(See) U-Boot Klasse 212 CD (Common Design)

[Kos]

Okay, wirkt erstmal simpler als gedacht. Aber ist es denn nicht so, dass die Batterien trotzdem Netzschwankungen abpuffern, indem sie Überproduktion der Diesel oder Brennstoffzellen aufnehmen und bei erhöhter Last abgeben?

Soweit ich weiss ja. Die Brennstoffzellen sind nicht in der Lage genug Energie für das UBoot zu produzieren wenn dieses viel Energie braucht. Interessant zu wissen wäre wann das genau passiert, also bei welcher Fahrtgeschwindigkeit die Brennstoffzellen nicht mehr ausreichen und Energie aus den Batterien entnommen werden muss.

[Pmichael]

So würd ich das nicht sehen. Die Brennstoffzelle erhöht lediglich die Tauchzeit. Nicht die Reichweite des Bootes selbst, ganz im Gegenteil. Würde man die Brennstoffzelle rauswerfen und dafür ohne Ende Diesel mitführen und die Batterien vergrößern, könnte das Boot viel länger & weiter unterwegs sein. Allerdings eben nicht so lange am Stück tauchen. Die Betonung liegt auf am Stück! Mit Diesel kannst du die Batterien ja immer und immer wieder aufladen… und so während einer Feindfahrt wohl sogar mehr Zeit Unterwasser verbringen als ein Boot mit Brennstoffzelle, nur eben nicht so lange Stück.

Hier gehts um die Energiedichte von Wasserstoff, Diesel und Batterie.

Was eher theoretischer Natur ist, die U212A hat ja bereits auf eine der ersten Fahrten gezeigt, dass sie so ziemlich die Hälfte ihrer vierwöchigen Einsatzzeit ohne Schnorcheln unter Wasser verbringen kann, was durchaus heißt, dass sie auf typische Fahrten im Einsatzgebiet auf irgendwelche Aufladespielchen verzichten kann.

[Jason77]

Wodurch er die hier gestellte Aufgabe alles in allem effizienter erfüllt.
Okay, wirkt erstmal simpler als gedacht. Aber ist es denn nicht so, dass die Batterien trotzdem Netzschwankungen abpuffern, indem sie Überproduktion der Diesel oder Brennstoffzellen aufnehmen und bei erhöhter Last abgeben?
Dann wäre der Unterschied ja lediglich die Verkabelung, was vom Prinzip her doch keinen relevanten Unterschied ausmacht.
Wodurch die 212er eben besonders für langen Aufenthalt in einem definierten Einsatzgebiet prädestiniert sind, während Dieselboote sich eher für die Abdeckung eines größeren Areals eignen.

Ja wenn man Effizienz nicht mit den technischen Wirkungsgrad gleichsetzt hast du sogar recht.
Und ja die Batterie dient natürlich als Puffer bei Sprüngen im Netz. „Wie relevant“ der Unterschied bei der Verkabelung ist, ist relativ würd ich sagen. Je nachdem wie tief man es betrachtet riesig bis minimal.

Was nun wirklich „besser“ ist, hängt vom Missionsprofil ab. Länger tauchen ist natürlich eine der essentiellen Eigenschaften für Uboot. Wenn man nicht gerade bis in die Karibik will, oder mehrere Monate auf See bleiben will, sollte ein Boot mit Brennstoffzelle für die meisten Missionen besser geeignet sein.

[alphall31]

Also ist die Batterie eher als USV zu sehen wenn ich das richtig verstanden hab

[spooky]

Die Fahrbatterie ist schon etwas mehr als nur eine USV, denn nur diese ist am Ende ja ausreichend leistungsstark um Geschwindigkeiten größer als 4 bis 8 kn zu erreichen. AIP ist nur etwas für die Nichtantriebsverbraucher (Hotelload) und kleine Fahrstufen.
Je nach Nutzungsprofil kann es bei LiIonen-Batterien schon interessant sein auf AIP zu verzichten und stattdessen auf größere Batterien und stärkere Generatoren zu setzen. Neben der höheren Energiekapazität lassen sich LIBs ja auch schneller wieder aufladen als die alten Akkus. Für Japan kann das interessant sein, für Deutschland bleibt die Brennstoffzelle (aber auch da in Verbindung mit modernen Akkus) in meinen Augen aber erste Wahl.

P.S.: Zu einem "Rekord" also konkret dem genannten des U212 gehört ja immer auch jemand der das ganze publik macht. Grundsätzlich ist das Argument pro AIP zwar OK aber es sagt wenig über die Leistungsfähigkeit moderner AIP-SSKs untereinander aus.

[Jason77]

Die Fahrbatterie ist schon etwas mehr als nur eine USV, denn nur diese ist am Ende ja ausreichend leistungsstark um Geschwindigkeiten größer als 4 bis 8 kn zu erreichen. AIP ist nur etwas für die Nichtantriebsverbraucher (Hotelload) und kleine Fahrstufen.
Je nach Nutzungsprofil kann es bei LiIonen-Batterien schon interessant sein auf AIP zu verzichten und stattdessen auf größere Batterien und stärkere Generatoren zu setzen. Neben der höheren Energiekapazität lassen sich LIBs ja auch schneller wieder aufladen als die alten Akkus. Für Japan kann das interessant sein, für Deutschland bleibt die Brennstoffzelle (aber auch da in Verbindung mit modernen Akkus) in meinen Augen aber erste Wahl.

