Unterwasserelektrifizierung: Unterwasserstrom entwickelt sich

Foto mit freundlicher Genehmigung der SEAmagine Hydrospace Corporation

Mit dem sich entwickelnden Unterwasserenergiebedarf müssen sich auch die Batterien, die die Energie liefern, entwickeln.

Betreiber von autonomen Unterwasserfahrzeugen (AUVs) benötigen längere Vermessungsläufe, tiefere Tauchgänge und leichtere Batterien, was zu leichteren Einheiten im Wasser führt. Ferngesteuerte Fahrzeug-Teams (ROV) benötigen elektrisch betriebene Manipulatoren, Hochspannung und Hochleistung sowie leichte Batterien.
Wünsche für bemannte Unterwasserfahrzeuge (MUVs) beinhalten sicheren Betrieb, tiefere Tauchgänge, längere Beobachtungszeiten und leichtere Einheiten. Die Öl- und Gasindustrie fordert große Anforderungen nach elektronischer Steuerung, elektrischen Antrieben, präzisions- und zustandsbasiertem Überwachungsfeedback sowie langlebigen Sensoren und Monitoren für ihre Tiefwassersysteme.

Kurz gesagt: Innovative Unterwasseranwendungen werden intelligenter und werden ungebundener…. Für den uneingeschränkten Unterwasserbetrieb sind sichere und intelligente Batterien erforderlich, die mehr Kapazität bieten, mehr Leistung liefern, kleiner und leichter sind, eine längere Lebensdauer haben und äußerst zuverlässig sind.
Über Jahre hinweg wurden die meisten elektrischen Unterwasseroperationen von Stromkabeln gespeist, die kostspielig und einschränkend sind und eine erhebliche Vorlaufzeit erfordern. Unterirdische Unterwasserfahrzeuge verwendeten versiegelte Bleisäure, was sie schwer und sperrig machte, oder Batterien, die in Druckkesseln mit 1 Atmosphäre untergebracht waren, die teuer und schwer sein können.

Vor sechs Jahren brachte die SeaSafe-Batterie von Southwest Electronic Energy Corp. revolutionäre Veränderungen auf den Markt. Der erste handelsübliche drucktolerante Lithium-Ionen-Polymer-Unterwasserakku mit der Bezeichnung SeaSafe wurde 2013 verfügbar, nachdem SWE zusammen mit Woods Hole Oceanographic Institution an dem Design gearbeitet hatte. Die radikal leichteren und kleineren Akkus erzielten neben der erheblich verbesserten Leistung noch höhere Effizienz bei der Installation.

Ungefähr vier Jahre später stellte SWE die nächste Generation des Akkupacks zur Verfügung. Der seit 2017 erhältliche SeaSafe II beinhaltet Lektionen, Zuverlässigkeitsverbesserungen und die ABS-Zertifizierung (American Bureau of Shipping). Die leistungsstarken, drucktoleranten SeaSafe II-Akkupacks können einfach in einen druckausgeglichenen PBOF-Behälter (PBOF-Behälter) eingebaut werden, der kleiner, leichter und kostengünstiger ist als ein Druckbehälter. Als Reaktion auf die Forderung der Industrie nach Wegfall des PBOF-Containers hat SWE den seit 2017 verfügbaren SeaSafe Direct entwickelt. SeaSafe Direct ist praktisch zu verwenden, da er direkt im Wasser platziert werden kann, ohne den PBOF-Container zu benötigen.

SeaSafe II und SeaSafe Direct werden von großen Lithium-Ionen-Polymerzellen angetrieben, die speziell in vom BMS verwalteten Modulen entwickelt wurden, um 30 V bei 28 Ah oder andere Größenoptionen bereitzustellen. Sie können in Wassertiefen bis 6.000 Metern arbeiten. Mehrere SeaSafe-Batterien können problemlos miteinander verbunden werden, um den Spannungs- und Leistungsanforderungen verschiedener Anwendungen gerecht zu werden.
Diese autonomen Batteriepacks sind einfach zu verwenden und für den Einsatz in Unterwasserfahrzeugen, ozeanographischen Systemen und in der Tiefwasserinfrastruktur für Öl und Gas konzipiert. Die Batterien wurden in Anwendungen mit kurzer Dauer und hohem Energiebedarf sowie in Situationen mit langanhaltendem geringem Stromverbrauch verwendet. Zu den Anwendungen zählen autonome Unterwasserfahrzeuge für Antrieb, Steuerung und Instrumentierung; in entfernt gelegenen Infrastruktureinrichtungen zur Ventilsteuerung und zum Rohrscheren; und in der Meereskunde Messeinrichtungen, wie beispielsweise zur Überwachung des Salzgehalts und der Temperatur von Meerwasser über einen bestimmten Zeitraum.

