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日本蒼龍級換鋰離子電池將如何影響我軍

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年10月28日  

三月十八日坐落于日本神戶市的川崎重工業公司神戶廠舉辦儀式,正式向日本海上自衛隊交付SS-510翔龍號常規。該艇是蒼龍級常規的第10艘,于2017年十一月在川崎重工業公司神戶廠下水。蒼龍級常規是日本海自最新型且正在批量建造中的一款AIP型常規,目前已經服役10艘。目前我國海軍最新型AIP常規039C也正在量產交付中。那么日本擴建水下力量會如何改變東北亞海上競爭形勢,蒼龍級未來的改進又會如何影響我國常規的發展?本期《出鞘》就來談來自日本蒼龍級的水下威脅。


除了這次交付的翔龍號之外,日本海自還有一艘蒼龍級正在舾裝和試驗,這就是去年十月下水的第11艘蒼龍級凰龍號。凰龍號是日本首艘,同時也是世界上首艘鋰離子電池常規。裝備鋰離子電池無疑將進一步提升蒼龍級的性能:一是鋰離子電池的體積與重量更小,同體積出現的電能至少是鉛酸蓄電池的3倍,有助于節省空間;二是鋰離子電池充電速度快、效率高,能減少上浮充電時間,從而增強隱蔽性與生存力;三是鋰離子電池還沒有記憶效應,不要為延長壽命遵循過多電池充放電要求,可根據任務要和戰場環境隨時充放電,有效提高了的靈活性。


蒼龍級算得上是當今世界最著名的AIP之一了。現有的10艘蒼龍級使用2臺柴油機、4臺“斯特林”發動機、鉛酸蓄電池和1臺主推進電動機作為推進系統,潛航性能比較優異。有報道曾指出,第11艘凰龍號會在維持規格和航速不變的情況下,使用鋰離子電池替換掉了整個“斯特林”發動機的AIP動力系統和鉛酸蓄電池。此外根據日本《產經新聞》的報道,凰龍號采用的是與電動汽車相同的“鋰離子聚合物”電池,這可能與日本最近幾年在汽車用“鋰離子聚合物”電池技術方面取得進展有關。


不過盡管日本在鋰離子電池方面的技術再先進,凰龍號全部取消AIP系統的可能也不大,因為現有鋰離子電池技術還達不到抵消AIP系統低速續航力優勢的程度。目前世界上成熟的AIP技術有四種:斯特林發動機、燃料動力鋰電池、閉式循環汽輪機和閉式循環柴油機。代表型號分別為日本的蒼龍級、德國的212A型、法國的阿戈斯塔90B型和荷蘭的海鱔級(我國的AIP也為斯特林發動機)。這四種類型的總功率都較小,對高速潛航用處不大,但對低速水下續航力的貢獻相當明顯。現有最先進的量產型聚合物鋰離子電池比能為190瓦時-公斤,約為鉛酸蓄電池的5倍左右。假如要替換現有蒼龍級所采用的斯特林發動機,鋰離子電池的比能無疑還得至少翻一番,這個目標有關日本來說也是不小的挑戰。


電池是常規的重要電源,也是核的備用電源和應急電源,所以電池性能的優劣直接決定性能和能力。假如電池性能不佳,供應電力不足,就跑不遠跑不快,機動能力大大受限,浮出水面充電時間更長,被暴露的風險也大大新增。因此,用電池的研制與應用一直受到世界制造國的高度重視。現在對用電池性能一般要求要成本低、容量大、壽命長、充電時間短和安全性好。而鉛酸蓄電池是少有的幾種接近重要性能要求的電池,因此自第一次世界大戰以來,用電池大都是鉛酸蓄電池。


