Dreamliner B787 mit Akku-Albtraum


„Wir haben uns an die große Sicherheit in der kommerziellen Luftfahrt gewöhnt“, meint ein früherer Mitarbeiter der amerikanischen Luftfahrtbehörde FAA. Da kommt es natürlich gar nicht gut, wenn alle 50 weltweit ausgelieferten Boeing 787 wegen mehrerer Brände an Bord von der FAA auf unbestimmte Zeit gegrounded sind.

Der Grund für die Zwangsflugpause

Gewicht ist ein Kostenfaktor bei Treibstoffpreisen, die weltweit nur eine Richtung kennen, und die ist aufwärts. Die zunehmende Elektronik zur Steuerung und Navigation moderner Flugzeuge setzt redundante Ausfallsicherung voraus. Und da letztere im normalen Flugalltag ungebraucht mitgeschleppt wird, sollten Backup-Geräte möglichst leicht sein. Akkus sind eine der Notfall-Lösungen für den Stromausfall an Bord.

Der in Kraftfahrzeugen bewährte Bleiakku hatte schon bei Handys ausgedient: zu schwer, zu groß, veraltet. Lithium (Li), ein silbriges, schimmerndes Metall ist der zeitgemässe Nachfolger für Akkus transportabler Kleingeräte wie Laptops, Mobiltelefone und Herzschrittmacher. Diese Akkus sind klein, leicht und teuer aufgrund des seltenen Vorkommens von Lithium. Ihr zudem extrem reaktionsfreudiger Inhalt brachte schon Apple vor einigen Jahren eine Ersetzaktion für Li-Polymer-Akkus in seinen MacBooks ein.. Einige Akkus hatten durch Überhitzung Feuer gefangen und/oder waren explodiert.

Alle Laptop-Akkus überhitzten erst nach einiger Zeit im Gebrauch. Kein neues MacBook wäre mit bekannten Akku-Problemen ausgeliefert worden. Zumindest der Dreamliner der Fluggesellschaft All Nippon Airways flog bereits seit zwei Jahren und lud demnach etliche Male seine Li-Ionen-Akkus wieder auf. Könnte es sein, dass die Akkus im täglichen Einsatz, nach einiger Zeit, nach einer bestimmten Anzahl von Ladevorgängen, unbekannte Ausfallerscheinungen zeigen? Sich chemisch (oder physikalisch), bisher unerwartet, so verändern, dass es zur Überhitzung kommt?

Höhere Temperatur verstärkt die an sich schon extreme Reaktionsfähigkeit des Leichtmetalls weiter, Feuer erst recht. Beides muss also beim Einsatz unbedingt vermieden werden. Akkus an Bord haben ihren Haupteinsatz, wenn die normale Stromversorgung nicht (mehr) funktioniert. Eine Notsituation an Bord heißt aber auch, dass etwas oder vieles nicht so funktioniert wie im Handbuch beschrieben. Da ist der Ausfall von Kühlung, ein kleines Feuerchen als Beiwerk des ursprünglichen Auslösers gut möglich. In Kombination mit Lithium als Allheilmittel ist das Resultat denkbar schlecht.

Wie schließt man nun bei einem Akku aus, dass er sich nicht schon auf dem täglichen Flug zu sehr erwärmt? Überlastung bei der Ansteuerung vermeiden und beim Laden im Alltag wäre ein guter Ansatz.

Leichter als Lithium mit der Ordnungszahl 3 im Periodensystem der Elemente sind nur Helium und der Wasserstoff. Die Ordnungszahl gibt die Anzahl der Protonen in Atomkern an. Je mehr Protonen, je höher also die Ordnungszahl, umso schwerer ist das Element.

Jeder Akku, der nicht auf Lithium basiert, wird also schwerer. Und vermutlich auch größer. Platz ist in einem Verkehrsflugzeug auf der unteren Ebene aber nicht das Thema. Zumindest nicht, solange nicht ein neuer, anderer Akku genau an die Stelle des kleineren Vorgängers gezwängt werden muss. Dann helfen nur eine Neuanordnung des gesamten Akku-Ladesystems, andere Verkabelung und damit vermutliche größere bauliche Änderungen. Wenn man als Airline auf jedes Kilo schaut, das man bei der Bordausstattung einsparen kann, dann trifft ein höheres Gewicht bei einem Akku, der technisch gesehen, viel leichter sein könnte, natürlich hart. In jedem Fall müssen Akkus dreißig Minuten lang allem, was sie versorgen sollen, Strom liefern.

