Onderwerp: Li-ion accu opslag met geïntegreerde balancers

WADnWIND schreef :
In de loop der tijd heb ik een aantal "oplossingen" geprobeerd.

De laatste versie was een externe drie fase gelijkrichter buiten het motorruim. Een Balmar MC-612 Regulator die een programma heeft om de output van de dynamo in procenten te reduceren. Ingesteld in mijn geval op 25%. Verder een ventilator in het MR die drie keer de hoeveelheid lucht aanzuigt die de motor doet mij vol toerental. Op deze manier was de max laadstroom nog 45A. Het passieve koelblok van de gelijkrichter werd dan tegen de 80 graden.
De laatste keer dat het spul stuk ging was dat de regelaar er mee op hielt. Mogelijk dat daar ook een koelingsprobleem ontstaat.
Het hangt ook zeker met mijn vaargedrag samen. Het kan zijn dat ik dagenlang geen motor gebruik. Als ik dan een keer in windstilte kom kan het zijn dat ik een aantal uren op de motor vaar. Als de accu dan bij het starten een 60% SOC heeft gaat de alternator uren lang meer dan 600 watt produceren. Daar zijn die dingen gewoon niet voor geschikt.
Nu zit er weer een kleine alternator op mijn motor die alleen de startaccu hoeft bij te houden.

Ahhh, nu wordt het duidelijk.
Na de 3V stort de geleverde stroom behoorlijk in. Ja, dat zien we in het meetlab ook. De curve stopt bij 2,8V. In het lab hebben we nu de 1,5V gehaald en kunnen dan ook de slechtste cellen weer terugbrengen naar 3,4V en vervolgens weer ontladen naar 3V. Dan blijven de cellen in zowel het laadtraject als in het opvolgende ontlaadtraject in balans (of herstellen dat).
De curves van jou en van 3Noreen geven duidelijk een bruikbaar gebied aan waarbinnen de accu's kunnen worden ingezet. De onderzoeksvraag voor het lab is echter: "tot hoever kun je ze ontladen voordat ze verder niet meer bruikbaar zijn." Dat punt staat voorlopig op 1,5V.
Bij het bereiken van die onderste klemspanning kan de accu nog steeds met de gebruikelijke laadstroom worden geladen zonder warm te worden en de cellen met de laagste capaciteit balanceren zichzelf in dit traject. Bij ontlading via de meetweerstanden komt er geen capaciteitsvermindering van de cellen ten opzichte van voor de diepontlading naar voren.
Je kunt het gebied van 12 tot 6V als onbruikbaar bestempelen, maar een buck-boost converter naar 13V (spanningstabilisator) zorgt er dan wel voor dat je marifoon blijft werken (en dat vind ik wel een prettig idee!) als de accu's ooit zover ontladen worden.
Bij lood-zwavelzuur accu's zullen de platen 'beyond repair' sulfateren als je de accu's tot onder de 10V gaat gebruiken. Daarom hebben lood-zwavelzuur accu's een diep ontladingsbescherming nodig. LFP accu's sulfateren niet als ze leeg zijn (dat kan ook niet) en hebben daarom geen diepontladingsbescherming nodig. Als je aan een BMS denkt, kun je dat er wel uit weglaten, het is een onnodig item.

Groeten, Peper.

Peper schreef :
Het is net wat je daaronder verstaat. Een "ding" wat zorgt dat je accu niet boven of onder een ingestelde spanning kan komen is in mijn ogen buitengewoon nuttig om je toch wat dure accu's voor een vroegtijdig einde te beschermen.

3Noreen schreef :
Voor de 'Twilight Zone' speelt een overeenkomstig probleem, niet alleen de lage Ri van de cellen voor de alternator, maar ook een rokende V-snaar bij een zwaarbelaste alternator vormt een indicatie van het enorme vermogen dat lege LFP cellen vragen als ze 'leeg' zijn. De Ri van een 500Ah LFP cel kan onder de mOhm zijn.
In de 'Twilight Zone' zit nu een boostconverter van 12 naar 24V die zowel in uitgangsspanning als in uitgangsstroom instelbaar is en aangesloten wordt op de kleine alternators op de motoren. Hierdoor wordt de boot lichter (geen 24V alternator met zwaar montage frame) maar kan het afgegeven vermogen voor laden kan goed worden beperkt zodat de lichtere alternators de accubank toch goed kunnen laden. Ook in deze configuratie heeft elke motor een alternator en een startaccu. Door een undervoltage lockout op de boostconverter wordt eerst de startaccu volgeladen voordat de afgifte aan de service accu begint. De snaarbelasting is hierbij een stuk gunstiger.
Groeten, Peper.