因為鉛酸電池的這些問題,各國技術人員這么多年來一直在進行不斷地設計改進,包括不斷嘗試各種新式的電池技術。除了日本這次試用的鋰離子電池之外,技術人員還曾嘗試過銀鋅電池。上世紀50年代,美國用“大青花魚”號常規動力高速試驗試驗過銀鋅電池。這個1500噸排水量的使用了220噸電池,可以讓1500噸的以33節的速度活動1.5小時,這是首次常規達到核的運動能力。不過銀鋅電池價格過于昂貴,制造這些電池的銀錠據說還是從美國國庫中借出來的。


直到后來隨著AIP技術的出現,通過攜帶液氧和廢氣循環的方式使柴油機實現了不依賴空氣運行,這才使得對高性能電池的依賴有了一定的降低,鉛酸電池的缺點因此也就不太扎眼了,但這卻并不意味著就此不要好電池了。畢竟,相較于傳統的柴電,AIP的系統要更為復雜。而從這個程度上來看,更換為鋰離子電池的蒼龍級反而更像柴電了。


但無論如何,凰龍號換電池也算是一次創新之舉。不過受限于目前的技術和工藝水平,鋰離子電池仍存在諸多難以克服的問題。一方面是安全性,通常鋰離子電池在使用或充放電時會散發出較多熱量,而內部是一個完全封閉的空間,假如解決不好散熱問題,就會新增的紅外輻射量,進而增大可探測風險,甚至引發火災等安全事故;另一方面是鋰離子電池的成本仍較高昂,一般情況下,鋰離子電池成本要比傳統的鉛酸電池高幾倍,而一艘上要的鋰離子電池數量很多,假如再加上配備輔助系統,無疑會加大費用。


目前日本的技術雖然已經比不上我國,甚至可能還比韓國差一點,但仍能算是亞洲一流水平。日本的強項是自主化程度很高,以蒼龍級常規為例,它的艇上人員編制總共才有65人。因為日本從50年代開始自行設計建造常規后,由于造船技術一直比較發達,在特種鋼材、動力系統,流體動力學、技術,聲吶技術、電子和火控技術都一直走在了世界前列,再加上還能獲得美國技術的支持,日本建造的好幾代常規,都是世界領先的,其中比較著名的就有渦潮級、汐潮級、春潮級和親潮級。


如今經過幾十年的建設,日本海上自衛隊已經擁有一支不可小覷的水下力量。根據最新的資料,日本海上自衛隊目前已經擁有10艘“蒼龍”級AIP型。根據“蒼龍”級建造計劃,從今年起還會至少再有4艘該級加入現役。而隨著近年來日本規模的擴大,其介入地區局勢的趨勢也在顯現。比如去年九月,日本就首次派遣赴我南海舉辦相關演習,在演習結束后還抵達越南金蘭灣進行訪問。而從日本防衛省公開的消息來看,當時前往南海的是親潮級黑潮號,而非最新型的蒼龍級。


親潮級進入南海,當然有為蒼龍級探路的意味在內,未來一旦日本海自決定將蒼龍級派往南海,無疑會對我南海艦隊造成極大威脅。從其方面來看,蒼龍級配備了先進的綜合聲吶系統、指揮控制系統和艇載,整體戰力不可忽視。該型配備了6個533毫米發射管,不僅可以發射日本研制的89式重型,也可以發射美國研制的“魚叉”潛射反艦,總共可以攜帶20枚或。不過我國海軍克制蒼龍級的辦法也并非沒有,畢竟日本在AIP上的技術實際上仍比不上我國,這也是日本在蒼龍級的電池方面想招的原因之一。


日本防衛省秘密向南海派遣海上自衛隊遭媒體曝光,牽制我國的意圖十分明顯。南海一直是我國海軍的重要活動地,不過由于東海和黃海水域屬于更典型的淺水近海區域,且面對周邊世界一流水平的反潛壓力,我軍一直將主力的AIP常規039A/B型配置在北海艦隊和東海艦隊,而南海艦隊則以未裝備AIP系統的常規和不適應于近海的核為主。日本蒼龍級一旦開始在南海附近活動,我軍可能會調整現有的配置方法,改將最先進的039C型常規優先配屬于南海艦隊。


