Onderwerp: Li-ion accu opslag met geïntegreerde balancers

Analoog is zóóóóóó 2016!

$FXXDR,U,3.27,V,VBAT1,C,62.9,C,TBAT1,S,0,N,LOAD1*40

$FXXDR,U,3.28,V,VBAT2,C,62.3,C,TBAT2,S,0,N,LOAD2*46

$FXXDR,U,3.30,V,VBAT3,C,24.2,C,TBAT3,S,0,N,LOAD3*4D

$FXXDR,U,3.25,V,VBAT4,C,78.9,C,TBAT4,S,0,N,LOAD4*4C

$FXXDR,U,3.27,V,VBAT1,C,62.7,C,TBAT1,S,0,N,LOAD1*4E

$FXXDR,U,3.28,V,VBAT2,C,62.1,C,TBAT2,S,0,N,LOAD2*44

$FXXDR,U,3.30,V,VBAT3,C,24.2,C,TBAT3,S,0,N,LOAD3*4D

$FXXDR,U,3.25,V,VBAT4,C,74.8,C,TBAT4,S,0,N,LOAD4*41

Ik vind het 'kunst'!
Groeten, Peper.

Li-ion cellen laden met een lader voor een lood-zwavelzuur accu deel 2

Power flip, low power flop.
Nee, ik ben geen tekstschrijver voor flauwe popsongs geworden... Maar een flip-flop met een hoog vermogens MOSFET kan een Q uitgang hebben die de laadstroom uit een gewone acculader schakelt. Dat is uiteindelijk digitaal en dus helemaal 2017 hoor 'it Paradyske'...

Alle acculaders voor lood-zwavelzuur accu's hebben een te hoge uitgangspanning om een LFP bank netjes te kunnen laden. Is de LFP bank uiteindelijk 'vol', dan geeft de onbelaste lader een uitgangsspanning af die hoger is dan 3,65V per cel en daarmee automatisch begint met overladen van een cel. Als dat overladen gebeurt met een stroom van 10mA voor een 200Ah cel, dan is er niet veel aan de hand, dat is 'jeuk' voor die 200Ah cel. Gebeurt dat overladen met 30A bij een 800Ah cel, dan wordt deze warm en zet uit doordat een deel van het elektrolyt 'vergast'.
Dat wil je niet. Bij 3,4V per cel is de cel vol en dan mag de acculader wel uit. Een lood-zwavelzuur acculader mag niet uit en moet een kleine stroom blijven leveren om sulfateren tegen te gaan. Dit laatste maakt een lader voor lood-zwavelzuur accu's ongeschikt voor het laden van LFP accu's. Tenzij... de lader wordt uitgeschakeld op het punt dat de celspanning boven de 3,4V komt en de cel 'vol' zit. Daarna mag de acculader niet weer 'stiekem' gaan laden, anders ontstaat toch weer 'overladen'.



Dit kun je doen met een flip-flop. Het gaat hier om N-channel MOSFET en de low power flop stand wordt gemaakt door een 2N7000 MOSFET. De high power flip stand wordt door een FKP202A gemaakt.
Voor de minder elektronisch bekenden: een flip-flop wordt ook een bi-stabiele multivibrator genoemd (nu heb ik in elk geval de aandacht van de mensen met een 'dirty mind'). De multivibrator kent maar 2 standen; flip of flop, aan of uit, één of nul en dat laatste maakt dat het ding wordt gebruikt in computer geheugens omdat het zijn stand kan onthouden (zolang er maar spanning is).

In de flip stand krijgt de accubatterij stroom uit de de lader. De flip stand blijft bestaan totdat een sensor 'ontdekt' dat de spanning hoger wordt dan de maximum spanning die voor de LFP accu geldt. Zodra de spanning hoger wordt dan de ingestelde spanning voor de accu wordt de flop stand ingeschakeld en krijgt de accu geen stroom meer. De flop stand blijft gehandhaafd tot iemand de schakeling weer in de flip stand zet. Uit zichzelf gaat de lader niet meer 'aan de gang'. De accu bank kan dan niet worden overladen.
Twee ledjes geven de flip of de flop stand aan en het enige wat kritisch is, is de maximale stroom door de 'flip' MOSFET. De FKP202A kan ruim 40A stroom doorlaten en dus een redelijk forse lader geschikt maken voor LFP accu's.

Bij het inschakelen van de lader en het aansluiten van de LFP accu is het niet zo dat de lader gaat laden. Dat zou wel kunnen, maar het staat niet vast of bij het aanzetten van de lader de flip of de flop stand wordt aangenomen. Het schakelaartje forceert de flip stand zodat de lader gaat laden totdat de spanning boven de ingestelde waarde komt en de flop stand wordt ingeschakeld.

De schakeling is eenvoudig en eenvoud is het kenmerk van het ware. Ik heb het vandaag ingezet bij het laden van het kleine heftruckje, zodat ik alleen nog de balans van de cellen hoefde te controleren. De balancers komen later. Ik wil eerst weten hoe gevoelig de accubank is voor onbalans in het dagelijks gebruik. De lader die ik nu gebruik voor het laden van de 24V accubank van het heftruckje is een hoogfrequent lader van 13A voor 24V lood-zwavelzuur accu's. De hf-pulsen komen als een blokgolf op de accu te staan en passeren kennelijk zonder problemen de FKP202A.
Door de schakelaar in de 'min' aansluiting op te nemen, is de lader slecht in te bouwen op een boot en in de installatie op te nemen. De lader moet 'zwevend' blijven en direct op de accupolen worden aangesloten. Als 'losse' lader is het ding zinvol, maar als 'inbouw' lader wordt het moeilijk. Bij de inzet van een P-channel MOSFET als schakelaar kan dat wel. Dat is voor een volgende keer.
Groeten, Peper.

