Onderwerp: Een alles etende regelaar voor accu's

Mooi, dan geef ik je nog wat om over na te denken bij jouw gepuzzel...

‘Es sind die leeren Stöcke die den Hönig bringen'
Ofwel de invloed van reeds aanwezige lading bij individueel en gelijkertijd in serie laden van LFP cellen.

Serie laden van LFP cellen brengt het gevaar van overladen van de cellen met de geringste capaciteit uit de serie. De laadstroom loopt door alle cellen en blijft door alle cellen lopen ook al is de cel met de laagste capaciteit 'vol'. Doordat de laadstroom blijft lopen wordt deze cel overladen en dit is de oorzaak van 'sudden cell death'. In beschrijvingen van 'sudden cell death' wordt de manier van laden of niet benoemd of de cellen worden serieel geladen.
Serieel laden maakt het mogelijk om tijdens het laden tevens de cellen te gebruiken en is daarom populair, het is zoiets als 'tanken in de vlucht'.
Parallel laden van cellen maakt van alle cellen één cel van een zeer grote capaciteit, maar een lage spanning en die is meestal te laag om de apparatuur aan boord naar behoren te laten werken. Dan is het onmogelijk om de accu die wordt geladen tijdens dat laden te gebruiken. De capaciteit van de gecombineerde cellen is dan zo groot dat overladen fysiek bijna niet mogelijk is. De inwendige weerstand van de gecombineerde cellen is zo laag, dat de lader 'tegen een kortsluiting staat aan te kijken' en deze beslist kortsluit vast moet zijn.

Individueel laden van cellen maakt het mogelijk de cellen in serie te laten staan en tijdens het laden te blijven gebruiken. Elke cel heeft nu zijn eigen lader en die lader is afgeregeld op een laadspanning die gelijk is aan de klemspanning van een 'volle' cel. Zo is het onmogelijk de cel te 'overladen' aangezien er bij een volle cel geen spanningsverschil meer is om een laadstroom te laten lopen. De beveiliging tegen overladen is ingebouwd in dit systeem van laden. Een nadeel is dat je dan evenveel laders aan boord moet hebben als je cellen aan boord hebt. Voor die laders geldt een beperking en dat is de laadstroom. De laders staan, bij een lege cel, 'tegen een kortsluiting aan te kijken' en zullen een bijna eindeloos hoge stroom willen leveren. Dat geeft warmte ontwikkeling en verlies van lading. Het betekent ook dat een lege cel bij het laden met een constante spanning de hoogste laadstroom toelaat. Het zijn de lege cellen die de meeste lading opslaan. ('Es sind die leeren Stöcke die den Hönig bringen', zoals de Duitse imkers zeggen. 'het zijn de lege honingkamers die voor de honing zorgen'). Het snel laden vraagt niet alleen een hogere spanning om een hogere laadstroom te bewerkstelligen, maar ook een lege cel die een lage klemspanning heeft. Bij het laden met een constante stroomsterkte wordt hieraan voorbij gegaan. De stroombron blijft bij elke spanning de ingestelde stroom leveren, ook als de cel al vol zit. Bij een CC lader moet er dus een punt komen dat de regelaar zegt: 'kappe nah' (op z'n Haags) omdat anders een cel wordt overladen. De 'constant current' lader moet op dat moment een 'constant voltage' lader worden.
Je kunt het ook omdraaien: de lader heeft een constante spanning en die is precies zo hoog als de klemspanning van een volle cel. Sluit je op een dergelijke lader een lege cel aan, dan zal er bij de lage celspanning een hele hoge stroom gaan lopen. De lader wordt dan warm door die hoge laadstroom en als er geen begrenzing is van de laadstroom tot een veilige waarde, verbrand je de lader of je verbrandt de bron (wisselstroom dynamo bv) die de laadstroom levert.
Door de constante laadspanning zul je de cel niet kapot maken, er loopt geen stroom meer als de celspanning gelijk wordt aan de laadspanning.

De converter die wordt gebruikt heeft een ingebouwde stroombegrenzer en deze gaat werken als de stroom 10% hoger wordt dan de nominaal vermeldde waarde. Zou ondanks de stroombegrenzer de temperatuur van de converter alsnog te hoog worden, dan slaat deze af tot de temperatuur weer daalt. De beveiliging van de converters is daarmee dubbel. Het houdt ook in dat door deze beveiliging van de converters tevens de wisselstroomdynamo wordt beschermd tegen doorbranden door te hoge vermogens afname en dat is mooi meegenomen! Overigens vormt dit geen bescherming van de wisselstroomdynamo tegen doorbranden als deze in een slecht of niet geventileerd motorcompartiment zit waar het uitlaatspruitstuk ook nog warmte aan die ruimte afgeeft.


