Energiemanagement: SIMARINE-Batteriemonitor (Erfahrungsbericht)

Beim Energiemanagement ist es wichtig, alle relevanten Informationen zu kennen

Auf modernen Yachten können wir den liebgewonnenen Komfort von zu Hause mittlerweile im nahezu gleichen Umfang genießen. Die Basis dafür bietet zu einem nicht unerheblichen Teil das Energiemanagement. Die Kunst dabei ist es, das Energiemanagement im Griff zu haben. Dazu gehört maßgeblich, dass wir unsere Energie-Zuflüsse und -Abflüsse kennen und gegebenenfalls auf eine Unterversorgung reagieren können. Hierbei hilft eine übersichtliche Darstellung der Leistungsdaten von Energie-Verbrauchern, Energie-Lieferanten und deren Funktionalität.

Interessant ist in dem Zusammenhang, dass die Mitarbeiter des noch recht jungen slowenischen Unternehmens SIMARINE ein System entwickelt haben, bei dem die Daten diverser Energie-Verbraucher, Energie-Lieferanten und Energie-Speicher sehr übersichtlich auf einen Blick zu erfassen sind – in Farbe und mit einem ansprechenden Design. Mehr noch: Es ist sogar ein Barograph in das Display integriert (sonst ein separater, kostspieliger Ausrüstungsgegenstand) und die Weitergabe der Daten über eine NMEA2000-Schnittstelle an Plotter und Multifunktionsdisplays (MFD) ist auch möglich.

Das hat mich neugierig gemacht. Ich habe den Hersteller kontaktiert und das System auf etwa 1.000 Seemeilen zwischen Portugal und den Balearen ausprobiert.

Die verschiedenen Module beim System von SIMARINE

Für Batterien stehen die typischen Werte zur Verfügung, wie Batteriefüllstand in Prozent oder als Angabe in Amperestunden (Ah), aktueller Stromverbrauch/-ladung, Batterietemperatur/-spannung und Dauer, bis die Batterie bei derzeitigem Energieverbrauch leer ist.

Außerdem können weitere Messmodule angeschlossen werden, um die Stromflüsse im Detail weiter zu durchleuchten. Jeder weitere Wert kann individuell benannt werden – beispielsweise Solarmodule, Windgenerator oder Lichtmaschine. So kann der Nutzer eine für ihn und die Crew verständliche Benennung wählen und es ist schnell ersichtlich, woher die Energie stammt. Es können aber auch Verbraucher gemessen werden – beispielsweise der Kühlschrank, der Autopilot oder der Wassermacher. Maximal können sechs Batteriebänke und 20 (!) Energie-Lieferanten oder Verbraucher erfasst werden.

Zu guter Letzt verfügt das Display über ein WLAN-Modul. Dadurch kann es direkt mit einem Smartphone, einem Tablet oder dem schiffsinternen WLAN verbunden werden. Über eine kostenfreie App können die Systemkomponenten konfiguriert und die Daten zur Energie abgefragt werden. Zudem werden Systemupdates über die App eingespielt. Alle Einstellungen können als Profil gespeichert werden.

Der Aufbau des Monitorings von Simarine

Das Herzstück bildet beim SIMARINE-System das Display, das es als Einbau- oder Aufbauvariante wahlweise in Schwarz oder Silber gibt. Es kann im Spannungsbereich zwischen 6 und 35 Volt betrieben werden. Für Systeme mit 48 Volt, wie sie beispielsweise bei der Verwendung von E-Motoren vorkommen können, bietet SIMARINE einem Spannungsadapter an.

Das Display hat einen integrierten Prozessor und über ein Kabel sind die Stromversorgung und ein Hub verbunden. Am Hub werden die einzelnen Komponenten vernetzt. Es handelt sich dabei um einen eigenen Bus, der sich SICOM nennt. Je nach Anordnung der einzelnen Module können die Busleitungen in Reihe oder sternförmig verlegt werden. Das ist möglich, da jedes Modul über zwei SICOM-Anschlüsse verfügt.

Als Mess-Module werden sogenannte Shunts eingesetzt. Ein Shunt ist ein Messwiderstand, der den Stromdurchfluss zählt. Es gibt Einzelshunts für Ströme bis 500 Ampere bei einer Spannung von 12 Volt sowie Multishunts, die bis zu vier Leitungen überwachen können (jeweils bis zu einem Strom von 25 Ampere). Bemerkenswert ist, dass die Polung egal ist, da alle Messwerte über die Software umgedreht werden können.

Außerdem gibt es ein Tank-Modul, um den Füllstand verschiedener Tanks zu messen (Trinkwasser, Grauwasser, Kraftstoff etc.), und ein Modul, das die NMEA2000-Schnittstelle bereitstellt.

