Onderwerp: Een alles etende regelaar voor accu's

De ‘fusible link’

Weer iets nieuws… Nauwelijks, de fusible link heeft een lange geschiedenis in de automotive elektriciteit en de eerste zekeringen waren fusible links waarvan de ‘fuse wire’ kon worden vervangen. In Australië en Nieuw Zeeland kun je in de supermarkt nog steeds kaartjes met ‘fuse wire’ kopen met draad voor 5A, 10A, 15A en 20A. Op de foto van deze Nieuw Zeelandse 'stoppenkast' in een boeren woning zitten linksboven de porseleinen houders en de porseleinen inzetten met ‘fuse wire’. Één van de porseleinen fuse wire houders is vervangen voor een automaat.


Na de ingreep is er een nieuwe aardrail en de zekeringen voor de keuken en de bijkeuken met de wasmachine zijn vervangen voor 20A automaten met een aardlek schakelaar.
Fuse wire is meestal van lood gemaakt om een laag smeltpunt te hebben zodat het ‘doorbranden’ van de zekering niet bij ca. 800^oC (smeltpunt van koper) gebeurt, maar bij ca. 350^oC (smeltpunt van lood). De kans dat smeltend lood iets in de brand zal zetten is kleiner dan dat smeltend koper zoiets doet. De fuse wire uit Nieuw Zeeland is van een koper legering die weliswaar een lager smeltpunt heeft dan puur koper, maar niet zo laag als het smeltpunt van lood. Om brand te voorkomen door het smelten van fuse wire, is deze opgenomen in een ruimte die door de porseleinen delen van de fuse en fuse holder wordt gevormd. Porselein zal niet ontvlammen bij temperaturen van lager dan 1000^oC.
Bij fusible links in de automotive wereld wordt meestal teflon gebruikt om de koperdraad ‘in te pakken’ en te voorkomen dat het doorbranden van de zekering de rest van de installatie in de brand zet.
In ‘de winkel van Alie’ kun je fuse wire kopen en die is dan van lood. Lood is erg zacht en heeft nauwelijks treksterkte. Na een paar tests om te zien hoe de draad in een kabelschoentje geperst kon worden heb ik verder afgezien van de toepassing van de loden fuse wire. Het is niet sterk genoeg.
Helaas moest ik afzien van duidelijk gekalibreerde fuse wire en overgaan op eenvoudige logica.
Als je 1mm² in serie zet met 2,5mm² en je laat daar zoveel stroom doorlopen dat de temperatuur boven het smeltpunt van koper komt, dan smelt de 1mm² draad eerder dan de 2,5mm² draad.
De 1mm² draad bepaalt daarmee de stroom die maximaal door de draadcombinatie kan lopen. Door 1mm² kan minimaal 10A lopen, maar bij 15A wordt de draad flink heet en bij 20A zal de draad doorbranden. Een echte I²t curve is niet te geven, maar de 1mm² draad smelt eerder door dan de 2,5mm². De fusible link is niet zo nauwkeurig als een smeltpatroon, maar werkt op de zelfde manier.
De toepassing is goed bij een groot verschil tussen de normale stroom en de kortsluit stroom, zoals bij het laden van accu’s. De laadstroom kan wel 10A zijn, maar bij een eventuele sluiting zal er veel meer stroom lopen en de fusible link doorbranden. Bij mijn oude Suzuki Carry betekende sluiting in de bedrading van de wisselstroom dynamo naar de accu, het vervangen van de draad van dynamo naar accu. De keuze voor een fusible link wordt gemaakt als er maar weinig montageruimte is en de kans op doorbranden in gebruik niet erg hoog is, omdat de belasting nooit sterk zal variëren zoals bijvoorbeeld bij een wandcontactdoos waar een 60W schemerlamp op wordt aangesloten en deze soms wordt gewisseld voor een 2000W stofzuiger. In dat geval is een makkelijk te vervangen smelt veiligheid of een automaat handiger.
Ik wil een fusible link toepassen in de aansluitingen van de individuele cellader. De laadstroom bij de 20W converters komt niet boven de 7,5A, zelfs bij lege LFP cellen. Een draad van 0,75mm² is ‘dik’ genoeg om bij 7,5A niet door te smelten. Vanaf de LFP cellen kan bij kortsluiting makkelijk 100A lopen. Dan is een zekering nodig.
De fusible link(s) moet(en) zo dicht mogelijk bij de accu worden geplaatst om de bedrading verder van de accu te beschermen.
Bij het doorsmelten van de draad in een keramische Diazed patroon of een mespatroon of een keramische 5x20mm zekering, is het keramiek de bescherming tegen hete metaaldruppels die brand zouden kunnen veroorzaken. Een fusible link moet dit op een andere manier voorkomen. Teflon en siliconenrubber kunnen hoge temperaturen weerstaan en zijn de aangewezen stoffen om dit klusje te klaren. Verder moet er rekening worden gehouden met toename van de druk in de patroon door het warm worden van het gasmengsel in de patroon.


Bij de opbouw begin je met een siliconen geïsoleerde draad (0,75mm²). Geen PVC draad nemen, dat is brandbaar en bij het doorsmelten komen er giftige chloorgas verbindingen vrij (Dioxine is één van de velen). De fusible link is niet gasdicht en via de ‘krimpen’ van de kabelschoentjes zal bij doorbranden het hete gas afkoelen en ontwijken.
Hierom heen wordt een Teflon kousje gedaan. Dit voorkomt dat metaaldruppels naar buiten kunnen komen. Het teflon kousje kan tegen 600^oC. Dat is lager dan de smelttemperatuur van koper, maar de siliconen isolatie van de binnenste koperdraad is een goede warmte geleider en zorgt daardoor meteen voor een daling van de temperatuur bij het doorsmelten. Het Teflon kousje wordt ‘mee gekrompen’ in de kabelschoentjes.
Buiten het Teflon kousje komt een siliconen slangetje om het Teflon kousje om het Teflon kousje goed op zijn plaats te houden.
Daar waar de kabelschoentjes zijn aangekrompen wordt de draad door de kopermassa van die kabelschoentjes koel gehouden.
‘Crisis, Peper, dat is een hoop gepruts voor iets wat je ook in de winkel kunt halen!’ Ja, da’s waar, het is allemaal heel ‘ambachtelijk’, maar dat vind ik er nu juist zo leuk aan! ‘Kun je niet veel makkelijker een zwevende zekering opnemen?’ Ja, dat kan natuurlijk, maar de fusible links kunnen niet makkelijk worden gesaboteerd met spijkers (door een Diazed patroon slaan) of door aluminium folie (om de 5x20mm patroon wikkelen). Verder is een zwevende zekering 'bulky' en dat wil ik niet voor mijn 'Bling Bling' accukast.
Een een fusible link is veel slanker en daardoor eleganter, een eigenschap die ik bij de ‘bling bling’ accukast wil gebruiken.
Dit is de ‘bling bling’ accukast:


Alle onderdelen worden ‘rails gemonteerd’ en de indeling is daardoor verregaand vrij te configureren. De rails zitten nu nog niet vast, maar zullen zo worden ingedeeld en bevestigd, dat de kast 4 LFP van 200Ah cellen (equivalent van 240Ah in lood zwavelzuur cellen) kan opnemen. De 4 72Ah LFP cellen ‘verzuipen’ in een dergelijke grote kast. Linksboven zit de individuele cellader voor 4 LFP cellen met de aansluitklemmen. Om convectiekoeling te vergemakkelijken is de lader niet in een module behuizing opgenomen, wat wel zou kunnen. De andere delen zijn modulair en overal inde kast plaatsbaar waar een rails beschikbaar is.
Om de circuit breaker en de contactdoos te bereiken moet de kast worden geopend. Is hier bezwaar tegen, dan kunnen zij ook buiten de kast worden aangebracht.
Monitoring van de accu verloopt via een voltmeter, maar andere monitoring kan worden aangebracht en worden afgelezen achter de polycarbonaat deksel.
Er is plaats voor diverse module behuizingen (de groene zijn van Phoenix Contact) waarin andere systemen kunnen worden ondergebracht zoals inbraak beveiliging etc.
De kast is waterdicht (IP67) en krijgt een Goretex filter in de grootste kabelwartel om te ventileren en droog te blijven.
Een close up van de accu met de fusible links:


Het is nu nog een kwestie van rails plaatsen en bedraden (met de juiste koperdoorsnede). Dan heb je een uitwisselbare, waterdichte accubank met ‘wide range multi input’ lader met overlaad beveiliging volgens het CV laadprincipe en een configureerbare diep-ontlaad beveiliging, voorzien van een hoofdschakelaar en hoofdzekering. De kast krijgt intern een kleine led verlichting (heel ‘Bling Bling’)om als oriëntatie verlichting te dienen en drie Iso (“Hella”) contact dozen en een USB laadaansluiting. Deze aansluitingen zijn buiten de diepontlading beveiliging om. Dit is gedaan om kritische apparatuur zolang mogelijk van stroom te voorzien en de accu in het uiterste geval op te offeren.
Na de Anderson steker aan de uitgang is de rest van de installatie voor jou om te configureren. Maak die alsjeblieft iets netter dan dit:


Groeten, Peper.

De portable powerplant is bijna klaar.

Er staan nu 4 72Ah cellen in, maar er kan 4x200Ah in. Op een notebook voeding van 19V vragen de converters bijna 400mA om de cellen te laden. In de linker bovenhoek zit de volt/ampère meter voor de input. Input van zonnepanelen is ook mogelijk via waterdichte MC4 connectors.
Vanaf de 80A circuitbreaker zijn via 'fusible links' de 2 Hella (iso) connectors links op de kast aangesloten. Rechts is er een 120A Anderson connector om 'de rest van de boot' aan te sluiten. Rechtsonder zit ook de analoge voltmeter met onderdrukt nulpunt voor de accu monitoring. Dit is niet digitaal of met een led. De stroom voor de voltmeter is hooguit 100uA voor volle uitslag en laat je LEDjes branden of een 7 segment display DVM werken, dan moet je toch al snel met een verbruik van meer dan 10mA rekenen.
Boven op de kast zit een handvat om de kast echt portable te maken.

Hier staat ie achter in me bussie.
Wel een handig ding voor een delivery... Stel je wordt gevraagd in Griekenland een boot op te halen en je komt erachter dat de accu's 'niet helemaal fris' meer zijn. Nou dan kun je toch 12V (of 24V) aan boord hebben waarmee je helemaal onafhankelijk bent van wat er dan aan boord is en je marifoon en navigatie onafhankelijk is van 'onzekere' accu's.
Zien jullie er iets in voor op de boot? Nou je bent te laat want het geheel is voor Suriname als onafhankelijke powerplant voor in het oerwoud. Daar komen dan wel wat grotere accu's in. Deze gaat daar eerst heen als test en dan als voorbeeld voor hoe de 'guts' erin te monteren.
Groeten, Peper.

Goed verhaal, Peper, lekker kort.....

Mbt Griekenland, die Trojan heeft zich geheel hersteld. Dat oude lood is nog zo gek niet

Zeker niet als ballast!

Zal op een stalen boot van dat formaat niet zoveel uitmaken hoor.

Voor Suriname:

Groot koelblok (van een contactloze 3 fasen thyristor hoofdschakelaar voor groot vermogen) met daarop 6 x 4 40W converters. De ingangsspanning mag tussen de 40 en 160V liggen (voor deze uitvoering beperkt tot 100V door de ingangscondensator).

De pcb's zijn universeel voor 4 converters van 30W en 40W. Om ze ook geschikt te maken voor hobbyisten die niet de 'soldeer academie' hebben doorlopen, is alles in 'through hole' componenten uitgevoerd. Uiteindelijk moeten de pcb's worden geassembleerd in Suriname. De SMD pcb's die eerder zijn gemaakt doorstonden niet de 'trillingstest' zonder extra via's bij de aansluitingen voor de elco's. Bij de trillingstest scheurden de elco's de printbanen van de print af. Bij 'through hole' prints, zit er een via in elke aansluiting van een condensator en zitten deze beter vast dan op een SMD pbc. Mocht dit onverhoopt toch nog onvoldoende zijn, dan kan de condensator alsnog hufter bestendig worden vastgelijmd met 'hot glue'.

De uitgang wordt gevormd door 24 3,4V uitgangen (81,6V) voor 24 LFP cellen van minimaal 100Ah.
Laadstroom: 10A. Laadvermogen: 816W maximaal.
Input: zonnepaneelarray van 5 x 17V in serie (4 x 24V mag ook nog, de ruststroom van de converters is voldoende hoog om de panelen zo te belasten dat zij niet de Uoc bereiken). P_in 1000Wp. Per dag kan maximaal 1kWh worden betrokken. Bij de inzet van een heliostat kan 5kWh worden gehaald.

