在現有的技術條件下，鋰離子電池是代替潛艇用鉛酸蓄電池的最佳方案。全球主要常規潛艇生產國都在進行這方面的研究，例如德國的216型、俄羅斯的“拉達”級，日本只不過是又一次走在了前面。按計劃，海自將在下一代潛艇中安裝燃料電池，其動力組合將變成AIP（燃料電池）+鋰離子電池組+柴油機，水下低速和高速航行時間都會有大幅度的提升，噪 音水平進一步降低。海自潛艇部隊規模擴大到22艘后，有條不紊的全面換裝超靜音AIP潛艇，其謀求水下優勢的野心和決心不言而喻。
日本海上自衛隊近期宣布，2015年開工的蒼龍級潛艇將“革命性”地采用鋰離子電池。由于日方公布的信息很少，媒體的報道多有出入，引起了網友的疑惑，下面我們來看一下日本的這一舉動到底是不是“瞎創新”。
潛艇換裝鋰離子電池是趨勢
與目前常規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。蒼龍級換裝鋰離子電池組，可以大幅提升增強水下巡航速度——無法維持較長時間高速潛航是常規潛艇的重要缺點。自索尼發明鋰離子電池以來，其大規模商業化應用已經改變了世界。鋰電池早已深入千家萬戶的電子產品之中，其優點毋庸贅言。因此，媒體指摘的多是其安全性能，比如自燃或無故爆炸的情況。
網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鋰離子電池，現在即使是18650電池（電子產品中最常用的鋰電池，Tesla電動車也采用松下提供的這種電池）也已經可以在技術上避免自燃或無故爆炸的情況出現。聚合物鋰離子電池的安全性則更高，對于強烈撞擊和穿刺也有并入隔膜等相應的設計優化。
波音787飛機鋰電池自燃和Tesla電動車碰撞后起火是最常見的兩個用來質疑鋰電池安全性的例子。其中，波音787飛機鋰電池的供應商湯淺電池將為蒼龍級提供鋰電池組，這被認為是蒼龍級升級方案不靠譜的證據之一。波音787飛機采用的是一前一后兩個液態鋰離子電池組，各重約28.5公斤，各含有8個4伏的電池芯，串列后達到32伏電壓，可提供75安培-小時的電力。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。性能的提升非常明顯，但由于過度壓縮體積，波音787飛機所用鋰電池組存在過熱問題，阻燃措施也不充分，因此才發生自燃現象。解決思路主要是增加電池組件的間隔，加強通風等常規方法。也就是說，這是一個設計問題，可以優化改進，并且已經解決。
至于Tesla電動車，應當說問題更多的不是在技術方面。碰撞造成電池保護罩被硬物刺穿，隨即電池總成前部的通風孔開始向外釋放熱量并導致起火，消防員起初采取傳統滅火方式導致起火面積變大，后來使用干粉滅火器才將火勢控制。由于電池總成內部為每個電池模塊都建立了單獨的防火墻，因此，火勢沒有蔓延至其他地方。報警系統也及時通過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。而在美國全國公路交通安全管理局之前的碰撞測試中，Tesla Model S獲得了最高安全評級，而且不僅整體獲得5星安全評級，各分類測評中也均獲5星（只有1%的車型在這一測試中能獲得如此好的成績）。如果這是一輛普通的汽車呢？用戶最有發言權。6周內的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?？梢姡冗M的電池控制系統可以保證以最普通的民用鋰電池達到嚴苛的使用標準。
在現有的技術條件下，鋰離子電池是代替潛艇用鉛酸蓄電池的最佳方案。全球主要常規潛艇生產國都在進行這方面的研究，例如德國的216型、俄羅斯的“拉達”級，日本只不過是又一次走在了前面。
日本潛艇技術擴散的影響
有國外媒體報道稱，日本蒼龍級潛艇在換裝鋰離子電池的同時還將取消原有的AIP系統，即只保留鋰電池組+柴油機的動力組合。筆者認為這種可能性較小。一方面，這需要對蒼龍級現有設計做較大改動，增加了正在談判中的澳大利亞潛艇項目的風險，另一方面，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。這四種類型的AIP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。要替換蒼龍級采用的斯特林發動機，鋰電池的比能至少還需要再翻一番，這個目標近期難以實現。
蒼龍級所用斯特林發動機是引進瑞典專利生產的，可以認為是海自在燃料電池技術成熟前采用的過渡方案。燃料電池效率高、噪聲低，是潛艇AIP系統的理想選擇，而日本在燃料電池研發方面實力雄厚，例如豐田公司的燃料電池汽車技術一直全球領先。按計劃，海自將在下一代潛艇中安裝燃料電池，其動力組合將變成AIP（燃料電池）+鋰離子電池組+柴油機，水下低速和高速航行時間都會有大幅度的提升，噪音水平進一步降低。海自潛艇部隊規模擴大到22艘后，有條不紊的全面換裝超靜音AIP潛艇，其謀求水下優勢的野心和決心不言而喻。
更加值得注意的是，日本正在通過軍售將先進軍事技術擴散，這些擴散的區域基本都在中國周邊，尤以澳大利亞、越南和印度為代表。所以，不管用什么型號的電池，澳大利亞獲得12艘蒼龍級潛艇后，東亞地區的水下肯定會更加擁擠。
北緯40°作者賜稿 文 | 落日
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