离子电池推进潜艇,很可能将成为未来各国新型常规动力潜艇的主要动力模式,从而让更多的国家跨入拥有‘准核潜艇’的海军行列。而这会让因‘和平宪法’所限不能拥有核潜艇的日本,具备可以与拥有核潜艇的国家相抗衡的最新手段,也能让日本在世界军售市场上夺得更多的武器订单!”陈光文指出。(来源:科技日报 张强)


财经大事 滚动播报 热点直击

深度政策独家数据钢市楼市基建机械汽车造船家电电力煤炭国际外汇图片