Auf See gibt es kein Netz, an das man sich wieder anschließen könnte, und keinen Seitenstreifen, auf den man ausweichen kann; deshalb trägt ein Schiff sein eigenes, mehrschichtiges elektrisches Sicherheitsnetz, und die Batterien bilden die letzte Schicht. Dieser Beitrag erläutert Funktionsprinzip und Lastprofil der Stromversorgung, die einen Totalausfall (Blackout) überstehen muss, und unterscheidet die drei voneinander unabhängigen Quellen, die SOLAS fordert. Die Hauptmaschinenanlage liefert den Normalstrom; eine Notstromquelle – üblicherweise ein Notgenerator mit einer batteriegestützten Übergangsquelle – muss nach SOLAS-Kapitel II-1 die festgelegten Notlasten 18 Stunden auf einem Frachtschiff und 36 Stunden auf einem Fahrgastschiff speisen, einschließlich der Notbeleuchtung auf den Fluchtwegen und an den Sammelplätzen, der Navigationslichter und der nach den Kollisionsverhütungsvorschriften geforderten Lichter, der inneren Kommunikation und der schiffseigenen Navigationsausrüstung; und unabhängig von Haupt- und Notstromquelle fordert SOLAS-Kapitel IV, Regel 13, eine eigene Reservequelle (oder mehrere) ausschließlich für die Funkanlagen, die in der Lage ist, gleichzeitig das UKW-Funkgerät und – entsprechend dem Seegebiet des Schiffs – die Grenzwelle-, Grenz-/Kurzwelle- oder Inmarsat-/Satellitenausrüstung für Not-, Dringlichkeits- und Sicherheitsverkehr zu betreiben, wenn beide anderen Quellen ausgefallen sind – die klassische GMDSS-Reservebatterie, mit einer in Stunden ausgedrückten Mindestbetriebsdauer, ausgelegt nach den IMO-Richtlinien (Entschließungen A.694(17) und A.702(17)) und den Regeln des Flaggenstaats wie etwa US 47 CFR 80 Unterabschnitt W. Der Beitrag entwickelt das Lastprofil jeder Schicht: die lange, niedrige Notbeleuchtungs- und Navigationsnacht; die kurze, hochwertige Funk-Notfallstunde; und die Übergangsquelle, die den Start des Generators überbrückt. Er ist beim Anwendungsbereich präzise: Die in Überlebensfahrzeugen mitgeführten handlichen UKW-Gegensprechfunkgeräte müssen (für nach dem 23. November 1996 eingebaute Geräte) zwingend mit Primärbatterien betrieben werden – eine Regel, die versiegelte wiederaufladbare Zellen nicht ersetzen können; doch versiegeltes Nickel-Metallhydrid hat einen berechtigten und wachsenden Platz in fest installierten Reservemodulen an Bord, in LED-Notbeleuchtung, in Übergangsquellen und in wiederaufladbarer Bordsausrüstung, wo seine versiegelte Bauweise, die geringe Selbstentladung sowie der Verzicht auf Säurewartung und Gasabzug von Vorteil sind.
SOLAS trennt die Quellen nach Funktion und nach Unabhängigkeit, damit ein einzelnes Brand- oder Flutungsereignis nicht die gesamte Stromversorgung beseitigen kann. Die Notstromquelle nach Kapitel II-1 mit ihrem vom Hauptmaschinenraum räumlich getrennten Notschalttafel speist die Notlasten 18 Stunden (Fracht) bzw. 36 Stunden (Fahrgast); eine Übergangsquelle, üblicherweise Batterien, versorgt in den ersten Minuten die Lasten, die der Notgenerator nicht sofort übernehmen kann.
Unabhängig davon fordert Kapitel IV, Regel 13, eine Reserveenergiequelle für den Funk, die selbst dann funktioniert, wenn sowohl Haupt- als auch Notstrom ausgefallen sind, weil der Notverkehr nicht von denselben ausfallgefährdeten Systemen abhängen darf. Die erste animierte Abbildung stellt diese Schichten und ihre Betriebsdauern dar. Diese Unabhängigkeit ist das zentrale Konzept für die Batterieauswahl: Die Funkreserve ist kein Abzweig von der Not-Schalttafel, sondern eine eigene, automatisch zugeschaltete Quelle, die allein auf die Funklast dimensioniert ist.