Zurück zum Traumflugzeug mit Problemen. Boeing arbeitete schon bei der Entwicklung des Dreamliners eng mit der Zulassungsbehörde FAA zusammen. Das ist an sich nicht ungewöhnlich, auch mit der Europäischen Behörde EASA macht ein Hersteller das bei einer Flugzeug-Neuzulassung idealerweise so. Denn dann kann die Behörde bei der Zulassung später nicht sagen: „Oh, wenn Sie das so und so implementiert hätten, dann wäre das perfekt. Aber genau so wie das jetzt realisiert ist, können wir ihre Konstruktion leider nicht Flugtauglich schreiben.“

Die FAA und Boeing einigten sich darauf, dass Lithium-Ionen-Akkus im Dreamliner eingesetzt werden können und dürfen, solange bei einem Brand während eines Fluges Flammen und Rauchentwicklung unter Kontrolle gehalten werden können ohne weiteren Schaden anzurichten. Die Akku-Zulassung, eine Sondervereinbarung der FAA mit Boeing, beinhaltete auch, dass im Falle des Falles der Akku von selbst geordnet abbrennt ohne den Einfluss von Menschen. Das genügte der Vereinigung der Linienpiloten ALPA (Air Line Pilots Association) schon damals nicht. Sie forderte, dass ein Akkufeuer von der Crew aktiv löschbar sein muss. Dies wiederum setzt neben dem Vorhandensein von tragbaren, stets griffbereiten (Halon-)Feuerlöschern im Flugzeug auch die schnelle Erreichbarkeit des Akkus für die Crew voraus. Miteingeschlossen wäre das regelmässige Training, ein Lithium-Ionen-Akkufeuer sicher zu beenden.

Im Januar 2010 gab die FAA einen Abschlussbericht zu einer eigenen Sicherheitsüberprüfung über die Entflammbarkeit von Li-Ionen und Li-Ionen-Polymer-Akkus in Flugzeugen heraus: Flammability Assessment of Lithium-Ion and Lithium-Ion Polymer Battery Cells Designed for Aircraft Power Usage. Dieser Abschlussbericht ist 30 Seiten dick und kommt zum (nicht wirklich überraschenden) Schluss, dass Li-Ionen und Li-Ionen-Polymer-Akkus heftig auf externes Feuer reagieren können. Beim Test traten entflammbare Elektrolyte aus, entzündeten sich und heizten so das bereits bestehende Feuer unter großem Druck- und Temperaturanstieg weiter an.

Ein Hand-Feuerlöscher mit Halon 1211 konnte im FAA-Test sowohl Li-Ionen- als auch Li-Ionen-Polymer-verursachte Feuer zunächst löschen. Bei Li-Ionen-Polymer-Akkus konnte das Halon ein Wiederaufflammen des Brandes nicht verhindern.

Der Stand

Schon zum ganz normalen In Betrieb nehmen eines Verkehrsflugzeugs ohne Bodenstrom brauchen die Piloten aufladbare Batterien (Akkus). Erst so kann alle weitere Elektrik gestartet werden.

Die Generatoren an den Triebwerken sorgen für die primäre Stromversorgung im Flugzeug. Fällt diese in der Luft aus, sind mehrere Backup-Lösungen gefordert: Akkus liefern sofort Strom wenn die Triebwerke ausfallen, bis nach einigen Sekunden der Notfall-Propeller, Ram Air Turbine genannt, durch den Fahrtwind anläuft. Dieser Not-Propeller produziert primär Hydraulikdruck und zudem auch Strom. Das dritte Backup, wenn die Stromerzeugung über die Triebwerke fehlt, wäre die APU (Auxiliary Power Unit), eine tatsächliche Turbine, die mit Treibstoff betrieben wird. Bei abgeschalteten oder ausgefallenen Triebwerken wird die APU über einen Akku gestartet.

Mitte Januar 2013 gerieten Li-Akkus sowohl in einer Boeing 787 der Japan Airlines (am Boden in Boston) und in einer 787 der Fluggesellschaft All Nippon Airways (im Flug) in Brand. Dreamliner von United Airlines und Qatar Airways hatten im Dezember 2012 ebenfalls Probleme mit ihrer Elektrik. Die JAL-Boeing wurde von der amerikanischen Behörde NTSB untersucht, da der Vorfall in Boston stattfand. Der ANA-Dreamliner wurde von den Japanern unter die Lupe genommen, da er sich auf einem japanischen Inlandsflug befand. Die zunächst angenommene Überlastung bei der Ansteuerung des Akkus fällt offenbar weg: Beide Kommissionen kamen unabhängig voneinander zur Erkenntnis, dass keine Überspannung vorlag.

Offizielles Statement von Boeing:

Alle modernen Düsenverkehrsflugzeuge sind mit Batterien ausgestattet. Die vermehrt elektrische Architektur der 787 hat mit den Batterien wenig zu tun. Die maßgebliche Innovation, die die verbesserte Effizienz ermöglicht, ist die gesteigerte Erzeugung von elektrischer Energie und die Eliminierung von Hochdruck-Zapfluft (pneumatischen) Systemen. Die Funktionen, die vorher durch Druckluft betrieben wurden, werden nun elektrisch angetrieben.

Dazu wäre anzumerken: Im Gegensatz zum Englischen gibt es im Deutschen einen Unterschied zwischen Batterie (nicht aufladbar) und Akku (aufladbare Batterie). Bei allen derzeit diskutierten Li-Ionen-Problemen handelt es sich um Akkus – einmal Nutz- und dann Wegwerf-Batterien aus diesem kostbaren Rohstoff wären in einem Flugzeug fehl am Platz und zudem sinnlos überteuert.

Statement der FAA:

„Auswirkungen des Akkuversagens waren entflammbare Elektrolyte, Schäden durch Hitzeeinwirkung und Rauch an zwei 787-Flugzeugen. Wenn diese Bedingungen nicht behoben werden, könnten sie Schäden an kritischen Systemen und Strukturen und ein Feuer im elektrischen Compartment nach sich ziehen.“
(“The battery failures resulted in release of flammable electrolytes, heat damage, and smoke on two Model 787 airplanes. These conditions, if not corrected, could result in damage to critical systems and structures, and the potential for fire in the electrical compartment.”)

