Die Bergung eines wissenschaftlichen AUV wurde zur Katastrophe, als die Drohne an Deck explodierte und Verletzungen sowie Sachschäden verursachte. Erste Hypothesen deuteten auf ein strukturelles Versagen hin, doch die Analyse der Trümmer mittels Unterwasserfotogrammetrie und CFD-Modellierung offenbarte eine subtilere Wahrheit: Die Ansammlung von Wasserstoff durch Ausgasung von Lithiumbatterien, ausgelöst durch ein defektes Relais, erzeugte ein explosives Gemisch im dichten Abteil.
Rekonstruktion des Unglücks: CFD, CAD und Fotogrammetrie 💥
Um die Dynamik des Unfalls zu verstehen, wurde das dichte Abteil des AUV in SolidWorks modelliert, wobei die interne Geometrie und die Dichtungen nachgebildet wurden. Mit Star-CCM+ wurde die Freisetzung von Wasserstoff während des Ladezyklus simuliert, unter Berücksichtigung der typischen Ausgasungsrate von druckgeschädigten Li-Ionen-Zellen. Die CFD-Simulation zeigte, dass sich das Gas, leichter als Luft, im oberen Teil des Abteils ansammelte, genau dort, wo sich das Leistungsrelais befand. Die Fotogrammetrie der Trümmer bestätigte die lokale Verformung in diesem Bereich und die Verkohlung des Relais, was darauf hindeutet, dass ein innerer Funke, verursacht durch einen sulfatierten Kontakt, die Zündquelle war. Die Wasserstoffkonzentration erreichte 6 Volumenprozent, innerhalb des explosiven Bereichs.
Lehren für das Design autonomer Unterwasserfahrzeuge ⚙️
Dieser Fall zeigt, dass die Sicherheit von AUVs nicht auf die Druckfestigkeit beschränkt werden kann. Die Ausgasung von Batterien muss als reales Risiko betrachtet werden, selbst bei neuer Ausrüstung. Die vorgeschlagenen Verbesserungen umfassen: passive Belüftung des dichten Abteils, Wasserstoffsensoren mit automatischer Energieabschaltung und versiegelte Relais oder solche mit Kontakten in inerter Atmosphäre. Die CFD-Simulation rekonstruiert nicht nur die Vergangenheit, sondern ermöglicht auch die Entwicklung fehlersicherer Systeme, bevor die nächste Katastrophe eintritt.
Welche Sicherheits- und Designprotokolle sollten bei AUVs implementiert werden, die Wasserstoffbatterien verwenden, um zu verhindern, dass das Explosionsrisiko während Bergungsoperationen zu einer angekündigten Katastrophe wird.
(PS: Katastrophen zu simulieren macht Spaß, bis der Computer durchbrennt und du selbst die Katastrophe bist.)