Onderwerp: Een alles etende regelaar voor accu's

eerst maar eens inderdaad de relevante informatie/onderzoek . anders is het speculatie en stemmingmakerij.

Monitoring en nachtelijke ontladingen
Dit is weer een lange post!

Wat is zinvol om te monitoren... je kunt wel alles willen monitoren, maar heb je er ook wat aan?
Even in het absurde: op een bol-ronde planeet met zwaartekracht hoef je niet te monitoren of je dicht aan de rand bent gekomen zodat je op tijd kunt omdraaien om niet over die rand te vallen.
De bol-ronde planeet heeft geen rand en je kunt je een slag in de rondte monitoren om die rand op tijd te zien zodat je maatregelen kunt nemen niet over de rand te vallen. Belachelijk voorbeeld? Zeshonderd jaar geleden was men nog overtuigd dat dit zou gebeuren en werd Copernicus opgesloten omdat hij beweerde dat dit niet kon.
Minder absurd, maar net zo overbodig, is het monitoren van de spanning op een accu die wordt geladen uit een spanningsbron die zo is afgeregeld dat de spanning niet boven de maximale spanning van de accu kan komen. In de 'Constant Voltage' lader ligt die spanning vast en kan niet veranderen. 'Ja, maar als die spanning nu wel eens veranderd?' Dan heb je een slecht geconstrueerde lader en dat zou je kunnen monitoren, maar daar wordt die lader kwalitatief niet beter van!
Monitoren kun je ook doen als er een kans bestaat dat er een (levens)gevaarlijke situatie ontstaat die op enigerlei wijze schade oplevert. Dat is dan op voorwaarde dat er geen methode is om die schade op een andere manier te voorkomen. Dit komt voor in situaties waarbij een risico wordt aangegaan om een doel te bereiken. Voor zeilers is het monitoren van water in de bilge zinvol, aangezien bij een boot op het water er automatisch het risico wordt gelopen dat de boot water maakt. Er zijn echter zat open zeilboten waarbij men water in de bilge geen probleem vindt (vanwege zelflozers en andere technische ingrepen) omdat het gelopen risico aanvaardbaar wordt geacht ten opzichte van het doel (lekker een dagje zeilen). In deze situatie zijn er ook andere mogelijkheden om de schade te beperken zoals het dragen van een zwemvest. De boot kan dan zoveel water maken dat deze zinkt, maar de opvarenden blijven door hun zwemvest drijven en zo wordt de schade beperkt. Er bestaan ook vaartuigen die niet kunnen zinken omdat de bilge niet vol kan lopen zoals bij een zeilplank. Daar is een bilge monitor geheel overbodig.
De bilgemonitor van een surfboard zal nooit je leven redden door vroege alarmering.

Je monitoring is zinloos als je geen actie kunt ondernemen om de gevaarlijke situatie te vermijden. De motortemperatuur monitoren om brand te voorkomen is zinvol. Rookgas detectie heeft in een vliegtuig geen zin, want wat wil je doen? Een raampje open zetten? De deur open doen? Zonder parachute uit het brandende vliegtuig springen? Al deze maatregelen zullen alleen maar leiden tot een fellere brand. Zou de rookgasdetector een sprinkler kunnen inschakelen, dan is dat wel de moeite waard. Als de rookgas detectie heel gevoelig is, kun je met een blusser nog wat doen en kan de captain en co-piloot proberen het vliegtuig aan de grond te zetten voordat het uit elkaar valt.