Ervaring update:

Het is natuurlijk erg mooi de accu's van het e-heftruckje te laden met een oude dikke 32A lader voor lood-zwavelzuur accu's. En het ging ook snel! In een paar uur waren de 800Ah cellen alweer flink 'op scheut' en werd het ook duidelijk dat 1 cel uit de pas zou gaan lopen. 7 van de 8 cellen gaven 3,3xxV aan (waarbij xx staat voor de laatste 2 digits die per cel verschilden). De 'uit de pas lopende cel' stond op 3,428V, maar was nog beslist niet warm. De acculader wel! Die pompte er braaf zijn 32A in. De totale accuspanning was 26,9xxV en de bewaker zou afschakelen op 27,1V. De 'uit de pas lopende cel' zou tot 3,6V mogen oplopen en werd het criterium om dan 'de stekker eruit' te trekken.

Na verloop van tijd wordt de 27V gehaald en wordt 27,1xx gemeten en stond ik te wachten en op de multimeters te kijken om de spanning op de cel te bewaken en de spanning van de acculader te bewaken. Toen de spanning op de accu hoger dan 27,2V was, werd het duidelijk dat de bewaker de stroom niet zou onderbreken. Dus de stekker eruit, de heftruck kon weer in dienst worden genomen en ik bleef met de vraagstelling achter waarom het ding niet uitschakelde.

Ondertussen werd ook de 'loden' heftruck aangemeld voor een oplaad cyclus. De 80V 100A lader eraan (3 fase transformator met gelijkrichter) en laden maar... Zo, wat bromt dat ding zeg! Aan het geluid te horen ging de volle 100A erin. De indicator gaf een tot 20% SOC ontladen lood-zwavelzuur accu aan en ik dacht 'mooi, als ze zo doorgaan kunnen hier snel LiFePO₄ cellen in!'
Zo ziet een dergelijke bank eruit:

Er zitten 4 hijsogen aan om een ton of 3 aan cellen uit de heftruck te hijsen.

Terwijl er wordt geladen kan ik nog even de schakelaar voor de lader van het kleine heftruckje bekijken. Er is iets mis en al snel wordt duidelijk wat er mis is...
De kleine start schakelaar (terug verende tuimelschakelaar) lijkt te zijn teruggeveerd, maar dat is niet het geval. Het 'pukkie' is in de stand 'start' vast gelast. Als je in een van mijn vorige posts naar het schema kijkt, zie je dat bij het starten de initiële laadstroom door dit kleine schakelaartje loopt zolang de MOSFET de stroom nog niet doorlaat. 30A is beslist teveel voor dit 'pukkie' en heeft de flip-flop in de stand flip vastgehouden en vast gelast en dan kan de schakelaar niet afschakelen... Het moet dus iets anders... Vandaag een nieuw schema getekend waarbij dit niet kan gebeuren:

Hierbij is de stroom beperkt en kan het schakelaartje niet doorbranden. Er is een maar... een lader die eerst een aangesloten accu wil zien voordat de lader start, ziet die nu niet meer... Ik verwacht dit later op te lossen door een hoge weerstand over de MOSFET heen te zetten die dan de accuspanning 'aan de lader laat zien'.

Inmiddels zijn we op 80% SOC van de 'loje heftruck' gekomen en de accubak 'zindert' van de warmte. Van de 8kW die de lader in het accupakket staat te pompen zal er (berekend) wel ongeveer 500W worden gedissipeerd in de vorm van warmte. Dat is het vermogen van een ventilatorkacheltje en ja, dan wordt het wel warm. Het is 6,25% van het elektrisch laadvermogen van de accu (in werkelijkheid waarschijnlijk meer). Bij een LiFePO₄ accu zou dit niet meer dan 2,5% zijn.
Waarom deze rekenexercitie? Gewoon voor hen die een lood-zwavelzuur accu hebben en die willen laden via een zonnepaneel. Dan kun je berekenen hoeveel zonnepaneel vermogen je gewoon weggooit ten opzichte van het laden van LFP accu's.

Maandag mijn nieuwe laadspanning schakelaar testen. Ik houd jullie op de hoogte.
Groeten, Peper.

Nou, de maandag heeft de schakeling niet gehaald. Bij de eerste test werkte het voor geen meter. Het naar de nul toebrengen van de gates van de MOSFETs is een goed idee om te schakelen, maar de drain moet niet worden mee geschakeld als deze een flinke stroom kan opnemen.
Terug naar de tekentafel en nu deze schakeling opgezet:

Het 'aan' schakelaartje is nu vervangen door een 'aan of uit' schakelaartje en ik heb de spanningssensor voor de uitschakelspanning even weg gelaten omdat deze wel werkte. Het aan of uit schakelaartje doet feitelijk hetzelfde en nu kan ik vaker proberen of het geheel wel schakelt.

