Trên biển không có lưới điện để kết nối lại và cũng không có lề đường để tấp vào, vì vậy một con tàu mang theo lưới an toàn điện nhiều lớp của chính nó, và pin là lớp cuối cùng. Bài viết này giải thích nguyên lý hoạt động và biên dạng tải của nguồn điện phải sống sót qua sự cố mất điện toàn bộ (blackout), phân biệt ba nguồn riêng biệt mà SOLAS yêu cầu. Nhà máy phát chính cung cấp điện bình thường; một nguồn khẩn cấp — thường là máy phát khẩn cấp kèm một nguồn chuyển tiếp được pin đỡ — phải cấp cho các tải khẩn cấp được quy định trong 18 giờ trên tàu hàng và 36 giờ trên tàu khách theo Chương II-1 của SOLAS, bao gồm chiếu sáng khẩn cấp dọc theo các lối thoát hiểm và tại các trạm lên xuồng, đèn hàng hải và các đèn theo quy định phòng tránh va chạm, thông tin liên lạc nội bộ và thiết bị hàng hải trên tàu; và độc lập với cả nguồn chính lẫn nguồn khẩn cấp, Chương IV quy tắc 13 của SOLAS yêu cầu một hoặc nhiều nguồn năng lượng dự phòng dành riêng cho các thiết bị vô tuyến, có khả năng vận hành đồng thời máy VHF và, tùy khu vực hàng hải của tàu, thiết bị MF, MF/HF hoặc Inmarsat/vệ tinh cho các liên lạc báo nạn, khẩn cấp và an toàn khi cả hai nguồn kia hỏng — chính là bộ pin dự phòng GMDSS kinh điển, với thời gian hoạt động tối thiểu tính bằng giờ và được cấu hình theo hướng dẫn của IMO (các nghị quyết A.694(17) và A.702(17)) cùng quy định của quốc gia treo cờ như 47 CFR 80 tiểu phần W của Mỹ. Bài viết xây dựng biên dạng tải của từng lớp: đêm dài, tải thấp của chiếu sáng khẩn cấp và hàng hải; giờ vô tuyến báo nạn ngắn nhưng giá trị cao; và nguồn chuyển tiếp bắc cầu cho quá trình khởi động máy phát. Bài viết chính xác về phạm vi: các máy VHF hai chiều cầm tay mang trên phương tiện cứu sinh bắt buộc (với thiết bị lắp đặt sau ngày 23 tháng 11 năm 1996) phải dùng pin sơ cấp, một quy tắc mà các tế bào sạc lại được kín không thể thay thế — nhưng nickel-kim loại hydrua kín có vai trò hợp pháp và đang tăng trong các mô-đun dự phòng lắp trên tàu, chiếu sáng khẩn cấp LED, các nguồn chuyển tiếp và thiết bị sạc lại được trên tàu, nơi kết cấu kín, khả năng giữ điện lâu và việc không phải châm thêm axit cũng như gánh nặng thông hơi khí trở nên quý giá.
SOLAS phân tách các nguồn theo chức năng và theo tính độc lập để một sự cố hỏa hoạn hoặc ngập nước đơn lẻ không thể lấy đi toàn bộ điện năng. Nguồn khẩn cấp theo Chương II-1, với bảng điện khẩn cấp được tách biệt về mặt vật lý khỏi buồng máy chính, cấp cho các tải khẩn cấp trong 18 giờ (tàu hàng) hoặc 36 giờ (tàu khách); một nguồn chuyển tiếp, thường là pin, cấp trong những phút đầu tiên cho các tải mà máy phát khẩn cấp không thể tiếp nhận tức thì.
Một cách độc lập, Chương IV quy tắc 13 yêu cầu một nguồn năng lượng dự phòng cho vô tuyến hoạt động ngay cả khi mất cả điện chính lẫn điện khẩn cấp, bởi vì liên lạc báo nạn không được phụ thuộc vào cùng các hệ thống dễ gặp sự cố. Hình ảnh động đầu tiên phác họa các lớp này và thời gian hoạt động của chúng. Tính độc lập này là khái niệm then chốt để chọn pin: nguồn dự phòng vô tuyến không phải là một nhánh rẽ từ bảng điện khẩn cấp, mà là một nguồn chuyên dụng, tự động đấu vào, được định cỡ chỉ riêng cho tải vô tuyến.