Monitoring vraagt aandacht en energie
Een monitor waar nooit naar wordt gekeken of wordt geluisterd (geen aandacht aan wordt gegeven) is een verspilling van energie. Dat is niet erg als er toch voldoende energie aanwezig is, dan heb je die monitor alleen voor 'het mooi'. Als je aan de walstroom ligt heb je plenty energie en kun je de hele wereld monitoren. Het wordt anders indien je bij 8bft bezig bent je boot overeind te houden, bodemberoering te voorkomen, aanvaringen probeert te vermijden, je koers te houden en niet in het buiswater hypothermisch te worden. Dan meldt de 'koffietemperatuurmonitor': 'Schat, je koffie staat koud te worden.' Of nog erger, 'de tandpastatubemonitor' meldt: 'Schat, je hebt alweer vergeten het dopje op de tandpasta terug te doen!' Aargh#@$%&*!
Monitoring zonder context... om gek van te worden. Als je alles probeert te monitoren, krijg je al gauw last van 'TMI' (Too Much Information), er moet een waarderingscontext zijn voor dat wat je monitoort. Het is belachelijk om in de nacht in het donker te worden geïnformeerd over het feit dat de zonnepanelen op je boot niets leveren. Dat is 'ja, duhhuh' monitoring en draagt bij aan TMI.
Naast de context zijn ook de minimum en maximum grenswaarden een belangrijk onderdeel van de context. Zou een regeling ervoor zorgen dat een maximum waarde niet kan worden overschreden, dan is het monitoren van een maximum waarde niet zinvol. Bijvoorbeeld de brandstofmeter van een dieseltank. Niemand monitoort de bovengrens van de inhoud van een dieseltank vanuit de kuip of de kajuit. Dat doe je wel met het tappistool in de hand. Dat de tank vol zit is alleen maar plezierig, dan kun je voorlopig nog op de motor varen.
Het monitoren van de ondergrens is wel interessant. Het bereiken van de ondergrens kan, naast de informatie die brandstofmeter geeft, nog weer extra worden gemonitoord met een signaallampje en een auditieve indicatie (piepje).
Er zijn ook monitoren waar bijna nooit op wordt gekeken en toch altijd aanstaan. De snelheidsmeter in een auto is er één van. Pas na het detecteren van die flits in je achteruitkijkspiegel kijk je op je snelheidsmeter om in te schatten welk bedrag er in die brief uit Leeuwarden zal staan. Mosterd na de maaltijd.
Monitoren kost energie. Soms is dat maar heel weinig. Een vloeistof kompas is de zuinigheidskampioen. We kunnen de energie die het kompas aan de boot ontrekt niet meten. De energie die het lampje voor de nacht verbruikt is wel groot genoeg om te meten, al is het maar weinig. In geval dat je niet op het kompas kijkt is het verspilde energie als dat lampje brandt.
Een fluxgate kompas gebruikt wel meetbaar energie. Er is energie voor de sensoren en de elektronica en het display nodig. 'Is dat dan zo veel?' Nee, het is maar heel weinig, maar als het touw om je nek maar heel weinig tekort is, ben je wel dood! Ook hier geldt: kijk je niet op het verlichte kompas, dan is het verspilde energie.
Een brandstofmeter gebruikt ook energie, maar dat doet de meter alleen als deze aanstaat omdat de motor draait en de dynamo energie opwekt. De brandstofmeter monitor gebruikt alleen energie als de monitoring zinvol is omdat de motor draait en brandstof verbruikt.
"Ja, hallo! Nou ben je wel heel erg krenterig Peper!" Ja, dat ben ik, maar dat ben jij ook als je een nieuwe accu moet kopen! Dat ik krenterig ben is daarmee een ongeldig argument. Een monitor mag best energie opnemen, maar dan alleen als je er informatie uit wint. Is de energietoevoer in overvloed aanwezig, dan kun je de monitor 24/7 aan laten staan.

Voorbeelden van monitoren die je 24/7 aan kunt laten staan:
Een vloeistof kompas.
Het kompas in een verrekijker.
Uitgangsspanning monitor van een zonnepaneel.
Input monitor van een acculader.
Een anemometer (alleen als deze zelf het vermogen opwekt en de windsnelheid wordt bepaald uit de frequentie van de opwekking). Dit is een heel mooi en efficiënt systeem: geen wind is geen meetwaarde, geen energie voor de uitlezing, wel wind, dan is er wel energie en er is een waarde om te laten zien en er is energie voor de uitlezing. Helemaal autonoom.