De 100A lader van de 2,5 tons e-heftruck brengt wel het idee dat er mogelijk grotere stromen geschakeld moeten worden als er snel geladen moet worden. Zou er een MOSFET zijn die dat kan. Ja, die is er! 169A aan Ids. Ik ben wel benieuwd hoe een dergelijke TO220 MOSFET wordt aangesloten om er 169A doorheen te krijgen... Bij 12V ga je dan wel meer dan 2kW uit het net trekken, dat terwijl ze een stofzuiger boven de 1,5kW eigenlijk willen verbieden... Het kan, maar het zal nog wel even duren voor dit zal worden gerealiseerd.
@alweereengijp: Die 'dikke MOSFET' kan tot 55V en daar valt 28V nog steeds binnen. Dan kun je toch een snellader bouwen voor 24V.
Maandag samen met m'n nieuwe 13,5V SMPS power supply uitproberen!
Groeten, Peper.

Ben heel benieuwd of de Flip ook flopt maandag;)

Allemaal leuke en interessante ontwikkelingen weer hier.

Peper, wellicht geheel ten overvloede: Het schakelen van zulke stromen, zeker als het snel moet, levert nogal wat 'dI/dT stress' op in de betrokken circuits. De wijze waarop de ladingdragers in de halfgeleider hun nieuwe plek moeten en kunnen vinden hangt nauw samen met de aanwezigheid van parasitaire capaciteiten en spoelen. Er worden vaak zogenaamde 'snubber' circuits toegepast. Puur om de 'knal' van het afschakelen van een stroom te dempen en het snel schakelen van de halfgeleider te bevorderen (houdt de niet-echt-aan-en-ook-niet-echt-uit tijd zo kort mogelijk, want daar dissipeer je het meest).
Bovenstaande natuurlijk vooral van belang bij hoge schakelfrequenties (SMPS). Neemt niet weg dat het om meer dan alleen de max Id gaat. Ook de parasitaire C g,s,d,bulk zijn belangrijk.

Power Flip werkt

@Twist: Ja, ik ken ze de 'Miller charge' en de gate-source en de gate-drain capaciteiten! Die kunnen best groot zijn, een paar nano is het al gauw. Dat vertraagt de omslag al snel en dan ga je dissiperen! In 1973 de lessen van Boot, Hoek en Rook hierover gevolgd! Wist je ook dat als je de muziek in de kamer harder zet, de temperatuur in die kamer daalt! Waanzin natuurlijk, maar een klasse A versterker gaat in het collector kwadrant dan zo heen en weer schuiven dat deze niet meer in het bias punt komt en dus minder dissipeert.
Gelukkig hebben MOSFET's geen saturatie spanning, maar een Rds on. Op die manier is de dissipatie bij het doorlopen van het collector kwadrant (is er ook een drain kwadrant? Dat zou er dan ook moeten zijn, maar ik heb er niet van gehoord!) bij MOSFET's al lager dan bij transistoren.
Dus ja, als Flip elke milliseconde flip-flopt, zal deze behoorlijk gaan dissiperen. Het is geen PWM regeling dus dat gebeurt niet. Het is een acculader en tenzij deze een hele hoge laadstroom kent, zal deze waarschijnlijk maar 1 keer per dag van flip naar flop gaan. Die dV/dt lus gaat zo weinig vermogen dissiperen dat de MOSFET via de tab dit vermogen wel kwijt raakt. (Maar ik ben een 'schijter' en zal op die tab een aluminium plaatje schroeven.)

Flip werkt zoals het hoort en ik ga met de 'steampunk' LFP accu eens wat uitproberen. Eerst de balancers eruit, want anders komt Flip nooit in de flop stand te staan door de bypass stroom en komen de cellen nooit aan hun 'vol' spanning.
Ik heb een Chinese SMPS voeding en de Chinezen beweren dat deze 13,5V geeft. Even een netsnoertje eraan en de 'prik' erop en TADA: 13,64V. De Chinese Volts zijn kennelijk wat sterker want hun 13,5 is hier al 13,6. Geeft niet, er zit een pietepeuterig potje op de voeding en daarmee zou je de spanning moeten kunnen regelen. Dat kan ook en het bereik loopt van 10,24V tot 15,03V. Prachtig! De voeding is goed voor zowel 12V lood-zwavelzuur systemen als voor 12V LFP systemen.

Het 'Sprokkie principle'
Een acculader moet ook als gelijkspanningsvoeding kunnen werken ingeval je de boot aan de wal hebt en je de accu's voor onderhoud uit de boot haalt. Waarom? Omdat je anders met je kop in een donker ruim moet rondkruipen zonder licht. Bovendien wil je al je elektronica aan boord blijven gebruiken tijdens die servicebeurt. Een acculader die eerst een accu 'moet zien' voordat deze vermogen afgeeft, werkt dus niet zonder accu en dan zit je mooi in het donker te koekeloeren.
Dit stelt ook eisen aan de voeding voor wat betreft het afgegeven vermogen. Dat moet dan ruim het opgenomen vermogen van de boot 'aan de wal' zijn. Worden de accu's weer teruggeplaatst en gaat het licht aan boord uit, dan werkt de voeding als acculader. De Chinese SMPS hoeft geen accu 'te zien' om toch te werken, het groene ledje gaat meteen aan als de stekker in het 'stopcontact' gaat.