Voor de 'donkere uren' kan een 72V loodaccu genset (benzine of diesel) worden gebruikt, die afslaat bij 80V (instelbaar) en serieel de accu's laadt. De spanning van de generator kan ook worden gebruikt voor het laden via de converters, zodat een ongelijke spanning per cel wordt tegen gegaan. De installatie is bedoeld voor een medische buitenpost in het oerwoud en zal van tijd tot tijd worden belast met een 230V 50Hz omvormer.

Afgezien van de hoge spanning (80VDC kan hartstilstand veroorzaken) Is dit wel een leuke set voor op de boot. Een 60V set (20 LFP cellen) zonder zonnepanelen maakt er een soort 'Prius' van die je dan kunt opladen op walstroom om daarna elektrisch de haven uit te varen en te gaan zeilen en bij terugkomst weer elektrisch de haven in te varen. Een klein zonnepaneel array kan tijdens het zeilen de accu's weer iets bijladen en kan voorzien in elektrische energie voor navigatie instrumenten.

Terug in de haven kan de boot weer 'aan de prik'.
Voor de lange afstanden kan een 60VDC genset die gemodificeerd is voor LFP accu's het gemis aan walstroom ondervangen. Een 3kW genset 'bromt' de accu dan in 2 uur vol of staat je toe met 2kW te varen. Hoe hard dat gaat... dat hangt van de boot af. In de accu zit dan het vermogen om als het nodig is, de rompsnelheid te halen voor de duur van een half uur.

Groeten, Peper.

Appendix bij de 24 naar 12V converter/UPS

De 4 converters van de individuele cellader hebben elk een elektronische spanningsregelaar ingebouwd in de vorm van een op-amp die de uitgangsspanning regelt. Via een trim aansluiting kan de uitgangsspanning van elke converter individueel worden ingesteld.

Uit de specificatie sheet:



Bij een ‘ongetrimde uitgang’ is de belastingweerstand van dit regelcircuit: R1 plus R2 en is dat 4,81k plus 2,87k = 7,68k (bij een 3,3V converter). Bij 3,3V uitgangsspanning loopt er dan 3,3V / 7,68k = 0,43mA aan meetstroom bij elke converter. Trim je de converter naar een hogere of lagere spanning (zoals in dit geval van 3,3V naar 3,4V met een 47k weerstand) dan komt er bij de ‘meetstroom’ ook nog een ‘trimstroom’ van 1,24V / (12,4k + 47k) = 0,0208mA.

Gedrag van de individuele cellader bij langdurig laden
Dit wil zeggen dat een cel bij een uitgeschakelde converter met 0,45mA ontlaadstroom wordt belast en ook dat de converter bij het bereiken van de eind laadspanning (4,3V) in elk geval intern de eigen meet- en ‘trimstroom’ laat lopen. Bij een werkende lader komt het vermogen voor het meet en regelcircuit bij het bereiken van de eind laadspanning uit het ingangsvermogen, bij een uitgeschakelde lader komt het vermogen voor het meet en regelcircuit uit de aangesloten cel en vormt een zelfontlading van de cel. Deze gegevens zijn van belang voor de situatie van een cel in een service accu in een boot die door de week aan de kade ligt en in het weekeinde wordt gebruikt.
Bij vermogenstoevoer naar de lader via zonnepanelen, via een wisselstroom dynamo, via een sleepgenerator, via een windmolen is er nooit sprake van een volle cel omdat de lader niet verder kan laden dan 3,4V per cel. Daarbij komt dat de wisselstroom dynamo niet altijd werkt, de zon niet altijd schijnt, de wind niet altijd waait, de sleepgenerator niet altijd wordt ‘aangestroomd’. In die gevallen wordt de cel dan wel belast met de meet- en trimstroom van <0,5mA, zolang er geen ingangsvermogen is. Zonder dat ingangsvermogen wordt de cel belast waarbij de celspanning langzaam zakt. In die gevallen vindt er ook geen ‘laden van de cel’ plaats en zakt celspanning onder de 3,4V, zei het niet waarschijnlijk naar 3,0V. Zou je dit ontladen tegen willen gaan, dan bestaat de mogelijkheid om dit met een ‘ideale diode’ per cel tegen te gaan. Het zou kunnen zijn dat de kleine ontlading wellicht beter is voor de levensduur van de accu.
Ligt de boot aan de wal en wordt de serviceaccu niet geladen dan betekent dat bij de gebruikte 72Ah cellen dat de ‘gebruiksruimte van 60Ah’ in ongeveer 100.000 uur wordt verbruikt. De accu wordt dan heel langzaam ontladen en zal in de tijd steeds lager dan de 3,4V per cel komen. Na 100.000 uur is de accu dan op de laagste nog bruikbare spanning zijn aangekomen.
Bij de inzet van zonnepanelen is de toevoeging van 4 Watt.uur per etmaal genoeg om deze ‘zelfontlading’ te compenseren. Een 40Wp paneel zal dit in een uur redden en als de zon langer schijnt, worden de cellen geladen indien deze onder de 3,4V zouden zijn gekomen.
Bij vermogenstoevoer uit de walstroom aansluiting, zal er een langere aanwezigheid van het ingangsvermogen zijn en streeft de lader het bereiken van de eind laadspanning na. De converters hebben dan een eigen verbruik van 0,45mA terwijl de stroom naar de cel bij een helemaal volle cel kleiner dan 1mA is, dat wil zeggen minder dan dat de DMM kan weergeven. Deze stroom naar de cel is exclusief de ‘meet en trim stroom’ en is niet te meten omdat deze intern in de converters loopt.

Vanaf 1 december loopt nu een test met een 12V 72Ah LFP accu die 24/7 aan een individuele cellader met 19,3V op de ingang, is aangesloten. De klemspanning van de accu (onder lading) is 13,6V en elke werkdag wordt de accu belast met een 12V 30W soldeerbout ‘met fijne punt’. Na een half jaar is de situatie hetzelfde als bij het begin van de test.