3Noreen schreef :
Nu is aangetoond dat dit 'vroegtijdig einde' er niet kan zijn, is het echt een onnodig ding, hoe je het ook bekijkt.

Groeten, Peper.

Peper schreef :
Totdat de door jou "geteste" cellen een aantal duizend cycli hebben doorlopen lijkt me dat een voorbarige uitspraak.
In de specificatie van mijn accu staat;

Deep discharge voltage 2.5 V The cells is damaged if voltage drops bellow this level

Je wilt niet weten hoeveel (lood)accu's aan een vroegtijdig einde zijn gekomen omdat men bij het weggaan een lampje is vergeten uit te zetten. Volgens de fabrikant zou dit ook tot beschadigen van de dure LFP accu kunnen leiden.

Ja, dat staat er ook in de specificatie van mijn accu (die is dan ook van hetzelfde merk).
In diezelfde specificatie staat ook dat je ze tot 4,2V moet laden en dat de initiële laadspanning 4,4V is. Of hadden ze dat toen al weggehaald.
Loodaccu's komen door diep ontladen vroegtijdig aan hun einde. LFP is een heel andere technologie en sulfateren is daarbij niet van toepassing.
De eigenschappen van 'appels' worden nu met die van 'peren' vergeleken omdat ze allebei aan bomen hangen... Er bestaat ook zoiets als 'voortschrijdend inzicht' en die stap voorwaarts wordt nu gemaakt in het testlab. Daar hebben ze de cel tot 0V gebracht... We gaan zien of de quote klopt!
Groeten, Peper.

Even een intermezzo:



2 buck-boost converters voor 2 zonnepanelen (nu gevoed uit een 'PSA') geboost naar 13,8V en dan door Flip de Switch geclipt op 13,6V voor het laden van 4 LFP cellen.
De dubbele Schottky ingangsdiode wordt wel warm en zal een koelvin moeten krijgen en de P-channel mosfet wordt ook warm en zal voor hogere stromen ook moeten worden voorzien van een koelblok.

Er wordt een 'version 2' voor FdS ontwikkeld waarbij er meer ruimte voor koeling komt (en misschien wel een ventilator).
Groeten, Peper.

pas maar op dat je schroefje geen sluiting maakt!

Die roozeboos hè. Altijd vol positieve opmerkingen!
Groeten, Peper.

Peper schreef :
Voor deze "twillight Zone" was juist een goed idee om de alternator regelaar te gebruiken zoals ik in mijn vorige post noemde. Een zware(lees grote amp output) alternator terug regelen zodat ie niet oververhit raakt is beter dan een kleine alternator weer hard laten werken, en goedkopere investering.. Het gebruik van meer, niet strikt noodzakelijke electronica, maak je de bedrijfszekerheid voor op zee niet beter mee. Iedere boost-converter heeft ook een rendement verlies van maar 10% of minder, dus weggegooide energie. Ook slijten de v-snaren veel minder omdat de belasting langzaam opkomt door de regeling. Mijn ervaring is dat 100amp/12V met een Vsnaar kan. Bij 2 Vsnaren gaat het meestal niet goed, dit is vrijwel altijd problemen. Het is bijna niet mogelijk om de belasting goed verdeeld te krijgen over de 2 vsnaren. Boven de 100Amp is het beter om een brede getande riem met speciale pulleys te monteren.
Instelling van alternator regelaar op de max Laad voltage, en bij bereiken van de spanning stopt de alternator met laden. Geen float instelling is mogelijk, of voor degene die wel een float voltage van 13,2 of 13,3 willen instellen is dit ook mogelijk. Als de float spanning is bereikt dan kan de regelaar naar 0 amp regeling gaan. Dit betekend dat alle verbruikers, inverters, nespresso koffie zetters, etc gevoed worden uit de alternator. Naar de LiFe accus loopt 0 Amps, dus de accus worden niet overladen bij langdurig motoren.