Nach einem Report der Seattle Times letzte Woche hatte eine amerikanische Firma  namens Securaplane Technologies, die an der Entwicklung der elektrischen Ladesysteme des Dreamliner beteiligt war, bei einem Akku-Test ein so starkes Feuer erzeugt, dass ein ganzes Gebäude unkontrolliert niederbrannte.

Lithium Akkus sind auch in anderen modernen Verkehrsfliegern im Einsatz, etwa in Airbus- und Embraer-Flugzeugen. Allerdings sind die Akkus dort von einem anderen Hersteller und in ihrer Leistung wesentlich kleiner. Der Dreamliner-Akku soll die Größe einer Umzugskiste haben. Viele Verkehrsflugzeuge setzen Nickel-Cadmium-Akkus ein. Nickel hat die Ordnungszahl 28, mit 48 ist Cadmium sogar ein Schwermetall. Schwerer, weniger leistungsfähig und hochgiftig ist auch nicht die gesuchte Lösung für die Zukunft.

Wie geht es weiter?

Das Entgegenkommen für Boeing in der Dreamliner-Zulassung wird der FAA nun von einigen Seiten angekreidet: Zu große Kompromisse für die Industrie seien auf Kosten der Sicherheit bei der Sonderbehandlung gemacht worden. Die FAA reagierte prompt. Nun bleiben alle 50 bisher weltweit ausgelieferten Dreamliner am Boden, bis die Ursache der Akku-Brände und eine sichere Lösung für leistungsstarke und leichte Akkus für den Dreamliner gefunden ist.

So schnell wie Hersteller Boeing sich wünscht, dass dieses Problem aus der Welt ist, wird es wohl nicht gehen. Vor der Lösung des Problems muss erst die Ursache der Brände gefunden werden. Ist die Ursache ein Designfehler im Flugzeug oder liegt es eher an der Akkucharge, an einer fehlerhaften Produktion des Herstellers? Da sind die amerikanischen Untersucher von Boeing, der Untersuchungsstelle NTSB noch anderer Meinung als die japanischen Kollegen des Akku-Herstellers GS Yuasa und der japanischen Untersuchungsbehörde JTSB. Auch wenn offiziell alle vorbildlich zusammenarbeiten bei der Fehlersuche.

Bisherige Ansätze haben noch kein Ergebnis gebracht. Auf Boeing werden vermutlich hohe Kosten zukommen: Entschädigungszahlungen wegen der Flugausfälle, (größere) Änderungen am Flugzeug und eine neue Genehmigung des Akku- und Elektrosystems sind gute Kandidaten dafür. Lufthansa ist von den Dreamliner-Problemen nicht betroffen – die deutsche Airline hat keine Boeing 787 im Einsatz.


Elektroniktest im ANA-Dreamliner vor der Auslieferung/Fotos: Helga Kleisny

35 Gedanken zu “Dreamliner B787 mit Akku-Albtraum

  1. michael 30. Januar 2013 / 17:51

    Schön! Ein neuer Technik-Blog.

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    • Helga Kleisny 30. Januar 2013 / 17:56

      Danke. 🙂 Schön, dass es noch mehr Technikbegeisterte gibt. hkl

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    • Helga Kleisny 30. Januar 2013 / 19:54

      Gute Frage. Berechtigt. Zukunftsorientiert.
      Könnte mir mehrere Gründe dafür vorstellen:

      1
      Allgemein und Schnellschuss:
      Brennstoffzellen als Ersatz für Akkus in Verkehrsflugzeugen – vermutlich ist die Zeit dafür noch nicht reif.
      Wenn man bedenkt, dass Flugzeugcomputer (FMS…) im Cockpit von Airlinern heute den technischen Stand der 90er-Jahre haben, dann kann man sich ungefähr vorstellen, wann die derzeitig einstellige Zahl der als Prototypen getesteten Flugzeuge mit Brennstoffzellen in Serie gehen werden. Zulassung von neuer Technologie in der Luftfahrt ist ein langwieriger Prozess…

      2
      In den Tests seit mindestens 2008 von Airbus und dem DLR zu Brennstoffzellen sollte nur die APU ersetzt werden. Soweit mir bekannt, wurden da sowohl Wasserstoff-BSZ als auch Kerosin-BSZ ausprobiert. Letztere hätten den Vorteil, dass der Brennstoff ohnehin schon an Bord ist und außerdem problemloser zu handhaben ist als Wasserstoff.

      Als Ersatz der Akkus benötigt man aber eine Stromquelle, die
      unterbrechungsfrei die Stromversorgung für die wichtigsten Verbraucher aufrechterhält, bis eine andere Stromquelle (RAT, APU…) einsatzbereit oder gestartet ist.

      Unterbrechungsfreie Notstromversorgungen für Industrieanlagen oder Gebäude (Krankenhäuser) haben das gleiche Problem. Auch hier werden in der Regel Akkus eingesetzt, um die Zeit zu überbrücken, bis Ersatzgeneratoren gestartet sind.