Opslaan bij een celspanning van 3V verlengt de levensduur… Dat zou best kunnen en voor de opslag buiten het vaarseizoen is dit aan te raden. In dat geval moet de individuele cellader van de accu worden afgekoppeld anders blijft de bijna lege cel belast met een stroom van 0,45mA. Dit zou na 100.000 uur uiteindelijk aanleiding kunnen geven tot een diep ontlading met een terugloop van de levensduur.

Ik gebruik de accu voor mijn 12V 30W soldeerbout, het ‘opslaan’ is niet van toepassing op mijn situatie. Ik wil wel een ‘volle accu’ als ik ga solderen en laad de accu tijdens het solderen, in de nacht en in het weekeinde op. Ik heb geen levensduur voor mijn accu’s, maar ga uit van een gebruiksduur. Die is nu 6 maanden bij continu laden met 3,4V per cel. Nog 14 jaar en 6 maanden te gaan om te zien of dit ook afbreuk doet aan de levensduur van een LFP accu.

Groeten, Peper.

Een deep discharge limiter

Voor sommigen is een laadsysteem niet compleet als er geen diep ontlaad bescherming is geïnstalleerd. Indien er altijd een laadmogelijkheid aanwezig is, ziet men soms af van het uitschakelen van de stroom uit de accu en wordt een geringe lading in de accu’s alleen visueel en/of auditief gesignaleerd. Dit voorkomt alleen het ‘stiekeme’ in ‘stiekeme nachtelijke ontladingen’. Het weglekken van lading is nagenoeg altijd het gevolg van het ongemerkt aan laten staan van een verbruiker. Zou er een ontladingsmogelijkheid zijn buiten een reguliere verbruiker om, dan is er sprake van een ‘design flaw’ in het laadsysteem. Soms kan dit worden getolereerd indien de ontlaadstroom heel klein blijft. Een monitoring/waarschuwingsysteem zal altijd een kleine ontlaadstroom opleveren en pas op het moment dat de ontlaadstroom door een monitoringsysteem procenten gaat bedragen van de accucapaciteit, komt het tot problemen.
Bij signalering van een bijna lege accu kan de motor worden gestart om de accu bij te laden.
Het ‘stroom draaien’ gaat niet op voor ‘elektroschippers’. Zij hebben een motor zonder dynamo en kunnen bij een bijna lege accu niet terugvallen op de dynamo van hun motor. Willen zij niet geconfronteerd worden met de problemen van een diep ontladen accu, dan zullen zij de verbruikers moeten afschakelen om de nog aanwezige lading in de accu nuttig te gebruiken of zelfs het gebruik naar nul te reduceren.
Bij aansluiting op de walstroom komt dit waarschijnlijk nooit voor en zal de walstroomlader het verlies door een monitoring systeem compenseren.

Dit is de reden om een deep discharge limiter te hebben voor een groep kritische apparaten en een deep discharge limiter voor een groep minder kritische apparaten. Andere indelingen zijn ook mogelijk. Een deep discharge limiter is geen ingewikkeld of omvangrijk apparaat en er kunnen er veel aan boord zijn. Mijn voorkeur is voor elk apparaat aan boord één, zodat de in te stellen grenzen en eventuele acties passen bij het belang van het apparaat of het net onderdeel dat door de beveiliging wordt bewaakt.
Wat wil een schipper van zijn service accu waarvoor hij/zij een deep discharge alarm of een deep discharge limiter nodig heeft. Wil je daar een antwoord op hebben, dan heb je een energiebalans nodig en wel eentje die actueel is.
Heb je geen actuele energiebalans dan kun je het ook redden met een ‘hele dikke accu’, zo één die je een keer per maand oplaadt aan de walstroom en dan pas als je op Mallorca bent aangekomen weer geladen moet worden. Of je dat gaat halen, kun je alleen maar inschatten als je een energiebalans hebt gemaakt of dat je een heel ‘Spartaans energiebeheer’ doorvoert.
Je kunt wat ‘zorgelozer’ worden als je zonnepanelen op je boot hebt of een windgenerator of hydrogenerator of je moet kunnen ‘stroomdraaien’. Ben je in staat toe te voeren wat je verbruikt, dan zit je goed. Heb je geen energiebalans, dan weet je ook niet wat je verbruikt en blijft er niets anders over dan ‘telkens met samengeknepen billen’ op de Voltmeter te kijken ‘of er nog genoeg in de accu zit’…
‘Dat kan toch wel anders!’ Ja, dat kan wel, maar je ontkomt er niet aan om een punt vast te stellen waarbij je zegt: ‘nu moet de koelkast uit, anders doet over 6 uur de stuurautomaat het niet meer!’
Het is erg slordig als de 12V accu tot 10V wordt ontladen door een koelkast aan boord. Het is nog slordiger als de marifoon het niet meer doet omdat de koelkast de accu tot onder de 11V heeft ontladen. Dit vraagt om verschillende spanningsniveaus waarbij de diep ontladingsbeveiliging moet optreden. Één voor apparatuur zoals de marifoon en de navigatieverlichting. Één voor apparatuur zoals de stuurautomaat en één voor de koelkast en de smartphone.
Je moet voor jezelf de rangorde opstellen waarin je belang hecht aan het functioneren van de apparatuur aan boord. Dat kan heel verschillend zijn per schipper en opstappers. De koelkast zou de eerste zijn die je uitschakelt, helaas pindakaas vandaag geen koude witte wijn. Maar wacht effe… als iemand zijn voorraad insuline voor behandeling van diabetes in die koelkast heeft liggen, dan is dat andere koek! Dan daalt de koelkast naar een lagere plaats in de ‘nu uitschakelen’ lijst.

Wat is er in de handel?
Heel veel van deze apparaatjes, op AliExpress krijg je zeven pages met ‘hits’ als je op ‘deep discharge protection’ zoekt. De beperking is dat zij allemaal voor loodzwavelzuur accu’s zijn ontworpen. Bijna allemaal zijn zij ingericht voor 12V installaties. De laagste kantelspanning waarbij zij gaan werken is meestal op 10V en dat is wat laag voor een LFP accu. Er zijn er ook voor 12, 24, 36 en 48V en er zijn er waarbij de kantelspanning kan worden ingesteld.
De beveiliging door het afschakelen van de belasting is in bijna alle gevallen door een relais. Een relais heeft mechanische delen en kan slijten. Nu moet de slijtage van een dergelijk relais niet worden overdreven, want het relais schakelt alleen in en uit als de hoofdschakelaar wordt omgezet en het relais schakelt uit als de accuspanning te laag wordt.
Een relais vraagt voor zijn functioneren een beetje vermogen en dat zou ik liever of in de accu houden dan wel in de marifoon stoppen als dat nodig is. Ik ben geen fan van mechanische schakelaars of schakelaars die vermogen opnemen, Ik doe het liever ‘solid state’.