Messung der Batteriewerte (Energie-Speicher)

Eine wichtige Information, die an Bord benötigt wird, ist der Füllstand der Motorbatterie und der Bordnetzbatterie(bank). Um den Zustand einer Batterie zu beurteilen, reicht es bekanntlich nicht aus, nur die eingehenden und ausgehenden Ströme zu protokollieren, es hilft auch, die Batterie-Spannung und die Batterie-Temperatur zu kennen.

Die Shunts für die Batterieüberwachung gibt es beim System vom SIMARINE in zwei Varianten. Das Modul SC303 kann einen maximalen Strom von 300 Ampere messen und das Modul SC503 kann bis zu einem maximalen Strom von 500 Ampere eingesetzt werden. Die Shunts können softwareseitig kombiniert werden. Dadurch könnte man beispielsweise mit drei 500-Ampere-Modulen vom Typ SC503 Ströme bis 1.500 Ampere erfassen. Damit ist das System auch für Elektromotoren geeignet. Dabei geht es wohlgemerkt um den fließenden Strom und nicht um die Batteriekapazität.

Tipp: SIMARINE empfiehlt, den Shunt auf der Minus-Seite der Batterie zu installieren. Grundsätzlich funktioniert das auch auf der Plus-Seite, das wird aber nicht empfohlen.

Jedes der beiden Module verfügt zudem über je einen Temperatursensor, zwei Spannungsmesseingänge bis 75 Volt und zwei Widerstandsmesseingänge. Letztere können verwendet werden, um verschiedene Geber anzuschließen.

Auf Fahrtenyachten ist es üblich, die eingehenden und ausgehenden Ströme der Bordnetz-Batterie zu messen, da hier sehr viele Verbraucher gleichzeitig angeschlossen sind und es nicht möglich ist, den Überblick über den Gesamtkonsum zu behalten.

Für die Batterie des Motors oder des Bugstrahlruders ist eine so dezidierte Messung normalerweise nicht erforderlich. Solche Batterien werden in der Regel von den übrigen Verbrauchern getrennt betrieben und nur zum Starten des Motors oder der kurzzeitigen Nutzung des Bugstrahlruders eingesetzt. Hier reicht es für gewöhnlich aus, im Ruhezustand die Spannung zu messen, da bei solchen Batterien der Ladezustand anhand der Spannung ganz gut beurteilt werden kann. Zumindest bei bleibasierten Batterien wie Blei-Säure, AGM oder GEL ist das möglich, da hat eine geladene Batterie eine Spannung von etwa 12,8 Volt. Sinkt die Spannung unter circa 12,2 Volt, muss nachgeladen werden. Beim Starten des Motors oder beim Betrieb des Bugstrahlruders fallen die Spannungen allerdings kurzzeitig ab.

Interessant ist, dass für jeden Messwerte ein Alarm gesetzt werden kann – wahlweise auch mit einer festgelegten Verzögerung. Der Alarm kann entweder per Ton oder visuell am Display dargestellt werden. Damit könnte beispielsweise ein Spannungs-Alarm für die Motorbatterie auf 12,2 Volt mit einer verzögerten Auslösung eingestellt werden. Sinkt die Spannung beim Starten des Motors kurzeitig ab, passiert nichts. Bleibt sie hingegen längere Zeit unter der vorgesehenen Alarmgrenze, würde der Alarm ausgelöst werden. Das schont die Nerven und ist insbesondere für Blauwassersegler, die lange Strecken autark zurücklegen, ein sehr interessantes Feature.

Erwähnenswert ist auch, dass die Gesamtkapazität der Verbraucherbatteriebank bei der Darstellung auf dem Display mit einem blauen Strich unterlegt wird. Werden mehr als 50 Prozent der Kapazität entnommen, wechselt die Farbe auf Orange. Bleiben weniger als 20 Prozent der vorgegebenen Kapazität nach, färbt sich der Strich sogar Rot. So kann jedes Crewmitglied unkompliziert den Füllstand der Batterien beurteilen, ohne dass es einer umfangreichen Einweisung bedarf.

Messung der Energie-Lieferanten und -Verbraucher

Blauwasserseglern ist die reine Darstellung des Batteriezustandes oft nicht ausreichend. Sie wollen ihre Energieversorgung managen. Dabei können die Multishunts SCQ25/50 helfen, da mit ihnen die Ströme einzelner Energie-Lieferanten und -Verbraucher dargestellt werden. Der SCQ25 kann vier Ströme bis zu je 25 Ampere messen. Der größere Bruder SCQ50 kann vier Ströme bis zu 50 Ampere messen. Diese Optionen sind interessant für die Zuflüsse von Solarmodulen oder vom Windgenerator. Man kann damit aber auch den Verbrauch des Kühlschranks, des Wassermachers oder eines Inverters erfassen und so die Entnahmen der Verbraucher messen.