Laadcurven voor stroom (groen) en spanning (rood) bij het laden van een LFP cel met een stroombegrensde CV lader (zoals de 15W Mornsun DC-DC converter).

Naarmate de cel ‘voller’ wordt, neemt de laadstroom af om bij 100% SOC nul te worden.
Een seriële bulk-boost lader kan een laadstroom van 1c in de cel stoppen, zolang de spanning van de cel onder de 3,2V is.
De beperking van de laadstroom maakt het in korte tijd 'volproppen' van een cel onmogelijk. Er zijn schippers die tijdens het wachten op het openen van de spoorbrug, koffie willen drinken uit hun 230V koffiezet apparaat dat op een 12VDC-230VAC inverter is aangesloten. Daar is niets op tegen... tenzij ze in de vaart op de motor onder de spoorbrug door, de accu meteen weer vol willen hebben. Dat zal om verschillende redenen niet gaan.
Ten eerste levert de wisselstroomdynamo onvoldoende vermogen om in die korte tijd van de doorvaart de startaccu en de service accu weer bij te laden.
Ten tweede zijn de converters begrensd op een maximale stroom en thermisch begrensd op een maximale temperatuur (begrenzers zitten ook op vrachtwagens! De chauffeur heet dan Max Laadvermogen.
Ten derde zou de accu wel eens niet zo leeg kunnen zijn en er kan dan geen hoge laadstroom lopen.

Het opportunistisch laadsysteem
Veel schippers willen een opportunistisch laadsysteem dat de cellen zo snel mogelijk laadt als er vermogen en energie beschikbaar is. Zij willen dan ook meteen een hoge laadstromen 'op de meter' hebben. Ze realiseren zich dan meestal niet dat de hoge laadstromen alleen zullen optreden als de cellen leeg zijn, iets wat ze zoveel mogelijk willen voorkomen en waar ze ook gelijk in hebben als het zou gaan om loodzwavelzuur cellen.
Veel schippers willen ook een opportunistisch laadsysteem dat in eerste instantie de stroom uit de zonnepanelen gebruikt voor de apparaten aan boord en de accu niet ontlaadt. Dit is niet mogelijk, er kan geen splitsing of selectie worden gemaakt in 'rode elektronen uit het zonnepaneel zijn voor de accu en paarse elektronen uit het zonnepaneel zijn voor de apparaten'.
Als er stroom wordt gebruikt en de zon schijnt op de zonnepanelen, komt deze voor een deel uit de zonnepanelen en voor een ander deel uit de accu. De verdeling tussen accustroom en paneelstroom is afhankelijk van de zonnestraling op het paneel ofwel het ‘zonnevermogen’ en het afgenomen vermogen.
Als er geen stroom wordt gebruikt en de zon schijnt op de zonnepanelen, gaat alle stroom uit de zonnepanelen in de accu zolang de accu niet helemaal vol is.
Als er een klein beetje stroom wordt gebruikt en de zon schijnt op de zonnepanelen, zal dit door de iets hogere laadspanning van de zonnepanelen geheel of voornamelijk uit de zonnepanelen komen en niets of heel weinig uit de accu.
Als er een klein beetje stroom wordt gebruikt bij individuele celladers zonder een opportunistische seriële lader, komt deze stroom via de celladers direct uit de zonnepanelen.
De Mornsun wide range DC/DC converters leveren 15, 20 of 30W aan vermogen op de uitgang. Bij een uitgangsspanning van 3,3V is dat een nominaal waarde voor de laadstroom van 4,5A bij de 15W converter, 6,1A bij de 20W converter en 9,1A bij de 30W converter. Met een omzettingsrendement van 80% betekent dat er 18,75W in een 15W converter moet worden gestopt. Voor een 12V installatie van 4 LFP cellen is er dan 4 maal 18,75W ofwel 75W op de ingang nodig om de converters op hun top te laten werken. Dat mag wel meer zijn, maar de converters zullen niet meer dan hun maximale laadstroom aan de uitgang leveren.
Even naar de andere kant van de DC/DC converter... Bij een omzettingsrendement van 80% is er voor een 30W converter 37,5W nodig om de maximale laadstroom eruit te halen. Bij een 12V installatie is dat 150W aan ingangsvermogen. Je hebt dan 150Wp aan zonnepaneel vermogen nodig voor een optimale aanpassing van het zonnepaneel op de laadinstallatie.
Bij een vast zonnepaneel dat niet op de zon kan worden gericht, kun je dan hooguit een half uur per dag 150Wp uit het zonnepaneel halen en dit omzetten naar lading voor de accu. Kun je het zonnepaneel richten en per half uur in de optimale stand brengen, dan kun je wel 6 uur 150Wp uit het zonnepaneel halen.
Nu is het niet zo dat een 150Wp paneel ‘buiten het optimale halfuurtje’ helemaal niets levert en raakt de accu toch nog wel vol. Dit systeem is heel veilig, ongeacht de mate van toevoer kunnen de cellen niet worden overladen omdat de lader dat niet kan.
Naast de zonnepanelen kan de lader zonder problemen worden gevoed uit de wisselstroom dynamo van de motor, ook als de zonnepanelen actief leveren. Alles is automatisch en 150W vermogensopname uit de dynamo is ongeveer een stroomsterkte van 10A en daar zal de dynamo niets van krijgen.