Aan 3Noreen: De balmar 612 regelaar heeft deze instellingen niet

@kees39:
Het probleem zit niet in de techniek of de veldstroomregeling. Dat is allemaal aan te passen. Het probleem zit in de ambitie van de eigenaar om alle mogelijke energie uit de alternator te gebruiken en in de accu's te stoppen.

Ik heb dat populair proberen te verwoorden door te stellen: 'Je wilt in het begin zoveel mogelijk stroom uit de alternator halen en de alternator dan een kwartier voordat deze doorbrandt, afzetten.'

De situatie wordt nu zo:
een 600W DC-DC omvormer krijgt een UVLO van 13,8V. Kan de alternator dit door belasting met startaccu en andere verbruikers (nagloeien tegen motorklop) niet leveren, dan blijft de omvormer gestopt. De 13,8V is gekozen omdat dit een 'volle startaccu' aangeeft.
Is die accu vol en het nagloeien gestopt bij 50^o motortemperatuur (nagloeien vraagt ongeveer 40A bij 12,6V VW golf diesel) dan kan het 'nagloei vermogen' (ruim 400W) worden gebruikt om de accu's te laden.
Secundair van de dc-dc omvormer is 400W bij 27V ca 13A. Wordt de converter op 10A begrensd (is instelbaar) dan kan er geen (alternator verbrandende) stroom lopen (NADAT de startaccu is geladen tot 13,6V) en levert de alternator continu ca 350W tot de accuspanning van de service accu op 27V is gekomen. Bij deze spanning gaat de stroom (en het vermogen) van de converter naar 0 en wordt er bijna geen vermogen meer aan de alternator onttrokken.

De ambitie van de schipper eigenaar is zo snel mogelijk de accu's 'vol' te hebben. Begrijpelijk als je lood-zwavelzuur accu's hebt gehad. Bij LFP accu's wordt deze ambitie dan omgevormd tot: zo snel mogelijk de alternator te verbranden. Niet de bedoeling... wel de consequentie van deze ambitie.

Het verschil tussen voeden uit de alternator (in dit geval via een DC-DC 14,1 naar 27V converter) of uit de accu, is kunstmatig. Bij een spanningsdaling onder de 27V door belasting met een lier (als voorbeeld) Neemt de stroom uit de converter automatisch toe (als de motor draait) en zal naar de lier lopen samen met stroom uit de accu. De verdeling van de accustroom en de converterstroom is afhankelijk van de klemspanning van de accu en van de uitgangsspanning van de converter. Bij een stroombegrenzing van de converter ontstaat dan ook een vermogensgrens voor de alternator. Blijft deze binnen de grenzen, dan zal de alternator niet doorbranden. Het maakt de installatie niet uit of het een ankerlier of een omvormer met een Senseo of ventilatorkachel is.

DC-DC boost converters hebben een efficiëntie van boven de 90% (bij een ongeïsoleerde uitgang). Buck-converters hebben een efficiëntie van 95% of meer (bij een ongeïsoleerde uitgang).
Fly-back converters (met een geïsoleerde uitgang) hebben een efficiëntie van 85 tot 90%.

Een V-snaar kan tot 2kW vragen om mee te draaien, getande riemen zijn veel aantrekkelijker. Het aantrekkelijkst is een DC-DC converter die bij 1000W minder dan 100W voor zijn werk vraagt en waarvan de uitgangsspanning en uitgangsstroom binnen nauwe grenzen kan worden ingesteld. 100A bij 12V kan de snaar waarschijnlijk wel aan. Of de alternator dat aankan... Ik zal het nooit proberen omdat een buck boost converter of spanningsstabilisator van 11V - 14,5V op de ingang en een uitgang van 13,5V en een stroombegrenzer een LFP accubank van 4 cellen veilig kan laden zonder de accu's en/of de alternator te mollen!

Het wordt heel moeilijk (maar niet onmogelijk) om een alternator zo nauwkeurig af te regelen dat deze aan alle voorwaarden voldoet. Bij een DC-DC converter wordt de eventuele spanning boven de gewenste spanning zelfs geconverteerd naar extra laadstroom! Zo mooi krijg je het zelden.
Bij langdurig 'motoren' blijft de ingestelde spanning gehandhaafd en bij U-out_converter = U-klem_accu loopt er geen stroom en wordt de alternator alleen met de nullaststroom van de converter belast. Geen kans op doorbranden van de alternator.

