日本潜艇换锂电池性能压倒解放军主力型号几十倍？纯粹是笑话！

今天突然有朋友发给笔者一篇新闻稿件，并询问笔者：“你之前说基洛这样的俄制常规潜艇，最大航速17节在水下只能跑1个小时；日本这个换锂电池的新常规潜艇，水下20节可以冲刺39个小时，日本技术真的这么厉害？”。

笔者看了下这篇新闻稿，它的消息来源是日本船舶情报网，说的是苍龙潜艇的第二艘改进型，使用柴油机——锂电池系统，替换原来的AIP系统。

但不知道是日方原文错误，还是国内的译者出现了问题，在苍龙改型的电池包性能参数上，出现了“瓦”和“千瓦”的混淆错误，ups电池回收价格电池的能量密度被放大了整整一千倍。39小时的持续冲刺能力，是被严重错误放大的数据。

图：未经修改的原文数据。100千瓦时/千克的能量密度，都快要十倍于汽油了；锂电池要是有这个水平，今天全世界都找不着几台燃油车了。如果线小时的常规潜艇，则核潜艇的存在意义都将被极大动摇。

这篇新闻稿公众号上，现在的新数据是100瓦时每千克，是修正后的结果。但是后面的一系列数据（包括总电量）性能推定，依然是根据此前的错误数据得出，并直接使用总电量除以轴功率来计算的。

而实际电量的大小受相当多因素的影响，比如放电电流的高低；如果不考虑这些因素形成的误差，得出的结果将不具备估算价值。无论是基础数据还是计算方式本身，都是不准确、不可取的。

水的密度和粘稠度都远高于空气，现代船舶和潜艇阻力与航速关系，大致上呈现三次方的相关：也就是航速增大到原来的2倍，动力系统需要的功率至少是原来的8倍左右。潜艇在水下的速度从5节提升到20节，功率就需要提升数十倍之多。

此处直接引用哈工大2012年出版的《现代潜艇设计理论与技术》相关结论：“由于常规潜艇的水下能源有限，一般只在进行鱼雷攻击和规避敌人攻击时才使用水下最高航速.......目前常规动力潜艇的水下最高航速在17-20节左右，也有高达25节的。此航速下的续航时间一般为1小时，也有半小时或10分钟的。”。

水下最大航速的续航时间标准，是基于潜艇作战的相关理论计算出来的。这方面东西方的差异很大；一般而言，苏联影响范围内的国家会采用1小时放电制标准，10分钟放电制则常见于北约常规潜艇。基洛的17节水下最大航速看起来较低，除了双壳体结构的重量和阻力有劣势之外，续航时间标准不同也是重要原因。

特别指出的是，AIP系统对水下最大航速帮助很小；因为AIP只能维持潜艇的低速前进和对主蓄电池组充电；一旦潜艇高速航行，主要的动力来源就只能是主蓄电池组的放电。甚至不乏因为AIP系统挤占蓄电池组空间，导致改装后的常规潜艇水下最大航速性能下降的例子。

二战后日本潜艇的设计制造规范和技术、设备大量来自欧美，虽然笔者尚未找到可靠资料给出明确的数据。但从历史和技术规律两个方面看，带有AIP系统的基本型苍龙，其20节水下最大航速，续航时间应当是10或30分钟；较大可能只有10分钟，基本不可能超过30分钟。

实际上苍龙的潜航性能，在几年前日本官方接受专业媒体采访的时候就很明确的指出过：在更换锂电池系统以后，其新的总里程，已经能达到原AIP型苍龙的传统电池（铅酸蓄电池）+AIP系统的指标。

苍龙基本型的AIP系统，装备4台瑞典V4-275R MK III斯特林发动机，由日本川崎按瑞典的生产许可证制造，其余辅助设备则由日本自行研制。V4-275R MK III发动机的额定转速是2000转，额定连续输出功率是75千瓦。

对于典型的斯特林AIP潜艇，假设其满载液氧、柴油、蓄电池满电；4-5节的低航速下，潜艇航行可以不依赖蓄电池组供电，AIP系统本身的功率足以满足推进要求，可以维持14昼夜的水下航行；而一旦需要快速机动，此类潜艇的快速机动能力也仅有3个小时。

图：加拿大SSK876号潜艇对美军退役军舰进行实弹射击训练，潜望镜和通气管一出水平就被反潜机抓的死死的。暴露时间越短，生存性越高。

其一，避免了水下依赖AIP系统烧柴油给蓄电池组充电时，只能龟速前进的被动情况；特别是铅酸电池的充电过程非常繁琐，小电流的第二、第三充电阶段极其耗时。在允许通气管航行的状态，苍龙只要很短的时间就能用柴油机给锂电池组完成充电过程；比传统AIP潜艇暴露在水面上的时间更短得多。

