韩国也要造锂电潜艇,安全问题解决了?是否有些冒进?
发布时间:2018-11-29 17:44:57
关键词:锂电池

  韩国自行研制的KSS-3型常规潜艇首艇“岛山安昌浩”号下水刚满两个月,韩国方面又传出个大新闻。

  韩国国防采购计划管理局称,将从KSS-3型潜艇的4号艇(第二批次)开始装备锂离子电池,由韩国三星SDI公司生产。据称,使用这种锂电后,潜艇的水下续航时间比铅酸电池的同型艇增加一倍。这也使得KSS-3成为继日本苍龙级“凰龙”号潜艇之后,又一种使用锂电的常规潜艇。

  记者了解到,KSS-3型潜艇项目于2007年启动,是韩国自行研制第一种常规动力潜艇,其浮航排水量3358吨,潜航排水量3705吨。据韩国媒体报道,其第二批次的潜航排水量可能超过4000吨。届时,KSS-3将可能成为最大的锂电潜艇。

  国防科技大学国防科技战略研究智库王群教授表示,“近几年来,锂电技术发展迅猛,而且优势多多。韩国与日本一样,都是该项技术的佼佼者,因此,韩国紧日本后,准备在常规潜艇上使用锂电,是技术发展到一定程度后的必然选择,应该在意料之中。”

  锂离子电池优势多多

  相比已在潜艇上使用上百年的铅酸电池来说,锂电有很多优势。

  “首先,体积小、重量轻、能量密度大、容量高。锂电的体积重量要小很多,它同体积产生的电能至少要高出3倍,有利于潜艇减轻重量,节省空间,提升续航能力和机动性。”王群介绍,“日本‘凰龙’号之所以使用锂电,一个重要原因就是苍龙级潜艇浮力不足,只有大约600吨多一点,至少应增大到排水量的四分之一才算合适。为此,经过论证之后日本,可能认为用锂电替代斯特林发动机和铅酸电池,是更好的选择。”

  “其次,充电速度快、效率高;锂电的充电过程很短,能大大减少潜艇上浮充电所花费的时间,增强潜艇的隐蔽性和生存能力。再就是,锂电基本无记忆能力,使用时限制少,有效容量下降小,不需为延寿而遵循特别的充放电方法,从而简化了潜艇的维护,使它能视任务需要和战场环境随时充放电,有效提高了潜艇作战的灵活性和战斗力。”

  安全性和成本是必须考虑的问题

  当前,外界普遍担忧潜艇上使用锂电的安全问题。那么,在潜艇上采用锂电,是否有些冒进?

  “通常来说,锂电对温度、压力比较敏感,变化较大就可能影响使用,甚至因性状改变而发生危险。锂电一致性也不是很好,特别是当几百上千块锂离子电池通过一定的方式连在一起组成电池组时,问题更加突出。其中有一块发生问题,比如过充电、过放电或损伤鼓包,就会影响整个电池组的正常工作,带来了热失控和复杂的散热问题。重则导致自燃而引发火灾或爆炸等安全事故,轻则增加潜艇的红外辐射,恶化潜艇的可探测性,降低潜艇的可靠性和稳定性。”王群表示,“此前,为‘凰龙’号提供锂电的日本汤浅公司生产的电池,以及此次为KSS-3提供电池的韩国三星SDI公司生产的电池,都发生过安全问题。”

  2013年,一架埃塞俄比亚航空公司波音787客机发生意外起火事故,经查原因就是日本汤浅公司生产的锂电设计缺陷所致。而三星SDI公司为Note7手机生产的电池当年也频发事故,一时满城风雨。

  “但是,我们也要考虑到,当前锂电技术已经有更大的提升,虽然以往它发生过不少问题,而且时隔也不长,但问题发生后日本、韩国都进行了针对性的技术攻关和革新。如果这些问题没有很好地解决,相信它们是断然不敢冒险在潜艇这样完全密闭的、环境极端恶劣的空间装备锂电。至少,它们应该有这样的自信,一旦发生问题能很好地进行处理和应变。”他说。

  “另外,一般情况下锂电的成本要比铅酸电池高几倍,一艘潜艇上需要的锂电数量很多,光重量就达十几或几十吨,再加上复杂度很高的电池监控保护、均流均压管理和通风散热系统,无形中更推升了潜艇的造价。当然,如果‘不差钱’,这个倒不用过多考虑。”他说。

  KSS-3装备锂电池尚存不确定性

  有媒体指出,相比日本“凰龙”号潜艇,韩国KSS-3装备锂电还有一个不确定性,那就是垂发导弹引发的问题。

  使用垂直发射系统的常规潜艇比较少,KSS-3就是其中之一。韩国KSS-3带有6具垂直导弹发射筒,可发射对地攻击巡航导弹。韩国海军还希望用它们发射弹道导弹,并正在攻关。

  据称,苏联629型常规弹道导弹潜艇当年垂发时,由于导弹发射过程中抖动太大,造成铅酸电池外壳破裂,最终不得不关闭电池组,取消训练。

  “潜艇垂直发射导弹会引起艇体更大的上下(纵向)震动,电池在这个过程中可能因较大的抖动和压力变化受损,甚至引发火灾。而其他发射方式艇体抖动就没有那么大。比如,发射鱼雷时,潜艇是左右(横向)摇摆,抖动就较小。因此,锂电的性状在压力变化大时受影响更大,所以可能会引发质疑。”王群说,“但这是一个显而易见的问题,历史上既然有过教训,韩国在设计时就不会不考虑,况且它应该做过针对性的实验并有相应的解决方案。”

  正如韩国国防采购计划管理局所称,经过30个月的研发,这些电池已经通过了技术成熟性评估。

  锂电只是常规潜艇未来的选项之一

  那么,随着使用锂电的潜艇越来越多,未来锂电会成为未来常规动力潜艇的首选配置吗?

  “应该说,只是可能的趋势之一,但还并非是最理想的选项。”王群认为。

  他指出,“应该明确一点,潜艇的工作环境几乎可说是所有军用平台或装备中最恶劣的,因此潜艇对安全性的要求应该也是最高的。在地面和空中装备上比较成熟的某些技术,不一定能用在潜艇上,特别是对压力、温度和通风散热要求更高的锂电。所以,锂电需要进一步的针对性技术革新。”

  “而且,锂电也未必就是将来最理想的潜艇用电池。如果不考虑成本的话,此前美国曾试验过的银锌电池就曾创造电力推进潜艇的最高速度——33节/小时。更何况还有其他高性能电池也正在不断研发过程中。比如德国在潜艇中试验的燃料电池,可能更具特色,只要燃料充足,并进一步改善废弃物排放,它就能更长时间地在水下运行。因此,锂离子电池应该只是趋势之一,说它是首选方案恐怕为时尚早。”王群说。

  正是由于锂电池的巨大优势,因此世界上几大常规柴电潜艇研制强国都在自己的最新型号上进行尝试,除了上面提到的德国在研的216型外,俄罗斯的拉达型也使用了锂电池。而日本在这方面走的比其他国家都要更激进,他不像德国216型那样将锂电池和AIP配合使用,而是直接用锂电池替换了AIP系统,看起来是对自己电池的性能很有信心。不过锂电池目前也有一些问题,主要是不耐撞击和容易发热着火,比如最新的波音787客机就是使用的锂电池,而它已经出过多次着火的新闻了。


稿件来源: 电池中国网
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