Praktisch: Zuflüsse werden dabei in Blau und Abflüsse in Orange dargestellt. Außerdem kann jedem Shunt eine Obergrenze zugeordnet werden. Daraus ergibt sich dann eine prozentuale Darstellung als Balken. Kann ein Solarmodul maximal 10 Ampere liefern, würde ich den Wert auf „10“ einstellen, gleichwohl der Shunt höhere Ströme messen kann. Fließen dann 5 Ampere zu (blauer Balken), sehe ich, dass das Solarmodul nur die Hälfte der maximal möglichen Ausbeute erreicht. Ich finde, so kann man schnell erfassen, wie sich die Lage darstellt.

Messung der Füllstände von Tanks

Für die Messung von Tankfüllständen kommt das Tankmodul ST107 ins Spiel. Maximal 14 (!) Tanks können erfasst werden. Die Tankanzeige wird als Balkendiagramm mit den Einheiten Liter oder Gallone dargestellt. Jeder Tank kann individuell benannt werden.

Für die Messung der Füllstände können mit dem Tankmodul ST107 bis zu drei Spannungen und vier Widerstände gemessen werden. Die Spannungen dürfen zwischen 0 und 75 Volt liegen, die Widerstände zwischen 0 und 65 Kiloohm.

Das erlaubt eine Kompatibilität mit rund 98 Prozent der auf Yachten verbauten Tanksensoren. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass es zu keinem erfahrungsgemäß aufwendigen Geber-Wechsel kommt, wenn mit dem System vom SIMARINE auch die Füllstände von Tanks erfasst werden sollen.

Hinweis: Vorhandene, analoge Tankanzeigen können nicht parallel weiter betrieben werden. Es ist nur eine Anzeige möglich. Allerdings können die Füllstände der Tanks mittels des NMEA-2000 Moduls SN01 parallel auf einem modernen Plotter dargestellt werden.

Genau genommen ist die Bezeichnung „Tankmodul“ etwas unsauber. Wenn wir uns vor Augen führen, dass das Modul technisch gesehen Spannungen oder Widerstände misst und diese optisch in einen Füllstand umgewandelt werden, ergeben sich noch weitere Möglichkeiten. Beispielsweise geben Temperaturgeber eine Spannung aus. So könnte man auf die Idee kommen, die Temperatur im Kühlschrank oder Motorraum zu messen.

Eine weitere Besonderheit des Tankmoduls sind die 10 möglichen Kalibrierungspunkte für jeden Tank. Die meisten Tankgeber verändern den Widerstand mittels eines Schwimmers. Liegt dieser beispielsweise zwischen 0 und 200 Ohm, wird der Füllstand linear zugeordnet – also 0 Ohm = 200 Liter und 200 Ohm = 0 Liter. Zwischen diesen Werten wird proportional gemessen – 100 Ohm = 100 Liter. Aber gerade auf Segelyachten gibt es spezielle Tankformen – beispielsweise werden Tanks im Kiel nach unten hin enger. Über die zehn Kalibrierungspunkte kann diesem Umstand recht genau begegnet werden.

Relais-Schaltung mit SIMARINE-Modulen

Die Multishunts SCQ25 und SCQ50 sowie das Tankmodule ST107 verfügen zusätzlich über je einen potentialfreien Ausgang NC (Normal geschlossen) und NO (Normal offen). Diese können zur Ansteuerung eines externen Relais verwendet werden. Ein Relais ist vereinfacht gesagt ein fernbedienbarer Schalter, der hohe Ströme schalten kann. Ein- oder ausgeschaltet wird es dabei über den potentialfreien Ausgang. Damit könnte beispielsweise bei einem zu geringen Füllstand der Batterie automatisch der Generator gestartet werden.

Fazit

Das Monitoring-System von SIMARINE ist sehr durchdacht, umfangreich und vielseitig kombinierbar. Aufgrund der modularen Komponenten kann es recht unkompliziert aufgebaut und bei Bedarf erweitert werden. Neue Komponenten werden automatisch vom System erkannt.

Unterm Strich habe ich es nicht bereut, das System auf dem eingangs erwähnten Törn von Portugal in das Mittelmeer getestet zu haben. Genau genommen haben mich die Durchdachtheit und die Übersichtlichkeit der Darstellung so sehr begeistert, dass das System an Bord bleibt und nicht wie ursprünglich gedacht an den Hersteller zurückgeht. 🙂