Die Notschalttafel speist eine festgelegte Liste: Notbeleuchtung auf Fluchtwegen, in Gängen, Treppenschächten und an Ausgängen sowie an Sammel- und Überlebensfahrzeugplätzen; die Navigationslichter und weitere nach den Internationalen Regeln zur Verhütung von Zusammenstößen auf See geforderte Lichter; die interne Kommunikationsausrüstung, die schiffseigene Navigationsausrüstung und bestimmte Brücken- und Kartenraumspeisungen, die im Notfall benötigt werden; sowie Brandmelde-, Alarm- und ausgewählte Pumpen- und Steuerstromkreise. Die Last ist im Vergleich zum Antrieb relativ gleichmäßig und niedrig, muss aber über die vollen 18/36 Stunden aufrechterhalten werden.
Der Übergang zur LED-Beleuchtung hat diesen Energiebedarf deutlich gesenkt; kompakte Batterie-Reservemodule werden dadurch leistungsfähiger, und versiegelte Chemien in verteilten Notleuchten und lokalen Reservepaketen gewinnen an Attraktivität. Das Profil ist im Wesentlichen eine lange, flache, stromschwache Entladung mit kleinen Spitzen durch Lampenschaltungen, Alarmpaneele und Funkgetaste – eine Aufgabe, die eher hohe Ladungserhaltung und eine stabile Spannung belohnt als hohe Spitzenleistung.
Die Reservequelle nach Kapitel IV/13 muss gleichzeitig die UKW-Anlage und die dem Seegebiet entsprechende Grenzwelle-, Grenz-/Kurzwelle- oder Satelliten-Erdfunkstelle für Not-, Dringlichkeits- und Sicherheitsverkehr speisen und, wo gefordert, die eigenen Endbatterien der Funkanlage laden. Die Betriebsdauer ist durch Regelwerk und Umsetzung des Flaggenstaats festgelegt (üblicherweise mindestens eine Stunde für die definierte Funklast, mit längeren Anforderungen in bestimmten Konfigurationen und für Schiffe ohne Notgenerator); die Quelle muss unabhängig sein, bei Ausfall anderer Versorgungen automatisch zugeschaltet werden und gegen unbefugte Nutzung für nicht-funkbezogene Lasten geschützt sein.
Die Funklast ist intermittierend: Empfänger und Wachbetrieb ziehen eine bescheidene Grundlast, während das Tasten des Senders kurze stromstarke Spitzen auf UKW (156 MHz) und insbesondere auf Grenz-/Kurzwelle erzeugt. Die Reservebatterie wird auf die gleichzeitig betriebene ungünstigste Funkkonfiguration bei Nennspannung (üblicherweise 24 V) dimensioniert, voll geladen gehalten und von anderen Lasten getrennt. IMO-Richtlinien und Klassenvorschriften regeln Kapazitätsberechnung, Ladeanordnung, Aufstellung sowie die Tieflade- und Ausfallalarme, die nachweisen, dass sie stets einsatzbereit ist.
Weil ein Notgenerator Zeit zum Anlaufen und Hochfahren braucht, fordert SOLAS eine Übergangsquelle für die unmittelbaren ersten Minuten – sie versorgt kritische Beleuchtung und Steuerungen, die nicht warten können, und trägt in manchen Anordnungen zum zuverlässigen Start des Generators bei. Diese Batterien sehen eine kurze, hochzuverlässige Aufgabe: sofortige Verfügbarkeit nach langer Ruhe, einige Minuten Unterstützung, dann Wiederaufladung; sie stehen oft nahe der Notschalttafel und müssen den Motor starten oder den Wechselrichter ohne Zögern speisen – in einem kalten, heißen oder feuchten, maschinenraumnahen Raum.
Die zweite animierte Abbildung stellt die drei Zeitskalen einander gegenüber: Sekunden des Übergangs, die Funk-Notfallstunde und die 18/36-stündige Notnacht. Jede stellt eine andere Anforderung: Spitzenstrom und sofortige Bereitschaft für den Übergang, saubere stabile Spannung für die Funkstunde sowie anhaltende Kapazität und Ladungserhaltung für die lange Notlast.
