Lithium-Ionen-Batteriesystem (ESS)

Leistungsumwandlungssystem

Bidirektionale Wechselrichter, die den Gleichstrom der Batterie in das Wechselstromnetz des Schiffs wandeln und zurück, mit Spannungs- und Frequenzanpassung beim Laden wie Entladen.

Thermomanagement und Brandunterdrückung

Luft- oder Flüssigkeitskühlung hält die Zellen in ihrem Betriebstemperaturband, und ein eigenes Branderkennungs- und Löschsystem — oft mit Gasabführung gegen eine explosionsfähige Atmosphäre — schützt vor thermischem Durchgehen.

Auswahl und Auslegung

• Nutzbare Energiekapazität in kWh, bemessen für den gedachten Dienst: Spitzenglättung, drehende Reserve, emissionsfreie Hafenliegezeiten oder Antrieb
• Leistungsbemessung in kW des Umwandlungssystems, das selbst bei reichlicher Energiekapazität der begrenzende Faktor sein kann
• Der Zellchemie-Kompromiss: LFP-Zellen verzeihen Missbrauch und Wärmestress besser, NMC-Zellen packen mehr Energie in weniger Volumen und Gewicht
• Zyklenlebensdauer und die erwartete Alterungskurve über die Auslegungszeit, denn die Kapazität schwindet mit den Ladezyklen
• Platz, Gewicht und das nötige brandklassifizierte Abteilvolumen, das auf kleineren Schiffen die entscheidende Grenze sein kann

Klasse- und Regelanforderungen

Die Klassifikationsgesellschaften vergeben eigene Batterienotationen, die Zellsicherheitsprüfung, Batterieraum-Brandschutz, Lüftung gegen Gasansammlung und die Trennung von anderen Räumen abdecken. Die IMO-Zwischenrichtlinien für Schiffe mit Lithium-Ionen-Batterietechnik formen zusammen mit den Brandschutzbestimmungen aus SOLAS Kapitel II-2 die geforderten Erkennungs-, Lösch- und Lüftungsanordnungen. Die Besichtigungen umfassen periodische BMS-Funktionstests, Isolationswiderstandsmessung des Batteriekreises und die Prüfung von Löschanlage und Lüftung des Batterieraums; viele Notationen verlangen zudem periodische Kapazitätstests als Nachweis, dass das System seinen bemessenen Dienst auch im Alter noch erfüllt.

Typische Fehler

Worauf es beim Lieferanten ankommt

• Baumusterzulassung der einschlägigen Klassifikationsgesellschaft auf Zell- und Systemebene, nicht nur Komponentenzertifikate
• Ein dokumentierter Propagationstest des thermischen Durchgehens für den konkreten Gestellentwurf
• Fernüberwachung und Diagnoseunterstützung, denn frühe Zellalterung fängt die Software des Herstellers leichter als eine Sichtprüfung der Besatzung
• Eine klare Modulaustauschstrategie samt Verfügbarkeit, denn Batterien sind ein Verschleißteil mit endlicher Zyklenzahl — anders als der meiste übrige Elektrobestand

Einen einzelnen BMS-Modulisolations-Alarm als zu protokollierendes, zu untersuchendes Ereignis behandeln, nicht als etwas zum Zurücksetzen und Vergessen — das BMS hat das Modul isoliert, weil ein Zellparameter sein sicheres Fenster verließ, und derselbe Auslöser Tage später an einem anderen Modul kündigt oft ein sich entwickelndes Gestellproblem an.