Vuistregel: een monitor moet zijn eigen energieverbruik kunnen verzorgen en zo niet, dan moet deze alleen en bewust worden ingeschakeld als de waarde van de grootheid wordt gemeten en gemonitoord.

Analoog of digitaal?
'Analoog is net zo nauwkeurig als een spanningszoeker, naast die onnauwkeurigheid heb je dan ook nog rekening te houden met parallax bij de aflezing. Je moet een digitale monitor nemen en met een 4 digit uitlezing dan krijg je nauwkeuriger metingen met een fout van 0,1% van je uitgelezen waarde!'
Waar of niet waar...

'Bij digitaal en een variërende meetwaarde wordt je helemaal gestoord van de veranderingen in de uitlezing, je moet een analoge monitor nemen, dan kun je veel beter zien of je roerstand invloed heeft op je snelheid op het log!'
Waar of niet waar...

De motortoerenteller, de snelheidsmeter, de brandstofmeter en zelfs de voltmeter zijn nog steeds met analoge uitlezingen en daar is een reden voor! De terugkoppeling tussen de operator en de monitor is analoog sneller en beter dan bij een digitale uitlezing. De koppeling tussen de roerstand indicator of de windrichting indicator en de roerganger aan het roer is analoog, net als bij een Op-Amp.
Probeer dit maar eens digitaal te doen met evenveel zeggingskracht.


Het is voor de roerganger alleen maar handiger als hij weet dat hij (of zij) de helmstok in de richting van de wijzer van het analoge instrument mee moet duwen voor de koerscorrectie. Dit geeft een veel snellere reactie dan 'onder de 341 naar bakboord en boven de 341 naar stuurboord'. Dan weet je ook nog niet hoeveel streken je de koers moet veranderen, terwijl aan de variatie in uitslag van het analoge instrument is op te maken of de roerstand veel of weinig moet worden veranderd om weer de goede koers te varen. Ga maar eens proberen om op een digitaal uitgelezen kompas te sturen op 320^o. Je wordt helemaal gek! Bij een analoog kompas kom je na wat inregelen wel keurig uit op 320^o. Het is het makkelijkst als de maan bij 320o precies in het midden van de bakboord zijstag staat. Dan kun je veel makkelijker sturen en koers houden en kun je het kompas stoppen op een plaats waar de zon nooit schijnt.



Probeer maar eens op deze digitale meters voor precies €35,00 benzine te tanken.
Wil je een snel te interpreteren waarde voor een correctie, dan neem je een analoge uitlezing. Op de wijzerplaat kun je dan ook nog met kleuren aangeven of je een alarmgrens nadert en hoe dichtbij je bij een alarmsituatie zit.
Er is een tweede reden waarom een analoge uitlezing de voorkeur verdient. Een analoge uitlezing verbruikt maar een fractie van de energie die een digitale uitlezing verbruikt. Een lcd display voor een accuspanning vraagt al snel 5mA die bijna geheel op rekening komt van het witte 'low current' ledje van de 'background' verlichting. Op de foto rechts.