Als nu de spanning van de SMPS wordt afgeregeld op de hoogst toegelaten laadspanning en u gaat weg van de boot, dan zal de lader aan de walstroom de accu opladen tot die spanning en de rest van uw afwezigheid blijft die (te hoge spanning) gehandhaafd. Dat kost levensduur van de LFP accu, een lood-zwavelzuur accu is hier juist 'blij mee'.
Hier kan Flip ons helpen. Indien het 'tripping point' van Flip is gezet op 13,2V (4 x 3,4V), dan wordt bij die spanning de flop stand ingeschakeld en de voeding afgeschakeld. Als u geen 'stiekeme' verbruikers hebt, blijft de LFP accu de rest van de maand op dezelfde spanning.

De voeding is IP20 ofwel net zo waterdicht als een zeef. Zolang uw boot 'waterdichter' is dan een zeef, zal het wel gaan. Er is ook buiswater en daarvoor moet de voeding IP 'spatwaterdicht' zijn en dat is hoger dan IP20. Indien u van mening bent dat de voeding echt waterdicht moet zijn, dan wordt het IP67. Die voedingen zijn overigens wel verkrijgbaar en voor dit experiment zou ik wel een IP67 voeding willen gebruiken. Dat kan als ik in mijn ruime sortering 'ouwe meuk' een IP67 behuizing kan vinden, een probleem wordt dan de warmte afvoer van de SMPS.

Het zal jullie misschien niet verbazen dat ik wel 2 IP67 behuizingen heb en het mooie is dat deze zijn uitgerust met koelribben. De SMPS kan met het bodemkoelvlak geheel contact maken met de behuizing en veel betere koeling dan dat is nauwelijks mogelijk. Het past er allemaal mooi in en ik kan nog een extra aluminium plaat gebruiken om Flip met zijn dikke MOSFET op te monteren.
Deze lader wordt niet definitief en dat is ook niet nodig want er is geen 'min aan massa' mogelijk. Ik bewaar deze montage methode voor een volgende stap in de ontwikkeling van een LFP lader.

Nu de SMPS nog aansluiten op een LFP accu om te zien of de SMPS dit wel volhoudt. Na drie uur laden komt er nog steeds geen rook uit en is de aluminium behuizing nauwelijks warm. De SMPS redt het 'met twee vingers in de neus'. Helaas kan ik Flip niet testen, want de accu is voorlopig nog niet vol. Morgen verder.

Groeten, Peper.

Accu laden via een SMPS

Aan een lader voor lood-zwavelzuur accu's worden niet veel eisen gesteld als het gaat om de laadspanning. Zou deze te hoog worden bij het eind van de laadcyclus, dan wordt de zwavelzuur oplossing elektrolytisch omgezet in gassen en je moet water bijvullen.
Bij LFP accu's wordt geen constante stroom gevraagd, maar de eind laadspanning is kritisch en moet bewaakt worden. Aan de lader worden strengere eisen gesteld voor wat betreft de spanning. Een SMPS levert een constante spanning en lijkt zich daarom beter te lenen voor het laden van LFP accu's dan een acculader voor Lood-zwavelzuur accu's. 'Lijkt', maar is dat ook zo?
Ik ga mijn 'steampunk' accu gebruiken om met de SMPS op te laden en te zien hoe deze zich gedraagt als de accu bijna vol is. De SMPS wordt onbelast afgeregeld op 13,6V en het is de vraag of bij het laden deze spanning nog wordt gehaald of dat deze zelfs zou worden overschreden.
Tijdens het 6 uur durende laadproces raakt de accu vol en kruipt de spanning op de accuklemmen naar de 13,6V maar blijft uiteindelijk op de 13,56V staan.
Bij meting van de spanning op de SMPS staat deze op 13,62V. Over de 'plus' draad staat een 30mV spanning en over de 'min' draad 50mV. Er loopt dus nog steeds stroom, maar het is zo weinig dat de spanning op de accu nauwelijks hoger wordt.
LFP accu's kunnen dus veilig worden opgeladen met een SMPS waarvan de spanning constant en instelbaar is per 100mV. De eind laadspanning wordt niet overschreden en de kans dat de cellen worden overladen is verwaarloosbaar klein.
"maar LFP accu's hebben een hele lage inwendige weerstand en zullen een hele hoge laadstroom vragen aan een lader met een constante spanning zoals die SMPS!" Dat is helemaal waar, de SMPS moet ook bestand zijn tegen overbelasting en zo nodig de spanning verlagen om de laadstroom te beperken en zo overbelasting (en oververhitting) te voorkomen. Wordt aan het bovenstaande voldaan, dan is een SMPS met een nauwkeurig (per 100mV) instelbare spanning een hele goede lader voor LFP accu's.
Is de spanning niet zo goed in te stellen, dan moet Flip eraan te pas komen.

Zien jullie die Ampère meter... Dat is een oude 'weekijzer' meter. Op het glaasje na zijn die meters bijna onverwoestbaar en hebben dezelfde schaal voor zowel wissel als gelijkstroom en kennen geen polariteit. Een dergelijke meter meet de effectieve waarde van het elektrisch fenomeen. Nu heet dat 'True RMS', maar dat deden deze meters al toen die kreet nog moest worden uitgevonden.

