Pourquoi les batteries au plomb sont-elles préférables pour les sous-marins?

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Selon un article de Wikipedia , des batteries au plomb sont utilisées pour faire fonctionner des moteurs de propulsion sous-marins. Les sous-marins sont utilisés par les militaires et les militaires peuvent se permettre des jouets très chers. Les batteries au plomb sont moins chères, mais ont une densité d'énergie bien pire que les batteries Li-Ion ( voici un tableau avec les caractéristiques et la densité d'énergie est un facteur très important pour une batterie sous-marine - il y a si peu d'espace supplémentaire que même les personnes plus grandes que certaines hauteur ne sont pas sélectionnés pour servir sur les sous-marins.

Qu'y a-t-il de si bon dans les batteries au plomb qu'elles sont préférables pour les sous-marins, même avec leur faible densité d'énergie?

acéré
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C'est juste une supposition, mais 1: les besoins de stockage d'énergie sont importants, donc tout le reste serait beaucoup plus cher. 2: Il s'agit d'une technologie éprouvée sur laquelle les gens sont formés et savent comment les manipuler. 3: Je ne serais pas sûr de ce qui se passe exactement dans les nouveaux sous-marins, indépendamment de ce que Wikipedia ou quelqu'un d'autre dit. Nous savons que les sous-marins les plus récents sont des générateurs nucléaires et peuvent donc ne pas utiliser beaucoup ou pas du tout de batteries.
Olin Lathrop
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@OlinLathrop - alors que d'autres technologies de batteries ont probablement été essayées dans des sous-marins à haute performance, les batteries au plomb chevauchent certainement l'utilisation des centrales nucléaires dans les sous-marins; d'une part, il faut beaucoup de temps et d'énergie pour redémarrer le réacteur s'il doit être arrêté. Ils transportent généralement aussi des moteurs diesel pour la sauvegarde - mais peuvent ne pas être en mesure de ventiler à la surface pour les utiliser.
Chris Stratton
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Il vaut généralement la peine de prendre wikipedia avec un grain de sel, d'autant plus quand il s'agit de technologie militaire.
ObscureRobot
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Ce que ObscureRobot a dit, les sous-marins militaires sont assez haut dans la liste des choses top secrètes et des facteurs assez importants dans la course aux armements, tout ce que tout le monde pense qu'ils savent est probablement faux, ou au moins 20 ans, plus probablement plusieurs générations de développement plus quelques années.
John U
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Les bonnes batteries Li sont un produit des 20 dernières années, alors que la plupart des sous-marins en service sont plus anciens que cela.
pjc50

Réponses:

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Contrairement aux navires de surface, les sous-marins doivent pouvoir couler. Chaque pied cube d'espace aérien dans un sous-marin doit être contrebalancé par près de 60 livres de poids pour qu'un navire puisse s'immerger, et de nombreux sous-marins ont une quantité importante de ballast à cet effet. Les batteries au plomb ont beaucoup moins d'énergie par unité de masse que les batteries au lithium, mais leur énergie par unité de volume est assez respectable (nb: quelque chose semble un peu étrange avec ce tableau de Wikipédia; les batteries au plomb pèsent beaucoup plus que le LiIon par unité de volume) que la différence de densité d'énergie volumétrique doit être bien inférieure à la différence de densité d'énergie massique). Si l'on devait remplacer les batteries dans un sous-marin par des batteries magiques qui stockaient la même énergie et occupaient le même espace, mais ne pesaient presque rien, il serait nécessaire d'ajouter du lest pour compenser la perte de poids (en réduisant le volume disponible à d'autres fins). Il se pourrait bien que sur certains sous-marins diesel, les batteries pesaient plus que l'idéal, et donc le poids des batteries était un facteur limitant (plutôt que le volume), mais les sous-marins nucléaires ont des besoins en énergie de batterie stockée beaucoup plus faibles que les moteurs diesel.

En outre, les batteries au plomb ont plus d'antécédents prouvés de ne pas s'enflammer que les batteries lithium-ion. Un sous-marin n'est pas un bon endroit pour avoir des choses qui peuvent prendre feu de façon spectaculaire.