‘Thermometer’ led uitlezing kan tot 20mA per led in de uitlezing opnemen. Vandaar dat je daar geen uitlezingen vindt van meer dan één led. Links op de foto.
Een simpel rood of groen ‘low current’ ledje heeft ca 3mA nodig, maar er zijn er ook die pas tevreden zijn bij 15mA!
Een bluetooth zendertje voor data overdracht vraagt ongeveer 40mA voor zijn goede werken en een schermpje dat in combinatie met een bluetooth ontvanger de data moet weergeven, vraagt ca. 30mA.
Dergelijke systemen zijn alleen zinvol als de motor op je zeilboot draait en je stroom uit de dynamo kunt halen.
Kijk je naar analoge uitlezing dan heb je een ruime keus. De meest robuuste draaispoelmeter heeft 1mA nodig voor volle uitslag. Maar je kunt ook kiezen voor een draaispoelmeter met 100uA voor een volle uitslag of zelfs voor een draaispoelmeter met 50uA bij volle uitslag. Met draaispoelmeters van 50uA kun je de hele kajuit 'behangen' en ca 100 parameters uitlezen ten opzichte van een scherm met bluetooth en dan bij hetzelfde vermogensverbruik.
Er is nog een ander voordeel: schakel je een scherm met data uit om energie te besparen en schakel je het weer in omdat je een uitlezing wil van de opbrengst van de windmolen, dan heb je (response)tijd nodig voor de reset van de elektronica. Bij een analoog meetsysteem is er geen reset en de (response)tijd is afhankelijk van kleine paracitaire capaciteiten.
Er zijn andere mogelijkheden:
De celspanning in het gebied tussen 30 en 100% SOC van een LFP cel is zeer constant en loopt zeer regelmatig op tussen 3,0 en 3,4V. Hoewel de lineairiteit in dit traject wel niet perfect zal zijn, zal 3,1V heel dicht in de buurt komen van 45% SOC, 3,2V ongeveer overeenkomen met 60% SOC, 3,3V wel ongeveer 75% SOC zal zijn en 3,4V echt 100% SOC is. Komt de spanning boven de 3,4V per cel, dan zou er een overlaad alarm getriggerd kunnen worden. Dit alarm zal alleen afgaan als er uit een bron wordt geladen die niet de maximale laadspanning respecteert. Bij 3V per cel zou een soort aanduiding van 'reservestand' kunnen knipperen. Wordt de 2,6V gehaald dan zou een pieper een dermate irritant geluid moeten maken dat je van pure ellende de verbruikers gaat uitschakelen. Je kunt ook automatisch de hele accu uit het circuit halen, maar hoe zendt je dan je 'PAN PAN' melding uit?
Niet erg chique, maar wel heel effectief in het gebied waar het om gaat en wie weet is het wel nauwkeuriger dan een coulomb counter die door limiters en single cell chargers voor de gek wordt gehouden.
Maar… Monitoring met LEDs vraagt energie! De kleinste digitale voltmeter met 3 digits heeft toch nog 20mA verbruiksstroom (480mAh per 24 uur) en kan dus beter niet 24/7 aanstaan. Nu is een halve Ah niet echt veel op een 100Ah accu, maar het is wel een vorm van een ‘stiekeme nachtelijke ontlading’. Digitale LCD display voltmeters hebben dan de voorkeur zij hebben een stroomverbruik van rond de 5mA.
WADnWIND schreef : Dan had je jezelf eigenlijk 'WATTnWIND' moeten noemen
Maar goed, indien vermogens verbruik echt kritisch is:

Accumonitoring met minimale vermogens opname
De krenterigste monitor is de draaispoelmeter met een stroom opname tussen de 50 en 100uA. Uitgaande van de worst case van 100uA vraagt dit om een extra capaciteit van 2400uAh of 0,0024Ah van de accu. Een dergelijke monitor kan wel 24/7 aanstaan.

LFP celmonitor met 1V/1mA voltmeter
Een LFP cel geeft zijn opgeslagen capaciteit af vanaf 2,8V tot 3,4V. Bij een celspanning van 3V is er nog ongeveer 30% van de lading in de cel aanwezig. Om diepontlading tegen te gaan wordt 30% lading of 3V als ondergrens gebruikt. Bereikt de cel 2,5V of lager, dan gaat het lastig worden om de cel weer opnieuw te laden. Om deze reden is voor 3V als laagste spanning gekozen. Bij 3,4V heeft de cel 100% van de lading en mag niet verder dan die spanning worden geladen. De lader moet worden begrensd met 3,4V als eind laadspanning.
De draaispoelmeter bereikt de volle schaaluitslag bij 1V. Aangezien onder de 2,5V de aanwijzing geen betekenis heeft, wordt een nulpuntsonderdrukking gebruikt van 2,5V en krijgt de draaispoelmeter een bereik van 2,5 tot 3,5V. Het bereik van 3 tot 3,4V valt hierin en heeft de halve schaal als significant bereik. Met een IC (TL431) wordt de eerste 2,5V 'onderdrukt' zodat bij 2,5V de meter pas gaat aanwijzen. Om de alarmgrenzen weer te geven worden op de schaal gekleurde puntjes gezet: bij 0,0 een blauwe punt, bij 0,48 een blauwe punt, bij 0,5 een groene punt, bij 0,88 een groene punt en bij 0,9 een rode punt.