      3
      Auf eine im Flugzeug komplett neue Akku-Technologie umzusteigen, wird kein Hersteller nach diesem Disaster wagen. Die nächste Lösung, die an die Öffentlichkeit gelangt, muss sitzen. Sicherheit über alles, kein weiterer Ausfall. Alles andere wäre auch für einen Weltklassehersteller wie Boeing existenzbedrohend. Wenn die Akkus mit Lithium-Ionen nicht sicher in absehbarerer Zeit realisierbar sind, könnte ich mir eher vorstellen, dass man auf Altbewährtes wie Nickel-Cadmium zurückgreift.

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  2. Hans Brandl 30. Januar 2013 / 23:47

    Was ich bei diesem Beitrag vermisst habe, ist das Eingehen auf die spezielle Zellenchemie von Li-Batterien.
    Damit Li Elektronen speichern kann werden noch ein paar weiter Stoffe benötigt. Heute gibt es im wesentlichen 2 Klassen von Li-Akkus (die Elektro-Modellflieger haben da seit einigen Jahren schon Erfahrung und wissen auch schon um die Unterschiede):

    1) Lithium-Eisen-Phosphat Akkus (LiFePO_4) die relativ robust sind gegen schlechte Behandlung, allerdings etwas teuerer und schwerer
    2) Boeing setzt jedoch Lithium-Cobaltdioxid Akkus ein und das ist ein großer Unterschied. Während LiFePO_4-Akkus selbst bei Kurzschluss und mechanischer Beschädigung höchstens dampfen, fangen LiCoO_2-Akkus zu brennen an.
    LiFePo_4’s verkraften sogar Überstrom und Überladung weitgehend, was bei Li-Cobaltdioxid hingegen unweigerlich zum Brand führt.

    Bei der Gulfstream G-650 (Bombardier) wird übrigens auch Li-Eisen-Phosphat und nicht auf Li-Cobaltdioxid eingesetzt:
    http://www.securaplane.com/products/energy…ge-technologies

    Es wäre natürlich interessant warum Boing ausgerechnet auf Cobaltdioxyd als eine nachweislich fragile Zellenchemie setzen musste.

    Ich arbeite übrigens in einem deutschen Forschungsprojekt, namens Batteriepass, bei dem versucht wird die Li-Batterieparameter (Strom, Spannung, Temperatur, Gradienten usw. ) in Kfz laufend zu erfassen, kritische Zustände zu errechnen und die Historie kontinuierlich und fälschungssicher mit digitaler Signatur abzulegen, um rechtzeitig bei kritischen Zuständen warnen zu können. Gleichzeitig sollen für Batteriewechsel-Kfz (wo also an der Tankstelle der Batteriesatz gewechselt werden soll statt langwierig zu laden) damit Metriken gefunden werden, dass der Vorbenutzer keinen Li-Zeitbombe an der Tanke seinem Nachfolger abliefert.

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    • Helga Kleisny 31. Januar 2013 / 9:02

      Vielen Dank für die chemische Insight. Spannend.
      Es mag vielleicht auch die (Akku-)Herstellerwahl gewesen sein. Wenn der Launch- oder ein anderer wichtiger Kunde (Airline) darauf besteht, dass auch seine landeseigene Industrie vom Deal profitiert…
      Im realen Wirtschaftsleben gibt es leider vieles an Zwängen, was den simplen (schönen) logischen Entscheidungen eines Ingenieurs zuwiderlaufen kann…

      Und: So einfach scheint es mit Li-Phosphat in der Luftfahrt auch nicht zu sein:

      The Cessna Citation CJ4 is currently the only business jet certified with (but no longer flying with) a lithium-ion main-ship battery, using lithium-iron phosphate, not the lithium-cobalt oxide battery found on the Boeing 787, which is currently grounded in the wake of battery fires. However, CJ4s no longer feature lithium-ion batteries, after a main battery fire on a CJ4 plugged into ground power resulted in an AD mandating replacement with nickel-cadmium or lead-acid batteries.

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  3. Dr. Webbaer 31. Januar 2013 / 6:53

    So schnell wie Hersteller Boeing sich wünscht, dass dieses Problem aus der Welt ist, wird es wohl nicht gehen. Vor der Lösung des Problems muss erst die Ursache der Brände gefunden werden. Ist die Ursache ein Designfehler im Flugzeug oder liegt es eher an der Akkucharge, an einer fehlerhaften Produktion des Herstellers?

    Frage: Kommt man hier nicht mit einem Workaround wegen der extremen Kosten oder sind Workarounds, bspw. wegen bestimmter Zulassungsbestimmungen, also rechtlicher Hürden, nicht machbar?

    MFG
    Dr. W (der eigentlich eine Zwischenlösung erwarten würde)

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    • Helga Kleisny 31. Januar 2013 / 8:50

      Darüber brüten sicher zurzeit viele kluge Köpfe mit Verantwortung.
      Aber auch jeder „Workaround“ in der Luftfahrt muss von der Luftfahrtbehörde genehmigt werden. Und erneut: (Another) „Failure is not an Option“. Weder für die FAA noch für Boeing. Also auch Workarounds müssen nachweislich sicher sein. Pfusch hat in der Luftfahrt keinen Platz.
      Also wird selbst ein überbrückender Schnellschuss erst nach eingehender Prüfung möglich sein.

