本文來源：科技日報 作者：張強

韓國自行研製的KSS-3型常規潛艇首艇“島山安昌浩”號下水剛滿兩個月，韓國方面又傳出個大新聞。

韓國國防採購計劃管理局稱，將從KSS-3型潛艇的4號艇（第二批次）開始裝備鋰離子電池，由韓國三星SDI公司生產。據稱，使用這種鋰電後，潛艇的水下續航時間比鉛酸電池的同型艇增加一倍。這也使得KSS-3成爲繼日本蒼龍級“凰龍”號潛艇之後，又一種使用鋰電的常規潛艇。

科技日報記者瞭解到，KSS-3型潛艇項目於2007年啓動，是韓國自行研製第一種常規動力潛艇，其浮航排水量3358噸，潛航排水量3705噸。據韓國媒體報道，其第二批次的潛航排水量可能超過4000噸。屆時，KSS-3將可能成爲最大的鋰電潛艇。

國防科技大學國防科技戰略研究智庫王羣教授表示，“近幾年來，鋰電技術發展迅猛，而且優勢多多。韓國與日本一樣，都是該項技術的佼佼者，因此，韓國緊日本後，準備在常規潛艇上使用鋰電，是技術發展到一定程度後的必然選擇，應該在意料之中。”

鋰離子電池優勢多多

相比已在潛艇上使用上百年的鉛酸電池來說，鋰電有很多優勢。

“首先，體積小、重量輕、能量密度大、容量高。鋰電的體積重量要小很多，它同體積產生的電能至少要高出3倍，有利於潛艇減輕重量，節省空間，提升續航能力和機動性。”王羣介紹，“日本‘凰龍’號之所以使用鋰電，一個重要原因就是蒼龍級潛艇浮力不足，只有大約600噸多一點，至少應增大到排水量的四分之一纔算合適。爲此，經過論證之後日本，可能認爲用鋰電替代斯特林發動機和鉛酸電池，是更好的選擇。”

“其次，充電速度快、效率高；鋰電的充電過程很短，能大大減少潛艇上浮充電所花費的時間，增強潛艇的隱蔽性和生存能力。再就是，鋰電基本無記憶能力，使用時限制少，有效容量下降小，不需爲延壽而遵循特別的充放電方法，從而簡化了潛艇的維護，使它能視任務需要和戰場環境隨時充放電，有效提高了潛艇作戰的靈活性和戰鬥力。”

安全性和成本是必須考慮的問題

當前，外界普遍擔憂潛艇上使用鋰電的安全問題。那麼，在潛艇上採用鋰電，是否有些冒進？

“通常來說，鋰電對溫度、壓力比較敏感，變化較大就可能影響使用，甚至因性狀改變而發生危險。鋰電一致性也不是很好，特別是當幾百上千塊鋰離子電池通過一定的方式連在一起組成電池組時，問題更加突出。其中有一塊發生問題，比如過充電、過放電或損傷鼓包，就會影響整個電池組的正常工作，帶來了熱失控和複雜的散熱問題。重則導致自燃而引發火災或爆炸等安全事故，輕則增加潛艇的紅外輻射，惡化潛艇的可探測性，降低潛艇的可靠性和穩定性。”王羣表示，“此前，爲‘凰龍’號提供鋰電的日本湯淺公司生產的電池，以及此次爲KSS-3提供電池的韓國三星SDI公司生產的電池，都發生過安全問題。”

2013年，一架埃塞俄比亞航空公司波音787客機發生意外起火事故，經查原因就是日本湯淺公司生產的鋰電設計缺陷所致。而三星SDI公司爲Note7手機生產的電池當年也頻發事故，一時滿城風雨。

“但是，我們也要考慮到，當前鋰電技術已經有更大的提升，雖然以往它發生過不少問題，而且時隔也不長，但問題發生後日本、韓國都進行了針對性的技術攻關和革新。如果這些問題沒有很好地解決，相信它們是斷然不敢冒險在潛艇這樣完全密閉的、環境極端惡劣的空間裝備鋰電。至少，它們應該有這樣的自信，一旦發生問題能很好地進行處理和應變。”他說。

“另外，一般情況下鋰電的成本要比鉛酸電池高几倍，一艘潛艇上需要的鋰電數量很多，光重量就達十幾或幾十噸，再加上覆雜度很高的電池監控保護、均流均壓管理和通風散熱系統，無形中更推升了潛艇的造價。當然，如果‘不差錢’，這個倒不用過多考慮。”他說。

KSS-3裝備鋰電池尚存不確定性

有媒體指出，相比日本“凰龍”號潛艇，韓國KSS-3裝備鋰電還有一個不確定性，那就是垂髮導彈引發的問題。

使用垂直髮射系統的常規潛艇比較少，KSS-3就是其中之一。韓國KSS-3帶有6具垂直導彈發射筒，可發射對地攻擊巡航導彈。韓國海軍還希望用它們發射彈道導彈，並正在攻關。

據稱，蘇聯629型常規彈道導彈潛艇當年垂髮時，由於導彈發射過程中抖動太大，造成鉛酸電池外殼破裂，最終不得不關閉電池組，取消訓練。

“潛艇垂直髮射導彈會引起艇體更大的上下（縱向）震動，電池在這個過程中可能因較大的抖動和壓力變化受損，甚至引發火災。而其他發射方式艇體抖動就沒有那麼大。比如，發射魚雷時，潛艇是左右（橫向）搖擺，抖動就較小。因此，鋰電的性狀在壓力變化大時受影響更大，所以可能會引發質疑。”王羣說，“但這是一個顯而易見的問題，歷史上既然有過教訓，韓國在設計時就不會不考慮，況且它應該做過針對性的實驗並有相應的解決方案。”

