【动态】亮相！新型潜艇锂离子电池样机

德国蒂森·克虏伯公司与法国塞福得公司展示新型潜艇锂离子电池样机

德国蒂森·克虏伯海事系统公司与法国塞福得公司合作研发出了新型潜艇锂离子电池系统。蒂森·克虏伯海事系统公司在10月23日～26日的EURONAVAL展会上首次展示了系统样机。

这种新型锂离子电池系统的设计符合海洋环境使用、安全性和电池化学安全要求，并通过了一系列试验，证实了电池本体和系统层面上的安全性。此外，系统还将在2019年样机检查前完成一系列密集试验。

图1 此次展出中的新型锂离子电池

该系统是德国采购办公室BAAINBW项目的一部分，该项目的目的是支撑212型潜艇的新潜艇项目和对已有武器平台的改装。目前已经计划集成到214型潜艇上。但迄今为止，212型和214型潜艇上都装备有质子交换膜燃料电池（PEMFC）。在西门子公司发布的报告《SINAVY高分子电解质膜燃料电池》中，详细介绍了用于这两种潜艇的燃料电池的两种模块：一种为BZM 34，额定电压为34kW；另一种是BZM 120，额定电压为120kW。212A型潜艇（德国海军6艘，意大利海军4艘）上使用的是BZM34模块。该模块在1985年研发。此后的214型潜艇和葡萄牙海军的209 PN型潜艇装备的是西门子公司在BZM 34之后研发的BZM 120模块。随着膜材料的改进，电池的功率密度可以增加近一倍。SINAVY PEM燃料电池的电压在工作时非常稳定；且BZM 34模块每个单元的降解速率小于2µV/h。在BZM120模块运行期间，可达到非常低的电压值。

图2 BZM 34模块中使用的外部尺寸为400×400mm电池的两个核心部件

图3 电池单元对比： BZM 34（左）BZM 120（右）

德国212A型是全世界第一型采用燃料电池-柴电动力系统的潜艇。212A型首舰U-31号的燃料电池为西门子的第一代实用化PEM燃料电池，由9组PEM燃料电池单元、两个14吨的液氧储存槽以及氢储存容器组成，每组PEM单元可输出34kW，9组PEM加起来的总功率达306kW，使U-31能以5节以下的低速在水下连续潜航2～3周。金属氢化物氢气储存槽能在10小时内完成80%的装填，25小时内完成100%的装填。液氧存储在低磁性钢材制造的储存槽中，该存储槽安装于燃料电池之上、氢气储存槽之下，采用弹性基座安装以减振，液氧储存槽周围设置泡棉以形成中性浮力，操作期间不会改变重量。

氮气则以高压气体的方式贮存于瓶中。液氧储存槽不仅用来供应燃料电池，也用来提供潜艇在持续数周的潜航中所需的氧气。后3艘212A（U-32～34）以及外销的214型潜艇则换装更先进的第二代PME燃料电池系统，由两个功率各120kW的燃料电池模块构成，不仅结构较为简化，水下续航能力也提升了3倍左右；每个第二代PEM电池模块重930千克，体积为176cm × 53cm × 50cm，输出电流560安，电压215伏，工作温度为80℃，全负载工作时的能量转换率为58%。

图4 西门子PEM燃料电池组

此次德国蒂森·克虏伯海事系统公司与法国塞福得公司合作研发出的新型潜艇锂离子电池系统对于212型和214型潜艇来说是一次巨大革新。由于该型锂离子电池的模块化程度高，这种电池系统理论上可用于多种海上平台以取代现役的传统电池和燃料电池。

法国ECA集团再获1200万欧元“梭鱼”级潜艇装备订单

在今年的法国巴黎海军装备展（EURONAVAL 2018）上，ECA集团与法国海军集团（原DCNS集团）签署了一份价值超过1200万欧元的合同意向书，为“梭鱼”级潜艇5号艇“红宝石”号和6号艇“卡萨布兰卡”号提供电力推进和变速驱动设备及相关配件。该合同为期53个月，将于2023年到期。由于该级艇前4艘（“絮弗伦”号、“特鲁安”号、“图维尔”号和“格拉斯”号）的合同已成功签约并完成，ECA集团作为该级潜艇电气解决方案供应商的地位得到了巩固，这确保了“梭鱼”项目重要设备的供应。

图5 “梭鱼”级潜艇在法国瑟堡船厂进行组装

法国ECA集团的推进和能量转换解决方案与任何类型的潜艇设计都可兼容，并已在不同的海军平台（核平台和常规平台）上得到验证和集成。同时，ECA提供的系统和设备具有声学性能好、抗冲击、耐高温等优点，可与复杂的电气网络集成，使用碳化硅芯片等最新技术来保证目前尚不具备的性能，现已成为潜艇电气解决方案的参考和模板。

图6 “梭鱼”级潜艇内部结构

“梭鱼”级潜艇是法国第二代攻击核潜艇，也是法国海军力量重建的重要项目。该级艇由法国国防采办局（DGA）负责采办、法国海军集团担任主承包商。该级艇的设计大量采用法国“凯旋”级战略核潜艇的技术，可以装备巡航导弹，以实现远距离深入打击。执行的任务包括反舰、反潜作战，对地攻击，情报收集，危机处理和特种作战等。同时，“梭鱼”级攻击核潜艇还采用了“凯旋”级战略核潜艇和“鲉鱼”级潜艇上已运用的诸多先进技术。与“弗吉尼亚”级一样，“梭鱼”级潜艇在最大航速、最大下潜深度等性能指标上并不十分突出，远低于美俄两国研制的“海狼”级攻击核潜艇和971型攻击核潜艇。不过，其在隐身能力、指挥支援系统水平、武器效能方面并不逊色。

图7 “梭鱼”级潜艇设计结构图

“梭鱼”级攻击核潜艇是法国海军力量重建的重要举措。在2017～2027年间，该级艇将取代法国海军现役“红宝石”级攻击核潜艇。与“红宝石”级攻击核潜艇45天的巡航时间相比，“梭鱼”级的一次巡航时间可以达到70天，一年的作战执勤时间可达240天。且“梭鱼”级核潜艇的设计比现役的“红宝石”级攻击核潜艇更安静，在高速下行驶下也具有更高的水下探测能力和更大的武器载荷。

来源：《舰船动态周报》2018

年第41期 | 国防科技信息网等

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今日报告

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相关研究成果链接

[1]

《国外主战水面舰船发展及对国内的启示研究》，研究报告，2018年，115页

[2]

《AIP潜艇南海区域安全威胁分析》,研究报告，2018年，270页

[3]

《海洋防务无人装备体系与发展规划研究》，研究报告，2018年，400页