Vermogen van het zonnepaneel in relatie tot de individuele celladers
Tot nu is het zo dat het vermogen van de zonnepanelen het vermogen van de converter-laders bepaalt:



Er zullen niet veel schippers zijn die meer dan 300Wp aan zonnepanelen zullen installeren omdat er meestal onvoldoende ruimte voor is. Ook 48V boordspanning of hoger zal niet vaak voorkomen behalve bij ‘elektroschippers’. De installatie is dan per cel ‘laadspanning begrensd’ en overladen kan niet optreden.

Stel, je hebt een 27 voets Halcyon met een 8pk Sabb dynastart diesel die 90W bij 13,8V uit de dynamo haalt. Hiermee laadt je de startaccu en zou je de serviceaccu kunnen laden. Verder heb je een 50Wp zonnepaneel aan boord om de service loodaccu van 70Ah te laden en anders moet je de motor starten om stroom te draaien.
Dan kun je met een 4 converter lader met 15W converters 75W aan laadvermogen voor een LFP accu verwerken. Die converters 'zuigen' dan het 50Wp paneel zo’n beetje 'vacuüm'. Een extra 'opportunistische' seriële lader is niet nodig, want zelfs onder de gunstigste condities wordt het laadvermogen uit het zonnepaneel nooit hoger dan 50W.
De 90W die de dynastart levert (bij vol toerental) is maar 15W aan surplus vermogen en wie het onderste uit de kan wil zou dat vermogen via een buck/step down converter serieel aan kunnen brengen tot 13V is bereikt. Veel complexere installatie met maar beperkt voordeel. De Sabb kan heel goed via de 15W converters de accu laden en je hoeft ook niet bang te zijn dat de dynamo doorbrandt vanwege het hoge afgenomen vermogen van de converters.
Verder heb je nog een eenvoudige acculader om de startaccu met walstroom te laden als deze onverhoopt leeg is gestart. Door de ‘wide range input’ van de converters kun je deze lader dan ook gebruiken om de service accu met walstroom te laden als met somber weer de stuurautomaat een aanslag heeft gepleegd op de energievoorraad in de service accu en de reglementen je verbieden om de dieselmotor te starten.