Power flip-low power flop werkt met de hand schakelend prima. Indien er geen accu aan vast zit is het moeilijk om de SMPS als voeding te gebruiken, maar deze kan 'achter' Flip ook werken. Het 'Sprokkie principe' blijft dan gehandhaafd.
Voor inbouw als een vaste laadregelaar is het wel makkelijker als er een gemeenschappelijke min aansluiting zou zijn. In dat geval wordt de laadregelaar ook uitgeschakeld als de massa-sleutel of werkschakelaar wordt omgezet. Flip is dus gedemonteerd en in de bak met reserve onderdelen verdwenen en er wordt een nieuwe Flip gebouwd. Zie schema.
Wie nog het schema van de oude Flip wil, stuur een pb-tje.
De nieuwe Flip heeft 2 tripping points, één om het laden te stoppen en één om het laden te starten. Bij 3,4V per cel stopt het laden en bij 3V per cel wordt de accu weer geladen. Wordt tijdens het laden stroom afgenomen, dan zal de eind laadspanning niet worden bereikt. Bij een dergelijke regelaar wordt de accu maar sporadisch geheel geladen en zal de accu zelden op zijn maximum spanning staan. Dit verlengt de levensduur van de LFP accu.
Het zou een heel ambitieuze regelaar kunnen worden met een ingebouwde diode splitter voor de alternator en startaccu, met een ingang voor de zonnepanelen en een sleepgenerator of een windmolen in combinatie met een SMPS voor het laden van de accu's aan de walstroom. Alles in één behuizing. Omdat het lekker allitereert: 'Peper's Power Centre'.

Groeten, Peper.

Peper,
Wat is het doel van L4. Laagdoorlaat tegen spikes?

( ik lees nog steeds mee )

Gepost met de officiële Zeilersforum-app

WADnWIND schreef :
Heb je het meelezen nou nog niet opgegeven?

Ja, dat was wel het idee. Misschien overbodig, maar ik ken uit de oude tijden van de gelijkstroom dynamo's het storen van de koolborstel vonken op de autoradio maar al te goed.
'Dan moet je eigenlijk een pi filter gebruiken'... Ja dat zou wel mooier zijn. Zoals al opgemerkt, het is wellicht helemaal niet nodig.
Groeten, Peper.

Lees ook met rode oortjes mee! Er ligt hier ook een glimmende SMPS te wachten om aan de kaak gesteld te worden. Onbelast een brave jongen, maar wat als er straks een heel pakket aan hangt? Het PepersPowerPack totaalschakelfenomeen wacht ik met stijgende belangstelling af!

'PepersPowerPack totaalschakelfenomeen'
Doe je aan scrabble of zo? Dan heb je bij 'drie keer de woordwaarde' de hele avond niets meer te doen...
Vanavond post ik: Flip alone...

You'll neeeeever flip alooooone!

Zo IlCigno... you're living it up...

Flip alone

'Ja maar, ik heb al een diode brug' of nog sterker: 'Ja maar, ik heb al een MOSFET brug'
of 'Ik heb net een nieuwe acculader gekocht'
of 'Ik heb een MPPT regelaar en daarvan kan ik de uitgang niet instellen'.
Allemaal geldige redenen om u zorgen te maken over de levensduur van LiFePO₄ cellen aan boord.
De 'Flip alone' laadregelaar zorgt ervoor dat u de cellen niet kunt overladen en aan de ingang mag u allerhande energiebronnen aansluiten die rond de 13,2V en hoger (tot 15V) aan spanning afgeven en die beperkt blijven tot 40A of 100A in een enkele piek. Oh ja, wisselstroom mag ook niet.
Voor deze watersporters (of caravan en campervan reizigers) is de 'Flip alone'.

Ik ben er op dit moment een aan het bouwen voor de 'Elan eigenaar'. Dat is bepaald geen rocket science, een stukje gaatjes print, goede koelplaatjes voor de duo diode en de MOSFET, de verbindingen leggen met draadjes en de soldeerbout en huppa, klaar is die. Een definitieve print komt wel als dit ding het een seizoen heeft volgehouden.
Nu nog een behuizing, bij voorkeur waterdicht. Dat hoeft niet tot 3Bar te gaan, spat- en druipwaterdicht is voldoende. Als ik de meeste onderdelen in deze kabeldoos kiep, past alles er ruim in en is dat goed voor de test.


Wat doet 'Flip alone'? De schakeling laadt (in de flip stand) de accu tot de hoogst veilige laadspanning van 3,4V per LFP cel. Dan wordt de 'ontlaad stand' ingeschakeld en kan de accu (in de flop stand) worden ontladen tot 3V per LFP cel. Wordt die spanning door het ontladen bereikt, dan wordt omgeschakeld naar de flip stand en wordt de accu weer geladen uit de beschikbare energiebronnen.
Indien u het laden wilt starten voordat de 3V per cel is bereikt, gebruikt u de 'start' schakelaar. In geval u de haven binnenkomt op de motor en deze heeft de accu geladen tot 3,4V per cel, dan wordt deze niet eerder geladen dan dat de spanning is gedaald tot 3V per cel. Maar, u gaat aan de walstroom zodat u de magnetron voor het diner aan boord kunt gebruiken. U wilt die energie eigenlijk niet uit de accu gebruiken. Dan schakelt u de 'laad' stand weer in zodat de stroom voor de kajuitverlichting en de magnetron uit de walaansluiting en de accu komt. Als het licht en de magnetron uit zijn, zal de lader gedurende de avond de accu laden tot deze weer vol zit.
Heeft u geen walstroom en wilt u de volle accu niet leeg maken, dan moet u gewoon op gas of alcohol koken en dineren bij kaarslicht (hm, ik kan me veel erger voorstellen).