P.S.: Zu einem "Rekord" also konkret dem genannten des U212 gehört ja immer auch jemand der das ganze publik macht. Grundsätzlich ist das Argument pro AIP zwar OK aber es sagt wenig über die Leistungsfähigkeit moderner AIP-SSKs untereinander aus.

Vor allem wenn man bedenkt wie sich die Batterietechnolgie entwickelt. Die Weiterentwicklung bei Batterien nimmt wegen der E-Autos ja gerade richtig Fahrt auf, sowohl bei Kapazität als auch bei Ladegeschwindigkeit.

[Milspec_1967]

Also ist die Batterie eher als USV zu sehen wenn ich das richtig verstanden hab

Nein, sie ist bei Unterwasser Dauerfahrt DER Energie Lieferant für die E Motoren:

Zitat Wikipedia zur 212A :
https://de.wikipedia.org/wiki/Klasse_212_A#Rumpf

-->"Die Antriebsanlage erlaubt das Fahren mittels der Bleiakkumulatoren oder (aufgetaucht oder in Schnorchelfahrt nur mit dem Dieselgenerator. Die Brennstoffzelle wirkt stets nur auf die Batterien." )

Aktuelle 212A haben keine Li-IonAkkus :
--> "Zukünftig soll die Klasse 212 A ein speziell für U-Boote entwickeltes und neuartiges Lithium-Ionen-Batteriesystem erhalten. Lithium-Batterien lassen sich schneller aufladen und sind auch leistungsfähiger."

Die Brennstoffzellen Anlage erreicht 306Kw und ist bei geringer Drehzahl sehr Drehmoment effektiv:.. Sprich :
Bei geringer Cruise Geschwindigkeit erreicht man hohe Reichweite. :
-->" Die neun wassergekühlten Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellenmodule werden von Siemens hergestellt und leisten zusammen 306 KW.... []... Da der Motor im niedrigen Drehzahlbereich mehr Drehmoment abgibt als konventionelle Maschinen, erlaubt er es, einen besonders großen und effizienten Propeller zu verwenden"

[Pmichael]

Lithium bringt nur einen moderaten Zuwachs von 20% gegen Blei Akkus bei niedrigen Geschwindigkeiten. Vorteile ergeben sich bei hohen Geschwindigkeiten da reden Quellen von einem 200 bzw 300% großen Vorteil, obwohl wir weiterhin von Stunden reden wenn die Batterien Volllast haben.

[spooky]

Zitat Wikipedia zur 212A :
https://de.wikipedia.org/wiki/Klasse_212_A#Rumpf
-->"Die Antriebsanlage erlaubt das Fahren mittels der Bleiakkumulatoren oder (aufgetaucht oder in Schnorchelfahrt nur mit dem Dieselgenerator. Die Brennstoffzelle wirkt stets nur auf die Batterien." )

Nach meinem Kenntnisstand ist der Wiki-Artikel an der Stelle nicht korrekt, die Brennstoffzellen laufen in der Hauptschalttafel auf und werden auch zur Speisung der ekeltr. Verbraucher genutzt. Im Wiki wird ja auch weder ein Grund noch eine Quelle genannt.

Ich meine mich auch zu erinneren das von den 9 BZM34 ein Modul eine Ausfallreserve ist und immer nur 8 Module gleichzeitig verwendet werden.

[lime]

Nach meinem Kenntnisstand ist der Wiki-Artikel an der Stelle nicht korrekt, die Brennstoffzellen laufen in der Hauptschalttafel auf und werden auch zur Speisung der ekeltr. Verbraucher genutzt. Im Wiki wird ja auch weder ein Grund noch eine Quelle genannt.

Ich meine mich auch zu erinneren das von den 9 BZM34 ein Modul eine Ausfallreserve ist und immer nur 8 Module gleichzeitig verwendet werden.

Damit wird einfach gemeint sein, dass die BZ immer die Bleiakkus auflädt, anstatt direkt Strom an die Verbraucher zu liefern.

[Milspec_1967]

Damit wird einfach gemeint sein, dass die BZ immer die Bleiakkus auflädt, anstatt direkt Strom an die Verbraucher zu liefern.

Korrekt.
Wie bei einem voll hybrid Pkw, wo der Motor nur Strom für die Batterien liefert, diese aber dann den Pkw im E Modus antreiben (und dabei vom Motor stetig geladen werden)
Der Grund dafür ist, dass nur die Batterien gleichmäßige kontrollierte Energiec(Strom) Abgabe ermöglichen.... Bei Brennstoff Zelle oder Verbrenner (generator) direkt zum Motor müßten komplizierte Geichrichter (mit Verlusten) Schwankungen in Energie Fluss ausgleichen.
Bei Brennstoffzellen sind diese Schwankungen zwar geringer als bei Drehzahl abhängigen Motoren... Aber dennoch messbar vorhanden.