Alleen je hebt geen Halcyon 27 met een 8pk Sabb en je hebt net 250Wp aan zonnepanelen geïnstalleerd... Met vier 15W converters kun je maar gebruik maken van 75Wp.
Dan wordt 125W niet gebruikt net als de zon de meeste energie binnenbrengt, bummer, dat komt slecht uit!
Nu is het wel zo dat een 250Wp paneel langer 75Wp levert dan een 75Wp paneel maar met de zon haaks op het paneel kun je net die 175W aan surplus niet in de accu 'prakken'. Op zich niet erg, want de LFP accu zit toch al vol na het uitvaren van de haven.
Ga je over op 30W DC/DC converters, dan kun je bij 80% efficiëntie ca 150Wp in de accu stoppen. maar de installatie zou zo opportunistisch moeten zijn dat bij de optimale zonnestand er ook het maximale uit wordt gehaald. Je zou wat met die 100Wp kunnen doen als je accu leeg genoeg is... Houdt er rekening mee dat je dan ook die laatste 'kruimels' zonnevermogen wel in de accu moet kunnen stoppen, want als de accu vol zit, gebeurt er niets!
Dat is mogelijk, heeft het meetlab uitgevonden.
Je sluit het paneel op de converter ingangen aan en als de zon goed staat en de accu is leeg, dan wordt bij ca 17V 150W uit het paneel gebruikt om te laden.
Als je het paneel nu op een buck of stepdown-converter aansluit kun je daarmee de paneelspanning terug brengen naar 13,2V en direct op de + en de - van de accu aansluiten en de 'eerste 60% SOC' erin stoppen met die 175W die het surplus is. Het aftoppen van de accu tot 100% SOC verloopt via de converters. Dit kan voor de zonnepanelen en voor de stroom uit de wisselstroomdynamo. Daarvan is de spanning meestal lager, maar zolang deze 1V boven de 13,2V komt weet een buck-converter die nog wel netjes omlaag te regelen. Voor de goede werking van een buck-converter heeft deze minimaal 1 Volt spanningsverschil nodig.
Een wisselstroomdynamo voor een loodzwavelzuur accu levert bij stationair draaien vaak maar net 12V en bij ‘het toerental van het hoogste koppel’ (is voor iedere motor verschillend) rond de 14,5V. Dat is 1,3V boven de 13,2V en geeft de buck-converter voldoende ruimte om de spanning netjes op 13,2V te regelen.
De buck-converter zal met de ter beschikking staande energie de LFP accu nooit verder dan 70% SOC opladen. De accu kan niet worden overladen. Is de accu al aan 70% SOC, dan wordt deze niet geladen via de buck-converter, ‘het zijn de lege honingkamers die voor de honing zorgen’. Dit is serieel laden en zijn de cellen van de accu van ongelijke capaciteit, -om welke reden dan ook- dan zou er een groot verschil in celspanning kunnen optreden omdat de ‘kleinste cel’ eerder een hoge spanning heeft en ‘vol’ zit en toch de laadstroom ‘door de strot geduwd’ krijgt. Door bij 70% SOC te stoppen (= celspanning van 3,25V of een accuspanning van 13,2V) is dit niet waarschijnlijk, maar niet onmogelijk.
De 4 converters voor individueel laden kunnen worden gevoed uit dezelfde bron als de seriële lader (buck-converter) en de DC/DC converters laden tot 3,4V per cel of 99% SOC of 13,6V accuspanning. Aangezien de individuele laders dit per cel doen en dit ook per cel regelen (de cel met de hoogste spanning krijgt de minste stroom), kan er tot 13,2V accuspanning wel een verschil in celspanning zijn, maar van 13,2V tot 13,6V wordt dit vereffend tot een identieke celspanning door de individuele laders. De seriële lader werkt dan niet meer, die stopt bij 13,2V.
“Ja ho effe, dan wordt de accu maar tot de helft geladen!” Nee, de seriële lader gaat maar tot de helft, de individuele lader gaat door tot de cellen allemaal op 3,4V zijn gekomen.
Met een coulombcounter wordt het schema dan zo:



Is de accu al op 12,8V of hoger, dan kunnen alleen de converters de accu optoppen tot 100% SOC (of zoveel minder als je veilig vindt in verband met de levensduur). De step-down/buck-converter werkt als seriële lader tot 70% SOC, daarboven werken de converter laders als individuele laders en houden de cellen veilig voor overladen. De converters zijn dan een 'ladend' BMS geworden.
Ja, in theorie klinkt het leuk, maar werkt het ook zo?
Ja, het werkt zo, het lab heeft het uitgetest. Er zijn vier cellen van verschillende capaciteit op een regelbare gestabiliseerde voeding aangesloten. De spanning van de voeding wordt op 13V onbelast afgeregeld en er loopt een laadstroom (de cellen zijn ontladen). Met een tweede gestabiliseerde voeding worden de converters gevoed. Deze worden gevoed met 24V omdat de converters daar het hoogste rendement (ca 90%) hebben. De converters hebben een vaste uitgangsspanning van 3,45V voor elke cel. De converter laadstroom wordt met een Hall generator Ampèretang gemeten.
Zonder de seriële lader leveren de converters de maximale stroom passend bij de klemspanning van de cellen. Op het moment dat de seriële lader wordt ingeschakeld gaat deze een laadstroom leveren passend bij de accuspanning en doen de converters een stapje terug en laden met een lagere stroom. Wordt de spanning van de seriële lader terug geregeld, dan neemt de stroom uit de converters toe. Binnen het 'veilige gebied van 12 tot 13V' werken de laders naadloos complementair. Bij het bereiken van 13,1V accuspanning stopt de seriële lader en werken alleen de converters nog als laders tot 3,4V celspanning of 13,6V accuspanning. De converters stoppen met laden als de cellen op 3,4V zijn aangekomen, de stroom naar de cellen wordt 0 en zit de accu vol en komt er niets meer bij, tenzij er eerst wordt afgenomen.
Er blijft de vraag: Is het veilig voor de cellen? Daarop kan met ja worden geantwoord.
Aangezien het om ‘CV’ laden gaat is er geen sprake van een veilige laadstroom maar van een veilige eind laadspanning. De seriële lader mag tot 3,2V per cel er wel een stroom van 1c in stoppen om dan verder door de converters met 5A 'af te toppen' tot de cellen vol zijn. De twee systemen leveren weliswaar de totale laadstroom, maar worden door de spanning van de accu begrensd. Zou er een scenario te bedenken zijn waarbij met een groot capaciteitsverschil tussen de cellen er toch een cel kan worden overladen? Ik heb nog geen truc kunnen bedenken… op voorwaarde dat beide systemen tegelijk werken! Zou dat werken, dan zijn de goedkoopste 15W converters voldoende om een veilig systeem op te zetten met een seriële bulk/boost lader en een individuele cellader om af te toppen.