图：斯特林AIP的一种探索方案，消耗6.3%的输出功率，将废气压缩纯粹在潜艇内，以消除对潜深的限制。正常情况下，潜艇要把废气排入海水，需要消耗6-11%的功率，并且损失大量未参与燃烧的氧气。潜深越大，功率损失越大。

其二，彻底消除了斯特林AIP工作的潜深限制。日本对于潜艇的大潜深性能极其重视，其潜艇的潜深指标都做非常高。斯特林是燃机，向艇外排放废气需要花费很大的设计代价和功率损失，而且工作时允许的深度有限。

基于现在较为公认的常规潜艇动力锂电化研究结论（省去计算过程），按锂电池的功率密度为100瓦/千克计算，锂电池组与原铅酸电池组的体积相同。

在4-5节航速的小电流放电状态下，锂电池组的电量大约能达到铅酸电池组的1.3倍。在20节冲刺的情况下，因为铅酸电池大电流放电时的电量衰减非常严重，锂电池的有效电量可以达到铅酸电池的3倍左右。

在已知最大里程与AIP型号基本相当的前提下，锂电苍龙潜艇在水下以20节冲刺时，可用的电量达不到AIP型苍龙的3倍；续航时间大致是原来的2倍或者稍高，但能达到1小时以上的概率也非常的低。笔者个人倾向于接近30分钟。

苍龙并不是第一种采用锂电池的潜艇。对于一些体积和重量要求特别严格的水下潜航器，比如小型特种潜艇，搭载单人或者多人的水下推进设备等等，很早就开始使用锂电池了。

常规潜艇未来的主蓄电池发展方向，一定是锂电池；因为除了它之外，世界上没有第二种性能相当、又成熟到广泛应用在消费市场上的高能量电池。

图：波音787上起火的锂电池。过度的压榨重量和体积和制造成本，就会使锂电池的安全性大幅度下降；这是近年来手机、电动汽车上燃爆事故屡屡不绝的主要原因。

锂电池的技术进步，是用全球范围内，年产量以亿为计算单位的消费市场支撑起来的；其他任何一种现有的高能量电池路线，在投资规模、试验深度和广度、研发人员数量/薪酬水平上，都不存在与锂电池进行竞争的能力。

只要稍微关注十几年来，国内涉及常规潜艇动力系统的专著和论文，就会发现这其实已经是业内对未来趋势的共同判断；最大的争议不是要不要锂电化，而是何时锂电化、如何基于国内技术水平兼得安全与高性能的锂电化。

图：俄罗斯几个月前发生过特种核潜艇的锂电池起火，是随意变更设计（锂电池取代银锌电池），缺乏安全性测试且未获得军方签字认可的事故。此类管理混乱、技术落后导致的电气火灾，是苏俄核潜艇沉没事故占全世界80%的主要原因之一。

就在不到十年前，国内中高端锂电池的核心材料，还必须大量依赖进口——特别是从日本进口隔膜。这些年国内锂电池的进步非常快，现在依然高度依赖进口的相关材料，无论是种类还是数量都已经不太多了。

如果国内锂电池产业的发展速度足够快——也就是真实水平能跟得上小粉红们宣传水平的话，不出十年；今天还喊着苍龙用锂电是日本人脑筋短路的人，转头就会喊国产潜艇的锂电化进程如何充满智慧，具备不可估量的战略意义了。

这实际上也不是多么难以理解的事情，毕竟能力过不得硬的时候，嘴要是再过不得硬，那何以自信。

附注1：德国TR 1700潜艇水下最大航速25节，于70年代针对阿根廷海军的特殊要求设计，仅建造了两艘。该艇的设计倾向极为极端，是极少有的20节航速能维持3小时以上的常规潜艇。

附注2：美国50年代建造的技术验证潜艇大青花鱼水下最大航速超过30节，但它用的是极其烧钱的银锌电池.....。

附注3：诺曼、克里斯[美]合著的《现代潜艇和反潜作战》一书中，对于日本“朝潮”潜艇AIP系统的陈述有误，而哈工大的《斯特林发动机技术》一书则是正确的。“朝潮”装备的是II型斯特林机，与瑞典A-19潜艇相同，输出功率65千瓦；而苍龙装备的是III型，两者不是同一个型号。