Projektpartner entwickeln präzise Zustandsbestimmung für maritime Batterien

16. November 2020

Während in der Automobilindustrie schon länger der Trend zu Elektrofahrzeugen zu beobachten ist, wendet sich nun auch die Schifffahrt verstärkt dem Einsatz von Batteriesystemen zu. Abgesehen von reinen Elektroschiffen können Batterien bei vielen Schiffstypen erhebliche Effizienzsteigerungen und Emissionsreduzierungen ermöglichen. Die Zuverlässigkeit und Sicherheit von hybriden und elektrischen Systemen spielen dabei eine zentrale Rolle. In dem neuen Verbundprojekt »DDD-BATMAN« entwickeln das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und weitere Partner Analysemethoden zur Zustandsbestimmung maritimer Batterien.

© DNV GL
Der Einsatz von Batterien im maritimen Bereich, wie hier beim Hybrid-Schiff Viking Lady, stellt besondere Anforderungen an deren Sicherheit und Zuverlässigkeit.

In dem dreijährigen Forschungsprojekt »Data-driven degradation monitoring and prediction of batteries for maritime applications (DDD-BATMAN )«, das von MarTERA gefördert wird, arbeiten der Batterielieferant Corvus Energy, das Kreuzfahrtunternehmen Carnival Maritime und das Zertifizierungs- und Beratungsunternehmen DNV GL zusammen.

Ziel ist es, daten-basierte Methoden zur Diagnose und Prognose von Batteriesystemen zu entwickeln und Methoden zur Verifizierung des Batteriezustands (State of Health, SOH) auf der Grundlage von Echtzeit-Sensormessungen bereitzustellen. Mit Hilfe kontinuierlicher, operationeller Sensordaten von Temperaturen, Entladeraten, Spannungen und Impedanzverhalten kann die Degradation der Batterie modelliert und prognostiziert werden - wobei der aktuelle SOH jederzeit angezeigt werden kann.

»Die Lebensdauer von Batteriezellen ist in den letzten Jahren deutlich erhöht worden. Da Batteriesysteme jedoch mit hohen Investitionskosten verbunden sind und zuverlässig arbeiten müssen, ist die genaue Zustandsüberwachung und im Idealfall eine Verlängerung der Lebensdauer durch Anpassung der Betriebsbedingungen sehr wichtig. Ein großes Hindernis ist derzeit, dass zwar einige Alterungsprozesse verstanden werden, ihre Wechselwirkung sowie die Messung und Vorhersage im Betrieb aber noch eine große Herausforderung darstellen«, sagt Maximilian Bruch, Wissenschaftler am Fraunhofer ISE. »Die gezielten Laborversuche und die Analyse von Lastprofilen und Betriebsdaten in realen Anwendungsfällen machen das Projekt DDD-Batman zu einem hervorragenden Ansatz, um die Präzision und Aussagekraft der Online-Alterungsüberwachung deutlich zu erhöhen. Neben der angewandten Forschung trägt das Projekt auch zum allgemeinen wissenschaftlichen Verständnis der Batteriealterung bei.«

Das Projekt wird zusätzlich zu den Labordaten Betriebsdaten von Schiffen sammeln sowie zuverlässige und sichere Strategien für die Erfassung, Speicherung und gemeinsame Nutzung von Daten entwickeln. Schwerpunkte sind dabei die Zustandsbestimmung für Batteriesysteme von Schiffen, einschließlich der Vorhersage der Batterielebensdauer, Austauschstrategien, Lebenszyklusbewertungen und Verfahren für den elektrischen Landanschluss von Schiffen.

»Als Fraunhofer ISE forschen wir bereits seit langem auf dem Gebiet der stationären und mobilen Energiespeicher, wobei die Anwendungen von Inselnetzen über netzgekoppelte Batterien unterschiedlichster Leistungsklassen bis hin zur Elektromobilität reichen. Mit dem Projekt DDD-Batman diversifizieren wir unsere Aktivitäten im Transportsektor weiter und sind nun erstmals auch im maritimen Sektor aktiv«, erklärt Dr. Matthias Vetter, Abteilungsleiter Elektrische Energiespeicher.