电动力鱼雷用电池装置的前景展望

摘要

本文介绍了电动力鱼雷的技术优势及其推进系统对电池装置的技术要求，并重点介绍了铅酸蓄电池、银锌电池、铝/氧化银电池、锂亚硫酰氯电池、燃料电池的技术特点、及其在鱼雷领域的应用，并针对其特点进行了展望，为相关科学研究及工程应用提供了必要的理论依据。电动力鱼雷推进系统与热动力鱼雷推进系统相比，在其隐蔽性，航行稳定性及发射深度方面有着其自身的显著优势。随着近年来动力电池技术的不断优化与完善，必定会使电动力鱼雷在水中兵器领域大放异彩。

【关键词】电动力鱼雷 铅酸蓄电池 银锌电池铝/氧化银电池 锂/亚硫酰氯电池 燃料电池

第二次世界大战后，鉴于鱼雷在反潜战、歼灭敌舰艇、破坏敌海上交通线及袭击敌水下设施等方面所起的重大作用，特别是在现代海战中，潜艇成为制海权的最大威胁，各国都在发展适应于不同任务的新型鱼雷。同时为了满足对于新型鱼雷不断提高的性能要求，同时也在探求鱼雷的各种新型动力装置。但总体而言，其发展趋势还是遵循热动力推进系统和电动力推进系统两大主流技术领域，其中鱼雷的电动力推进方式是使用电池组和电动机来得以实现的。

1电动力鱼雷的技术优势

电动力鱼雷推进系统与热动力鱼雷推进系统相比较，存在诸多许多技术优势：

（1）电动力推进系统在航行时不排出废气。因而鱼雷无航迹、隐蔽性好;

（2）电动力推进系统的输出功率不受海水背压的影响，保证了鱼雷在任何深度上航速、航程恒定，便于大深度发射以及攻击隐藏于大深度上的潜艇;

（3）电动力推进系统自噪声较小，有利于声制导装置的运作;

（4）电动力推进系统在航行中没有燃料的消耗，在航行过程中的鱼雷总质量不变，使得鱼雷在航行中的稳定性较好。2电动力鱼雷用电池装置的技术要求

电池作为电动力鱼雷的能量来源，其重要性自然不言而喻。电动力鱼雷用电池由于其工作环境特殊，而为了使产品能够达到要求的性能，对于电池的技术性能通常有如下要求：

（1）有优良的高速率放电性能，有较高的质量比功率和体积比功率;

（2）具有高的质量比能和体积比能，在规定的体积和质量范围内储有足够的能量;

（3）要保证水下航行器在各个环节中的安全性。不可有燃烧、爆炸或热失控等现象发生：

（4）要求易于装配及使用，且成本尽可能低廉。

电动力鱼雷用动力电池按照其技术发展现状及总体前景可分为常规电池、新型电池以及潜力电池。例如：常规电池包括铅酸蓄电池、银锌电池等，新型电池囊括了铝/氧化银电池、锂/亚硫酰氯电池等，而潜力电池主要为燃料电池等。下文则对上述几类电池装置进行逐一介绍及研究展望。

3铅酸蓄电池于鱼雷动力电池的领域的应用及前景展望

3.1铅酸蓄电池的技术特点

铅酸蓄电池是化学电源的一种，是一种日常生活中最常见的二次电池，其具有价格低廉、供电可靠、电压稳定、技术成熟度高等一系列优势，目前己在国民经济建设的各大领域得以广泛应用。

3.2铅酸蓄电池于鱼雷动力电池的领域的应用及前景展望

随着技术和工艺的不断进步，鱼雷动力用铅酸蓄电池的性能也在不断改进和完善。这主要体现在比能量的不断提高。从第二次世界大战以来，铅酸蓄电池的比能量提高了1倍，达到56W-h/kg。使用新型铅酸蓄电池作为动力推进电源，鱼雷可以实现以36kn的速度航行6000m。我国现役某电动力鱼雷即是以铅酸蓄电池为动力电源的。

然而，受制于原理和性能，用于鱼雷动力的铅酸蓄电池在比能方面很难再有大幅度提升的空间。铅酸蓄电池虽然造价低廉，使用简单，但是比能量较小，然而，随着时代的发展和技术的进步，在比能量要求较高的水中兵器领域中铅酸蓄电池己被逐渐淘汰。

4银锌电池于鱼雷動力电池的领域的应用及前景展望

4.1银锌电池的技术特点

银锌电池以氧化银为正极，以锌为负极，其比能和电动势均高于铅酸蓄电池，在民用航空、航天和军事领域得以大量应用，并于20世纪50年代开始用于鱼雷动力，有效提升了其战术性能。