Betekenis van de uitlezing: tussen de blauwe punten of in het blauwe bereik: de cel moet worden geladen, tussen de groene punten of in het groene bereik: de cel is in het gebruiksgebied, bij de rode punt: de cel is vol en mag niet verder worden geladen. Heeft de lader een maximum laadspanning van 3,4V dan is bij die spanning de monitoring van de bovengrens van de laadspanning niet zinvol.
De meter heeft een rode led als verlichting (low current led met 3mA) en deze wordt tegelijkertijd met de meter ingeschakeld. Bij indrukken van de knop neemt de meter de bedrijfsstroom op (3,1mA) en wijst deze de celspanning aan. Uit de celspanning is de SOC af te lezen. Het vermogensverbruik bij indrukken is 3,1mA x 3,4V maximaal = 10,54 mW. Da’s eigenlijk Jammer.
Echt zuinig wordt het als dat Low Current LEDje uit kan blijven. Dat kun je oplossen door ‘Glow in the dark’ verf te gebruiken op de naald en op de plaatsen van de aanwijzing van 3V en 3,4V. Dan kun je aflezen zonder dat er stroom door de LED wordt gebruikt.
Je kunt natuurlijk ook een grotere accu kopen…
Dial Art
Als je overweg kunt met grafische tekenprogramma's kun je ook een geheel eigen schaalverdeling maken.

Celspanning onder 3V

Celspanning van 3 tot 3,4V

Celspanning van 3,4V

De state of charge van de cel is 30% op 3V en 100% op 3,4V.

LFP accu monitor met 5V/1mA voltmeter
Een 12V LFP accu van vier cellen geeft zijn opgeslagen capaciteit af vanaf 12,0V tot 13,6V. Bij een accuspanning van 12V is er nog ongeveer 30% van de lading in de accu aanwezig. Om diepontlading tegen te gaan wordt 30% lading of 12V als ondergrens gebruikt. Bereikt de accu 10V of lager, dan gaat het lastig worden om de accu weer opnieuw te laden. Om deze reden is voor 12V als laagste spanning gekozen. Bij 13,6V heeft de accu 100% van de lading en mag niet verder dan die spanning worden geladen. De lader moet worden begrensd met 13,6V als eind laadspanning. Bij die spanning is monitoring van de bovengrens van de laadspanning niet zinvol.


De draaispoelmeter bereikt de volle schaaluitslag bij 5V. Aangezien onder de 10V de aanwijzing geen betekenis heeft, wordt nulpuntsonderdrukking gebruikt van 10V en krijgt de draaispoelmeter een bereik van 10 tot 15V. Het bereik van 12 tot 13,6V valt hierin en heeft bijna de halve schaal als significant bereik. Met een IC (TL431) wordt de eerste 10V 'onderdrukt' zodat bij 10V de meter pas gaat aanwijzen. Om de alarmgrenzen weer te geven wordt de schaal gekleurd: bij 0,0V blauw tot 12,0V, bij 12,0V groen tot 13,6V en vanaf 13,7V rood.
Betekenis van de uitlezing: in het blauwe gebied: de accu moet worden geladen, in het groene gebied: de accu is in het gebruiksgebied, in het rode gebied: de accu is vol en mag niet verder worden geladen.
De state of charge van de cel is 30% op 12V en 100% op 13,6V.