supercat
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Ils pourraient ne pas avoir tendance à brûler, bien que les batteries au plomb aient l'habitude désagréable de créer du chlore gazeux si l'inondation de l'eau de mer atteint leur électrolyte et peuvent libérer de l'hydrogène à risque d'explosion par elles-mêmes.
Chris Stratton
@ChrisStratton: Je n'avais pas entendu parler du problème du chlore (ce qui serait réduit pour équilibrer l'oxydation du 2Cl- en Cl2? Je pense que le Na + voudrait rester Na +). Je peux voir que l'inondation de l'eau de mer pourrait être un problème si les batteries sont dans la partie la plus basse du navire (qui leur serait probablement donnée comme but de ballast).
supercat
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@Majenko: N'oubliez pas Murphy - le gazage se produirait quand il était le moins nécessaire et attendu.
sharptooth
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Eh bien, supposons que je sélectionne des batteries pour un sous-marin diesel-électrique. Si j'ai des batteries avec une meilleure densité d'énergie volumique, cela signifie que je peux avoir plus d'énergie dans le même volume et si j'ai besoin de poids supplémentaire, je pourrais simplement ajouter des blocs de plomb - ils sont inertes et ont une densité très élevée et peuvent être positionnés n'importe où dans le sous-marin contrairement aux batteries qui nécessitent un entretien et ont beaucoup d'exigences de positionnement.
sharptooth
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@Majenko - "Je pense que si le sous-marin se remplissait d'eau de mer, il serait heureux d'être gazé avant de se noyer." Si l'inondation n'est pas instantanément catastrophique, les équipes travailleront d'arrache-pied pour l'arrêter et sont connues pour le faire avec succès. Il est difficile de continuer à travailler dans une atmosphère de chlore. Voir "Dulce et Decorum" de Wilfred Owen. Et non, l'asphyxie au chlore n'est pas meilleure que la noyade - elle est plus lente, car les poumons se remplissent progressivement de liquide.
WhatRoughBeast
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Les batteries au plomb existent depuis bien plus longtemps que la plupart des alternatives - il n'y avait pas de batteries au lithium lorsque les sous-marins dépendaient tellement des batteries.

Mais les batteries au plomb tolèrent également assez bien les abus.

L'article de Wikipedia sur le premier sous-marin de la Royal Navy, le HMS Holland illustre cela.

Construit en 1902, le HMS Holland a coulé en 1913 alors qu'il était remorqué pour être mis au rebut, et a été soulevé près de 70 ans plus tard, en 1982. Comme le note l'article ...

Il convient de noter que la banque de batteries d'origine, récupérée avec l'épave, a été fournie pour les tests au fabricant d'origine, Chloride Industrial Batteries Ltd, basé à Swinton, dans le Grand Manchester. Après le nettoyage initial, les batteries au plomb ont été rechargées et jugées en bon état de fonctionnement.

Assez impressionnant, OMI.

Brian Drummond
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J'aime les histoires comme celles-ci. Belle trouvaille.
Wossname
Je sais que c'est une histoire Wiki mais je me suis souvenu d'un article à ce sujet (dans un journal IEE) à l'époque.
Brian Drummond
Nulle part dans cet article ils n'indiquent le type de batterie. Ils auraient pu être du fer nickel
Dan D.
L'article des années 80 dont je me souviens a confirmé qu'il s'agissait d'acide de plomb. Dans tous les cas, Edison n'a breveté Ni-Fe que l'année de lancement du HMS Holland, alors que le plomb-acide existe depuis plus de 40 ans.
Brian Drummond
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Mon mari a servi sur des sous-marins RN et a été forcé de prendre sa retraite après une fuite, ce qui est surprenant, a vu de l'eau de mer pénétrer dans le compartiment des piles, au fond du sous-marin comme vous l'avez deviné et avec un vide sanitaire uniquement, qui a libéré du chlore gazeux. Le résultat a été que lui et le CPO ont tous deux terminé leur carrière de manière permanente après avoir réglé la fuite. Les batteries au lithium-ion ont cependant une tendance alarmante à brûler, en particulier avec une secousse soudaine, d'où les tentatives de certains des sous-constructeurs les plus avancés comme les japonais, regardées, testées et tombées comme de la pierre.

Jackie Jarrett
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Lorsque vous faites surface dans un sous-marin diesel et allumez les moteurs diesel, trois choses les plus importantes à faire:

  1. Poster un avis ou 3

  2. Gonflez vos réservoirs d'air haute pression.

  3. Rechargez rapidement vos batteries

Le plomb acide subira cette punition (avec gazage). Le lithium explose

Si vous ne vous faites pas sauter, la charge flottante est OK. Vous pouvez maintenant recharger les piles au lithium sur 6 heures. D'ici là, la lumière du jour arrive. Se plonger. Vous pouvez ensuite envoyer un gars avec des brûlures acides sur ses vêtements, pour recharger les batteries au plomb avec de l'eau distillée. Impossible de faire un truc avec du lithium, sauf remplacer une cellule ratée

Bert pryor
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+1 "sauf remplacer une cellule ratée", ce qui pourrait ne pas être si simple si vous n'avez pas de pièces de rechange et que vous êtes à la moitié du globe.
Trevor_G
Non. Si la détection est un problème, vous ne faites pas surface pour charger, vous faites de la plongée en apnée - ils l'ont compris vers 1943 lorsque le radar a commencé à devenir un problème.
Chris Stratton
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Les batteries Li-Ion sont supérieures en termes de densité d'énergie, mais comme les batteries plomb-acide (danger de chlore et d'hydrogène), elles ont des problèmes.