De lijst
Eerste categorie: Wat schakel je nooit uit zelfs als dat zou betekenen dat je de accu ‘molt’:
De marifoon (die kun je niet op ‘mensenkracht’ laten werken),
Een stroboscoop flitslicht voor noodsituatie of handstakellicht (die kun je ook niet op ‘mensenkracht’ laten werken),
De navigatie verlichting (je kunt wat doen met gekleurde stormlantarens op petroleum…),
Een klein oriëntatie licht in de kajuit (bij de marifoon). Nou dat zou je met een zaklamp kunnen oplossen, maar in een noodsituatie heb je met name je handen nodig!
De bilgepomp (om de accu ‘boven water te houden’ Er zijn hand en voetpompen, maar die kluisteren je dan op één plek). Zo zal een solozeiler of een ‘short handed’ zeiler andere criteria aanleggen dan een zeiler ‘op de plas in de buurt’.
Wellicht zijn er op persoonlijke overweging ook nog andere toestellen die het tot op het laatste moment nog zouden moeten doen, dan moeten die ook stroom kunnen krijgen al kost het de accu zijn leven.
Tweede categorie: Wat schakel je pas uit als je de accu niet wilt ‘mollen’:
Stuurautomaat (die kan bij te weinig acculading met de hand worden over genomen.)
Navigatie computer (‘back to basic’ en weer op het kompas gaan varen.)
Gedimde noodverlichting in de ‘kaarten hoek’ (die kan heel nostalgisch door een petroleum stormlamp worden overgenomen, maar ik hoop dat die maatregel je bespaart blijft).
Het kenmerk van deze groep toestellen en apparaten is dat hun functie ook op een andere manier kan worden overgenomen. Hoe eerder deze apparaten worden afgeschakeld, des te langer heb je nog energie voor de eerste categorie apparaten en toestellen.
Derde categorie: Wat schakel je als eerste uit omdat je de ‘stroom’ beter kunt gebruiken voor andere apparaten. Dit zijn apparaten en toestellen die zonder toevoer van elektrische energie geen levensgevaarlijke situaties kunnen opleveren:
Koekasten, diepvriezers, kachels, ovens (magnetrons), elektrische kookpitten. Bedenk dan dat er uitzonderingen zijn indien er bijvoorbeeld medicijnen aan boord zijn of dingen die een specifieke conditionering vragen.

Mogelijke niveaus voor het afschakelen van apparaten
Bij een ‘half volle accu’ zou alle niet strikt noodzakelijk apparatuur beter kunnen worden uitgeschakeld. Komt de lading in de accu door ‘stroom draaien’ weer boven ‘half vol’ dan kan de verbruiksbeperking worden opgeheven.
Voor ‘12V loodaccu schippers’ ligt dit punt bij een lading van 75% van de nominale accucapaciteit. Voor ‘12V LFP schippers’ ligt dit punt bij een lading van 65% van de nominale accucapaciteit of 12,8V.
Bij een loodaccu wordt ‘bezuinigen tot het strikt noodzakelijke’ bij een lading van 60% van de nominale accucapaciteit nodig. Bij een LFP accu ligt die grens bij een lading van 30% van de nominale accucapaciteit of 12V.
Komt een loodaccu onder een lading van 50% van de nominale capaciteit, dan kan deze weer geladen worden, maar de levensduur van de accu neemt dan meer dan normaal af.
Komt een LFP accu onder een lading van 30% van de nominale capaciteit, dan kan deze weer geladen worden en de levensduur neemt wel af, maar dat valt binnen de afname op basis van veroudering. Een LFP accu moet om nog geladen kunnen te worden boven de 6V blijven. De accu gaat weliswaar niet kapot, maar moet onder de 6V weer opnieuw initieel worden geladen en dat is lastig om aan boord te doen.
Spanningswaarden van een LFP accu voor het afschakelen van ‘niet levensbelangrijke’ apparaten.
Bij een accuspanning van 12,8V is het punt dat de ‘luxe apparatuur’ beter kan worden afgeschakeld om energie te sparen voor ‘serieuzere zaken’.
Tot een spanning van 12V is er dan nog energie voor apparaten die nodig zijn om te kunnen varen en
tot 10V kan er nog energie worden gebruikt voor apparaten die juist in een noodsituatie nodig zijn.

Resumerend
Bij LFP accu’s van 12V (4 cellen).
van 13,6V tot 12,8V: vrij energie gebruik (alleen beperkt door de zekeringen),
van 12,8 tot 12V: energie gebruik beperken tot die apparaten die voor het varen nodig zijn,
vanaf 12V tot ‘lager’: energie gebruik alleen voor kritische apparatuur (er zal geen beperking zijn op het energieverbruik, ook al leidt dit tot schade aan de accu).
Voor loodaccu’s moet je deze spanningen zelf invullen, daar bestaan heel verschillende visies over en het is niet het toepassingsgebied dat in dit draadje wordt beschreven.
Dit is het makkelijkst te realiseren als de elektrische installatie bij de aanleg al wordt ingedeeld in de groepen ‘vrij gebruik’, ‘beperkt tot noodzakelijke apparatuur’ en ‘beperkt tot kritische apparatuur’.
Bij een bestaande installatie is dit veel en ingrijpend werk.

