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不为人知的秘密

2024-07-10 11:54| 来源: 网络整理| 查看: 265

电池是潜艇最重要的基础装备,不管是核潜艇还是常规的柴电潜艇,蓄电池都是最重要的组件之一,很多人也许认为核潜艇不是使用核反应堆么,还要电池干什么?实际上,所有的核潜艇只是柴电潜艇额外装了个核反应堆而已,所有的核潜艇都有不少于200节大型铅酸蓄电池,柴油发电机或者柴油动力机组,有了核反应堆只是让原来柴油机和电池都退居了相对次要的地位,用来辅助潜艇工作。而常规的潜艇,蓄电池几乎就是潜艇最核心的基础。

和潜水艇采用同款动力的电动车,真的没错,就是个头小点

从一战到现在,潜艇的蓄电池都是铅酸电池,和普通汽车用的蓄电池一样,铅酸电池性能稳定可靠,使用的原材料易于获得且廉价,本身结构简单易于维护,反复使用寿命长,易于维修翻新。现代的常规潜艇,根据吨位和设计要求,大概拥有240-480块电池,总重量120-300吨左右,是潜艇里占空间最大,排水量最大的一个单一功能组件,会消耗潜艇至少10%左右的排水量。

现代的潜艇用铅酸电池,尺寸通常在470X470mm见方,高度1200到1500之间,重量450-610KG左右,电池放电电压2.1伏,潜艇电池的容量根据放电速度变化比较明显,标准的电池应该标注放电时间0.5,1.5,5,50(有些国家45)小时的数据,由于短时间快速放电会造成电池内阻减少,电池迅速过热,铅酸电池的短时间放电能力比长时间放电能力差了至少一倍以上,国际上通常比对电池一小时或5小时放电的指标。

铅酸电池应用很广泛,汽车,船舶,车辆到处都有,潜水艇电池外表也没有多少不同

比如德国209级潜艇用的瓦特75型蓄电池,放电能力大约4750Ah。我国033潜艇使用的电池是苏联22AK,重500KG,放电能力约4400Ah,70年代末我国033改和早期037型潜艇使用国产的铅-1电池,重625KG,放电能力大于6000Ah。

潜艇用铅酸电池的寿命比较长,但充放电循环次数还是有限的,国产电池早期充放电寿命只有100次,国际上主流水平大约400-500次左右,日本潜艇的寿命也偏短,只有300次左右,这方面最好的是法国电池,80年代末就能实现750次循环寿命。潜艇铅酸蓄电池寿命到了并不是电池不能用了,它只是电池蓄电能力下降了20%以上了,可以通过电极养护和补充更换电解质对电池进行翻新,铅酸电池的总寿命实际上是很长的,在寿命期里可以耐受多次电池翻新。

俄罗斯基洛级潜艇使用46Cy型电池,容积262升,重652KG,一小时放电率6000Ah,50小时放电率12000Ah,寿命2.5年,636使用44型电池,充放电能力基本一致,寿命提高到4年。阿穆尔级原计划使用426型电池,寿命提高到5年,充放电能力据称最多可提高18%。

基洛级潜艇,我国买进多艘使用,噪音很小,美称为大洋黑洞

总体上铅酸电池的技术水平还是德国比较先进,一方面209系列在7,80年代保持长期畅销,另一方面德国在常规潜艇方面科研投入非常巨大,德国潜艇电池都由瓦尔塔生产,产品以出来的年份命名,主要有45,55,65,75,85等型号,其中65主要配用在自用的206级,75配用在209,85和后面更新的电池配用在214(部分212采用锂电池)。75电池重450KG,寿命可达6年,一小时放电可达8400AH,50小时放电16944Ah。

潜水艇里面,电池可是定海神针,下半截满满都是

从上面可以看到,技术的进步对潜艇电池的影响还是非常巨大的,单体电池的进步对潜艇本身性能提高也是明显可见的,除了单体电池以外,具体型号的电池总数和排水量的关系,决定了潜艇的水下性能,以法国阿戈斯塔级常规潜艇为例,阿戈斯塔级潜艇排水量1700吨,使用两组共320只法国NX型电池,单只重326KG,一小时放电能力5000Ah,50小时放电11000Ah,短时最大功率3360KWh,可以支持最大速度达20.5节。

而使用最广泛的德国209级排水量1200吨,使用480只瓦尔塔75电池,短时放电可达8467KWh,可以支持潜艇最大速度22节连续工作2.3小时。潜艇的设计对电池组的选择,对潜艇性能影响也是非常巨大的,德国209级潜艇选择大电池组设计,水下高速运动能力持久,低速自持力也较长,因此在70,80年代的潜艇市场独树一帜,一家就占据了大半江山。

瓦尔塔铅酸电池,质量好,卖的满世界都是,德国人做生意厉害

德国209级常规潜艇,是潜艇里面的奇葩,自己一个都不装备,却卖的满世界都是

新一代的常规潜艇引入了AIP系统,对电池的长时间放电能力有所放松,但是对电池短时间放电能力要求更高了,但是铅酸电池的性能提高也非常有限了,瓦尔塔的铅酸电池在尺度重量不变的情况下2000型最多也仅能做到10000Ah的水平,因此德国新一代212A级潜艇开始考虑使用锂电池,锂电池在民用市场成熟很快,特别是锂离子电池,短短5,6年时间就从开发到成熟,到普及,如今电动汽车都开始大规模采用锂电池了。

以特斯拉为例,特斯拉轿车使用民用最普通的18650电池,85KWh的电池组大约900Kg重,7000多节电池,同样的重量,以目前最好的德尔塔2000来说,大约2节,总计42KWh,也就是说,目前的锂电池能量在同样重量下,可以比铅酸电池提高一倍储电量。而特斯拉的电池技术是基于目前市场主流的小电池的,电池的管理和处理复杂度很高,随着民用市场的电动能源汽车的流行与普及,更大的电池已经出现特斯拉的model 3平台采用的2170电池就能大幅度降低电池成本,或者说同样体积重量可以提供更大的能量储备,预期未来工业界至少能将目前的锂电池储能能力提高30%左右,成熟的汽车工业势必影响潜艇这样的小规模市场。

 

民用的大白菜18650锂电池,汽车开始普及,指标凑合,用在潜艇上也是明显可以想象的问题

如果不考虑成本,其实银锌电池更适合潜艇使用,银锌电池因为要使用贵金属白银,一直都是比较高贵的电池,只使用在比较少量的宇航用途,民用早期流行过纽扣电池,50年代,美国用大青花鱼号试验过银锌电池,1500吨排水量的潜艇使用了220吨电池,结果可以提供18000KWh的放电能力,可以让1500吨的潜艇以33节的速度活动1.5小时,这是首次常规潜艇达到核潜艇的运动能力,不过银锌电池价格过于昂贵,美国也仅2艘潜艇和一艘深潜器使用了,这些电池的银锭还是从美国国库中借出来的,试验结束后白银还全部回收归还国库。



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