De meter heeft een rode led als verlichting (low current led met 3mA) en deze wordt tegelijkertijd met de meter ingeschakeld. Bij indrukken van de knop neemt de meter de bedrijfsstroom op (3,1mA) en wijst deze de celspanning aan. Uit de celspanning is de SOC af te lezen. Het vermogensverbruik bij indrukken is 3,1mA x 13,6V maximaal = 42,16 mW.

Een monitor heeft soms een mogelijkheid een grenswaarde te signaleren en op die grenswaarde kan dan een alarm afgaan. Heel interessant voor situaties waarbij de monitor niet altijd kan worden afgelezen. Een TomTom navigatie systeem kent de maximale snelheid voor het wegvak waar je rijdt en bij een 'fix' kan de 'Speed Over Ground' uit de GPS gegevens worden bepaald en wordt er visueel gewaarschuwd dat je te hard rijdt. Als je op dat moment niet op het scherm van de TomTom kijkt (en dat is heel waarschijnlijk als je met 180 over de A4 scheurt), neem je die waarschuwing niet waar.
Goede monitoring maakt nog geen goede chauffeur!
Als je op een plezierjacht vaart zal de hoofdschakelaar van het elektrisch systeem zijn ingeschakeld en daarmee kun je dan ook de monitoring inschakelen. De monitoring werkt dan alleen als er gevaren wordt, maar ook als het jacht aan de wal ligt en er mensen aan boord zijn. Die zullen de hoofdschakelaar niet uitzetten omdat er dan geen licht in de kajuit is als ze na alle drank van gisteravond moeten pissen. Dus blijft alle monitoring aan staan en is er naast de nachtelijke blaas lediging ook een nachtelijke ontlading van de accu. "Dat is maar heel weinig" zul je zeggen... Ja, maar als dat lang duurt is je accu wel leeg!

Historisch is het verhaal van de eigenaar van een mooie zwarte 34 voets Elan. Hij heeft zijn boot klaar gemaakt voor het seizoen, 80 liter diesel in de tank gedaan, de 180Ah LFP accu's zijn vol, de dieselkachel aan boord werkt en hij gaat naar huis. Hij zet de hoofdschakelaar uit zodat hij zeker is dat de LFP accu's niet geladen zullen worden en zeker niet overladen kunnen worden door de oorspronkelijke lader voor lood-zwavelzuur boordaccu's. Hij realiseert zich niet dat de dieselkachel door een 'overspannen hobbyist' is aangebracht en buiten de hoofdschakelaar om is geïnstalleerd. Omdat de kachel vanwege het uitproberen warm is en niet werkt merkt hij niet dat de boordspanning nog steeds op de kachel staat. Het groene monitoring lichtje voor de voedingsspanning van de kachel is afgedekt door de stofjas die hij aan boord heeft en gebruikt als er iets aan de boot moet worden gedaan.
Na 10 dagen wordt hij door de havenmeester gebeld dat er een alarm op zijn boot afgaat, maar dat hij niets bijzonders aan de boot ziet of merkt. Hij gaat naar de haven en als hij aan boord van de boot komt blijkt het 'battery low' alarm van de kachel aan te staan. Bij het aanzetten van de walstroom lader gaat het alarm uit. Het is erg warm in de boot en het ruikt er naar diesel. Bij onderzoek blijkt er nog 20 liter van de 80 liter diesel in de tank te zitten.
Conclusie: bij afkoeling is de dieselkachel weer aangeslagen en heeft in ruim een week 60 liter diesel opgestookt en heeft de boordaccu bijna leeg gemaakt tot het punt dat de monitoring van de boordspanning in de kachel uiteindelijk heeft aangegeven: 'tot hier en niet verder'. De accumonitor was door de hoofdschakelaar uitgeschakeld en gaf geen alarm! Goed dat de kachel ook nog een 'battery low' alarm had en zelf 'de stekker eruit trok'.
Goede monitoring is geen compensatie voor een slechte elektrische installatie!
Een monitor die bij het bereiken van een grenswaarde 'de stekker eruit trekt' is van waarde als de installatie ook werkt als er niemand aanwezig is. Als er wel iemand aanwezig is kan het afschakelen van de hele installatie een extra probleem opleveren.