[Polyphem]

Also erstmal hat keines der 212A Boote einen Lithium Ionen Akku, bei 212CD hab ich nie gehört dass das wirklich sicher ist dass so ein Teil kommt. Die sind ja nicht gerade billig…

Dass die 212CD Li-Ion Module bekommt ist seit 2018 bekannt und auch so in der Fachpresse nachzulesen.

https://esut.de/2023/09/meldungen/44491/...ot-u212cd/

[HeiligerHai]

Ist aber tatsächlich falsch.
212CD bekommt lead acid Batterien.
Das Design ist aber darauf ausgerichtet, später auf Li-Ion umgestellt zu werden.

[spooky]

Aus "Fuel Cell Propulsion of Submarines" von Dr. Albert E. Hammerschmidt, Siemens AG:

The fuel cells show excellent dynamic behavior (Figure 3) with a capability to accept
short-term overload conditions
[...]
The fuel cells generate electricity for low speed propulsion, the operation of the electrical
equipment during silent run and for battery recharge. In case of high power demand,
e.g. for escape purposes, the lead acid batteries provide burst speed capability.
In Type 212 submarines the fuel cell stack, which consists of nine fuel cell modules, is
connected directly to the ship’s main power system. Redundancy is achieved through
an installed spare module which engages automatically in the event of a fault in any of
the installed modules.

Ergänzend dazu noch aus einer Siemens PEM Werbebroschüre:

For currents above the rated current the loading time is limited due to the insufficient heat removal at such working points. Even loads up to the double of the rated current can be applied for a short time.

Auch die zeigt in einem Schema den direkten Anschluss des BZM34 Clusters an die "boats main (main switchboard)". Bei den BZM120 wird dort übrigens ein DC/DC Wandler zwischengeschaltet wohl um die Brennstoffzellen leichter an verschiedene Systeme andocken zu können (etwa auch für refits).

Das die Brennstoffzelle nur die Batterie lädt sollte damit also wiederlegt sein. Im Rahmen gewisser Grenzen ist sie auch tolerant gegenüber Lastwechseln.

@Pmichael: Die 20% Reichweiten-Zuwachs bei langsamer Entladung ist aber auch der niedrigste Wert den ich kenne, andere Präsentationen zeigen z.B. auch 35% oder 50% bei kleiner Fahrt. Letztlich ist das natürlich auch eine Frage welche Technik genau zum Einsatz kommt und wie die Packungsdichte am Ende aussieht. Auf Grund der mit LIBs verbundenen Risiken mag gerade die Packungsdichte nicht von allen Herstellern ähnlich gehandhabt werden.

Sollten die U212 CD tatsächlich klassische Batterien erhalten wäre das in meinen Augen schon eine Enttäuschung und ein Dämpfer für den deutschen U-Boot-Bau. Die Indienststellung des ersten Bootes für die deutsche Marine ist ja erst für 2032(?) geplant.

[Milspec_1967]

Aus "Fuel Cell Propulsion of Submarines" von Dr. Albert E. Hammerschmidt, Siemens AG:
Ergänzend dazu noch aus einer Siemens PEM Werbebroschüre:
Auch die zeigt in einem Schema den direkten Anschluss des BZM34 Clusters an die "boats main (main switchboard)". Bei den BZM120 wird dort übrigens ein DC/DC Wandler zwischengeschaltet wohl um die Brennstoffzellen leichter an verschiedene Systeme andocken zu können (etwa auch für refits).

Das die Brennstoffzelle nur die Batterie lädt sollte damit also wiederlegt sein. Im Rahmen gewisser Grenzen ist sie auch tolerant gegenüber Lastwechseln.

@Pmichael: Die 20% Reichweiten-Zuwachs bei langsamer Entladung ist aber auch der niedrigste Wert den ich kenne, andere Präsentationen zeigen z.B. auch 35% oder 50% bei kleiner Fahrt. Letztlich ist das natürlich auch eine Frage welche Technik genau zum Einsatz kommt und wie die Packungsdichte am Ende aussieht. Auf Grund der mit LIBs verbundenen Risiken mag gerade die Packungsdichte nicht von allen Herstellern ähnlich gehandhabt werden.

Sollten die U212 CD tatsächlich klassische Batterien erhalten wäre das in meinen Augen schon eine Enttäuschung und ein Dämpfer für den deutschen U-Boot-Bau. Die Indienststellung des ersten Bootes für die deutsche Marine ist ja erst für 2032(?) geplant.

Li-Io Akku Technologie ist heute überall Standard... Bei Pkw ist da man noch weiter.
Ich gehe nicht davon aus, dass eine veraltete Technologie in CD212 verbaut wird.
Allerdings geht es auch um Feuer Sicherheit etc.... Ggf ist da ältere Technik im Vorteil.