Nou Hans, dat wordt weer even kauwen!

Groeten, Peper.

Peper, in hoeverre is jouw systeem fouttolerant? In de zin dat wanneer er een onderdeel (een regelaar, de spanningsbron, een cel) faalt het systeem in een veilige toestant komt. Met name veilig voor de cellen zodat ze niet beschadigd raken maar ook voor de boot, bijvoorbeeld dat hitte door te hoge stromen voorkomen wordt.

Voor overladen van een cel waardoor deze kapot gaat is het systeem zeer fout tolerant, dat overladen kan niet gebeuren. Als er een cel kapot gaat ben je die gewoon kwijt en werkt het systeem niet meer. LPF cellen ontploffen niet en veroorzaken geen brand, dit in tegenstelling tot LiCoMn cellen met een brandbaar elektrolyt.
LFP cellen worden pas warm als er gedurende langere tijd 3c aan stroom wordt getrokken of geladen. Bij een 100Ah cel kun je 100A laten uitstromen zonder dat deze warm wordt, bij 300A wordt de cel wel warm. De beveiliging tegen deze situatie is een 100A zekering. Die werkt dan ook tegen een temperatuursverhoging van de kabels bij kortsluiting. Verder kan ik geen foutcondities verzinnen die je boot doet afbranden tot de waterlijn.
Voor een 'hyper' of een 'hypo' is het systeem niet gevoelig.
Groeten, Peper.

Maar is het ook niet mogelijk dat een converter / individuele lader de spanning toch onbedoeld hoger dan de maximum ingestelde waarde (3,4V) kan laten oplopen en dat daardoor de cel beschadigd raakt? Bijvoorbeeld door het falen van een component van de individuele lader?

, lees eens terug Timo, precies wat ik ook vroeg, al een paar keer overigens.
Maar het is onmogelijk, zo hebben we begrepen.

Ja, dat zou wel kunnen net zoals blikseminslag ook wel zou kunnen.
Het hoger worden van de uitgangsspanning geschied door een trimweerstand van 47kOhm, die voert de spanning met 0,1V op van 3,3V naar 3,4V. Als je deze weerstand kortsluit kom je aan 3,6V en verder kom je niet. Dit zou na 3 uur motor varen een cel van 3,6V op kunnen leveren, iets waar de meeste LFP cellen nog wel tegen kunnen indien er geen forse laadstroom loopt. In een dichte behuizing die niet door een saboteur kan worden geopend, is het optreden van deze situatie overeenkomstig met de frequentie van bliksem inslag.

De converters hebben een galvanisch gescheiden in- en uitgang die 1 tot 5kV scheiding oplevert. Een blikseminslag op de ingang van de lader, bv op het zonnepaneel, zal de lader vernielen (waarschijnlijk alle 4 voor een 12V systeem) en de ontladingsstroom kan dan tot de accu via de laders door dringen. De weg via de bedrading van de boot naar de accu heeft een veel lagere weerstand en geen scheidingsspanning. Wellicht overleeft de lader dat zelfs en zelfs de cellen van de accu, maar de bedrading zal wel in de fik gaan.

Groeten, Peper.