Im Vergleich zu Bleibatterien wiegen die SeaSafe-Akkupacks ein Viertel, bieten längere Einsatzzeiten, liefern bis zu viermal mehr Energie und können Tausende von Ladevorgängen beanspruchen. SeaSafe-Batteriepakete funktionieren auch bis zu achtmal so lange wie herkömmliche, geschlossene Bleibatterien. Dies kann viele Jahre in Anspruch nehmen und klassische und kostspielige Probleme mit Batterieausfällen vermeiden.

Kundenbedürfnisse erfüllen

Ein Beispielbenutzer von SWE SeaSafe II ist SEAmagine, das sich seit 1995 der Branche für persönliche U-Boote widmet. Dieses private Unterwasserunternehmen hat die Sicherheit, den Nutzen und die Zuverlässigkeit seiner U-Boote unter Beweis gestellt. Um dies zu unterstützen, setzt SWE SeaSafe in jedem SeaSafe II-Batteriemodul ein patentiertes Batteriemanagementsystem ein, um Sicherheit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten, die in der Branche unübertroffen sind. SEAmagine persönliche U-Boote werden für die Fahrzeugabsicherung vom American Bureau of Shipping (ABS) als A1 + eingestuft. Daher sind SWE SeaSafe II-Batteriemodule ABS-zertifiziert, um diese Anforderung zu erfüllen. Darüber hinaus ist für SEAmagine die Fahrzeuggeometrie von Bedeutung… Ihre innovative Aurora-Technologie ist ein revolutionärer Ansatz für das Design von persönlichen Tauchbooten, der das Sichtfeld der kugelförmigen Kabine maximiert und einen unvergleichlichen, ungehinderten Ausblick bietet. Die SWE SeaSafe II-Batteriemodule ermöglichen diesen Ausblick mit einer Batteriegeometrie von ¼ der Größe einiger Konkurrenzbatterien, die die Energiekapazität der Fahrzeugbatterie aufrechterhält oder erweitert. Zuverlässigkeit ist für SEAmagine von Bedeutung. SWE SeaSafe II bietet Zuverlässigkeit mit bis zu 8-fachem Lebenszyklus von Konkurrenzbatterien. Die Anforderungen von SEAmagine an die Modularität und Benutzerfreundlichkeit werden durch die konfigurierbare Batteriebemessung und die Drucktoleranz von SeaSafe II unter Wasser erfüllt, die die Konfiguration der Batterie vereinfacht und das Gewicht, die Größe und die Kosten eines Batteriedruckbehälters eliminiert. Schließlich steht SEAmagine zu 100% hinter allen Unterwasserfahrzeugen und professionellen Dienstleistungen. Ebenso wie SWE 100% hinter SeaSafe II und SEAmagine stehen und erstklassigen Service, Qualität und Zuverlässigkeit bieten.

Der Fall zur Sicherheit
Einige sind misstrauisch bei der Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien in einer Unterwasserumgebung. Die SeaSafe-Produktlinie wurde für extreme Sicherheit und Autonomie konzipiert. Sie sind vollständig mit Polyurethan in marinegelben Polymergehäusen vergossen und vollständig von den Elementen abgedichtet.
Jedes Modul verfügt über ein von SWE patentiertes Battery Management System (BMS), um den Akku zu schützen. Das BMS unterstützt zustandsbasierte Überwachungsprogramme. Das integrierte BMS verwaltet und überwacht automatisch die Sicherheit, Zuverlässigkeit, das Laden und Entladen der Batterien und meldet technische Informationen bei Bedarf. Durch eine sofortige Rückmeldung über den Status des Batteriesystems kann man auf einen Notfall, der Batteriestrom erfordert, sicher reagieren.
Die Batterien funktionieren automatisch und sicher, und der Bediener benötigt keine Erfahrung, um die Batterien zu verwenden. Nach Abschluss einer Reihe von Tests hat ABS die SeaSafe-Batterien für die Konfiguration in verschiedenen Spannungsgrößenkonfigurationen zertifiziert.
SeaSafe II-Akkupacks können flexibel dimensioniert werden, da SWE eine Akkupacklösung an die spezifischen Produktanforderungen des Kunden anpassen kann. Mit mehreren hundert branchenführenden Kunden weltweit hat SWE über Tausende kundenspezifischer Batteriesysteme mit erstklassigem Service, Qualität und Zuverlässigkeit entwickelt und geliefert.

Über den Autor
Leon Adams ist Vice President - Vertrieb von Lithium- und Lithium-Ionen-Akkulösungen, Produktdefinition und technischen Kundendienst. Leon ist Mitglied von MTS, SUT und IEEE. Leon hat einen MBA und einen BS in Ingenieurphysik.
Leon Adams, der Autor.