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  4. Dr. Webbaer 31. Januar 2013 / 8:53

    @Kleisny
    Sie ahnen vielleicht die Idee eine Batterie durch mehrere Bewährte zu ersetzen [1], insofern hat so ein Failure immer auch eine politische Komponente.

    MFG + viel Erfolg hier auf den Sb.de!
    Dr. W

    [1] russisches Ingenieurswesen sozusagen

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    • Helga Kleisny 31. Januar 2013 / 8:58

      Vielen Dank für die netten Worte.
      Klar, jeder andere Akku wird größer sein oder aus mehreren Einzel-Akkus bestehen. In einem fertig konstruierten elektrischen Compartment eines Flugzeuges aber ist per se kein Raum frei gehalten in Umzugskistengröße.
      Und die politische Komponente, ja klar. Boeing ist (auch) ein Rüstungskonzern…

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  5. Lercherl 31. Januar 2013 / 9:10

    Ihr zudem extrem n seinen MacBooks ein.

    Da ist wohl ein Satz verlorengegangen.

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  6. Cornelius Courts 31. Januar 2013 / 14:26

    Hey, die Neue!
    Herzlich willkommen hier 🙂

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    • Helga Kleisny 31. Januar 2013 / 14:34

      Danke! 🙂 Auf guten Austausch! (Denn da ergibt sich sicher mal der ein oder andere Anknüpfungspunkt zwischen Physik/Technik und Biologie)

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  7. Horst 31. Januar 2013 / 14:53

    Warum zum Teufel taucht bei diesen Foren immer wieder der NiCd Akku auf? Dieses System ist schon seit ein paarJahren wegen seiner Giftigkeit verboten, ausserdem hat es für diesen Zweck bedeutende Nachteile.
    Einmal hat der Akku ein Gedächtnis, das heißt wird er mehrmals teilentladen dann hat er nach einiger Zeit nur noch die Kapszität die man ihm normal entnimmt. Ausserdem ist die Selbstentladung ziemlich groß, wenn man das Flugzeug längere Zeit abstellt muß man erst einmal den Ladezustand der Batterien überprüfen.
    Die Alternative ist die NiMH Batterie (Nickel Metallhydrid), Sie ist nicht so giftig, hat kaum ein Gedächtnis und nur eine geringe Selbstentladung. Das Gewicht und die Größe ist allerdings trotz erheblicher Fortschritte in der Technik immer noch gleich wie beim NiCd Akku.
    Ubrigens hat ein Flugzeug nicht nur einen Akku, der welcher bei der B787 brennt ist aber der Größte an Bord.

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    • Helga Kleisny 31. Januar 2013 / 15:08

      Der NiCd-Akku „taucht auf“ beim Thema, weil er seit Jahren in der Luftfahrt bewährt ist (trotz all seiner Nachteile) und da noch weit verbreitet und natürlich auch zugelassen. Zum Thema Zulassung in der Luftfahrt siehe auch meine früheren Kommentare.
      Akku und Batterie sind nicht dasselbe.
      In den beiden Fällen, die zur Stilllegung der Dreamliner führten, waren es zwei unterschiedliche Akkus, die brannten: zum einen der Akku für die APU und dann ein Akku im vorderen Avionik Bay. Ist aber auch egal.
      Ein Akku, der in einem Flugzeug in der Luft brennt, ist schon zu viel. Egal, wie viele an Bord sind.

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  8. ZeT 31. Januar 2013 / 18:44

    Da ging es doch nur darum Airbus eins auszuwischen. Boeing ist eine amerikanische Firma, da drückt man schon ein paar Augen zu.

    Es ging im Endeffekt darum, die Auftrage die Airbus sonst bekommen hätte Boeing zuzuschanzen. Geht halt nicht wenn der Flieger nicht fertig wird.

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    • Helga Kleisny 1. Februar 2013 / 8:47

      Airbus hält sich mit gutem Grund sehr bedeckt bei dieser Angelegenheit. Ein neues Flugzeug zu entwickeln und flugreif zu bringen, impliziert, dass es nur eine Frage der Zeit ist, wann der erste unerwartete Rückfall eintritt. Das war bei allen Boeings so und ebenso bei allen Airbus-Flugzeugen. Ist systeminhärent.

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  9. Engywuck 31. Januar 2013 / 21:27

    Ich habe heute anderswo gelesen, dass die eingesetzten Akku-„Blöcke“ einfach zu groß seien und sich deshalb zu schnell erhitzen. Viele kleine Akkueinheiten mit entsprechenden Kühlvorrichtungen dazwischen (und sei’s nur (bewegte) Luft) wäre besser gewesen.
    Ist an dieser Vermutung was dran?

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    • Helga Kleisny 1. Februar 2013 / 9:19

      Es gibt zurzeit viele Vermutungen und Richtungen, auf die hin untersucht wird. Soweit mir bekannt, ist nun auf Seiten der Amerikaner und Japaner das akribische Auseinandernehmen und Untersuchen, was Sache an den beschädigten Akkus ist, recht weit fortgeschritten. („Abgeschlossen“ wäre mir als Techniker und Journalistin zu hochgegriffen). Und daraus versuchen eine Menge gewiefter Menschen nun Schlüsse zu ziehen.
      Was sich letztendlich als die alleinige Wahrheit herausstellt, da sollten wir dem Abschlussbericht überlassen.
      Siehe auch mein Update heute im zweiten Beitrag zum Thema.