Peper schreef :
Weet je dat zeker? Ik ben te lui om de mornsun datasheet in te duiken.
Bij de murata UWE's kun je wel degelijk hoger dan +10% trimmen, alleen valt dat buiten het gespecificeerde werkgebied. Een beetje circuitanalyse en vervolgens een proefje heeft voor mij bevestigd dat je op de trim pin prima een (nauwkeurig) bepaalde spanning kan aanbrengen om de uitgangsspanning te trimmen. Die trimweerstand van de trim pin maar V_uit+ of V_uit- is natuurlijk veel makkelijker als je maar 1 stand wil. Maar je kan het dus ook prima vanuit een uC met een DAC aansturen. Maar ik dwaal af...

Terugkomend op IlCigno zijn punt: daarom is het wat mij betreft belangrijk dat de bewaking en de besturing onafhankelijk en/of redundant zijn uitgevoerd. Gaat er een DCDC converter op hol, en laat die de celspanning ongezond ver stijgen? Dan moet het bewakingssyteem ingrijpen.

Han, wat lever je weer fantastisch lange epistels, dank voor alle tijd die je daar in steekt.Je verhaal klopt als een bus, slechts een klein lekje in de bus: bij de combi serieelladen/morsunladen, loop je nog altijd (een kleine) kans dat er onbalans is, en dat detecteer je niet, en kan schade opleveren.
Genoeg veren nu naar de realiteit.
Niks geen 12V systeem, of celletjes van 100Ah, maar 50V/306Ah 15kWh, een grote jongen dus, inderdaad elektroschipper.
En een van mijn use cases is dus het NOK. (Nord-Ostseekanal), ik begin volgeladen bij Brunsbuttel en haal net op de laatste elektronen die ik er uit pers Rendsburg, want daar kan je zo lekker bij de italiaan eten, terwijl de accu aan het laden is.
De volgende ochtend wil ik weer verder, dat gaat dus niet met de Morsuns van 30 Watt, want die laden maar ongeveer 500 Watt, en dan ben ik dus 30 uur verder (mits de stroom zo hoog blijft) dus nog een dag liggen, nog een dag italiaan... overdaad schaadt, niet zo leuk, de Oostzee lonkt!
Dus dan zal ik moeten investeren in nog meer of nog grotere Morsuns, da's best duur.
Dus daarom een SMPS van 1kW er op, serieel laden en betaalbaar.

Ik ga er wel van uit, dat door de extreem lage (dynamische) inwendige weerstand ik een hoge stroom kan blijven laden, natuurlijk moet dan ook de SMPS een zeer lage (dynamische) uitgangsweerstand hebben.
Maar met serieel laden met zulke vermogens zal ik ook moeten monitoren. De combi met Morsuns is natuurlijk weer erg mooi, omdat je dan vanuit het 12V circuit wat er nu zit, de zonnepanelen kan aansluiten.
Doorladen, door de SMPS van serieelladen naar Morsuns-voeden over te schakelen, voor de topping up zou natuurlijk ook een mooie optie zijn, ware het niet dat je dan een heel groot ingangsbereik moet hebben voor de Morsuns wat de efficiency van die dingen weer naar beneden haalt.

Last but not least, ik zit in de low budget mode, en probeer zoveel mogelijk met used/marktplaats/goedkope-standaard-componenten het geheel te realiseren. Dat lukt tot nog toe erg goed, maar BMS-en van 300+, Morsuns van 300+ etc gaat alles snel uit de klauwen lopen.

Dus voorlopige gedachte:
Een eigen BMS-je die de seriële lader (SMPS) kan afschakelen van de accu. Kleine Morsuns die voor de topping up kunnen zorgen en de zonne-energie in de accu pompen.

Wat is de efficiëntie van de Morsuns in de praktijk?

@Twist:
Ik heb om te testen de trimaansluiting kortgesloten naar Vo+ en Vo- (trimweerstand 0Ohm) Door de serieweerstand in de converter wordt via de trimaansluiting de Uref niet hard aan de + of - gelegd bij kortsluiten van de trimaansluiting en zo bereik je de uiterste instelbare waarden. Die liggen op 3,0V voor de ondergrens en 3,57V voor de bovengrens.

Een extra bewaking per converter is te maken door de enable van elke converter aan GND (van de ingang) te leggen (via welk systeem dan ook, een NTC op de betrokken cel zou al goed zijn). Dan heb je een extra temperatuur bewaking voor elke cel. Nu worden LFP cellen door hun lage Ri pas heel laat warm. Ik verwacht niet dat dit echt werkt. Een comparator kan ook meten of de spanning te hoog wordt door het falen van de eerste regeling en dan via een OC de enable aan GND te leggen. Dan heb je een echt redundant systeem.
via een comparator kun je ook een positieve spanning op de TRIM aansluiting leggen die de spanning naar beneden regelt. Of dat dan nog redundant mag heten weet ik niet.
Ik ga vandaag naar Zwitserland om een 48V systeem te installeren. In Zermatt is een elektrokarretje met LCM cellen uitgebrand, alleen het staal is overgebleven, het aluminium is zelfs verbrand! Ik denk aan een thermal runaway. Zielig voor de eigenaar, interessant voor mij.
Groeten, Peper.

roozeboos schreef :
Unserem Rat wuerde im Wind gesprochen....