Afschakelen of waarschuwen?
Afschakelen is alleen toepasbaar indien de afgeschakelde apparaten geen deel hebben in het functioneren van het schip. Een reset via een toets is storingsgevoelig en heeft geen voorkeur. De reset vindt automatisch plaats als de belasting die de spanningsdaling veroorzaakt, wordt uitgeschakeld. Dat kan één toestel zijn, maar het is ook mogelijk dat er meer toestellen via deze beveiliging lopen en dan moeten ook zij worden uitgeschakeld. Bij een ‘getripte’ zekering zal de beveiliging ook niet resetten zolang de (over)belasting nog aanwezig is.
Je kunt ervoor kiezen elk apparaat een eigen diep ontlaad beveiliging te geven en zo in te delen in de groep van ‘vrij energie gebruik’ maar dan wel ‘zolang de accu vol zit’ (boven de 60% SOC bij LFP accu’s).
Een groep van ‘vrij energie gebruik’ maar dan wel ‘tot de accu is gezakt naar 30% SOC’ (bij LFP accu’s).
Een groep van ‘vrij energie gebruik tot de accu helemaal leeg is en misschien kapot gaat’.
Voor de groep apparaten ‘noodzakelijke apparatuur’ is afschakelen onverstandig. Je zou ineens zonder stuurautomaat kunnen komen zitten en dan kun je voor onaangename verassingen komen te staan. Hier is het handig om een signalering te hebben met ‘groen’ voor alles in orde en ‘rood’ voor het passeren van de ondergrens naar beneden. Voor short handed en single handed zeilers is het toevoegen van een auditieve alarmering nu wel zinvol. Het auditieve alarm moet dan wel kunnen worden uitgeschakeld.
Waarschuwen is altijd mogelijk, maar voor auditieve alarmering standaard is geen plaats tenzij op pedagogische grondslag als er een hardnekkig ‘grootverbruiker’ aan boord is. Auditieve waarschuwing is gevaarlijk als deze een ‘Panpan’ of ‘Mayday’ bericht onverstaanbaar maakt.
Het is niet zinvol om elk apparaat van een ‘alleen waarschuwende’ beveiliging te voorzien. Ze zullen allemaal tegelijk waarschuwen omdat ze de accuspanning van dezelfde accu monitoren. Er is dus maar één waarschuwende beveiliging nodig en deze werkt voor de hele installatie aan boord.
De groep die de kritische apparatuur vormt heeft geen onderspanningbeveiliging, de levensduur van de accu is ondergeschikt aan de inzet van deze apparatuur.

Werking
Bepaling van het kantelpunt



Er wordt gebruik gemaakt van een klein ic dat werkt als een zenerdiode waarvan de zener spanning vast ligt op 2,499V. Via een spanningsdeler kan dan worden ingesteld bij welke spanning op de aftakking meer dan 2,5V komt te staan en er stroom door het IC gaat lopen. Bij een 1 op 5 spanningsdeler zal 11,995V nog geen geleiding geven en bij 12,000V zal er 100mA kunnen lopen en dat is zeker voldoende om een LED te laten oplichten.
De LED licht alleen op als de spanning boven de 12V komt. Twaalf Volt is het kantelpunt in de schakeling. Bij 120k en 470k komt de kantelspanning op 12,3V te liggen.
De kantelspanningen en hun bijbehorende weerstanden in een tabelletje:

Kantelspanning	Weerstand boven	Weerstand onder
13,18V	470k	110k
12,82V	475k	115k
12,3V	470k	120k
12V	475k	125k

De te gebruiken weerstanden zijn metaalfilm weerstanden met 1% tolerantie.

Je bent vrij om de kantelspanning naar eigen idee te bepalen door de weerstanden in waarde te variëren. Dit instellen van het kantelpunt kan ook met een variabele weerstand, maar dat verloopt mechanisch en kan aanleiding zijn voor onnauwkeurigheid en storingen. Voor de testschakeling is hier wel voor gekozen om de vrije keuze te hebben in de instelling van de kantelspanningen.

Bij een systeem dat alleen waarschuwt



Het systeem zal waarschuwen bij een daling onder de ingestelde kantelspanning. Zolang de accuspanning boven de kantelspanning blijft is de groene LED aan. Bij een daling van de accuspanning onder de kantelspanning gaat de groene LED uit en gaat de rode LED aan. Is er een 3V tot 24V piëzo-zoemer aangesloten, dan maakt de 85dB uit die zoemer ‘luid en duidelijk’ dat de spanning van de accu onder de ingestelde drempelwaarde is gekomen. De zoemer wordt wel via een ‘oortelefoon’ aansluiting aangesloten zodat de 150mA gebruikende piezo pieper uit kan worden geschakeld. (en niet zodat je de piezo pieper in je oor kunt stoppen!)
Dit systeem is geheel ‘portable’ en kan overal in de boot op het boordnet worden aangesloten en zal dan functioneren. Eigenlijk maakt het geen deel meer uit van een BMS omdat het niet is geïntegreerd met de lader. Doordat de monitor zich overal aan boord kan bevinden is dit systeem ideaal voor single handed en short handed varen doordat het overal in de boot kan worden geplaatst.

Bij een systeem dat de belasting afschakelt



In het schema is dezelfde kantelspanning bepalende onderdeel op genomen als in de voorgaande schema’s. Is de spanning lager dan de kantelspanning, dan gaat de groene LED uit en wordt de gate van de P-channel MOSfet positief en blokkeert de MOSfet (en zakt de spanning op de uitgang nog verder) en kan er geen stroom meer door de MOSfet lopen. De spanning wordt na de MOSfet gemeten en als de MOSfet de spanning en stroom uit de accu blokkeert kan deze niet uit zichzelf terug komen om de MOSfet weer te laten geleiden. De schakeling heeft weer wat spanning nodig om spanning en stroom op de uitgang te geven. Dat kun je doen door er van buiten een spanning op aan te sluiten. Dit is het systeem zoals dat bij de LFP accu’s van Hans V. functioneert.
Als de accu inmiddels weer geladen is kun je die spanning ook uit de accu betrekken via de weerstand over de MOSfet. Die weerstand is zo hoog dat er geen noemenswaardige spanning op de spanningsdeler komt te staan als er nog een belasting aanwezig is. Het systeem wordt alleen gereset zonder aangesloten belasting en als voorwaarde dat de accuspanning hoger is dan de kantelspanning van het systeem. Wordt de belasting uitgeschakeld of ‘de stekker gaat eruit’ en komt de spanning op de uitgang weer boven de kantelspanning, dan gaat de LED weer aan en de MOSfet gaat weer open om de stroom door te laten.
De gebruikte MOSfet kan 50A aan en 70A gedurende een paar seconden. Gedurende 100msec is 150A toegestaan. Bij 10V spanningsverschil tussen gate en source heeft de MOSfet 3mOhm aan ‘doorlaat weerstand’. Bij 10A belastingstroom valt er dan 0,03V aan spanning over de MOSfet.
Met dit als ‘voorschakel apparaat’ zorg je ervoor dat het apparaat ‘er na’ de accu niet onder de ingestelde kantelspanning kan ontladen. Er hoeft geen aparte groep te worden ingesteld voor deze apparaten, indien ze de schakeling als ‘voorschakel apparaat’ mee krijgen, is ongecontroleerd leeglopen van de accu door de beveiligde apparaten voorkomen. De stroomdoorlaat naar het apparaat blijft onderbroken, ook al is de accu weer geladen, er moet een reset plaatsvinden door de belasting even af te koppelen.
Wordt de drempelspanning aan de ‘accu kant’ gemeten, dan is geen reset nodig en wordt de stroomtoevoer weer hersteld zodra de accuspanning boven de kantelspanning is gekomen.
In dat geval wordt de spanning van de accu de enige bepalende factor voor het uitschakelen van een apparaat of aantal apparaten. Komt de accuspanning onder de ingestelde kantelspanning, dan loopt er geen stroom meer door het ic en komt de gate ‘aan de source te liggen’ (de gate-source spanning wordt nul of bijna nul) en de MOSfet gaat ‘dicht’, er kan geen stroom meer lopen.
Dit kan aanleiding geven tot onrustig gedrag van de schakeling. Doordat de stroom uit de accu daalt vanwege het afschakelen van de belasting, zal de accuspanning omhoog gaan, daardoor stijgt de accuspanning boven het kantelpunt en gaat de MOSfet weer geleiden en deze laat weer stroom door naar de belasting. Waardoor de spanning weer onder het kantelpunt komt, de MOSfet weer dicht gaat en zo verder. De schakeling gaat dan werken als relaxatie oscillator en je zit dan met een kajuit verlichting die knippert als in een slechte griezelfilm.
Dit kan worden ondervangen met een condensator over de onderste weerstand van de spanningsdeler. De waarde van die condensator is voor een deel afhankelijk van de weerstand van de belasting.
De soldeerbout aanzetten en een proefschakeling maken op wat gaatjes print. Dan kan ik ook de grootte van de condensator bepalen…