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  10. Mkey 31. Januar 2013 / 23:13

    Endlich ein Luftfahrt-Blog hier. Danke.

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  11. Florian Freistetter 1. Februar 2013 / 9:09

    Huch – schon wieder ein neues Blog. Hab ich glatt übersehen! (Tauchen die Artikel auch im SB-Feed auf?)

    Auf jeden Fall: Willkommen bei Scienceblogs!

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  12. rolak 1. Februar 2013 / 9:40

    Mein Interesse liegt eher bei „Raumfahrt und auch anderem“ – schon deswegen, weil ich noch nie geflogen bin (um den Standardeinschub zu bringen: Außer einmal aus ’ner Kneipe). Allerdings nicht absichtlich, es hat sich nur bisher nicht ergeben. Zu einer Woche Urlaub nach XY fliegen entspricht weder meiner Vorstellung von Freizeitgestaltung noch der von Resourcengebrauch und die Kleingruppenreisen, bei denen ein Flug angesetzt war, sind letztendlich dann doch (ohne mein besonderes Zutun, äährlich) auf Schiff bzw Bully umgeplant worden.

    Viel Erfolg!

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    • Helga Kleisny 1. Februar 2013 / 9:57

      Danke! Raumfahrt und Weiterdenken kommt. Im Moment sind die 787 Probleme leider sehr präsent. Schöner Avatar!

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  13. rolak 1. Februar 2013 / 10:17

    787 Probleme leider sehr präsent

    Klar – und durch einen Nebeneffekt auch wieder in meinem engeren Fokus: Wegen des Grobthemas (Zwischen)Speicherung elektrischer Energie in welcher Form auch immer, einem der Knackpunkte beim notwendigen Umstieg hin zu ‚erneuerbarer Energie‘.

    Tauchen die Artikel auch im SB-Feed auf?

    Um das noch schnell zu klären: Ja, Florian.

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  14. Cornelius 1. Februar 2013 / 13:36

    „Danke! 🙂 Auf guten Austausch! (Denn da ergibt sich sicher mal der ein oder andere Anknüpfungspunkt zwischen Physik/Technik und Biologie)“

    Ganz bestimmt. Und da ich auch Paraglider bin, kann ich bestimmt meine Fragen zur Luftfahrt an Dich richten 🙂

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  15. ZeT 1. Februar 2013 / 21:24

    Stimmt natürlich – aber ich hatte damals schon das Gefühl, das der Dreamliner etwas arg schnell fertig gestellt wurde. Das dies ja auch Airbus betroffen hat (die Probleme sind ja bekannt) will ich garnicht in Abrede stellen.

    Aber das jetzt keine Boeing (also die 787) mehr fliegt ist halt schon heavy.

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  16. Chris 2. Februar 2013 / 13:23

    Servus,
    @Horst schrieb oben, http://scienceblogs.de/flugundzeit/2013/01/30/dreamliner-b787-mit-akku-albtraum/#comment-16:

    Warum zum Teufel taucht bei diesen Foren immer wieder der NiCd Akku auf? Dieses System ist schon seit ein paarJahren wegen seiner Giftigkeit verboten, ausserdem hat es für diesen Zweck bedeutende Nachteile.
    Einmal hat der Akku ein Gedächtnis, das heißt wird er mehrmals teilentladen dann hat er nach einiger Zeit nur noch die Kapszität die man ihm normal entnimmt. Ausserdem ist die Selbstentladung ziemlich groß, wenn man das Flugzeug längere Zeit abstellt muß man erst einmal den Ladezustand der Batterien überprüfen.

    Die Probleme mit dem Memoryeffekt treten eher bei Geräten auf die wenig oder unregelmäßig genutzt werden, zum Beispiel mein blöder Akkuschrauber der deswegen schon auf LiFePo4 läuft, wenn die Akkus entsprechend gewartet werden ist das weniger ein Problem, bzw. turnusmäßiger Austausch wird vorgeschrieben und selbst wenn die Akkus schon ziemlich fertig sind ist der Akku immer noch halbwegs nutzbar, LiIon oder LiFePo4 sind mit Vorsicht zu behandeln und nur innerhalb der vom Hersteller angegebenen Grenzen zu nutzen, wird das nicht richtig gemacht ist die Lebensdauer im besten Fall lächerlich kurz und bei manchen LiIon Zellen kann es zu spontaner Selbstentzündung kommen.
    NiCd-Akkus sind deutlich billiger, sehr schnell aufladbar wenn man den entsprechenden Stromanschluß hat, unter allen erdenklichen Bedingungen getestet und vor allem die Stromlieferfähigkeit ist afaik immer noch mit das Beste auf dem Markt.

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  17. Eheran 4. Februar 2013 / 1:20

    [quote]Lithium (Li), ein silbriges, schimmerndes Metall ist der zeitgemässe Nachfolger für Akkus[/quote]
    In den ganzen genannten Akkus ist kein metallisches Lithium. Das würde sofort zum Totalschaden und ggf. Brand führen.