Groeten, Peper.

kees39 schreef :
@Kees

De pdf's van de regelaar die jij genoemd hebt heb ik ge-download en aandachtig bestudeerd. Het zou zeker een vooruitgang op de balmar regelaar zijn. Omdat de stroom gemeten wordt naast de spanning. Maar de fase waarin de alternator het loodje legt is al lang voor de 0 amp regeling gepasseerd. Je kunt thermodynamisch prima uitrekenen hoeveel stroom er langdurig door de diodes van de alternator kunnen. Daar zou je de zaak op moeten afregelen. Als extra beveiliging een paar temperatuur sensoren. Echter het geval wil dat ik door het bijplaatsen van zonnepanelen in praktijk voldoende stroom heb. Dus mijn wil om alternator stroom op te wekken is tot een minimum gereduceerd. Bovendien ben ik zeer gecharmeerd van het KISS principe. Alles wat ik niet nodig heb gaat resoluut van boord. Ik wil me terdege verdiepen in LFP accu's en die ook gebruiken. Maar absoluut niet meer techniek installeren dan nodig is om een goed werkend en betrouwbaar systeem te hebben.
Uiteindelijk heb je niet meer techniek nodig dan wat je niet zonder kunt om leuk te kunnen zeilen. We hebben een ankerlier die door spierkracht aangedreven word en de koffie kan ook prima zonder stroom warm dampend in een kopje komen.

Peper schreef :
Wat is in dit geval "hoger dan 10A"? is dit hoger dan 0,1C 1C 2C lading??

3Noreen schreef :

niet gelukt om bijlage mee te sturen.
manual is downloaden op:
drive.google.com/drive/folders...XCQ3vcGJDVFVzMUY5RVU

Peper schreef :
Ik denk dat je teveel extra electronica gebruik om dit doel te halen. Je laat de interne originele regelaars in de alternators?? Zie mijn post aan 3Noreen
Ik lees dat er een zware 24Volt alternator voor is verwijderd, die de perfecte job al kon doen!!

Peper schreef :
Dat is een logische ambitie, als het weken bewolkt is wil je in een zo kort moegelijke tijd zoveel mogelijk amps laden, zonder dat er iets stuk gaat.
Door het gebruik van LiFe ipv Loodaccus blijft dit hetzelfde.
Voor lood was er alleen een 2de reden dat je de accu af en toe helemaal vol wilde laden.

Peper schreef :
""meten is weten"" dat heb ik al uitgebreid gedaan en het werkt.

Hoe veel behaal je door extern te gaan gelijkrichten?

6 fikse schottky's op een koellichaam buiten de alternator dus.

Of gewoon zo'n blokje voor iets meer dan een tientje

@kees 39:
Vreemd genoeg is bij LFP cellen van diverse capaciteiten een stroom van >5A bij overladen (celspanning > 3,4V) de aanleiding tot warmte ontwikkeling. Daarbij moet worden opgemerkt dat grote cellen meer tijd nodig hebben om op te warmen.

Inderdaad, geen zon = geen energie. Loodzwavelzuur accu's gaan dan stuk, LFP accu's niet. Er verandert wel degelijk iets.
Het is het gebruiksrendement dat ook een rol speelt in dit geheel. In het gunstigste geval gebruik je maar 70% van de lading van een loodzwavelzuur accu en bij LFP accu's is dat 95%. Verder kun je bij LFP accu's 80% van de capaciteit gebruiken bij 2000 cycli, bij loodzwavelzuur accu's kun je ook 80% van de capaciteit gebruiken, maar dan kun je hooguit 500 cycli maken op voorwaarde dat je meteen gaat laden. Naast het weggaan met een volle accu voor het gebruik zijn er in de sfeer van levensduur verlenging nog een aantal redenen om een loodzwavelzuur accu vol te hebben dan alleen 'kijkglas moet vol zijn bij aflevering'.