银锌电池优点突出：输出电压平稳、大电流放电性能优异、功率密度和能量密度较高、内阻较小;但是缺点也较为明显，循环寿命短，价格较高。

4.2银锌电池于鱼雷动力电池领域的应用

银锌电池凭借其优异的性能，曾经在鱼雷行业得以广泛应用，其中银锌储备电池用于战雷，锌二次电池用于操雷。当需要运作时，用高压氮气将电解液从容器中挤到电池中，在极短的时间内激活电池，并安装于标准的鱼雷壳体内。

20世纪80年代，法国研发的F17-2型鱼雷即采用该类电池，代表了当时电动力鱼雷的世界领先水平。

4.3银锌电池应用于鱼雷动力电池的前景展望

银锌电池凭借其优异的性能，广泛应用于军事宇航领域，是目前各种宇航设备和武器装备的主电源或应急电源。鱼雷的战雷采用银锌储备电池作为动力推进电源，操雷采用银锌二次电池作为动力推进电源。

锌银电池不但有突出的优点，而且近年来其寿命短的缺点得以逐渐完善，耐久性显著提高。就目前而言，银锌电池是较为成熟的技术，在能量密度方面的提升较为有限。虽然燃料电池为代表的高能电池在部分场合取代了锌银电池，但有关专家认为：至少在今后的20年以内银锌电池仍将保有其在军事领域应用的主要地位。

5铝/氧化银电池于鱼雷动力电池的领域的应用及前景展望

5.1铝/氧化银电池的技术特点

铝/氧化银电池以铝为负极，氧化银为阳极，以溶解有氧氧化钾的流动海水为电解液。铝/氧化银电池具有比能高、电压高、体积特性好、电流密度大、析氢量低、可长期储存等优点。该类电池需要配备辅助循环系统、初始电解液混合装置和电解液浓度保持装置，自身结构相对复杂。通常而言，铝/氧化银电池的技术优势如下所示：

（1）铝/氧化银电池可进行大电流放电，其比能和比功率也较高，同时可减少串联电池的个数，减少电池长度，可有效提升鱼雷的航速及航程。

（2）铝/氧化银电池鱼雷不携带液态电解质，一定程度上可减轻鱼雷的总质量。

（3）铝/氧化银电池系统在储存期间不会出现因电液泄漏而导致的安全问题，为鱼雷的启动、变速和深潜等行动过程提供了有力的技术保障。

（4）铝/氧化银电池系统在储存时具备优异的耐火性和抗冲击性。

（5）使用铝/氧化银电池系统作为动力推进电源的鱼雷可在不同深度充分发挥其作战性能。此外，由于动力电池段与海水连通，降低了该段壳壁对耐压的要求，进而增强了系统的换热效果。

（6）铝/氧化银电池系统成本低廉。与锌/氧化银一次电池相比，输出同样的能量，铝/氧化银电池系统成本更低。在输出同样能量的前提下，铝/化银电池由于单体电池电压高，可节省电池总数，进一步降低了成本。

5.2铝/氧化银电池当前面临的技术问题

对于铝/氧化银电池来说，电解液的排放与补充系统可谓至关重要。由于其在放电过程中，会同时进行产生能量的成流反应和腐蚀铝阳极的寄生反应，上述两类反应都会消耗碱物质而生成铝酸盐，使铝/氧化银电池的工作条件恶化，影响到其功率输出性能。就目前而言，只有将部分电解液排放至电池本体外部并引入新鲜海水补充电解液，方可确保铝/氧化银电池的正常运作。

5.3铝/氧化银电池于鱼雷动力电池领域的应用

历史上，曾由美国水下系统中心（NUSC）最先研究该类电池并己证实，将铝/氧化银电池和永磁电机匹配使用，可使电动力鱼雷的航行速度达到50 kn以上。

法国SAFT公司从1977年开始研究铝/氧化银电池用于鱼雷动力推进。并于1985首次将该电池用作试验鱼雷的电源装置。欧洲鱼雷公司则开发了以铝/氧化银电池为动力源的MU90鱼雷，该款鱼雷1994年首次试射成功，并于1997年正式投入服役。

5.4铝/氧化银电池应用于鱼雷动力电池的前景展望

鱼雷动力推进采用铝氧化银电池作为新型高能电池，非常适用于需要大比功率推进的海洋环境，并且目前己得以成功应用，并使电动力鱼雷的动力性能得以显著提升。铝/氧化银电池具有适合大电流放电、比能和比功率高、适应性强、安全性好、储存性能好、适用于大深度工作以及价格低廉等优点，可作为未来电动力鱼雷的主流动力电池装置。

6锂/亚硫酰氯电池于鱼雷动力电池的领域的应用及前景展望

6.1锂/亚硫酰氯电池的技术特点

锂/亚硫酰氯电池是一种典型的非水无机电解质电池，亦是锂电池的一种，目前为世界上最为先进的一次电池之一，该类电池具有如下技术特点：

（1）锂/亚硫酰氯电池的放电电压高且放电曲線平稳;