    [quote]Diese Akkus sind klein, leicht und teuer aufgrund des seltenen Vorkommens von Lithium.[/quote]
    Lithium ist eines der häufigsten Elemente der Erdkruste, also alles andere als Selten. Der Preis von Akkus ist u.a. aufgrund der aufwändigen Herstellung/Handhabung/… der Lösemittel und elektrolyten so teuer.
    Das trifft ebenso auf NiMH Akku’s zu.

    [quote]Alle Laptop-Akkus überhitzten erst nach einiger Zeit im Gebrauch.[/quote]
    Das tun selbstverständlich nur defekte oder falsch behandelte Laptop-Akkus.
    Für gewöhnlich handelt es sich um 6 Zellen des Typs 18650 (18mm Durchmesser, 650mm Länge) auf LiIon Basis in einer 3p2s (3 parallel, 2 in serie) Schaltung mit einer Nennspannung von 10,8 oder 11,1V (3*3,6 bzw. 3*3,7V).
    Diese sind im Normalzustand selbst bei Hochlast des Rechners nicht sehr ausgelastet.
    Natürlich erwärmen sie sich aufgrund ihres Innenwiderstandes beim Laden und Entladen, jedoch gibt es (ohne Fehler im System) kein Szenario, in dem es zu einer Überhitzung oder gar einem Brand kommt.
    Zusätzlich haben diese Akkupacks alle Temperatursensoren und schalten im Notfall ab.

    [quote]Könnte es sein, dass die Akkus im täglichen Einsatz, nach einiger Zeit, nach einer bestimmten Anzahl von Ladevorgängen, unbekannte Ausfallerscheinungen zeigen? Sich chemisch (oder physikalisch), bisher unerwartet, so verändern, dass es zur Überhitzung kommt?[/quote]
    Selbstverständlich, insbesondere der Innenwiderstand (Ri) wird immer höher. Zusammen mit abnehmender Kapazität führt dies zu einer deutlich stärkeren (nicht nur thermischen) Belastung beim (Ent)Laden mit höheren Strömen.
    Wenn es also ein Backupsystem ist, würden höhe Entladeströme je nach Akkusteuerung für eine ernorme Wärmeentwicklung sorgen.

    [quote]Höhere Temperatur verstärkt die an sich schon extreme Reaktionsfähigkeit des Leichtmetalls weiter, Feuer erst recht.[/quote]
    Wie gesagt, dort ist nirgendwo metallisches Lithium.
    Dessen Reaktionsfähigkeit würde sich auch nur vergleichsweise unwesentlich ändern zwischen 20 und 80°C.

    [quote]Jeder Akku, der nicht auf Lithium basiert, wird also schwerer. Und vermutlich auch größer. [/quote]
    Da wir die theoretische Energiedichte nicht mal annähernd erreichen ist das reine Theorie.
    Wäre ein Akku auf Natrium oder Kaliumbasis effizienter, hätten sie im Handumdrehen eine höhere Energiedichte.
    Dazu kommt, dass das in LiIon Akkus eingesetzte Lithiumcobaltoxid (LiCoO2) ohnehin eine Molmasse von gut 98g/mol hat.
    Der Unterschied zur Natriumverbindung (114g/mol) wäre nur etwa 15%.

    [quote]Dazu wäre anzumerken: Im Gegensatz zum Englischen gibt es im Deutschen einen Unterschied zwischen Batterie (nicht aufladbar) und Akku (aufladbare Batterie).[/quote]
    Nur umgangssprachlich.
    Ansonsten redet man von Sekundär- und Primärbatterien. Erstere lassen sich wieder aufladen.

    [quote]Bei allen derzeit diskutierten Li-Ionen-Problemen handelt es sich um Akkus – einmal Nutz- und dann Wegwerf-Batterien aus diesem kostbaren Rohstoff wären in einem Flugzeug fehl am Platz und zudem sinnlos überteuert.[/quote]
    Sicherlich sind auch in Flugzeugen normale 3V Knopfzellen zu finden, diese beinhalten Lithium als Energieträger. Lithium ist weder selten noch kostbar, gemessem am Lithiumgehalt eines Akkus auch vergleichsweise günstig.
    Und insbesondere in der Luftfahrt wären Knopfzellen etc. alles andere als Überteuert.
    Es gibt übrigens auch Systeme die auf Silber basieren. Knopfzellen die mit „SR“ beginnen enthalten Ag2O als Energieträger.

    [quote]Nickel hat die Ordnungszahl 28, mit 48 ist Cadmium sogar ein Schwermetall. Schwerer, weniger leistungsfähig und hochgiftig ist auch nicht die gesuchte Lösung für die Zukunft.[/quote]
    Wie bereits erläutert bringt das vergleichen von Atomgewichten nichts und hat keine Aussagekraft.

    Ich frage mich, warum man nicht auf LiFePO4 gesetzt hat.
    Das ist m.M.n. die einzige derzeit verfügbare Akkutechnologie, die man in kritischen Bereichen wie der Luftfahrt einsetzten sollte.

