Alleen voor elektroschippers… part two
Die kunnen hun accu’s niet laden door hun inboard te starten… want die hebben ze niet!
Hoe stop je een dieselgenerator?
Nou Peper, je kunt ook moeilijkheden zoeken zeg. Stoppen is meestal geen probleem, starten juist wel!
Nu komt het neer op de accu's die je gebruikt en de systeemspanning van de installatie.
Bij een systeemspanning van 12V is de eind laadspanning voor lood zwavelzuuraccu's 14,1V en voor LFP accu's 13,6V.
Bij een systeemspanning van 24V is de eind laadspanning voor lood zwavelzuuraccu's 28,2V en voor LFP accu's 27V.
Bij een systeemspanning van 48V is de eind laadspanning voor lood zwavelzuuraccu's 56,4V en voor LFP accu's 54V.
Bij het zorgvuldig in acht nemen van de eind laadspanningen voor de bijbehorende accu’s zal er bij identieke cellen geen onbalans ontstaan. De cellen kunnen dan in serie worden geladen tegelijk met de belasting door het boordnet of de elektromotor.
Heeft een dieselmotor een elektrische brandstofklep, dan is het stoppen van een dergelijke motor 'een eitje'. Stroom door het draadje onderbreken en huppa de motor stopt. De charme van een dieselmotor bestaat juist uit het ontbreken van een elektrisch circuit omdat een bobine en vonk bij een diesel niet nodig is. Bij kleinere dieselmotoren wordt ook niet 'elektrisch voor gegloeid' en het aanleggen van dynamo en een accu voor alleen een elektrische brandstofklep is dan 'veel gedoe' voor iets wat met een simpel hendeltje ook kan worden gerealiseerd. Veel schippers met een wat oudere diesel weten dit. Naast de manet voor het regelen van het toerental van de motor zit dan een staaldraadje (of stangetje) met een knop waaraan je kunt trekken (of duwen) om de motor te stoppen. Samen met dit mechaniek heeft de dieselmotor dan ook vaak een kleplichter en een repeteerstarter of een kickstarter.
Het voordeel van een dergelijke volkomen mechanische inspuiting is, dat je geen elektriciteit nodig hebt om de generator te laten werken. Geheel lege accu’s vormen geen probleem. Je moet wel spierballen hebben, anders komt er nog geen rook uit.
Heeft de dieselmotor een dynamo en een startaccu, dan wordt wel een elektrisch brandstofventiel toegepast.
Heeft je (één cilinder) dieselgenerator een mechanische inspuitpomp, dan zit het er dik in dat deze ook mechanisch moet worden gestopt. Dat is dan mooi snert, want dan moet je 'een handje maken' die het heveltje omzet om de generator te stoppen. Aan de andere kant heb je dan ook een dieselgenerator die door 'elke smid' kan worden gerepareerd en dat is mooi als je ergens in een 'low tech' regio strandt. Dit soort dieselmotoren zijn nooit modern. Net zoiets als de Briggs and Stratton zijkleppers (en ook niet voorzien van een katalysator en een 'Lambada' sonde
geregelde inspuiting en zijn ook niet laag in roet, CO
2 en stikstof uitstoot), maar zijn wel heel betrouwbaar en eigenlijk twee keer te zwaar gebouwd voor hun doel.
Zo ook 'Darth Vader', mijn Chinese dieselgenerator van 302cc met een 3kW 57V 3 fase generator. Het ding is lucht gekoeld (geen gedonder met antivries), heeft spatsmering (geen druksmering die door zeegang kan worden onderbroken) en een mechanische 'common rail' inspuitpomp (er is maar één injector, dus ook maar één gemeenschappelijke toevoer). Nu nog het 'elektrische handje' om de injector af te sluiten.
Omdat mijn tractie accu bestaat uit 16 100Ah LFP cellen in serie, is de systeemspanning 48V, de maximale laadspanning 54V, de optimale laadstroom 10A (0,1c) en de opgeslagen energie 100Ah x 50V = 5kWh. Met mijn 4 kW Torqeedo kan ik dan een uur 'volle portie' varen. Met de 3kW generator kan ik op 3/4 vermogen varen zolang er brandstof is. Op een volle tank diesel draait het generatortje ca 1,5 uur plus een uur uit de accu, maakt samen 2,5 uur varen. Ik heb nog een externe diesel tank van 10 liter, die is ook goed voor 10 uur 3/4 vermogen... Ik red het wel. Er zit ook een maar aan... het ding maakt echt een pestherrie! Een verbeterde uitlaat demper is wel gewenst.