（2）锂/亚硫酰氯电池的比能高，是当前化学电源中质量比能量最高的一种，可达500W-h/kg;

（3）锂/亚硫酰氯电池的工作温度范围宽;

（4）锂/亚硫酰氯电池的自放电率低、电压精度高、储存寿命长;

（5）锂/亚硫酰氯电池的成本仅为银锌电池的1/5左右，且不消耗贵金属银。

6.2锂/亚硫酰氯电池当前面临的技术问题

锂/亚硫酰氯电池目前还存在两大有待解决的技术性问题，即电压滞后问题和安全问题，同时也是目前制约锂/亚硫酰氯电池大规模商品化和应用于鱼雷动力来源的主要技术瓶颈。

在反应过程中，由于在锂电极表面形成了保护膜，因而会导致电压滞后现象。该保护膜的主要成分是氯化锂和硫物质，其厚度会随存储温度及时间的增加而增大。由于锂/亚硫酰氯电池的放电产物是氯化锂，二氧化硫和硫物质，其中后两者主要溶解在电解液中，当电池温度过高时，易于发生电池爆炸。锂/亚硫酰氯电池的安全问题至今尚未得以妥善解决。为了有效解决两类问题，目前采取的主要措施如下：

（1）采用低压排气阀解决短路情况下的安全问题;

（2）采用改进电池设计和采用新的电解质盐，解决反极情况下的安全问题;

（3）采取全密封来防止部分放电的电池在储存或暴露于环境中时发生的安全问题。

6.3锂/亚硫酰氯电池于鱼雷动力电池领域的应用

于20世纪80年代，法国的SAFT公司己开始研究高效的锂/亚硫酰氯电池作为鱼雷动力推进电源，此项研究先后受到法国政府的研究机构和海军部门的资助。经过6年电化学基础研究，分别针对轻型鱼雷和重型鱼雷上设计电池样机并成功开展试验，所采用的锂/亚硫酰氯电池的功率峰值为600kW，总能量为120kW-h。

6.4锂/亚硫酰氯电池应用于鱼雷动力电池的前景展望

如上文所述，尽管锂/亚硫酰氯电池有着显著的技术优势，但目前电压滞后和安全性方面的两大问题依然限制了其在鱼雷动力电池领域的推广应用。但尽管如此，随着相关技术的不断优化与完善，其依然有着广阔的应用前景。

7燃料电池于鱼雷动力电池的领域的应用及前景展望

7.1燃料电池的技术特点

燃料电池是一种将化学能直接转化成电能的装置，目前己受到各国的广泛关注。燃料电池具有其他能量发生装置不可比拟的优越性，主要表现在工作的高效性、清洁性、静音性、适应环境的灵活性等方面。燃料电池工作时安静平稳，不会产生较大噪声，同时无高温燃气排放，其用于鱼雷电源时有利于提升整体的隐蔽性，大幅减少了被敌方舰船侦测到的可能性。

7.2燃料电池当前面临的技术问题

尽管燃料电池具备诸多优势，但就目前而言，仍存在一定的技术缺陷，目前燃料电池的主要问题和不足之处有：市场价格昂贵、耐久性较差、缺乏完善的燃料供应体系;随着器件的老化，会导致电池效率降低;氢能源的制造与储备等问题尚未得到妥善解决。

7.3燃料电池应用于鱼雷动力电池的前景展望

随着低温碱性燃料电池技术的发展，质量轻小、电流密度高的氢氧燃料电池也逐渐受到了人们的关注，该类燃料电池完全适合作为电动力鱼雷的推进电源。使用该种燃料电池的鱼雷兼顾热动力鱼雷和电动力鱼雷的优点，可有效提升鱼雷的航速、航程、航深及隐蔽性，其战术价值不言而喻。

8结论

本文对铅酸蓄电池、银锌电池、铝/氧化银电池、锂亚硫酰氯电池、燃料电池几类电动力鱼雷用电池装置的技术特点及在鱼雷领域的应用进行了阐述，同时对其应用前景进行了展望，并得出如下结论：

（1）鱼雷作为一类重要的水中兵器，在反潜战、歼灭敌舰艇、破坏敌海上交通线及袭击敌水下设施起着重要作用，是重要的军事武备力量。目前其推进动力形式依然主要为热动力推进系统和电动力推进系统两种途径。

（2）电动力鱼雷推进系统与热动力鱼雷推进系统相比，其在隐蔽性、航行稳定性及发射深度方面有着其自身的显著优势，具有广阔的应用前景。

（3）就目前电动力鱼雷推进系统电源装置而言，除了铅酸蓄电池目前基本己不用作主流鱼雷动力电池之外，其他几类电池装置均有着其自身的优势及劣势，于电动力鱼雷推进系统而言，均有着自身独到的应用潜力。随着相关技术的不断优化及完善，必定会使电动力鱼雷的战略价值如日方升。

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