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    • Helga Kleisny 4. Februar 2013 / 8:28

      Da steht nirgendwo, dass Li in den Akkus silbern ist. Und es ist bis zum Überfluss in den Beiträgen und Kommentaren erwähnt, dass die Technologie der Akkus beim Dreamliner auf Li-Ionen basiert. Einfach mal lesen. Und wirken lassen.

      Lithium ist ein Spurenelement. Es kommt in abbaubarerer Form nur an einer geografischen Stelle auf unserem Planeten vor und die liegt in Bolivien.

      Ob die Laptopnutzer auch so denken? Wie hätten sie denn ihre Laptops benutzen sollen? Vermutlich am besten gar nicht, dann kann auch kein Fehlverhalten auftreten. Apple hätte nicht anstandslos und kostenfrei alle beanstandeten Akkus ersetzt, wenn es Schuld der User gewesen wäre. Und die Akksu/Laptops haben sich eben nicht abgeschaltet sondern sind explodiert. Punkt. Fakt.

      Auch wenn es in diesem Satz zugegeben aus Lesbarkeit etwas flapsig dasteht:
      „Höhere Temperatur verstärkt die an sich schon extreme Reaktionsfähigkeit … weiter, Feuer erst recht.“
      Das gilt für Lithium an sich (Allgemeinwissen) und nach Untersuchungen des NTSB auch für die Akkus.

      15% mehr an Gewicht macht bei einer Umzugsugskistengröße im Flugzeug einen Unterschied. Das heißt nicht, dass man in der zukünfitgen Lösung nicht in diesen sauren Apfel beißen müsste. Es war eine Erklärung, warum man nicht von Anfang an mit anderen, Lösungen gearbeitet hat. Jetzt sind vermutlich alle klüger. Auch die Beteiligten.

      Auch ein techischer Artikel sollte lesbar sein und kein Fachkauderwelsch enthalten, dass der Leser nicht innehat, wenn es nicht gerde sein Spezialgebiet ist. Das ist mein Anspruch und mein Service für den Leser. Die Unterscheidung zwischen Akku und Batterie ist fachlich korrekt.

      Die Liste der an Bord vorhandenen und zugelassenen Dinge in diesem Verkehrsflugzeug umfasst mehrere Bände. Eine Diskussion, was da noch so an Bord zu finden ist, hat mit dem Thema des Groundens der 787 nichts zu tun. Ist simpel off-Topic.

      Ich frage mich, warum man nicht auf LiFePO4 gesetzt hat.

      Auch das wurde bereits in anderen Kommentaren mehrfach diskutiert.

      An Art und Inhalt der Kommentare sieht man, dass alles wesentliche zum momentanen Stand der Dinge gesagt ist. Einen inhaltlich relevanten Nachschlag gibt es erst, wenn Hersteller und Untersucherseite Neues melden.

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  18. Eheran 4. Februar 2013 / 11:31

    Laptopnutzer werden sicher ebenso denken, haben doch zig Mio. Menschen einen und noch nie irgendwelche Probleme gehabt.
    Wie gesagt, wenn etwas einen defekt hat, kann es schief gehen. Daher gibt es auch solche Rückrufaktionen.
    Wenn bei einem bestimmten Automodell eine Fehlkonsturktion vorliegt, die ggf. das Bremssystem ausfallen lässt, wird ebenfalls alles zurück gerufen. Trozdem versagen im Gebraucht nicht die Bremsen sämtlicher Autos.

    Selbstverständlich erhöht sich die Reaktionsfähigkeit mit steigender Temperatur.
    Jedoch ist es so, dass irgendwann der Seperator wegschmilzt und so ein interner Kurzschluss stattfindet.
    Der setzt sämtliche gespeicherte Energie in kurzer Zeit als Wärme frei.
    Dies führt zu massivem Überdruck und platzen der Zelle, wobei die hochbrennbaren Lösungsmittel sich dann ggf. auch entzünden.
    Es hat also nicht viel mit der Reaktionsfähigkeit des Elektrodenmaterials wie LiCoO2 zu tun.
    Andernfalls würde sich ein Akku pausenlos massiv selbstentladen und bei steigenden Temperaturen dies einfach noch schneller.

    Die 15% beziehen sich auf die theoretische Energiedichte, von der wir um eine Größenordnung entfernt sind.
    Da spielt es keine Rolle, ob das Alikalimetall eine etwas höhere Atommasse hat, wenn es praktisch einfach etwas besser genutzt werden kann.

    Ich habe Ihre Aussage bezüglich der (nicht) Verwendung von Lithiumbatterien in Flugzeugen relativiert.
    Dies war bestandteil Ihres Artikels, kein off-Topic.
    3V Knopfzellen sind Lithiumbatterien und nicht selten oder teuer.

    Allerdings muss ich meine Aussage über die Häufigkeit des Lithium zurücknehmen, es ist natürlich bei weitem nicht eines der häufigsten Elemente. Da es jedoch in der Größenordnung von Kupfer vorhanden ist, würde ich es auch nicht als selten bezeichnen. Der Abbau mag jedoch Probleme bereiten und die Gewinnung aus Meerwasser sich noch nicht lohnen.
    Dennoch ist Lithium am Preis eines Akkus nicht so starkt beteiligt. Es sind in der etwa 100g Lithium pro kWh gespeicherter Energie nötig. Ein Laptopakku hat etwa 50Wh und enthält 5g Lithium.

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