潜艇常用的蓄电池有哪些?锂离子电池应用于潜艇有哪些优势?
目前世界上潜艇常用的蓄电池主要有铅酸电池、银锌电池、锂铁/铝/钛电池,Voltar电池(75~85型)等。
其中银锌电池与锂铁/铝/钛电池具有能量密度高,结构坚固耐用,使用寿命长,充放电效率高,无毒性气体析出及可靠性高等特点。但二者均因成本昂贵未能得到广泛使用,只有英美两国海军的潜艇或深潜器上使用过。Voltar75~85型电池是德国制造的迄今仍在使用的最古老的蓄电池之一,亦称为平板式蓄电池。85型电池采用“双层”设计,主要改进了铜负极,充电电流大,放电电能高,放电期间热量明显降低。
所以实际上各国海军应用最广泛的蓄电池,还得属铅酸蓄电池。法国的“阿戈斯塔”、瑞典的哥特兰A19、荷兰的“海象”,日本的“春潮”、“苍龙”级都使用铅酸蓄电池。
但随着蓄电池技术的不断发展,有一种新型蓄电池表现出对铅酸蓄电池取而代之的趋势,这就是锂离子电池,我们对它其实并不陌生,在我们日常使用的手机中,就普遍采用了锂离子电池,它在原理上与潜艇使用的锂离子电池是基本一致的。相对于传统铅酸电池而言,新型锂离子电池具有如下优势:比容量高;单电池输出电压高,单电池输电压高达3.6~3.8V,是镍镉电池或镍氢电池的3倍;自放电率低。自放电率指的是,当电池未与外界连接时,因电池内自发反应,而引起的化学能的损失小于10%/毫升;使用寿命长,该电池的循环次数最高达1200次;安全性能好,锂离子电池不含金属锂,在充、放电过程中,只需锂离子嵌入与脱出,使电池过热和内部短路的几率降到最低,从而大幅提高电池的安全性;无记忆效应,记忆效应意味着在未放尽电能的情况下充电时,未放尽的电量会使极板“结晶”,传统的镍镉电池均存在记忆效应问题。而锂离子电池充电前,无需放电,因此不存在记忆效应问题;无污染,零排放。
首先,潜艇隐蔽性会有较大幅度的提升,主要依据在于:锂离子电池组能量密度更大,相同体积、数量的锂离子电池组,必然蓄电量更高,相同速度机动续航力更大、航行时间更长,再加上燃料电池比斯特林发动机输出功率更高,辅助推力更强,也使得潜艇低速续航力有明显提高,因而,潜艇隐蔽性将会有较大幅度的提升了。同时,锂离子电池组充电速度更快,缩短了通气管航行充电时间,降低了潜艇主动暴露率,也就又进一步提升了潜艇隐蔽性。
第二,潜艇攻防机动能力将会明显增强,潜艇攻防机动需要快速的升速率,AIP动力系统无能为力,而由于锂离子电池组能量密度大,对单位时间内迅速提升速率更为有力,这就使得潜艇需要发起突然攻击时跑得快、追得上、打得着;而需要快速避开敌方攻击或追击时,迅速启动,避得开、躲得过,让对人打不着。
第三,艇员生活环境有一定改善,主要依据在于:相同体积的锂离子电池组重量更小,或者相同蓄电量的锂离子电池组体积更小。这就使得舱内可用空间变得更大,有利于艇员生活空间改善及武器装备的优化配置。