Bảng điện khẩn cấp cấp cho một danh sách được quy định: chiếu sáng khẩn cấp dọc lối thoát hiểm, trong các hành lang, cầu thang, lối ra và tại các trạm lên tàu và trạm phương tiện cứu sinh; đèn hàng hải và các đèn khác theo Quy tắc Quốc tế về Phòng tránh Va chạm trên Biển; thiết bị thông tin liên lạc nội bộ, thiết bị hàng hải trên tàu và một số nguồn cấp cho đài lái và buồng hải đồ cần thiết trong tình huống khẩn cấp; cùng các mạch phát hiện cháy, báo động và một số bơm cùng mạch điều khiển. Tải tương đối ổn định và thấp so với động lực đẩy nhưng phải được duy trì trong trọn vẹn 18/36 giờ.
Việc chuyển sang chiếu sáng LED đã giảm đáng kể năng lượng này, khiến các mô-đun dự phòng pin nhỏ gọn trở nên mạnh hơn và củng cố lập trường cho các hóa học pin kín trong các bộ đèn khẩn cấp phân tán và các khối dự phòng cục bộ. Biên dạng về cơ bản là một quá trình phóng điện dài, phẳng, dòng thấp với các đỉnh nhỏ do bật tắt đèn, bảng báo động và bấm máy vô tuyến — một chế độ làm việc tưởng thưởng cho khả năng giữ năng lượng cao và điện áp ổn định hơn là công suất đỉnh cao.
Nguồn dự phòng theo Chương IV/13 phải đồng thời cấp cho thiết bị VHF và trạm mặt đất MF, MF/HF hoặc vệ tinh phù hợp với khu vực hàng hải cho lưu lượng báo nạn, khẩn cấp và an toàn, và phải sạc các pin cuối riêng của máy vô tuyến khi được yêu cầu. Thời gian hoạt động được quy định bởi công ước và việc triển khai của quốc gia treo cờ (thường là tối thiểu một giờ cho tải vô tuyến đã định, với yêu cầu dài hơn trong một số cấu hình và đối với tàu không có máy phát khẩn cấp); nguồn phải độc lập, tự động đấu vào khi mất các nguồn cấp khác và được bảo vệ chống việc sử dụng trái phép cho các tải không phải vô tuyến.
Tải vô tuyến là ngắt quãng: các máy thu và việc trực canh tiêu thụ một mức nền khiêm tốn, trong khi việc bấm phát tạo ra các đỉnh dòng cao ngắn ở VHF (156 MHz) và đặc biệt là MF/HF. Bộ pin dự phòng được định cỡ cho cấu hình vô tuyến đồng thời xấu nhất ở điện áp danh định (thường là 24 V), được giữ đầy điện và cách ly với các tải khác. Hướng dẫn của IMO và quy định phân cấp chi phối việc tính dung lượng, bố trí sạc, vị trí lắp đặt cũng như các cảnh báo điện thấp và hỏng hóc chứng minh nó luôn sẵn sàng.
Vì máy phát khẩn cấp cần thời gian để khởi động và hòa vào mạng, SOLAS yêu cầu một nguồn chuyển tiếp bao phủ những phút tức thì — cấp cho chiếu sáng và điều khiển tới hạn không thể chờ đợi, và trong một số bố trí còn góp phần khởi động máy phát một cách đáng tin cậy. Các bộ pin này đảm nhận một nhiệm vụ ngắn, toàn vẹn cao: sẵn sàng tức thì sau thời gian nhàn rỗi dài, hỗ trợ vài phút, rồi được sạc lại; chúng thường đặt gần bảng điện khẩn cấp và phải khởi động động cơ hoặc cấp cho biến tần mà không do dự trong một không gian lạnh, nóng hoặc ẩm sát buồng máy.
Hình ảnh động thứ hai đối chiếu ba thang thời gian — vài giây chuyển tiếp, giờ vô tuyến báo nạn và đêm khẩn cấp 18/36 giờ. Mỗi thang đặt ra một yêu cầu khác nhau: dòng đỉnh và sự sẵn sàng tức thì cho chuyển tiếp, điện áp sạch ổn định cho giờ vô tuyến, cùng dung lượng bền bỉ và khả năng giữ điện cho tải khẩn cấp dài.