'Flip alone' is een BMS geworden met heel specifiek de eigenschappen die passen bij LFP accu's. De monitoring bestaat uit twee ledjes die de 'Flip' (laden) stand aangeeft en de 'Flop' (ontladen) stand aangeeft. U kunt eventueel andere monitoring erbij gebruiken. Of de monitoring voor lood-zwavelzuur accu's adequaat is, is mij niet bekend.
Door de lage inwendige weerstand van LFP cellen verloopt de state of charge van ongeveer 35% bij 3V tot ongeveer 95% bij 3,4V. Door de spanning te meten tussen 3 en 3,4V, heeft u een soort 'brandstof meter'.
'Flip alone' heeft geen diep ontlaad beveiliging. Dit heeft twee redenen:
Extreem diep ontladen heeft nauwelijks nadelig effect op de accu's (is gebleken met de 24V e-heftruck). Het nadeel aan diep ontladen is dat er een groot spanningsverschil tussen de cellen kan ontstaan. Dit kan met balancers weer ongedaan worden gemaakt.
De andere reden is dat in een probleemsituatie de diep ontlaad beveiliging niet moet bijdragen tot nog meer problemen door uitval van verlichting of de marifoon.

Zo, nu nog bouwen en op de Elan installeren.

Groeten, Peper.

Intermezzo in de vorm van 'een broodje aap' verhaal terwijl ik zit te wachten op een zending accu's en zonnepanelen uit China...

De loodsulfaat worm
Het RIVM heeft er al een tijdje geleden voor gewaarschuwd, maar nu zet de proliferatie zich voort en het wordt een plaag.
Wahat?
Nou, de loodsulfaat worm!
Ja, doei, daar heb ik nog nooit van gehoord! Die bestaat helemaal niet!
Echt wel! En ze verwachten een wormen epidemie in 2018! Alle loodzwavelzuur accu bezitters zijn ingelicht om passende maatregelen te nemen tegen verspreiding van deze worm. Er is geen middel tegen, alleen het voorkomen van besmetting via andere accu's is een maatregel tegen verspreiding. Accu's die zijn besmet zijn ten dode opgeschreven, bij desulfateren blijven de wormen overleven in het spore-stadium om daarna weer te groeien tot een worm.

Er is geprobeerd de worm met een oplossing van natronloog te bestrijden, maar daaraan ging de accu ook zelf kapot. Het ergste wordt gevreesd voor de loodzwavelzuur accu's in UPS systemen, omdat daar de infestering met worm eitjes pas laat wordt bemerkt en de accubanken dan al extra besmettelijk zijn geworden voor de andere accu's.

Omdat Li-ion accu's niet worden aangetast door deze worm en de worm zich in Li-ion accu's niet kan vermenigvuldigen, wordt geadviseerd zoveel mogelijk over te gaan op dit type energie-opslag zodat verdere verspreiding van de worm wordt tegen gegaan.

Om de verspreiding te stoppen moet u, indien u binnen 10 meter van een worm bent geweest of binnen 30 meter benedenwinds van een worm bent geweest, uzelf uitgebreid wassen met groene zeep en vooral de haren niet vergeten. Het loog in de groene zeep doodt de sporen en levende cellen van de worm die op u zijn overgedragen als airborne particles. Vergeet ook niet uw nagels goed schoon te maken met een borsteltje en een groene zeep oplossing.
Horloges, sieraden en protheses moeten worden gereinigd met een groene zeep oplossing in bij voorkeur een ultrasone reiniger.
Ingestie van sporen of delen van de worm leidt niet tot ernstige ziekte-verschijnselen bij de mens. Uitgezonderd in het zure milieu van de maag kan de worm of de spore van de worm niet overleven. Er kan misselijkheid ontstaan na ingestie, maar zolang er geen sprake is van braken, zullen de sporen van de worm de tocht door de tractus digestivus van mens en dier niet overleven. Bij braken: opruimen en wassen met een groene zeep oplossing.

Om de worm te bestrijden heeft het RIVM een foto gepubliceerd om publieke herkenning te bevorderen en de bestrijding via 'worm awareness' te intensieveren.

De foto laat een loodsulfaat worm zien die uit een afgebroken accupool kruipt.

Heeft u last van een accu met loodsulfaat worm, haal deze accu dan uit uw boot en biedt deze in een vuilniszak aan bij een recycling station. Voor daarna zo snel mogelijk de desinfectie maatregelen uit op uw boot en vergeet uzelf niet met groene zeep te wassen.
Heeft u meerdere loodzwavelzuur accu's op uw boot, houdt ze dan nauwlettend in de gaten of zij niet zijn geïnfecteerd door de loodsulfaat worm.

"Hé Peper, het is nog geen 31 maart hoor!"

'Wat?'

Groeten, Peper.

Hè hè, kijk even naar de foto...



Mocht er nog iemand zijn die zich afvraagt: 'de zonnepanelen dan?' Die zaten er ook bij!



Kijk nog even in de linker onder hoek van de foto...
Een extra RVS DIN accupool om een echte 'drop in replacement' te vormen.
De dunne draden in rood en blauw zijn voor de balancers.

De accupolen zijn gepoetst en ingevet en met een M14 bout gecompleteerd.

Ik heb nog wel last gehad met het 'meldpunt overlast oost Europeanen'... Die dachten dat de accu-Polen dronken over straat zouden gaan lopen en zo voor lawaai overlast zouden zorgen...

Morgen nog een kleine capaciteitstest op de cellen uitvoeren en ook de zonnepanelen testen!

Groeten, Peper.

Yes! Zijn alle cellen zwart? Dat wordt dan een mooie combi blauw zwarte vrienden.

