幾十年來，能夠為長壽命的一次性軍事應用提供高速率功率的電池幾乎沒有變化。現在，新一代大功率鋰電池已經上市，提供獨特的性能，功能，包括更高的容量和能量密度，可靠性，瞬時激活和COTS優勢。

在嵌入式計算機和半導體制造進步的推動下，長壽命一次性軍用/航空航天系統正在迅速發展，新一代產品提供改進的功能、小型化和增強的產品可靠性，以及更高的性能期望。這適用于各種一次性軍事產品，包括迫擊炮制導系統，火箭，導彈，魚雷，地雷，聲納浮標，無人值守的地面傳感器，無人機和分散彈藥傳感器等。

美國國防部意識到電池性能的限制可能會造成扼殺新產品開發的潛在瓶頸，因此最近確定需要能夠為一次性軍事應用提供可靠電力的新一代大功率，長壽命電池是一個需要解決的“關鍵問題”。

對解決方案的探索導致了新的COTS大功率鋰電池技術的開發，該技術具有超長的保質期和強大的性能，以前只有備用電池或熱電池才能獲得。建議設計工程師進行適當的盡職調查，并將這種新的高度可靠的COTS鋰電池與舊的電池技術進行比較，以確保實現最佳的系統性能。

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以下電池化學成分中的前三種通常用于為長期一次性軍事應用供電;然而，大功率鋰電池現在也是一個值得考慮的選擇：

備用電池和熱電池

銀鋅電池

自旋激活電池

大功率鋰電池

對這些競爭技術的簡要回顧突出了每種電池化學成分的潛在優缺點。

備用電池和熱電池

儲備電池傳統上被認為是一次性軍事應用的首選電池，包括許多不同的化學物質，包括鋰亞硫酰氯，銀鋅，鉛酸和熱。

使用備用電池，電解質與其他活性成分分開儲存，通常使用煙火裝置來引發化學反應。活性成分保持分離，因此保持惰性，從而有可能具有20年以上的極長保質期。然而，存在重大的權衡，因為備用電池不能在不耗盡的情況下進行測試，并且電池激活會延遲到發生化學反應。

一種流行的備用電池類型是熱電池，它含有一種金屬鹽電解質，該電解質在固態和環境溫度下是惰性的和非導電的。然而，當金屬鹽電解質熔化時，它會迅速轉化為優異的離子導體，在相對較短的時間間隔內產生高速率功率（從幾瓦到幾千瓦，具體取決于電池尺寸和化學性質）。電解質通常由啞炮送出的煙火電荷激活。

長期以來，設計工程師一直首選熱電池，因為它們具有堅固性、安全性、可靠性和極長的保質期。然而，由于使用啞炮以及需要將電解質保持在400?∞C至700?C以達到最佳導電性 ∞，熱電池本質上是笨重的，因為它們必須包含絕緣層，這些絕緣層具有雙重目的，既可以保持熱量，又可以保護附近的組件免受與熱量相關的損壞。

銀鋅電池

一次性軍事設備也可以由銀鋅電池供電，銀鋅電池的制造相對復雜，因為它們需要氣體發生器，管狀電解質儲液器，歧管，電池塊，通風口和加熱系統。因此，銀鋅電池往往相對昂貴，并且需要較長的生產交貨時間。由于能量密度相對較低，僅為260 Wh / L，這些電池也存在性能限制。

自旋激活電池

軍用引信和某些海洋應用通常由自旋激活電池供電，這些電池將電解質儲存在安瓿或膀胱內。當射出彈丸時，囊被切開，電解質通過旋轉殼產生的離心力分布在整個電池堆中。自旋激活電池也使用鋰亞砜酰氯化學制造，為地雷或通信干擾器供電。這些裝置由裝有降落傘的炮彈推進，以確保軟著陸。

旋轉激活電池的常見應用是火炮多選項引信（MOFA），見于105毫米和155毫米爆破火炮彈。為了尋求更標準化的電源管理解決方案，美國國防部考慮了各種化學品，選擇瓧鹵化鋰而不是鉛酸和熱電池。相比之下，與等效的惡鹵化鋰電池相比，高功率鋰電池可以提供超過六倍的容量（200 mAh對30 mAh），超過十倍的電流（3.5 A對325 mA），更穩定的電壓和更快的激活（瞬時與100 ms延遲）。

大功率鋰電池

已經開發出一種大功率鋰電池，它使用廣泛接受的COTS技術來提供高電流脈沖和高速率能量，存儲壽命長達20年，室溫下的年自放電率不到1%。這些電池單元提供三種標準圓柱形配置（AA 尺寸、CR-2 尺寸和 20 mm 長度）。其中一個例子是Tadiran的AA尺寸TLM-1550-HP電池，它包括4.0 V開路電壓和2瓦時的總能量，能夠在3.2 V時提供15 A電流脈沖以及5 A最大連續電流。這些電池可以很容易地配置成定制的電池組，由于使用了COTS組件，因此可以更快地設計和制造周期，并降低成本。

大功率鋰電池的屬性包括寬溫度范圍（-40?∫C至+85?∫C）和即時激活，無需點火或氣體發生器。對電池進行定期測試的能力有助于確保系統準備就緒，并減少導彈制導系統中“啞彈”的數量。當激活時，大功率鋰電池不會產生高內部溫度，從而消除了隔熱需求。這反過來又減輕了重量，并實現了更小的外形尺寸。通過消除對點火器、氣體發生器和外部加熱元件的需求，還可以實現尺寸、重量和成本的降低。

大功率鋰電池應用示例

以下示例演示了大功率鋰電池在增強一次性軍用系統中使用的電源管理系統的性能和 COTS 互操作性方面的潛力。

ODAM 60毫米迫擊炮制導系統：在DARPA的光學定向攻擊彈藥（ODAM）項目下，BAE系統公司開展了一項開發和集成計劃，以證明激光制導的低成本60毫米迫擊炮彈的可行性。BAE系統公司選擇了CR-2尺寸的大功率鋰電池來為系統的激光引導光學導引頭供電。選擇這些電池而不是CR-2消費型電池，因為它們能夠在極冷的環境（-40?∞C）下工作，保質期延長四倍（20年對5年）。

無人機：無人機正被駐伊拉克和阿富汗的美國武裝部隊廣泛用于無人空中偵察。高功率鋰電池目前也被用于制造節省重量和空間的電池組，為無人機上的應急回收系統提供動力。圖1顯示了一個32 V/480 W電池組，由96個AA大小的大功率鋰電池組成，能夠在-30?∫C下提供高達120瓦時的功率，重量約為2 Kg（包括其金屬外殼）。由于采用了COTS技術，因此電池組可以很容易地重新配置到其他無人機應用中。

為導彈系統供電：以前由19個銀鋅電池組成的電池組供電的空對地導彈的制導系統可以轉換為由24個高功率鋰電池組成的電池組。24個電池組的尺寸減小了30%，重量減輕了75%（2.2 Kg與0.5 Kg），能量密度提高了約3.5倍。高功率鋰電池組通過消除對銀鋅電池組所需的點火、氣體發生器和加熱器的需求，進一步減少了占地面積。

新一代電池為未來提供動力

新一代低成本 COTS 大功率鋰電池為長壽命一次性軍事應用提供了靈活性。這包括在具有挑戰性的環境條件下延長保質期、提高性能和增強 COTS 產品可靠性的潛力。建議設計工程師在改造現有軍事設備或開發下一代軍用產品時，根據現有電池技術仔細評估這項新技術。

審核編輯：郭婷