Pin trên tàu đối mặt với rung động và va đập liên tục từ động cơ và sóng, sự lắc ngang và lắc dọc (thiết bị phải hoạt động ở các góc nghiêng ngang và chúi dọc đã định), độ ẩm cao và không khí mặn ăn mòn, cùng dải nhiệt độ rộng. Các tiêu chuẩn lắp đặt điện hàng hải thuộc bộ IEC 60092, tiêu chuẩn tương thích điện từ IEC 60533 cho tàu và IEC 60945 cho thiết bị hàng hải và vô tuyến hàng hải (bảo vệ môi trường và EMC) tạo khung cho thiết kế và môi trường thử nghiệm; thiết bị mang dấu bánh lái (wheel mark) được phê duyệt theo Chỉ thị Thiết bị Hàng hải của EU (MED, Chỉ thị 2014/90/EU).
Các cụm pin khẩn cấp và dự phòng vô tuyến lớn truyền thống là axit-chì hở hoặc nickel-cadmium, kéo theo phòng hoặc tủ pin chuyên dụng, thông gió cưỡng bức cho hydro thoát ra, kết cấu chống ăn mòn, bảo dưỡng điện phân và bể chống tràn. Các mô-đun NiMH kín loại bỏ việc châm nước, điện phân tự do và phần lớn gánh nặng thông hơi khí, đồng thời chịu tốt chế độ dự phòng nông và rung động, khiến chúng hấp dẫn cho các ứng dụng dự phòng phân tán và nhỏ hơn — tùy thuộc phạm vi phê duyệt kiểu được thảo luận trong bài viết về chứng nhận.
NiMH kín là ứng viên mạnh cho các ứng dụng lắp trên tàu: các mô-đun dự phòng chuyển tiếp và cục bộ, các khối pin dự phòng vô tuyến GMDSS kín nơi được quốc gia treo cờ và tổ chức phân cấp chấp nhận, chiếu sáng khẩn cấp LED dùng pin và các bộ đèn lối thoát hiểm, đỡ điện cho đài lái và báo động, cùng thiết bị sạc lại được trên tàu. Khả năng giữ điện lâu khi lưu kho phù hợp với một nguồn có thể không bao giờ được dùng nhưng phải sẵn sàng tức thì, còn kết cấu kín, không cadmi của nó đơn giản hóa việc lắp đặt và bảo trì trên một con tàu có thủy thủ đoàn.
Điều cốt yếu là phải chính xác về ranh giới: SOLAS và các tiêu chuẩn hiệu năng GMDSS yêu cầu các điện đàm VHF hai chiều của phương tiện cứu sinh (thiết bị lắp sau ngày 23 tháng 11 năm 1996) phải được cấp bằng pin sơ cấp, và các bộ máy cũ lắp pin sạc lại cũng phải mang theo pin sơ cấp dự phòng có hạn lưu kho ít nhất hai năm; các EPIRB và một số đèn cứu sinh cũng là thiết bị dùng pin sơ cấp với thời gian chờ nhiều năm. NiMH không thay thế các pin sơ cấp bắt buộc đó. Bài viết tiếp theo sẽ định cỡ các ứng dụng dự phòng hợp pháp trên tàu và so sánh các hóa học pin với các yêu cầu SOLAS/IEC.
Weijiang Power thiết kế và sản xuất các tế bào nickel-kim loại hydrua kín cùng các bộ pack công nghiệp tương thích cho thiết bị ở xa, không nối lưới và liên quan đến an toàn, đồng thời hỗ trợ các đối tác OEM bằng hồ sơ hiệu năng IEC 61951-2, bằng chứng an toàn IEC 62133-2, đặc tả tải xung, thử nghiệm trên dải nhiệt độ rộng và đồng kiểm chứng bộ sạc/pack. Hãy cho chúng tôi biết chu trình làm việc, dòng đỉnh, dải nhiệt độ, mục tiêu thời gian tự chủ và các tiêu chuẩn sản phẩm của bạn phải đáp ứng; các kỹ sư của chúng tôi sẽ chỉ định một tổ hợp tế bào và pack bảo vệ thời gian chạy, độ tin cậy và tuổi thọ. Xem toàn bộ danh mục trên trang sản phẩm.