Vermogenverbruik door de schakeling
Relais verbruiken een laag vermogen voor hun werking. Het verbruik van de relaisspoel is evenredig aan de stroom die contacten moeten in en uitschakelen. Er is een heel klein vermogensverlies veroorzaakt door de contactweerstand van 50 tot 100uOhm en de stroom die door de contacten loopt.
Dit is een gelijkstroom relais voor 200A. Bij deze hoge stromen wordt het geen relais meer genoemd, maar spreekt men over ‘contactor’.



Het vermogen dat de spoel opneemt is <14W, bij 12V is dat ruim 1A.
Het spanningsverlies over de contacten is in alle gevallen kleiner dan 80mV bij 100A, dat is 8W aan vermogensverlies in het contact circuit. De af te leiden contactweerstand is U/I ofwel 0,08 V : 100A = 0,0008 Ohm ofwel 80uOhm. Het ‘werken’ van de contactor kost ongeveer 24W aan vermogen en in 24 uur neemt de schakeling 2A x 24h = 48Ah op uit de accu. Bij een dergelijke schakeling moet je dan je accu van 48Ah extra capaciteit voorzien om de deep discharge beveiliging onmerkbaar te laten werken.
 
MOSfets gebruiken in de ‘aan’ of ‘uit’ stand geen vermogen voor hun werking. Bij het in en uitschakelen loopt er een condensator ‘in de MOSfet’ vol of leeg en dat geeft vermogensverlies bij snel achter elkaar in en uitschakelen (dat doet een diep ontladingsbeveiliging meestal niet). Bij een MOSfet is de ‘contactweerstand’ 10 tot 20mOhm en geven daarom meer vermogensverlies in de stand ‘aan’ dan de contacten van een relais, bij 70A wordt er I2 x R = 4900 x 0,02=98W opgenomen bij het werken van de MOSfet.



Dat is meer dan bij een relais maar het stuurvermogen van de MOSfet is 0W en dat is altijd minder dan het vermogensverlies in de relaisspoel in de stand ‘aan’. De voornoemde vermogensverliezen zijn gering en zullen nooit aanleiding geven tot de noodzaak “24 Ah aan extra accucapaciteit te installeren” om de schakeling te laten werken. Dit omdat het vermogensverlies bij de schakeling evenredig is aan het vermogensverbruik. Dat is bij een relais niet zo, daar is het vermogensverlies constant.
Een LED vraagt ongeveer 20mA om fel op te lichten. Bij voeding vanuit 12V systeemspanning is dat 240mW aan vermogensverbruik en 480mAh aan verbruik van de accubank voor elke LED per etmaal. Nou, daar heeft een 120Ah accu niet veel last van. De LED kan 1000 uur (ca 40 etmalen) branden voordat de accu ‘leeg’ is als er geen andere apparaten zijn aangesloten.
Doe je dezelfde reken exercitie voor een ‘low current LED’ die 5mA verbruikt, dan kan die LED 4000 uur branden voordat een 120Ah accu is ontladen tot 20Ah.
Ook de LED’s zullen nooit aanleiding geven tot de noodzaak “10 Ah aan extra accucapaciteit te installeren” om de schakeling te laten werken, maar zij horen wel bij de ‘stiekeme nachtelijke ontladingen’.
Het IC en de spanningsdeler hebben een verbruiksstroom van 1uA (het IC) en 20uA (de spanningsdeler). Zij nemen rond 50uAh per etmaal uit de accu.
De hele schakeling neemt in de stand ‘afgeschakeld’ 125,05mAh per etmaal uit de accu bij een groene ‘in orde’ LED en een rode ‘accu leeg’ LED bij een waarschuwingssysteem met een MOSfet schakelaar. Het toevoegen van een ‘piezo pieper’ vraagt wel 1Ah per etmaal, zo’n 100 keer meer dan het verbruik van de schakeling. Gelukkig is dat alleen als er onderspanning is en niet tijdens het gewone ‘bedrijf’. (Je wordt helemaal gestoord als je dat ding langer dan een kwartier hoort!)

Voor diabetici
Er zijn hele mooie koeltasjes voor het bewaren van insuline op de perfecte temperatuur. Zij hebben een eigen li-ion accuutje voor een eigen onafhankelijke energievoorziening. Met een dergelijk ‘koelkastje’ is het niet nodig de koelkast aan boord op een UPS-achtige energievoorziening aan te sluiten om de werking te garanderen zodat de insuline niet kan ‘bederven’.