Wie niet wil ‘knutselen’ moet niet aan een dergelijke generator beginnen. Je moet dan een aantal uitvindingen doen, waarvan een groot deel ‘het wiel’ als naam heeft.
'Darth Vader' is een dynastart generator. Door van de 50VDC accuspanning een draaiveld te maken, kan de drie fasen generator ook als startmotor werken. Hiervoor is de elektronica in een aluminium kastje opgenomen en een knopje met een maakcontact is alles wat nodig is om de generator te starten. In geval van een lege accu is er ook een repeteerstarter om de generator te starten. Op de cilinderkop zit een rood heveltje om de uitlaatklep te lichten zodat je de tegenwerking van de eerste compressie kunt overslaan en ik zeg je, die zul je wel moeten gebruiken want anders krijg je de motor niet door zijn compressie heen!
Eenmaal gestart gaat de motor naar het ingestelde toerental en wordt daar door een ingebouwde regelaar gehouden.
De generator is samengesteld uit losse onderdelen en je moet de wikkelingen zelf monteren en ook de magneet moet je er zelf opzetten. Het dieselmotortje is een stationair motor voor utiliteit toepassing zoals bij betonmolens, beregening pompen, pompen voor 'hydro mining' en zo meer. Daarom paste de magneet niet en moest ik de wikkelingen 12mm meer naar buiten op het blok zetten, iets wat met een stuk multiplex van 12mm goed was te doen. Inmiddels is dit vervangen door een plaat van 12mm aluminium en zijn de houtwormen wel hun 'maaltijd' kwijt.
Voor de magneet heb ik zelf een 'pulley'-trekker moeten maken, want die hebben ze wel in China, maar niet hier. Leg de wikkelingen ook niet tijdelijk in de magneet, je krijgt ze er bijna niet meer uit want de magneet is enorm sterk!
Om bij de hevels van de regelaar van de inspuiting te komen, moest ik de tank van de generator afhalen. Daarna konden er ook een aantal hevels gewoon verdwijnen aangezien deze waren bedoeld voor het bedienen van de regelaar met Bowden kabels of andere actuators. Het allereerst was het maken van een bistabiele instelling van de hevel van de injector regelaar.
Het toerental wordt door een centrifugaal regeling intern geregeld en de hevel heeft een binair karakter: aan of uit. Er is geen veer betrokken bij deze hevel en er moet iets komen dat de hevel in de aan of de uit stand fixeert. Een dikke staaldraad en 2 neodymium magneetjes was hiervoor voldoende. De magneetjes 'plakken' vast tegen de staaldraad en houden de hevel op zijn plaats. Ook bij een trillende, draaiende motor. Helaas was een actuator magneet onvoldoende om de hevel te bedienen en moest ik uitzien naar een andere vorm. Die heb ik gevonden in een 2-draads actuator voor een centrale deurvergrendeling van een auto. Deze actuator werkt met een klein DC borstel motortje en de draairichting van het motortje is polariteit afhankelijk. Plus en min omdraaien en de actuator doet precies het omgekeerde. De actuator is een 12V type en zou op 50V doorbranden. Bovendien zijn deze actuators gemaakt voor een puls en niet voor continue stroomdoorgang... Hiervoor moet wel een oplossing komen!
De handbediening is weer hersteld en het motortje kan weer draaien. Een plaatje triplex met een voltmetertje is voldoende om de werking te tonen. Als belasting gebruik ik een 60W 230V gloeilamp om al te hoge spanningen tijdens het onbelast draaien tegen te gaan.
Het 'elektrisch handje'
Het ‘elektrisch handje’ is alleen nodig voor LFP accu’s. Voor lood zwavelzuur accu’s is de maximum laadspanning de maximum spanning die de generator kan leveren en dit vormt geen probleem in de zin van overladen. Alhoewel… een automatische afslag is natuurlijk wel mooi.
