14/09/2021
Door Ad Spijkers
Fraunhofer-onderzoekers willen onderwaterrobots langer onder water laten blijven.
Met behulp van moderne niet-destructieve testmethoden willen onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) en de onderzoeksgroep Smart Ocean Technologies (SOT) in Rostock de batterijtoestand van onderwaterrobots beter bewaken. De zogeheten Unmanned Underwater Vehicles (UUV) worden steeds vaker en voor langere periodes ingezet.
De onderwaterrobots inspecteren boorplatforms, onderhouden onderwater gaspijpleidingen, zoeken naar scheuren in offshore windturbines, verzamelen mariene gegevens of brengen de fauna en flora op de zeebodem in kaart. Een beter batterijbeheer moet de operationele kosten drukken en ervoor zorgen dat de onderwaterrobots langer kunnen duiken. Als de kosten met 10% zijn te verlagen en de duiken met een paar uur te verlengen, zou dat een grote stap voorwaarts zijn.
Kostenverlaging
De energieopslagsystemen van onderwaterrobots moeten onder veel moeilijkere omstandigheden werken dan accu's voor bijvoorbeeld elektrische auto's. Sommige UUV's kunnen tot een kilometer diep duiken, waarbij de temperatuurgradiënt grote druk legt op de technologie en het ontladingsproces beïnvloedt.Via onderzoek willen de ontwikkelaars nieuwe inzichten verwerven in de ontladingsprocessen in de batterij op celniveau en in de interne verouderingsprocessen.
De operationele kosten van onderwaterrobots bedragen ongeveer 100.000 dollar per dag en schip. Robotonderhoud is echter onontbeerlijk voor het betrouwbaar functioneren van installaties onder water. Momenteel wordt een veiligheidsreserve van 20% van de accucapaciteit ingebouwd om te voorkomen dat lege accu's de dure onderhoudsmissies voortijdig afbreken. De ladingstoestand van batterijen kan worden bepaald, maar slechts summier en betrekkelijk onnauwkeurig.
Onderzoek
Een van de doelstellingen van het onderzoek is om de ontlading van de afzonderlijke energiecellen zo nauwkeurig te bepalen dat in de toekomst slechts 10% van de batterijreserve voor duiken beschikbaar hoeft te worden gehouden. Daartoe lijmen de onderzoekers kleine piëzo-keramische sensoren op elke batterijcel. De sensoren trillen als er van buitenaf een spanning op wordt gezet. Omgekeerd zetten zij mechanische bewegingen om in meetbare elektrische signalen.
De onderzoekers brengen een spanning van 5 V aan en lezen af hoe goed de piëzo-elektrische sensor op het celoppervlak trilt. Als de cel ontlaadt, verandert de geluidsterkte, en die kan worden gemeten. Om het onderzoek nog nauwkeuriger te maken, plakken de wetenschappers twee sensoren op elke cel. Zij kunnen dan ultrasone pulsen heen en weer sturen in de batterij en zo duidelijker bepalen hoe elastisch - met andere woorden, hoe goed opgeladen - elke cel nog is.
Na de droge tests in het laboratorium is de volgende stap het testen van de nieuwe sensortechnologie onder water. Dit gebeurt in een mobiel 'minilab' dat naar verwachting eind 2021 klaar zal zijn voor gebruik in het havenbekken van Rostock. Zodra de correlaties tussen de werkelijke ontlading op celniveau en de summier gemeten ontlading van de gehele batterij in het onderwaterlaboratorium nauwkeuriger zijn geanalyseerd, zullen deze bevindingen leiden tot een nauwkeuriger batterijbeheer.
Foto: Fraunhofer IKTS / SOT