Nee, ik heb er ook 2 blauwe cellen bij zitten... Wat ik daar nou mee moet?
Morgenavond in Huizen? om 20.00 uur?
Groeten, Peper.

Met alle respect Peper, en niet boos worden, maar dat soort fets op gaatjesprint solderen gaat echt niet werken hoor.
Prutswerk, wat bij de eerste de beste flinke golf onder de boot afbreekt en stuk gaat.
Valt me een beetje van je tegen.

De boot is eindelijk aan!
Lijkt sinterklaas met pakjes avond wel..

Peper schreef :
Yes, dat is prima. De koffie is warm en zwart.

@ Roozeboos:
Ja, dat is zo. Het gaat dan ook alleen om het proefmodel ofwel functioneel model. Nee, ik ben ook niet boos, want bij de accuzending is ook een CNC frees meegekomen om printen op glasvezel epoxy te frezen. Ik kan je zeggen dat 'gaatjes print' bij mij niet veel meer zal voorkomen dan alleen om te zien of de schakeling doet wat wat het moet doen. Maak je niet ongerust!

Na een half jaar...

Het e-heftruckje heeft nu een halfjaar gereden met de nieuwe 800Ah LiFePO₄ cellen in plaats van de 1000Ah lood-zwavelzuur cellen. In dit half jaar hebben zich een paar 'outliers' (gebeurtenissen buiten de normale orde) voorgedaan waarvan sommigen zijn uitgelokt, maar anderen zich onverwacht voordeden.

Van het e-heftruckje met oorspronkelijk 1000Ah lood-zwavelzuur cellen werd tenminste een hele dag continu actie verwacht, waarbij er met een last van 1 ton gereden kon worden. 1000Ah aan capaciteit werd vervangen door 800Ah en hoewel LiFePO₄ cellen veel economischer omgaan met de lading, was de reductie in geïnstalleerde capaciteit toch even een 'billenknijper'. De vraag was: kunnen de cellen 20% minder capaciteit t.o.v. lood-zwavelzuur cellen goedmaken... Wel, dat konden ze overlangs en overdwars. Opgeladen tot 70% SOC (3,38V per cel) heeft het heftruckje uiteindelijk 3 dagen met volle inzet gewerkt. Toen moest deze weer geladen worden.

Dit leverde de eerste 'outlier' op. De celspanning was teruggelopen tot 1,9V waar 2,5V werd aangegeven als minimumspanning. De cellen waren werkelijk diep ontladen en veel dieper dan de specs als laagste SOC aangaven, 1,9V zou overeenkomen met een SOC van 8% en dat is wezenlijk lager dan 20% bij 2,5V. Zouden de cellen bij laden fatsoenlijk recupereren?
Het laden met een snellader voor 100A bij 24V leverde de volgende 'billenknijper' op: In de specs werd aangegeven dat er tot 3c aan laadstroom was toegestaan, dat zou 240A zijn. De 100A van de lader zou geen problemen moeten geven. Deze 100A was veel meer dan 'met een lage stroom beginnen' zoals in de specs werd aangeraden. De problemen waren voor de lader zelf: De lage inwendige weerstand werd een probleem voor de lader en deze werd via een relais begrensd. Het gebrom en het opkomen en afvallen van het relais ging met zo'n geweld, dat de lader 'sprongetjes' maakte op de plaats. De lader werd afgekoppeld en vervangen door een 30A lader voor 24V lood-zwavelzuur accu. De snellader had met zijn 100A inmiddels de klemspanning op de accubank verhoogd tot 24V ofwel 3V per cel en dit geldt als de 'bewaarspanning' voor LiFePO₄ cellen. De 30A lader vond wel dat de accu 'helemaal leeg' was en 'zweette peentjes' om de cellen met de beloofde 30A te laden.
Om de laadtoestand getrouw te kunnen volgen, werden er tijdens dit proces geen balancers ingezet en daarmee waren de cellen vrij om de SOC van elke individuele cel door de laadspanning te laten vertegenwoordigen en op deze manier werd het laden per cel gemonitord. De 30A lader heeft er uiteindelijk 3 dagen van 8 uur over gedaan om de 800Ah cellen weer te laden. Dit komt overeen met 24 uur maal 30A ofwel 720Ah aan geladen capaciteit. Hierbij is de tijd dat de 100A lader heeft gewerkt niet mee gerekend.
Halverwege dag 3 was de spanning van de gehele bank tot 27V opgelopen. De cellen waren niet voelbaar warm geworden, hetgeen met een dergelijke lage inwendige weerstand ook niet werd verwacht. Er was wel sprake van een cel die 250mV 'voorliep' in laadspanning op de andere cellen en het laden zou worden gestopt indien deze cel de 3,65V zou bereiken. Het diepe ontladen was kennelijk de oorzaak van deze onbalans, waardoor deze cel kennelijk 'voller' was dan de andere 7.
Bij 30A laadstroom schoot de spanning binnen een half uur na de laatste observatie op naar 3,8V en was de cel plotseling warmer en door vergassing van het elektrolyt bol komen te staan. Met een balancer over de cel die de 30A kan bypassen en die op een spanning van 3,5V zou zijn afgeregeld, was dit te voorkomen geweest, maar dan waren deze data ook niet ter beschikking gekomen.
Het is duidelijk geworden dat gewoon laden de cellen niet doet opwarmen, maar overladen met 30A boven de 3,65V per cel, laat de cellen snel warm worden.
Het heftruckje werd afgekoppeld van de lader en gewoon weer in dienst genomen om te zien of de capaciteit van die ene cel zou zijn afgenomen. Zou de spanning van deze cel snel dalen in het gebruik, dan zou deze cel hebben geleden onder deze overlading.