De generator is continu aangesloten op de accubank. Het is de gelijkrichter die voorkomt dat er stroom uit de accu terug loopt naar de wikkeling. Er moet wel een zekering worden opgenomen om brand bij kortsluiting te voorkomen. Dit is niet de hoofdzekering van het boordnet! Die is hier niet getekend.
Een zekering van 200mA traag is voldoende voor de elektronica. De doorsnede van de draden (voor de aansluiting van de elektronica) hoeft niet groter te zijn dan 0,75mm2 en zijn zo beschermd tegen doorbranden.
De werking van de centrale deurvergrendeling actuator:
Aanzetten:
Bij het sluiten van de sleutelschakelaar wordt er spanning gezet op de elektronische schakeling en trekt de actuator aan en de hevel van de regelaar wordt aangetrokken en vast gehouden in de stand 'aan'. Dit kan ook zonder de actuator door de mechanische bediening te gebruiken. De motor start dan niet en moet via een startknop worden gestart (of via de repeteerstarter als de accu's leeg zijn.)
Via de actuator wordt een condensator geladen en de laadstroom doet de actuator werken. Is de condensator opgeladen, dan loopt er geen stroom meer door de actuator en gaat deze weer naar de 'rust-stand'. De hevel is door de magneetjes bistabiel en 'latcht' in de 'aan' stand (blijft in de ‘aan’-stand staan). In de 'aan'-stand van de sleutelschakelaar loopt er, nadat de condensator is opgeladen, geen stroom meer door de actuator en er is daarmee ook geen stroomverbruik van de schakeling. De actuator kan niet warm worden door stroomdoorgang en daarmee ook niet verbranden. Bovendien is het zuinig... alle stroom die wordt opgewekt kan naar de accu, er is voor de werking van de actuator geen stroom meer nodig.
Starten:
Door op de startknop te drukken wordt de generator als motor gebruikt en drijft deze de krukas aan om te starten. Hiervoor is de kleplichter niet nodig, de motor is krachtig genoeg om door de compressie te drukken. Je mag de kleplichter wel gebruiken, dat scheelt weer startstroom uit de accu.
Stoppen bij het bereiken van de maximale laadspanning:
Door de elektronica wordt de spanning op de accu doorlopend bewaakt. Bij het bereiken van de maximale spanning wordt het relais aangetrokken en loopt de opgeladen condensator leeg via de actuator (de stroom loopt dan andersom) en de hevel van de regelaar wordt in de 'uit'-stand gezet en blijft in die stand staan ('latcht' in de ‘uit’-stand). De motor krijgt geen brandstof meer en stopt. Door het wegvallen van de laadstroom zakt de accuspanning iets onder de maximale laadspanning en het relais valt af. De installatie blijft ingeschakeld en kan door het indrukken van de startknop weer worden gestart.
Stoppen door de stopknop in te drukken:
Door de stopknop in te drukken wordt de schakeltransistor overbrugd, het relais wordt aangetrokken en de opgeladen condensator 'loopt leeg' via de actuator. De hevel van de regelaar wordt in de 'uit'-stand gezet en blijft in die stand staan ('latcht' in de ‘uit’-stand). De motor krijgt geen brandstof meer en stopt. Je moet de knop in blijven drukken tot de motor helemaal stilstaat want de hevel wordt weer teruggezet in de 'aan'-stand en dan loopt de motor weer door.
Door de startknop in te drukken kan de motor weer worden gestart.
De motor kan ook worden gestopt door de hevel van de regelaar met de hand in de stand 'uit' te zetten.
Uitzetten:
Stop eerst de motor en zet dan de sleutelschakelaar op 'uit'. Dit is noodzakelijk omdat er bij mechanische inspuiting in dit geval geen elektrische brandstofklep is die de brandstof toevoer afsluit.
Na het uitzetten loopt er geen stroom meer door de elektronica en verbruikt de schakeling niets.
Moet het allemaal zo moeilijk? Nee, dat hoeft het niet en als je geen bezwaar hebt tegen een benzine generator, dan kan dat ook. Ik gebruik zelf een benzine generator met 'auto start' en 'auto stop', maar dat ding zet ik wel in de kuip en niet binnen in de motorruimte. Dat scheelt in elk geval de installatie voor een afvoer van de verbrandingsgassen. Benzinedampen zijn makkelijk ontvlambaar en zwaarder dan lucht. Zij zullen zich onder in de romp opzamelen en op het grensvlak van benzinedamp (onder) en lucht (boven) ontstaat een explosief mengsel. Een vonkje van een schakelaar of een los contact van de accu en 'boem'! Daar zijn op you tube hele interessante filmpjes van...