Peper schreef :
Leuk!

Nog even naar de specs van de Morsuns gekeken, maar die hebben een best hoog standby verbruik:
www.elipse.eu/sites/default/fi..._urb2403ld-20wr3.pdf




20mA * 48V * 16= 15.36W
auw.

@ Peper.

Als je wilt voldoen aan de CE norm dan geld er naast EMC compabiliteit bijvoorbeeld ook nog de "single fault rule"
Dat betekent dat als er ergens iets stuk gaat dat er voor personen geen gevaarlijke situatie ontstaat. Dat de zaak niet ontploft maar wel "slechts" kan uitfikken en brand veroorzaken kom je natuurlijk niet met weg om maar iets te noemen.

Een enable wel of niet aansturen kom je natuurlijk niet mee weg. Er is altijd wel een manier van stukgaan te verzinnen waarbij dat niet helpt.

Veiligheid moet het leifst al van het beginaf aan worden meegenomen bij het ontwerpen, dit omdat je anders in een later stadium moet vaststellen dat de zaak moeilijk of helemaal niet veilig te krijgen is.

It Paradyske schreef : Een oud plan van je!
Ja, de vraag is met welke verhouding je naast de 9A uit de 30W Mornsun je er nog serieel stroom in mag stoppen om het systeem veilig voor de cellen te houden.

De kleine 15 tot 20W converters komen niet verder dan 85% bij de nominale inputspanning, de 30W typen komen tot 89%.
Groeten, Peper.

Airgead schreef :
Dat begint bij LFP cellen te gebruiken met een onbrandbaar elektrolyt!
Ja, alles kan stuk. Je kunt ook geen accu aan boord nemen, dan kan die ook niet stuk en hoeft die ook niet geladen te worden. Als relativerende opmerking bedoeld! Niet om te zeiken!
Groeten, Peper.

Peper schreef :
Even voor mijn beeldvorming: dit doe je allemaal om niets? Gewoon omdat je er lol in hebt? Of is dit hele 'accu' gebeuren ook iets dat je commercieel doet? Niet dat het mij ook maar iets uitmaakt, maar gewoon even voor mijn beeldvorming.

Ik heb deze winter weer wat meer getest en gemeten aan de mijn Lifepo4 accu. Dit zijn 4 3,2V sinopoly cellen van 200Ah. Je ziet dat ook indien er een kleine onbalans is dat het serieel laden van de cellen gelijkmatig gaat. Je ziet pas dat voltages sneller oploopt zodra je de 3,40V gepasseerd bent. En ook dan vindt er maar een geleidelijke versnelling plaats. Als je serieel laadt tot 13,6 of 13,4V dan hoef je nog maar weinig af te toppen met een parallelle lader.

It Paradyske schreef :
Als ze standby staan maakt dat toch niet uit ?
Ze trekken dat niet uit de accu alleen misschien uit je zonnepaneel of walstroom lader.

Sprokkie schreef :
Nee, maar dat betekent dat van mijn zonnepaneel de eerste 15 W gedissipeerd wordt...
En alleen bij heel mooi weer gaat laden..

@Peper: okay, dan hebben de Mornsun's een beperkter trimbereik dan de murata UWE die ik nu gebruik.

Ik kies voor een (zeer zuinig) printje per cel dat tussen de polen komt te zitten.
Dat printje krijgt via een digitale isolator een seintje van de ingangskant wanneer er ingangsspanning aangeboden wordt. Het printje stuurt de DCDC converter aan (wederom via een digitale isolator) op de enable ingang. Dat is zo uitgevoerd dat de standaard stand voor de converter 'uit' is.
Achter de converter komt een ideale diode te zitten, uitgevoerd met twee mosfets die tegengesteld staan (dus DS-SD). Die dubbele tegengestelde mosfet is nodig om te zorgen dat er niet onbedoeld via de interne body diode toch nog stroom kan lopen. Die ideale diode wordt ook vanuit het cel-printje 'aan of uit' gezet. Ook dat is 'default off' uitgevoerd.
Ik kan op die manier de DCDC converter helemaal uitzetten, en/of de uitgang afkoppelend van de LFP cel. Sluipverbruik wordt op die manier ook zeer beperkt.
Tot slot nog een shunt van 1 miliOhm per cel met een goede (lage offset) current sense amplifier. Daarmee kan er een feedbackloopje gemaakt worden naar de trimingang (CC,CV). Kan analoog met opampjes, maar eventueel ook digitaal via de uC. Ben ik nog niet uit. En de uC op cel-printje kan coulombcounter zijn voor de toegevoerde lading.