De celspanning van alle cellen nam in gebruik af, maar de 'overladen' cel bleef van 200 tot 300mV boven de celspanning van de andere cellen. Op het moment dat de spanning van de bank (na 5 dagen inzet) was gedaald tot 24V, werd er opnieuw geladen met een SMPS lader met een maximale stroom van 12A. De celspanning van met name de 'overladen' cel werd gemonitord. Na 8 uur laden was de spanning van de accubank naar 25V opgelopen en was het spanningsverschil tussen de cellen lager dan 200mV. De overladen cel nam nog steeds 'het voortouw', maar het verschil was niet groter geworden, eerder kleiner. De heftruck werd nu weer normaal ingezet en meldde zich met een 'accu laag' na drie dagen. Nu werd er voor gekozen de cellen met de 12A lader te laden gedurende de nacht, omdat het duidelijk was dat deze lader de accu nooit in 16 uur geheel vol kon laden en een eventuele onbalans zo zou kunnen versterken.
Na een nacht aan de 12A lader was de spanning weer van 24,2V op gelopen naar 25,4V en het heftruckje werd weer ingezet met de afspraak dat deze nu elke nacht aan de 12A lader zou worden aangesloten, met uitzondering van het weekeinde. Gedurende 2 weken werd de celspanning aan het begin en het einde van de dag gemeten en gecontroleerd op toe of afname van het spanningsverschil. Na 2 weken was het individuele spanningsverschil tussen de cellen minder dan 100mV. De onbalans was kennelijk verdwenen, althans kon niet meer door een meting worden vastgesteld.

Outlier: door een LiFePO₄ accubank niet helemaal vol te laden en tussendoor te belasten en ook niet helemaal leeg te maken, heft onbalans tussen de cellen zich op. De verklaring hiervoor kan zijn: de cel met de hoogste spanning wordt ook het meest ontladen. Bij het in serie laden van de accubank is de laadstroom door alle cellen gelijk en worden alle cellen in gelijke mate geladen. Het lijkt erop dat een LiFePO₄ accubank die tussen 30% en 70% SOC wordt gebruikt, zichzelf balanceert! Dit is geheel buiten de verwachting om, waarbij wordt gesproken over de zichzelf steeds versterkende onbalans. Mogelijk is dat alleen het geval indien de accubank tot 100% SOC wordt geladen.

De individuele cellader heeft ook interessante gegevens opgeleverd. Zo is naar voren gekomen dat bij het laden van 180Ah cellen tot 4V bij 500mA de cellen bij het te boven komen van de 3,65V niet warm worden. Het warm worden van LiFePO₄ cellen is duidelijk verbonden met de laadstroom die er loopt als de laadspanning boven de 3,4V per cel komt. Dit is een belangrijk ijkpunt bij de inzet van 'Flip de Switch'. Deze schakeling zorgt ervoor dat de maximale laadspanning voor een accubank niet kan worden overschreden en zorgt voor 'pendelen' van de lading. De accubank wordt boven de spanning van 3,4V per cel van de lading afgeschakeld en kan pas weer worden geladen als de spanning onder de 3V komt. Gezien de ervaring met het laden van de accubank van de e-heftruck, kan 'Flip de Switch' balancers overbodig maken, op voorwaarde dat de observatie van het 'zelf balanceren' bij het binnen 30% en 70% SOC blijven, klopt.

Inmiddels is er een Kubota e-heftruck bijgekomen. Deze heeft 40 500Ah 2,1V lood-zwavelzuur cellen. Laadspanning 90V, laadstroom 120A bulk. Bij het laden, dat zo'n 6 uur duurt, wordt de accubank zo warm, dat je de warmte straling in je gezicht voelt. De dampen van het zwavelzuur 'krabben' in je keel als je naast de heftruck staat tijdens het laden. Na het laden moeten de cellen met ca 5 liter demiwater worden nagevuld, dat door verdamping en elektrolyse is verdwenen.

Wat blijft er aan axiomata bij de inzet van LiFePO₄ accu's over na deze observaties:
Laden naar 100% SOC reduceert de levensduur van LiFePO₄ accu's (30% reductie wordt genoemd).
Snelladen naar 100% SOC reduceert de levensduur van LiFePO₄ accu's evenredig snel.
Bij langzaam laden wordt een LiFePO₄ accu niet warm (laden met 0,1c), ook niet als deze boven de aangegeven maximale spanning komt.
Bij langzaam laden is de laagste toelaatbare spanning voor een LiFePO₄ cel 2V. Dit maakt een beveiliging tegen diep ontladen onnodig, want de accu kan kennelijk vanaf 0% SOC weer worden geladen.
Pendelen van de lading tussen 30% en 70% SOC maakt balancers overbodig en verlengt de levensduur van de accu (tot 6000 cycli, bij 100 cycli per jaar wordt een levensduur van 60 jaar bereikt).
Samenvattend: als u de LiFePO₄ accu blijft behandelen alsof het een lood-zwavelzuur accu is, bent u snel toe aan nieuwe accu's (en waarschijnlijk erg ontevreden over Li-ion accu's)
Groeten, Peper.