Dit kan gebeuren met benzine en ik heb daarom liever geen benzine of gas binnen de romp. De benzine generator staat dus in de kuip.
De benzine generator wordt in losse onderdelen geleverd en je moet het ding zelf assembleren. Ik heb hiervoor een manual geschreven gebaseerd op de Chinese tekst (Sooow héé Peper, kun jij Chinees lezen? Nee, maar Google translate wel! Neem wel een paar schone onderbroeken mee als je uit het Chinees gaat vertalen, want soms pis je in de broek van het lachen bij het resultaat van de vertaling.) Voor hen die zich willen oriënteren op zoiets: aan het einde van deze post zit een .pdf.
Deze benzine generator is bedoeld om lood zwavelzuur accu’s mee te laden (4 x 12V met een laadstroom van 5A). De automatische afslag schakelt de generator af bij 57V en dat is iets te hoog voor een LFP accu van 16 cellen in serie. Daar is 54V de maximale spanning. De ontsteking is elektronisch en wekt zijn eigen spanning en stroom op die dan ook weer 'van buiten' kan worden onderbroken. Dat maakt het stoppen van een dergelijke generator bij het bereiken van een maximale accuspanning makkelijk. Het schema kan ook worden gebruikt indien een dieselgenerator een elektrisch brandstofventiel heeft.
Bij het bereiken van de maximale spanning trekt het relais aan en onderbreekt de stroom naar de brandstofklep of de ontsteking. De motor stopt. Door het dalen van de spanning over de accu zal het relais afvallen en gaat het brandstofventiel weer open of het contact van de stopknop gaat weer open. De motor kan weer worden gestart. Een nadeel van deze constructie is dat bij het aanzetten in de 'stand by' stand, een brandstofventiel stroom blijft gebruiken en de accu's een beetje ontlaadt. Dit kan worden voorkomen door de 'contactsleutel' om te draaien op 'uit' nadat de motor is gestopt. 'Elluk foordeel hep se nadeel!'
Er is hier hysteresis nodig om de motor te stoppen. De motor stopt niet snel genoeg en als de spanning iets daalt krijgt de generator de opdracht weer te gaan draaien. De condensator C22 zorgt voor hysteresis zodat de motor de tijd krijgt uit te lopen en te stoppen.
Dit schema heb ik voor 24V aangepast om een 24V noodgenerator voor 8 LFP cellen voor 'in het bos' in Suriname te stoppen voordat de cellen worden overladen. Dan kunnen er kleinere cellen worden gebruikt omdat extra capaciteit voor autonomie niet nodig is. Zou er gedurende de nacht meer dan voorzien uit de cellen worden gebruikt, dan kan de generator worden gestart (indien deze geen 'auto start' heeft) en slaat de generator af op het moment dat de cellen 'vol' zitten.
De generator gemonteerd en in zijn kastje.
In Suriname moest er worden geëxperimenteerd met de C23 condensator omdat zij 24V autorelais wilden gebruiken, omdat deze daar makkelijker verkrijgbaar zijn. Hierdoor was meer hysteresis nodig om de motor de tijd te geven helemaal ‘uit te lopen’ om te stoppen. Was de hysteresis beperkt door een kleine condensator te gebruiken, dan startte de motor telkens weer op door de opgeslagen kinetische energie in het vliegwiel.
Voor 12V wordt het allemaal wat lastiger. Ze zijn er wel die 12VDC generatortjes, maar of ze er in een dieseluitvoering zijn... Bij AliExpress zie ik wel benzine uitvoeringen. Heb je geen motorruimte in de boot, dan kun je de generator alleen buiten in de kuip gebruiken. Dan is de generator een sta in de weg. Voor een kleine boot met een 12V boordaccu is een goede walstroomlader in combinatie met een zonnepaneel een goede combi. Een 12V inductie kooktoestel samen met een 12V magnetron is in een Lanaverre 17 onwaarschijnlijk en dan worden de eisen aan een boordnet ook wat anders. Neem voor de zekerheid een peddel mee!
Groeten, Peper.