Diabetici die insuline afhankelijk zijn hebben vaak al een dergelijk ‘koeltasje’ en door de ingebouwde accu kan dit ‘tasje’ op de ‘luxe 12V stroomaansluiting’ worden aangesloten. Bij een lager geworden accuspanning neemt de ingebouwde accu het over.

Te lange post voor heer WadnWind... Ik hoop dat te compenseren door het gebruik van zijn favoriete IC, de TL431.

Groeten, Peper.

Peper schreef :
Bij het diagonaal lezen heb ik de laatste zin wel gelezen!

Het getrapt afschakelen is een aardig idee, maar ik geloof niet in het automatiseren. Een resetbaar alarm is voldoende. De gebruiker kan zelf wel bepalen wat hij dan aan laat staan.

De rest is natuurlijk kolder. Het is met name een lange verhandeling over het toepassen van de wet van ohm en een uiteenzetting van hoe jij inmiddels de werking van een FET snapt.

Iedere lithiumboer heeft de onderspanningsbeveiliging ingebouwd of levert printjes die dat en véél meer doen voor minder geld dan je het zelf kan bouwen uit losse componenten. Intussen denkt het halve forum dat Lifepo4 ondoorgrondelijk is omdat een paar fanatici het als een religie hebben gebombardeerd en de hele boel overrationaliseren.
Mogen we ons even herinneren dat er mensen hier al JAREN rondvaren zonder enige vorm van extra's, anders dan een geschikte lader?

Alles wat er extra verzonnen word is om de investering te beschermen tegen onze eigen klunzigheden.

boarderbas schreef :
Yep. Me too. Enige wat ik doe is mijn lifepo4 gebruiken en opladen. Maar ik heb dan ook een heel simpele opstelling en goedkope 400 euro lifepo4 van 90ah

@Boarderbas en Sneaker:
Dit draadje is ook voor hen die geen 'expert user' zijn en hun dure investering willen beschermen tegen hun eigen onkunde. Als oud docent zijnde geef je dan niet alleen de tools om te beschermen, je geeft ook aan hoe die bescherming werkt.
Groeten, Peper.

ja mensen met eigen onkunde gaan dit begrijpen....
ik denk toch van niet.

Peper schreef :
Toch voel ik wel met beide eerdere criticaster mee.

Je bent overduidelijk iemand met veel kennis van de materie. Maar zonder dat je het zelf in de gaten lijkt te hebben ben je tegelijkertijd een vrij slechte ambassadeur voor LiFePo4 accu's als het erom gaat om mensen zover te krijgen dat ze op dergelijke accu's overschakelen.

Die lange verhalen wekken voornamelijk de indruk dat het allemaal erg ingewikkeld is, dat er van alles en nog wat mis kan gaan en bovendien dat je zelf ook jouw kennisniveau moet zien te bereiken wil je veilig en verantwoord met dergelijke accu's kunnen kunnen omgaan.

Bij voorbaat mijn excuses als ik je met bovenstaande onaangenaam tref, maar ik denk dat vel ZF-ers een vergelijkbare perceptie van je verhalen hebben.

Wadloper schreef :
Tja, die titel van 'ambassadeur' heb ik mezelf niet gegeven en heb ik ook niet nagestreefd. Ook ben ik er niet op uit om anderen te winnen op LiFePO₄ accu's over te gaan. Dit is geheel hun eigen keuze. Eén van de criticasters heeft mij, geheel onterecht, zelfs de titel van 'Messias' toegekend. Daar doe je niets aan, iedereen maakt zijn eigen waarheid.
Als je de naam hebt van vroeg op te staan, kun je de rest van leven in bed blijven liggen. Iedereen zal zeggen: 'dat is die vent die altijd vroeg op staat' want je hebt nu eenmaal de naam. Alleen al de aversie tegen mijn lange posts zal er voor zorgen dat sommigen nooit kennis over accu's zullen hebben. Dat is ook niet erg, er zijn veel leukere dingen in het leven dan een hoog 'accukennisniveau'. Kennis is macht, maar ook: macht corrumpeert! Ik wil in elk geval de kennis hebben aangeboden. Wie de posts te lang vindt... diagonaal gaan lezen en die kennis, echt je kunt ook zonder dat fijn zeilen!
Groeten, Peper.

www.google.com/url?sa=t&rct=j&...RZzwFsMmTmA4j-skwFxn

Ik moet zeggen dat de posts van Peper me heel veel hebben bijgebracht over Lifepo en vooral hoe ze te gebruiken. Het kan heel goed zijn dat veel mensen tegenwoordig de aandachtspanne van een goudvis hebben maar dat wil niet zeggen dat zijn posts niet goed zijn. Als je niks wil bijleren, ga dan Temptation Island of Ex on the Beach kijken. Ik leer graag iets bij en het lezen én luisteren naar de ervaring van Peper heeft me deze week heel goed geholpen toen ik een probleempje had met mijn batterij. Daardoor zit ik nu in Portsmouth terwijl de gemiddelde Temptation-kijker nooit zijn eigen plas verlaat. Leer begrijpend lezen, dat onderwijzen ze normaal in de lagere school.

Mooi stuk, ga ik nog eens even verder bestuderen.

Niet dat ik de indruk heb dat poivre zich snel laat ontmoedigen, maar wil toch even delen dat ik zijn lange posts wel waardeer, even als het zelf klooien met lifepo4.
Met gepaste spanning wacht ik de volgende af

WADnWIND schreef :
Inderdaad: makkelijker kunnen we het niet maken wel leuker.

Goede verdediging voor de ietwat uitgebreide verslaggeving van Peper.

Aan Peper gewoon zo door gaan met je Posts ik lees ze met aandacht en interessen, als andere die te lang vinden lezen ze het maar niet en laten ze dan lekker wat anders gaan doen. Er zijn altijd wel een aantal mensen die hun ontbijt beginnen met een fles azijn!!! Mijn dank voor je informatie en goede ideeën

Freetime,
je haalt me de woorden uit de mond.

Volgens mij kan je het beste een complete (4cel) 12v LiFePo accu kopen. Daar zitten ook balancers in en kan zó als drop-in gebruikt worden.

Scheelt een hoop lezen

Gepost met de officiële Zeilersforum-app

Begrijp me niet verkeerd, maar in een 4 cell koop accu van bv.100 of 200 AH zitten alle verhalen en tekst + kennis en ervaring van Peper ook in!
Je zou het niet zeggen, maar het past allemaal!

Gepost met de officiële Zeilersforum-app