日本海上自卫队苍龙级潜艇“凰龙号”（SS-511）是全球第1艘配备锂电池的传统动力潜艇。苍龙级是目前世界上最大的传统动力潜艇，具有良好静音降噪性能。苍龙级也首次配备“绝气推进”（AIP）主机。不需浮航充电，延长在水中巡航时间，大幅增加隐蔽性。

“凰龙号”配备锂电池由汤浅公司开发，电力存储容量是铅酸电池的2倍以上。苍龙级最后一艘同级潜艇“斗龙号”完成后，海上自卫队将部署新的潜艇（3000吨级），动力将完全采用锂电池技术。

 

世界首发：日本的军事电力革命，苍龙级锂电池传统动力潜艇

日本海上自卫队苍龙级潜舰“凰龙号”（SS-511）是全球第1艘配备锂电池的传统动力潜舰

日本“技术研究本部”早在1950年代中期就发展AIP系统。第1阶段是1954到1956年，与战后重组的新三菱重工合作开发轻型紧凑型高压燃烧锅炉涡轮机（KRT）。这种技术，藉由液态氧和燃料通过小型锅炉在高压下燃烧以驱动蒸汽涡轮机。

同时，川崎重工也在研究使用液态氧的封闭循环柴油，但两项研究都被取消，因为前者在氧气处理和启动时间上存在问题，后者则需要更多的预算和时间投入研究。此后，技术研究本部于1962年开始对燃料电池进行研究。起先考虑使用钠汞合金燃料电池，但汞的含量过高，对舰员安全造成影响，遂从1967年转换为氢氧型电池。

 

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1974年进行原型设计和测试，以开发具有多孔镍─碳双层电极，8单元配置，9 kW输出功率，6伏电压和1500安培容量的燃料电池。基于以上成果，海自还曾计划于1976年在潜艇（51SS）上安装燃料电池，由于无法消除舰员对液态氧处理的担忧，因此放弃了该燃料电池的安装上舰。

基于这些情况，技术研究本部确定以斯特林主机作为潜艇的AIP系统，它比燃料电池更可行，并于1986年开始进行基础研究。早在1983年，瑞典Kockums公司采用了这种技术，用于原型主机测试。1988年，在“内肯”级潜艇安装批量生产型的4V-275R Mk.I模型发电机组，并进行海上试航，1992年，装配在量产的Mk.II型“哥特兰”级潜艇上。

 

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因此，在1991至1999年的研究项目中，技术研究本部进口与装备此类主机相同的Mk.II发电机组模型，并将其与日本自制的原型液态氧储存罐等相结合，安装在部分测试舰体模组上，进行地面测试。

从2000年开始，扩展部分原型主机，配备2组斯特林主机系统（每组都配备2具4V-275R Mk.II发电机组）和2具液态氧储存罐，从2001到2002年，“朝潮”级潜艇进行改装，以配备此一功能。新主机性能确认测试于2001年完成，从2002年开始进行全面测试航行。

根据这一成果，从2004年计划建造的潜艇上安装斯特林AIP主机，然后逐渐成为新潜艇主机的固定模型。

 

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直到第10艘苍龙级潜艇，都配备使用斯特林主机的绝气推进（AIP）系统。此模组中安装的是4V-275R Mk.III发电机（连续额定输出功率），它是安装在“朝潮”级和瑞典海军A-19型上的4V-275R Mk.II（连续额定输出功率65 kW）的进阶版本，输出功率达到75 kW，在第4隔舱部上层的两侧配置有2具发电机，在下层的两侧配置有液态氧储存罐。4V-275R Mk.III发电机由川崎重工获得授权和制造。

 

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由于斯特林AIP是低速主机，输出功率低（约4至5节），传统柴电动力系统适用于高速功率。因此，从“春潮”级（61SS）开始，安装以川崎重工12V25 / 25S为范本研改的12V25 / 25SB发电机，它是V12型高速4行程主机。

与AIP同步在此模组中引入的创新技术之一是“永磁同步发电机”，当前世界各国柴电潜艇已使用此设备，并采直流发电。另一方面，在一般工业中，随着半导体元件技术和控制技术的发展，已经开发一种系统，大型AC发电机通过半导体功率转换器，已可变速运转。该系统具有许多优点，例如不需要速度切换单元操作，不需要换向器、电刷、激磁电路、滑动环套，并且易于维护。它是少数已获得开发和安装的水下交流发电机设备。

 

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日本海上自卫队最初计划从第5艘苍龙级“瑞龙号”（SS-505）开始，安装锂电池作为主电池，以提高该舰的巡航速度并增加高速巡航的时间。与传统的铅酸电池相比，锂电池没有产生氢气的风险，单位重量和体积的能量密度是其2倍以上，并且重复充电和放电的次数是其1.5倍以上。

具有优异的特性，例如能够抑制电容量的降低。特别是在充电时间方面，即使发电机输出功率含有余量，铅酸电池也必须以较小的电流充电，并且在接近满充电时只能一点一点地充电。这在战时几乎是不可能的，而锂电池则不受这些限制，可快速充电。

 

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与之前的柴电潜艇相比，通过安装新型锂电池，显著提高水下可持续性和速度性能。由于日本财政因素，实际安装锂电池的时间才延后到第11艘（SS-511凰龙号）之后。在技术方面，研究仅用锂电池替换铅酸电池的方法，以及斯特林AIP系统和锂电池并用，以取代铅酸电池。

后者比前者更昂贵，但具有更高的输出功率，因此，海自有望以比传统柴电潜艇和AIP潜艇更高的速度进行连续水下航行。未来，也有可能取消斯特林AIP和铅电池，以提高水中航行的可持续性。

 

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军用锂电池也可概分成两大类：即不可充电的及可充电的，前者称为“一次性电池”，它只能将化学能一次性地转化为电能，不能将电能还原回化学能；而可充电电池称为“二次性电池”，能将电能转变成化学能储存起来，在使用时再将化学能转换成电能，是可逆的，军用船舰、航太卫星多半使用后者。

 

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SS-511凰龙号

为考量锂电池工作的可靠性和安全性，因此在正负极材料的选择上考虑材料的安全性为首选，军用锂电池在具备高能量的同时，使用过程中的安全性系数也非常重要。军用锂电池不仅体积小、轻薄化，而且要求能在低于摄氏0度和高于50度的严苛环境下使用，并且尽可能以后勤供应简易化。其他特点如：

一、极佳的环境适应性：能确保在不同气候条件、高强度电磁环境、高低气压环境、高放射性辐射环境、高盐分环境下均能正常使用。

二、高度稳定与堪用性：能确保证电池可在使用时有效堪用稳定。

三、高度安全与抗污性：能确保遭高强度冲击时，电池保证安全，不会伤及人员与环境安全。

 

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锂电池不仅能为战场上的便携电子设备提供持久稳定电源，还可大幅减轻单兵负重，增强作战的灵活性和机动性，成为未来智慧化装备的首选电源。日本防卫省在新造潜艇的电力能源上改用了锂电池，不但充分发挥军工技术优势，也同步创新了原本的AIP推进技术，对增强其国防科技工业自主创新能力，促进军民通用高技术产业发展存有重要意义。