Studie zu BESS-Fehlern: Analyse der Fehlerursache

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BESS-Brände: Studie von EPRI, PNNL und TWAICE zeigt, Qualitätssicherung und Batterieüberwachung könnten Großteil verhindern 

Kommt es trotz aller Vorsichtsmaßnahmen zu einem Brandvorfall bei einem Batterie-Energiespeichersystem (BESS), helfen Fehlerberichte und deren Aufarbeitung, um die Sicherheit künftig zu verbessern. Doch Unternehmen und Forschungseinrichtungen, die an Verbesserungen der Sicherheitsmaßnahmen arbeiten, haben Schwierigkeiten, an Informationen zu den Ursachen zu gelangen. In einer gemeinsamen Studie mit dem Anbieter für Batterieanalytik-Software TWAICE und dem Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), stellt die unabhängige, gemeinnützige Organisation für Forschung, Entwicklung und Einsatz von Energie, EPRI, erstmals die eigenen Ergebnisse aus den Analysen vergangener BESS-Sicherheitsvorfälle vor – ein erster Schritt, um dieses Wissen öffentlich nutzbar zu machen. 

Für die Untersuchungen wurden 26 Zwischenfälle aus der EPRI-Datenbank analysiert, um die Ursachen, wie und warum Batterie-Energiespeichersystem ausfallen, besser nachvollziehen zu können. Jeder Vorfall aus der Datenbank wurde so kategorisiert, dass eine Identifikation und Analyse von zwei unterschiedlichen Fehleraspekten möglich ist: Zum einen die Ursache des Ausfalls (Design, Fertigung, Integration oder Betrieb) und zum anderen das Element des BESS, bei dem der Ausfall auftrat (Zelle/Modul, Steuerung oder Balance der Systemkomponenten). Dabei untersucht die Studie sowohl den Anteil der Ausfälle, die eine gemeinsame Ursache oder ein gemeinsames verantwortliches Element haben, die Beziehung zwischen der Ursache und dem Element, bei dem der Ausfall auftrat, sowie daraus ableitbare Trends. Basierend auf den Ergebnissen können so Empfehlungen für zukünftige Entwicklungen ausgesprochen und ein entsprechender Fokus gesetzt werden. 

Kein Bereich übermäßig fehleranfällig 
Die Ergebnisse zeigen, dass die wenigstens Ausfälle von BESS tatsächlich der Fertigung zugeschrieben werden können. Allerdings räumt die Studie ein, dass es schwierig sei, nach einem Brand oder einer Explosion aufgrund des Verlusts physischer Beweise einen Herstellungsfehler als Grundursache endgültig festzustellen. Insgesamt gibt es über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg jedoch keine eindeutige Phase, die besonders fehleranfällig ist. 

Dennoch konnten gerade im Zusammenspiel zwischen Ursache und dem betroffenen Element eindeutige Erkenntnisse gewonnen werden. So zeigt sich laut der Studie, dass integrationsbedingte Ausfälle häufig in Systemkomponenten außerhalb der Zellen und Steuersysteme stattfanden. Grund hierfür könnte sein, dass viele verschiedene Komponenten zusammenkommen, die aufeinander abgestimmt werden müssen. EPRI geht daher von dem Trend aus, dass durch die weiterhin steigende Vielfalt an Komponenten auch die integrationsbedingten Ausfälle zunehmen werden. Als zweithäufigste Ursache für Fehler gilt der Betrieb. Dort sind mit großer Mehrheit Kontrollsysteme der Grund für Ausfälle, insbesondere die BESS-Betriebsgrenzen (State of Charge-Limits). 

"Die Gründe für Ausfälle von Batteriespeichern zu verstehen, ist entscheidend, um sie zu verhindern. Deshalb freuen wir uns, an der Erstellung dieses neuen Rahmens für die Klassifizierung von Ausfallereignissen mitzuwirken", sagt Ryan Franks von TWAICE. "Der Bericht unterstreicht die Bedeutung der Batterieanalytik, wobei die meisten Ausfälle auf die Phasen der Integration und des Betriebs zurückzuführen sind. Wir sind davon überzeugt, dass diese neue Ressource bei der weiteren Entwicklung von Analysesoftware helfen wird. Es ist uns eine Ehre, EPRI bei der Veröffentlichung dieses Berichts zu unterstützen, und wir sind dankbar für die Zusammenarbeit mit den Ingenieuren von EPRI und PNNL."

Datenbasierte Empfehlungen für eine sichere Zukunft 
Aus den Erkenntnissen der Studie lassen sich klare Empfehlungen ableiten. So sollte gezielt die Qualitätssicherung verbessert werden, damit mit der steigenden Komponentenzahl Qualitätsmängel bei der Produktion möglichst ausgeschlossen und so integrationsbedingte Fehlerursachen minimiert werden. Auch die softwaregestützte Überwachung der Batterie kann wie ein Frühwarnsystem fungieren und so künftig BESS-Vorfälle reduzieren, weil frühzeitig Fehler erkannt und gegebenenfalls Systeme abgeschaltet werden können. Hier unterstützt Batterieanalytik-Software vor allem in der Entwicklungsphase, aber auch beim späteren Betrieb, da die Software ungewöhnliche Temperaturanstiege, Widerstandsänderungen oder Spannungsanomalien sehr früh erkennen kann und entsprechend vor schädlichen Betriebsbedingungen und bevorstehenden Vorfällen warnt. 

Der vollständige Bericht kann auf der Website von EPRI heruntergeladen werden.