正如韓國國防採購計劃管理局所稱，經過30個月的研發，這些電池已經通過了技術成熟性評估。

鋰電只是常規潛艇未來的選項之一

那麼，隨着使用鋰電的潛艇越來越多，未來鋰電會成爲未來常規動力潛艇的首選配置嗎？

“應該說，只是可能的趨勢之一，但還並非是最理想的選項。”王羣認爲。

他指出，“應該明確一點，潛艇的工作環境幾乎可說是所有軍用平臺或裝備中最惡劣的，因此潛艇對安全性的要求應該也是最高的。在地面和空中裝備上比較成熟的某些技術，不一定能用在潛艇上，特別是對壓力、溫度和通風散熱要求更高的鋰電。所以，鋰電需要進一步的針對性技術革新。”

“而且，鋰電也未必就是將來最理想的潛艇用電池。如果不考慮成本的話，此前美國曾試驗過的銀鋅電池就曾創造電力推進潛艇的最高速度——33節/小時。更何況還有其他高性能電池也正在不斷研發過程中。比如德國在潛艇中試驗的燃料電池，可能更具特色，只要燃料充足，並進一步改善廢棄物排放，它就能更長時間地在水下運行。因此，鋰離子電池應該只是趨勢之一，說它是首選方案恐怕爲時尚早。”王羣說。

【延伸閱讀】

世界首艘鋰離子電池潛艇在日本下水，而電池供應商給出過事的波音787供過……

10月4日，日本海上自衛隊最新一艘蒼龍級常規動力潛艇SS-511凰龍號正式下水，而這也是蒼龍級的第11艘艇。

和前10艘同型艇所不一樣的是，該艇取消了被稱爲常規潛艇戰力倍增器的AIP不依賴空氣推進系統，改爲使用日本湯潛技術公司(GYT)最新研發的鋰離子聚合物電池（現在很多小型的超薄充電寶就是鋰離子聚合物電池，它和鋰離子電池雖然都叫鋰電池，但實際上有區別）來爲潛艇水下潛航提供動力和電力。據悉這種鋰電池組是湯潛公司於今年3月份剛剛投入量產的新產品，而按照設計它們被安裝在凰龍號的艇底，充滿電後能夠長時間的支持蒼龍級潛艇在水下以20節的最大航速持續航行。

“其實電池這種儲電設備在艦船上的使用時間已經有上百年了，而潛艇這種主要在水下作戰的裝備相比於水面艦艇而言，對電池的依賴又要更大一些。

”在鋰電池技術成熟之前的數十年裏，潛艇主要使用的都是已經發展的非常成熟的鉛酸電池，這種電池最早是1901年由英國的CHLORIDE公司使用在HOLLANⅠ型潛艇上，之後由於其具備技術成熟、性能可靠且廉價的優點，所以直到現在都仍然是各國潛艇使用的主要電池。但是鉛酸電池的缺點也很明顯，那就是它的體積和重量太大，而儲電比能卻又很低，所以不僅效率低下，而且要充滿電很費時間，再加上它裏面的電解液涉及到硫酸這些危險化工產品，所以維護起來也非常的費勁和不安全。

如果要增加潛艇水下航行的持續性和隱蔽性，那麼提高電池的儲電能力和效率也就變得非常重要，這幾十年來，各國技術人員絞盡腦汁，除了不斷改進鉛酸電池外，也在嘗試一些新的電池，比如在冷戰期間美國人就用大青花魚號潛艇就試驗過銀鋅電池，這種電池性能的確比常見的鉛酸電池好，但由於要使用到大量的貴金屬“銀”，所以成本太高，部隊受不了，據悉當時研製銀鋅電池所耗費的銀還是從國庫借的。

到後來，隨着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，這使得潛艇對高性能電池的依賴有了一定的降低，鉛酸電池的缺點也就不太扎眼了，但這並不意味着就不需要好電池了。

隨着近十幾年來鋰電池技術的出現和不斷成熟，其也逐漸映入了潛艇設計者的眼簾。鋰電池體積小，效率和功率密度高、充電快的特點使得潛艇用電池的發展又有了新方向。鋰電池相比於鉛酸電池的優勢可以說是全方面的：

首先它沒有了液態的電解液，這使得電池的體積和重量都可以大大縮小，但是體積變小並不代表儲電能力降低，實際上同體積的鋰電池在高功率情況下的電容量是鉛酸電池的兩倍還要多。

而且鋰電池充滿電所要的時間比鉛酸電池也要少得多（據悉德國最新在研的216型艇充電2小時，就可以潛航98小時），這就使得潛艇在海上因上浮充電而暴露的概率大大降低了，如果再配合AIP系統一起使用的話，那暴露概率就更低了。

正是由於鋰電池的巨大優勢，因此世界上幾大常規柴電潛艇研製強國都在自己的最新型號上進行嘗試，除了上面提到的德國在研的216型外，俄羅斯的拉達型也使用了鋰電池。而日本在這方面走的比其他國家都要更激進，他不像德國216型那樣將鋰電池和AIP配合使用，而是直接用鋰電池替換了AIP系統，看起來是對自己電池的性能很有信心。不過鋰電池目前也有一些問題，主要是不耐撞擊和容易發熱着火，比如最新的波音787客機就是使用的鋰電池，而它已經出過多次着火的新聞了。巧的是，湯潛技術公司就是波音787的電池供應商……