Ter onafhankelijke bewaking waarschijnlijk nog los uitgevoerde onder- en overspanningsbeveiliging. Die zit natuurlijk ook in de uC op het cel-printje, maar wat nou als die juist stuk gaat? Juist, dan is er dus nog die tweede zelfstandig bewakende onder/over-spannings bewaker.

Met 20A laadstroom per cel, en rekening houdend met 90% efficiëntie en 4 cellen, kom je dan op een ingangsstroom van zo'n 18.5A (@14.4V). Ik denk dat mijn 80A dynamo daar tegen zal kunnen.
Met een lange nacht walstroom kan de victron lader (30A) de converters van peut voorzien en zit de boel ook weer vol.

Veel plezier en wijsheid in Zermatt

It Paradyske schreef :
De Murata UWE-3.3/20-Q12 neemt 160mA bij 12V in rust = 1.9W

Sneaker schreef :
Beste Sneaker,
Ik doe dit voor m'n plezier en omdat ik het als gepensioneerd elektrotechnicus interessant vind en omdat ik een oude €Xr heb.
Op het forum heeft iedereen zijn eigen waarheid en er zijn veel forummers die dit niet kunnen of willen geloven. Het zei zo... Ik ga daar niet op in. Ik ben tevreden met het idee dat ik de eerste ben die iets nieuws ontdek over LFP accu's.

@OFRi: Dat is wat het meetlab ook constateerde en uiteindelijk leidde tot serieel laden tot 70% SOC en dan aftoppen met de converters. Het serieel laden kan gelijkertijd met het converter laden, zodat eventuele onbalans meteen wordt tegengegaan. Omdat I x t = C x U = Q (lading) zal de cel met de laagste U de meeste lading opnemen en daardoor bij serieel laden 'in de rij' met de anderen komen staan. Is een cel vol, dan merk jij ook dat de spanning blijft oplopen en dat dit sneller gaat dan bij een cel tussen de 30 en 90% SOC. Hoe snel dit gaat hangt af van de laadstroom door de cellen en de actuele capaciteit van de cel.
Leuk is dat jij ook constateert dat 'het' bij 3,4V gebeurt. Indien je niet verder laadt dan tot 3,4V per cel en dat afdwingt door individuele laders met een vaste spanning te gebruiken, zullen de cellen nooit verder worden geladen dan vol, onverschillig het capaciteitsverschil tussen de cellen. Bij jou zijn de cellen duidelijk van dezelfde capaciteit omdat ze tegelijk aan de 3,4V komen bij seriële lading. Dan zou je zonder limiters serieel kunnen laden met 4 x 3,4V of 13,6V eind laadspanning. Indien de cellen ongelijk 'verouderen' ben je op een gegeven moment 'de Sjaak' dan ontstaat een ongelijke capaciteit en overladen van 1 cel. Om die reden is het aftoppen met een individuele lader zinvol. Jij gebruikt limiters (weet ik) en die doen hetzelfde, maar dat kost dan wel energie die in warmte wordt gedissipeerd. Dat deed ik 5 jaar geleden ook en hoewel die energie uit m'n zonnepaneel kwam en mij niets kostte, vond ik dat toch irritant en ben ik op zoek gegaan naar een 'alles etende lader'.

@Sprokkie:
Dat 'stationair' vermogen kan niet uit de accu worden getrokken want de converters zijn geïsoleerd. Het moet of uit de walstroomlader komen of uit het zonnepaneel. Zou je de accu tevens serieel met dezelfde bron laden, dan moet er een keerdiode tussen. Bij voorkeur een 'ideale diode' Ik heb al van jou vernomen dat niet alle 'ideale diodes' heel ideaal zijn!

Groeten, Peper.

Twist schreef :
Ik zou er 16 van moeten hebben = 30.72W
Dat halen mijn paneeltjes bijna nooit...

Peper schreef :
Plezier is vaak veel belangrijker! Succes.

Oh ja oeps. Sowieso x4, maar bij jou dus zelfs x16! Dat had ik even gemist