De onmogelijkheid de 24V alternator een maximale spanning van 27V te laten geven, is niet de enige reden om deze buiten dienst te stellen. De alternator is op een zeer zwaar frame gemonteerd, de alternator heeft zelf een niet onaanzienlijk gewicht en de 12V alternators doen niets voor het boordnet. Gewichtstechnisch is een 'pondje' elektronica veel gunstiger dan een kilo of 8 alternator in een ruim 10 kilo frame om de 24V accubank te laden.
Alles wat er moet worden gedaan is het laden van de 24V service accubank inpassen in het laden van de startaccu's. Het meedraaien van een 24V alternator levert net zoveel 'V-snaarverlies' als het meedraaien van een 12V alternator. Door de 12V alternator via een converter de 24V service accubank te laten laden, verminder je het snaarverlies, het elektrische verlies in de alternator en de warmte ontwikkeling in de machinekamer. Een gedeelte van die verliezen 'verhuizen' nu naar de 12V alternator, maar netto is het verlies lager.
De boot in kwestie is een catamaran en heeft 2 VW golf dieselmotoren en dus ook 2 startaccu's, 2 12V alternators met hun V-snaren en regelaars. Hierdoor is de extra 24V alternator overbodig en de redundancy in het systeem veel hoger, er kan nu vanaf elke 12V alternator via een diodebrug naar 24V worden geconverteerd, terwijl eerst alleen via de extra bakboord 24V alternator kon worden geladen. Ooit viel de bakboord motor uit en daarmee dus ook het bijladen van de serviceaccu's. Dat is in de nieuwe setting niet meer het geval.
Dat dus allemaal via de originele regelaars en een 'pondje' extra elektronica.

Overigens: er ligt 1,2kWp aan zonnepanelen op die boot en de boordnet accu bestaat uit 8 500Ah LFP cellen. De 12-24V converter zal niet veel te doen krijgen, die is er alleen voor de redundancy.

Groeten, Peper.

boarderbas schreef :
Altijd handig om als reserve aan boord te hebben zon blokje, als je diodes stuk zijn. Ik heb al wel eens als noodreparatie gedaan met externe diodes. Ik twijfel wel aan de chineese specs of ie 150 NL Amp aan kan!!
Maar ik denk dat het niet nodig is om diodes extern te plaatsen, goede regelaar is voldoende bescherming van je alternator.

kees39 schreef :
Ik denk dat 3Noreen dit iets genuanceerder ziet na 3 kapotte systemen...
Groeten, Peper.

boarderbas schreef :
Volgens de specs verstookt dit blokje 200 watt@90A. Dat kunnen onmogelijk schottky's zijn. Ben eigenlijk nooit betaalbare schottky's tegengekomen die dergelijke stromen aan kunnen.

200 watt is een serieuze hoeveelheid warmte om af te voeren. Bij die stroom is de max temperatuur van het blokje 110 C^o. Rekening houdend met een thermische overgangsweerstand naar een koel lichaam benader je de kritische grens bij een temperatuur van je koel lichaam van 85 C^o. Al met al kom je bijna niet weg zonder actieve koeling. Weer een complicatie er bij.

Peper schreef :

Wat je hier beschrijft zijn de algemene voordelen van LFP tov Lood accus.
Die zeer zware 24V alternators zijn de beste die je kunt hebben, niet stuk te krijgen. En die geven heel wat meer amps dan 2 kleine alternators. Waarom zou die niet hoog genoeg in spanning kunnen geven, met welke regelaar was dat?, want dan was die waarschijnlijk stuk.
Gezien je antwoord ""Naast het weggaan met een volle accu"" denk je aan boten die regelmatig walstroom hebben, mijn visie is meer voor live on board situaties, dus nooit walspanning. Dus voor die catamaran met regelmatig walspanning zal jouw oplossing misschien werken.

Mijn gedachte blijft, minder amps die je laad in het zelfde uur, dus langer de motor draaien.

Wel gewicht besparing, maar langer draaien met de motor is meer diesel meenemen elke liter is 0,83kg reken maar uit wat het minste gewicht is.

De genoemde laadbronnen zeggen mij te weinig, het gaat ook om het verbruik.

Peper schreef :
Uhmm deze opmerking moet ik een nachtje over slapen, misschien kan iemand anders dit uitleggen zodat ik dit ga begrijpen?

Peper schreef :
Als amps niet begrenst worden of op het verkeerde niveau worden begrenst gaat een alternator stuk.
Ik had de indruk dat in zijn situatie niet aan correcte amp begrenzing werd gedaan. Als het met de balmar 612 regelaar was dit in ieder geval niet in te stellen.

Diesel verstoken in een scheepsmotor bedoelt voor voortstuwing met een alternator is zo 2017. Het is al lang door verschillende forumleden aangetoond dat je prima aan boord kunt leven met stroom uit vernieuwbare energiebronnen.