Batterien an Bord sind dauerndem Vibrations- und Stoßpegel durch Motoren und Seegang, Rollen und Stampfen (Geräte müssen bei festgelegten Krängungs- und Trimmwinkeln funktionieren), hoher Luftfeuchtigkeit und salzhaltiger, korrosiver Luft sowie weiten Temperaturbereichen ausgesetzt. Die Normen der Reihe IEC 60092 für elektrische Schiffsausrüstung, die EMV-Norm IEC 60533 für Schiffe und IEC 60945 für maritime Navigations- und Funkausrüstung (Schutzart und EMV) bilden den Rahmen für Konstruktion und Prüfumgebung; Geräte mit Steuerrad-Kennzeichnung (Wheel Mark) werden nach der EU-Schiffsausrüstungsrichtlinie (Marine Equipment Directive, Richtlinie 2014/90/EU) zugelassen.
Herkömmliche große Not- und Funkreservebänke sind geflutete Blei-Säure- oder Nickel-Cadmium-Batterien, was eigene Batterieräume oder -schränke, Zwangsbelüftung für entwickelten Wasserstoff, korrosionsfeste Bauweise, Elektrolyt-Wartung und Auffangwannen bedeutet. Versiegelte NiMH-Module beseitigen das Nachfüllen, freien Elektrolyt und einen Großteil der Gasabzugslast und vertragen die flache Reserveaufgabe und die Vibration gut; das macht sie für verteilte und kleinere Reserveanwendungen attraktiv – vorbehaltlich des Typzulassungsrahmens, der im Zertifizierungsbeitrag behandelt wird.
Versiegeltes NiMH ist ein starker Kandidat für fest installierte Anwendungen an Bord: Übergangs- und lokale Reservemodule, versiegelte GMDSS-Funkreservepakete, sofern von Flaggenstaat und Klassifikationsgesellschaft akzeptiert, batteriegestützte LED-Notbeleuchtung und Fluchtwegleuchten, Brücken- und Alarmpufferung sowie wiederaufladbare Bordsausrüstung. Seine lange Ladungserhaltung im Ruhezustand passt zu einer Quelle, die möglicherweise nie genutzt wird, aber sofort bereitstehen muss, und die versiegelte, cadmiumfreie Bauweise vereinfacht Installation und Wartung auf einem bemannten Schiff.
Es ist wesentlich, die Grenze präzise zu ziehen: SOLAS und die GMDSS-Leistungsnormen schreiben für die UKW-Gegensprechfunkgeräte in Überlebensfahrzeugen (nach dem 23. November 1996 eingebaute Geräte) Primärbatterien vor; ältere, mit wiederaufladbaren Zellen ausgerüstete Geräte müssen zusätzlich eine Primärreserve mit mindestens zwei Jahren Lagerfähigkeit mitführen; EPIRBs und manche Überlebenslichter sind ebenfalls Primärbatterie-Geräte mit mehrjähriger Bereitschaft. NiMH ersetzt diese vorgeschriebenen Primärbatterien nicht. Der nächste Beitrag dimensioniert die berechtigten Bord-Reserveanwendungen und vergleicht die Chemien vor dem Hintergrund der SOLAS/IEC-Anforderungen.
Weijiang Power entwickelt und fertigt versiegelte Nickel-Metallhydrid-Zellen und darauf abgestimmte Industriepacks für entlegene, netzunabhängige und sicherheitsrelevante Geräte und unterstützt OEM-Partner mit IEC 61951-2-Leistungsdaten, IEC 62133-2-Sicherheitsnachweisen, Pulslast-Charakterisierung, Prüfungen über weite Temperaturbereiche sowie der gemeinsamen Validierung von Ladegerät und Pack. Nennen Sie uns Lastspiel, Spitzenstrom, Temperaturbereich, Autonomieziel und die Normen, die Ihr Produkt erfüllen muss; unsere Ingenieure legen eine Zellen-Pack-Kombination fest, die Laufzeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer sichert. Die Produktpalette finden Sie auf der Produktseite.