L'emballement thermique dans la principale a été contenu par le boîtier de la pile et le système de gestion de la batterie, mais les gaz dégagés lors de la fusion des cellules sont apparemment très toxiques.

user43545
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De plus, les batteries au plomb sont une technologie extrêmement bien comprise. Nous savons combien de temps ils durent, ils sont robustes et n'ont généralement pas de grandes surprises. Li-ion est pas bien compris, et parfois faire des propriétés imprévues.
vidarlo
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De bonnes réponses ici. Voici quelques points supplémentaires à mâcher.

Les batteries des sous-marins sont câblées dans un réseau ou des connexions parallèles en série. Avec la robustesse des batteries au plomb, ce n'est pas particulièrement problématique.

Cependant, avec des batteries plus modernes qui sont beaucoup plus sensibles aux effets de la température, en particulier pendant la charge, il devient de plus en plus difficile de faire fonctionner l'ensemble de la baie en toute sécurité lorsque vous augmentez la taille de la baie. Chaque batterie doit être surveillée individuellement pendant la charge. Cela diminue considérablement la fiabilité de l'ensemble.

En outre, une batterie défaillante dans la matrice peut rapidement être mise dans un état dangereux par les batteries restantes. Des mesures spéciales doivent être en place et efficaces pour y faire face. Encore une fois, la fiabilité baisse.

La densité d'énergie, bien qu'apparemment une bonne chose, c'est aussi "une épée à double tranchant". Si vous pouvez obtenir toute votre puissance à partir de quelque chose de la taille d'un coffre d'expédition par rapport à une pièce pour les acides de plomb, c'est très bien. Cependant, vous devez maintenant extraire et éliminer la chaleur générée par cette batterie. Être beaucoup plus dense signifie que vous avez beaucoup moins de surface et cela rend la proposition plus difficile.

Encore une chose. L'un des critères de tout élément militaire est l'aptitude au service. Les batteries au plomb sont partout. En cas de besoin, un sous-équipage peut récupérer des batteries de camions et autres pour effectuer une réparation rapide et repartir en mer. Trouver des batteries exotiques dans un atoll au milieu de nulle part .. peu probable.

Quant à la libération de chlore gazeux. Oui, cela peut être un problème avec les batteries au plomb, mais c'est un petit risque par rapport à la réaction en chaîne d'exploser des batteries de haute technologie. Le compartiment de la batterie peut être scellé au gaz, l'équipage est formé à l'utilisation de masques à gaz et les détecteurs de fuite de gaz donnent beaucoup d'avertissement pour permettre au commandant d'effectuer une procédure d'urgence en surface s'il le juge plus sûr que l'alternative. Oui, ce sont des choses désagréables, mais de tous les risques que nos sous-mariniers intrépides endurent, c'est l'un des moins susceptibles de les affecter / les tuer.

Trevor_G
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De nombreux articles indiquent que certains des sous - marins les plus modernes utilisent des piles au lithium.
Chris Stratton
@ChrisStratton yup, je suis sûr qu'il y en a. Cela ne change rien à ce que j'ai dit.
Trevor_G
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La densité énergétique n'est pas la seule mesure de la performance. Les batteries au plomb ont une bonne capacité à fournir un courant énorme sans trop affecter la tension. Ceci est important dans les équipements rotatifs (tels que la propulsion) et de nombreux autres appareils électriques / électroniques.
L'autre avantage est évident .... là où de nombreuses industries cherchent à créer des batteries légères, un sous-marin a besoin d'une énorme quantité de ballast fixe pour s'immerger, et les batteries au plomb sont une évidence.

Creusé
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Il est un peu douteux que la puissance de pointe soit réellement une préoccupation - lorsque vous avez suffisamment de batterie pour des heures de croisière, le sprint de pointe peut ne pas être aussi élevé par tirage réel par cellule. Et contrairement à un moteur de moyeu de vélo électrique (où des piles au lithium sont utilisées ), vous n'avez pas vraiment d'énormes exigences de couple de démarrage. Cela dit, l'autre technologie de batterie qui semble avoir été réellement utilisée était le nickel-cadium, et elle est réputée pour supporter des demandes de pointe élevées.
Chris Stratton