文：端木青

 全球第一艘以鋰離子電池作為動力來源的潛艦，日本海上自衛隊第11艘「蒼龍級」潛艦「凰龍號」（SS-511）於今年3月服役。柴電潛艦的動力技術也因此引起一波輿論關注。

柴電潛艦蓄電量遇困境

 傳統柴電潛艦雖然有著無可比擬的靜音優勢，但受到鉛酸電瓶蓄電量限制，不僅水下活動力無法和核子潛艦分庭抗禮，而且必須定期上浮到呼吸管深度，發動柴油主機進行充電。這項作業不僅嚴重限制了柴電潛艦的任務範圍，同時也讓虎視眈眈的水面艦和直升機能夠趁機進行獵鯊作業。對每位柴電潛艦艦長來說，鉛酸電瓶電量和充電需求，永遠是環繞在心頭揮之不去的隱憂。因為每一道俥舵令都會消耗寶貴的電量，如果不精打細算的話，在緊急狀況需要開大俥進行戰術運動時，就有可能發生電量不夠的悲劇。而且鉛酸電瓶的蓄電量和使用壽限息息相關，這代表柴電潛艦在進塢定保時，必須定時更換鉛酸電瓶，確保在需要時能釋出足夠電量，更是一筆不小的維修成本。

絕氣推進動力系統助力有限

 為增加柴電潛艦的水下巡航時間，過去十年來除了已經全面核能化的美海軍潛艦戰隊之外，包括俄羅斯在內的傳統柴電潛艦生產與操作國家，都陸續引進絕氣推進動力系統（AIP）。絕氣推進動力系統最大的優點，就是讓柴電潛艦原本僅有數天的水下低速巡航能力，大幅增加到1星期以上。在理想狀況下，裝有絕氣推進動力系統的柴電潛艦，甚至能夠一出港就下潛，等到任務結束時才上浮水面。

 雖然絕氣推進動力系統能夠大幅延長柴電潛艦水下活動時間，但在設計和使用上也有許多不可忽視的限制。首先，由於出力大小的限制，目前市面上的絕氣推進動力系統受到體積大小、噪訊抑制和單位重量出力的限制，基本上都只能提供低速巡航時的動力需求。換言之，當柴電潛艦需要全功率運轉時，仍舊得仰賴原有的鉛酸電瓶，對大洋作戰需求仍舊略顯不足。

 再者，絕氣推進動力系統的改裝，若不是在設計階段就納入考量，柴電潛艦就必須進塢進行大改裝才能使用。這裡所謂的「大改裝」，通常必須切開壓力殼，然後焊接已經內裝絕氣推進動力系統的新船段，再把整艘潛艦重新拼合。因為潛艦內部空間極為緊湊，要挪出空間給絕氣推進動力系統，幾乎是不可能的任務。就工程難度而言，跟新造一艘柴電潛艦已經不相上下。設計者還必須考量加裝新船段之後，對於潛艦整體預備浮力和水下穩定性的影響，而且絕氣推進動力系統船段必須遷就現有的內部主機配置，讓設計受到更多限制。

 許多絕氣推進動力系統都需要額外的工作介質和氧化劑儲存槽，屬於易燃或容易導致火災的危險物質，也有不少潛在隱憂。再加上許多絕氣推進動力系統在操作時，會產生機械噪訊和額外的紅外線熱訊跡，雖然就整體而言影響不大，但若是在水深較淺的近岸地區執行任務時，這些額外的熱訊跡和噪訊仍舊有可能在不經意的狀況下，暴露出潛艦所在位置。

換裝鋰離子電池 潛航時間大增

 追本溯源，柴電潛艦之所以需要大費周章引進絕氣推進動力系統，主因在於蓄電池的物理限制。雖然過去一直有實驗性電池技術推陳出新，但不是保修成本過高，就是需要在特定環境條件下才能操作。對於需要在水下作戰的潛艦來說，可靠度有待商榷，使用未經實戰驗證的新電池，還不如繼續使用雖不滿意但可接受的鉛酸電瓶。鉛酸電瓶產能穩定，價格平易近人，對於戰耗補充相對有利，這也是各柴電潛艦使用國併用絕氣推進動力系統和鉛酸電瓶的主因之一。

 不過這個狀況在近年來鋰離子電池技術的迅速發展下開始有了變化，因為鋰離子電池的重量能量密度為鉛酸電池的3至4倍，體積能量密度也是鉛酸電瓶的3倍，因此，就理論上來說，如果把現有的鉛酸電瓶換成等體積重量鋰離子電池的話，裝有相同數量鋰離子電池柴電潛艦，所擁有的可用電量將是原有的3倍以上。如果以5節低速潛航96小時的基本想定來看，換裝鋰離子電池之後的5節低速潛航時間，將可大幅增加到288小時，相當於12天，這個數字和加裝絕氣推進動力系統的柴電潛艦，相較之下已不遑多讓。當然在扣除全速航行所需的預備電量之後，實際可用電量必須再打折扣，但是和絕氣推進動力系統需要進塢大改裝才能使用的狀況相較之下，換裝鋰離子電池就只需要小幅修改現有電瓶艙就能進行。

優點甚多 或成未來趨勢

 而且鋰離子電池不像傳統鉛酸電瓶需要加注電解液，出廠後就是幾乎不需保養的密封狀態，可以大幅減少潛艦官士兵為保養電瓶所耗的人力。加上鋰離子電池的放電耗損率遠低於鉛酸電瓶，因此在長時間水下航行時的實際可用電量，還會多出20%上下。而從損管方面來看，鉛酸電瓶一但破損，不僅會失去動力，還可能讓艦內充滿致命氯氣。而鋰離子電池在相同狀況下，就算破損也不會產生致命氣體，相較更為安全。

 柴電潛艦換裝鋰離子電池另外一項優點，就是可以大幅降低充電時間。現役柴電潛艦的柴油主機，發電能力雖足以應付急速充電所需，但鉛酸電瓶在充電時溫度會快速上升，如果溫度過高的話，不僅電解液會沸騰，還會影響蓄電力。因此柴電潛艦在充電時往往都得放慢速度，沒辦法讓柴油主機以最大功率進行快速充電。但是換裝鋰電池之後，這個狀況立刻迎刃而解，特別是在現今鋰離子電池科技已經容許大電流快速充電的狀況下，柴電潛艦甚至可以考慮使用瞬間功率更大，但是體積相對輕巧的高速柴油機。這樣一來，不僅可以進一步縮小艦內所需空間，減輕主機重量，更重要的是，可以大幅縮短潛艦上浮到潛望鏡深度使用呼吸管充電的時間，降低遭敵反潛機艦偵獲的機率。

 由於柴電潛艦換裝鋰離子電池的優點甚多，因此日本海上自衛隊打算在後續的蒼龍級潛艦上，全面改用鋰離子電池取代絕氣推進動力系統。在可預見的將來，應當會有愈來愈多需要大洋作業能力的柴電潛艦操作國開始替麾下的柴電潛艦換裝鋰離子電池。這對於許多大陸周邊海域的海權平衡而言，勢將造成一定程度的衝擊。