Fregatte 126 - Autarke Stromversorgung durch Batterien

Der Baubeginn der ersten Fregatte der Klasse 126 rückt näher; die Vorbereitungen laufen auf Hochtouren. Um eine autarke Energieversorgung der Schiffe sicherzustellen, erprobte nun ein Team des Bundesamtes für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr (BAAINBwBundesamt für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr) die zum Einsatz kommende Batterietechnologie.

Leistungsstarke Batterien erhöhen Energie-Stabilität

Die hochmodernen Schiffe der Fregatte 126, von denen das erste im Jahr 2028 ausgeliefert werden soll, verfügen über ein ausgefeiltes Energiekonzept. Neben vier Stromerzeugungsaggregaten sind auch zwei Wellengeneratoren eingebaut, die elektrische Energie erzeugen können. Ergänzt wird dieser Aufbau durch vier Batteriesätze, die mit besonderen Lithium-Batterien bestückt sind.

Was so unspektakulär klingt, hat eine große Ladekraft: Die auf der F126 genutzten Batterien können so viel Energie speichern wie 14 handelsübliche elektrische Autos. Ein wesentlicher Vorteil der genutzten Technologie ist die Langlebigkeit der Batterien. Dieses Merkmal ist für den Einsatz auf der Fregatte von besonderer Bedeutung, weil das Energieversorgungskonzept vorsieht, dass in der Stromversorgung auftretende Lastspitzen durch die in den Batterien gespeicherte Energie abgepuffert werden sollen. Dadurch kann eine gleichbleibende Energieversorgung sichergestellt werden.

Geladen werden die Batterien, solange die Stromerzeugungsaggregate noch nicht voll ausgelastet sind. Das steigert auch die Effizienz der gesamten Energieversorgung auf den Fregatten. Im Regelbetrieb werden sie nur so weit entladen, dass jederzeit genug Energie verfügbar ist, um das Schiff auch beim Ausfall der elektrischen Energie sicher zu versorgen.

Sicherheit im Fokus

Kein technisches System bietet nur Vorteile. Durch die verwendeten Lithium-Batterien besteht bauartbedingt eine erhöhte Brandgefahr an Bord.

Die für die Projektrealisierung zuständige Gruppe S8 des BAAINBwBundesamt für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr arbeitet daher zusammen mit einem Team der Wehrtechnischen Dienststelle für landgebundene Fahrzeugsysteme, Pionier- und Truppentechnik (WTDWehrtechnische Dienststelle 41) und dem Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) intensiv an der Sicherheit der für die Fregatten vorgesehenen Batteriemodule.

Während an der WTDWehrtechnische Dienststelle 41 dazu unter anderem Experimente durchgeführt werden, die die Lebensdauer der Batteriemodule unter realistischen Betriebsbedingungen prüfen, findet am ICT seit August 2023 eine Versuchsreihe zur Untersuchung der Sicherheit der Batterien statt. Das Ziel der Tests ist die Bewertung der Gefahr einer sogenannten Propagation beim Überhitzen einer Batteriezelle innerhalb des Batteriemoduls.

Was bedeutet das? Bei der Propagation überträgt die überhitzende Zelle so viel Energie auf die benachbarten Zellen, dass diese ebenfalls zum Überhitzen angeregt werden. Es entsteht also eine Kettenreaktion im Batteriesystem. Dabei ist jedoch entscheidend, ob sich dieser Prozess immer weiter fortsetzt oder nicht. Reagieren die benachbarten Zellen nicht oder können diese den entstehenden Überdruck kontrolliert abbauen, ist ein solcher Vorfall mit geeigneten Sicherheitsmaßnahmen gut beherrschbar.

Da eine Fregatte für Bedrohungsszenarien ausgelegt wird, in denen auch größere Schäden an den Batterien auftreten können, sind die Batterieräume zusätzlich mit speziell angepassten Feuerlöschsystemen und konstruktiven Raumsicherungsmaßnahmen ausgestattet.

Mit einer geeigneten Abluftanlage, die austretende Gase erkennt und schnell abführen kann, soll beispielsweise sichergestellt werden, dass sich kein explosionsfähiges Gasgemisch innerhalb des Batterieraums bilden kann. Damit diese Anlage im besten Fall aber überhaupt nicht zum Einsatz kommen muss, werden die Batteriemodule entsprechend überwacht und bei Auffälligkeiten sofort vom Netz getrennt.

Richtungsweisende Ergebnisse

Das erste durchgeführte Experiment zur Untersuchung des Propagationsrisikos sei vielversprechend verlaufen, habe aber auch zusätzliches Optimierungspotenzial aufgezeigt, berichteten die Verantwortlichen des Fraunhofer ICT. Man habe keine Propagation festgestellt. Lediglich die extrem überladenen Zellen seien zerstört und zwei der umliegenden Zellen leicht beschädigt worden. Weitere Versuche seien bereits in Planung.

Das Projekt F126 habe somit erneut einen Meilenstein in der Entwicklungsphase erreicht, freuen sich die Verantwortlichen. Ein wichtiger Schritt auf dem Weg hin zum Produktionsstart der Fregatte.

von Andreas Büsken, Stefan Ramroth, Patrick Janta