根據官方媒體的相關報道,我國海軍首型AIP是039A型,并首先裝備于東海艦隊。據不完全統計,從2006年到2012年的6年時間里,東海艦隊至少接收了10艘該型。其中339號艇還于2013年冬承擔了海軍首次實彈發射潛射型鷹擊-18型亞音速超音速結合“雙速制”新型反艦的任務,并獲得圓滿成功。在039A型批量裝備東海艦隊的同時,我國科研人員對AIP的改進工作也一直沒停。從039A型到039B型的各種漸進式改進,我國最終探索出了更先進的039C型,只不過這款依然采用的是蓄電池。


當然部分人會懷疑使用鋰離子電池可能造成安全的隱患。這并非是空穴來風,畢竟為蒼龍級供應鋰離子電池組的湯淺電池,還正為波音787飛機供應鋰離子電池,其鋰離子電池問題還曾導致波音787的停飛。但與不同的是,波音787飛機采用的是一前一后兩個液態鋰離子電池組,各含有8個4伏的電池芯,串列后達到32伏電壓,可供應75安培/小時的電力。但由于過度壓縮體積,波音787飛機所用鋰離子電池組存在過熱問題,阻燃措施也不充分,因此才發生了自燃現象。解決思路重要是新增電池組件的間隔,加強通風等常規方法。也就是說,這一設計已經得到了優化改進,并不會對安全造成威脅。


在現有的技術條件下,鋰離子電池無疑是代替用鉛酸蓄電池的最佳方法,包括我國在內的其他全球重要常規生產國目前也都在進行這方面的研究。我國對鋰離子電池研制始于上世紀80年代,90年代開始投入商業實用,至今已在鋰離子電池及控制系統、基礎材料等取得了長足進步,不僅成為重要鋰離子電池生產與出口國,相關的技術也屬于一流,已經形成中日韓三國鼎立局面。在這方面,海軍也很早就開始在微型水下運載器、操雷等小型水下潛水器上面采用了鋰離子動力鋰離子電池組,并且取得了成功。根據相關報道指出,目前我國已經完成大規模鋰離子電池組模塊的研制工作,正在進行陸上試驗,只要保證絕對可靠之后,就能進入裝艇測試和海上試驗。


作為民用鋰離子電池和東北亞AIP型的三強之一,韓國目前也正在研究鋰離子電池上的問題。根據韓媒相關報道,韓國已經計劃制造三艘KSS-3型鋰離子電池(原來裝備的是燃料動力鋰電池型AIP系統)。據韓國采購計劃管理局消息稱,這些鋰離子電池將由三星SDI公司生產(著名的三星Note7手機爆炸事件的電池供應商),并安裝在KSS-3型的第二批次上,目前裝備傳統鉛酸電池的KSS-3型首艇“安昌浩”已經在去年九月下水,而鋰離子電池則將從第四艘開始應用在該型上。當然除了電池系統的升級之外,第二批裝備鋰離子電池的KSS-3型還將提高攻擊陸上戰略目標和反潛的能力。


總的來說,蒼龍級改進型換裝鋰離子電池的根本原因,可能還是因為日本引進瑞典的斯特林發動機功率過低(據相關報道其僅有70KW左右),有關4000多噸級的蒼龍級來說實在是不敷使用,改用鋰離子電池屬無奈之舉。盡管我國海軍039C常規的斯特林發動機要技高一籌,功率要比引進的國外產品提高117%,用起來綽綽有余,但在常規排水量會越來越大的趨勢之下,我軍未來改用鋰離子電池可能也會很快成為現實。但比日韓兩國紛紛改用鋰離子電池更值得我們注意的是,兩國也正圖謀進一步擴增水下力量,這無疑會對我海軍造成更大的挑戰。那么本期《出鞘》就到這里,我們下期再見。



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