Op een 'vintage' vrachter op het IJsselmeer is de schroefas generator voor het boordnet uitgevallen, maar de ouderwetse diesel draait nog. De schipper is blij en zegt: 'die nieuwlichterij is mooi, maar geef mij maar een bewezen klassieke diesel.' Er is gelukkig nog een back up accu. De energie voorziening is niet onderbroken en voor de kritische toestellen zoals de stuurinrichting is de noodstroom voorziening ingeschakeld. Het weer is slecht, maar er is geen aanleiding voor een 'Mayday mayday'. De installatie van de back up accu is 'state of the art' en heeft een BMS die de accu beschermt tegen overladen, kortsluiting en 'undervoltage'. Echt, een prima ding. Door het slechte weer wil de schipper niet langer dan nodig is met de noodvoorziening doorvaren. Hij doet een 'Pan Pan' en krijgt respons van een berger die vraagt wat hij voor hem kan betekenen en wat er aan de hand is. De schipper legt de situatie uit en als hij wil aangeven dat hij 2 extra accu's van 12V wil hebben, schakelt de 'under voltage protection' de rest van de boot en de marifoon af. Hij kan niet eens een tweede 'Pan Pan' uitzenden (wat automatisch het niveau van Pan Pan tot Mayday Mayday verhoogt). Now the shit really hits the fan!
Goede monitoring is nooit een vervanger van terdege kennis van de werking van de installatie.

Overigens: SOLAS vereist een compleet onafhankelijk systeem om in kritieke situaties de elektrische energievoorziening te garanderen. Dat wil zeggen je mag de noodstroomaccu wel uit het boordnet opladen, maar daarnaast moet er een aparte generator zijn om de noodstroomaccu te laden.

Groeten, Peper.

En je punt is????
Geen draaispoelmeters gebruiken?
Duh, het 2019 hoor, niet 1989...

Ben je aan het monitoren hoe lang een post kan zijn?

Mooi verhaal. Het is goed om af en toe stil te staan bij de consequenties van blindelings toepassen van technologie. Hoe meer electronica, hoe groter de kans van falen van systemen. Op mijn boot is veel electronica aanwezig, maar ik zorg er altijd voor dat er een simpel alternatief is voor systemen en funkties die essentieel zijn om de boot varend te houden en te navigeren. Voorbeeld: Ik heb van mijn
engine monitoring systeem
al veel plezier gehad. Met name is het makkelijk in de gaten kunnen houden van de koelwater flow nuttig, omdat ik bij het oplopen van motor temperatuur ook meteen de oorzaak kan zien. Maar als dit uitvalt is er ook een onafhankelijke analoge temperatuurmeter binnen. Probleem diagnose is dan wat moeilijker, maar de motor kan gewoon gebruikt worden.
Om dezelfde reden heb ik een simpel alternatief voor opladen van zowel lood-zuur als LFP accu's, d.m.v. een ouderwetse rheostat op de rotorspoel (veld) van de dynamo. Wanneer de
Wally100 alternator controller

de geest zou geven, is het verbazend eenvoudig om toch veilig een goede charge in de accu's te krijgen, zonder enige electronica. Vergt iets meer aandacht, maar bij LFP is een rheostat nog veel simpeler te gebruiken dan bij lood-zuur.




Ik denk dat een ZF discussie toegewijd aan backup voor systemen aan boord heel nuttig zou kunen zijn.
Walt

Ik heb gelezen over quota's op het ZF, maar er is nog geen post quotum waarin de lengte van een post wordt vastgelegd. Dus: 'WARNING long post ahead'

Na een jaar...
Na een jaar aan de 4 individuele celladers van 15W staat de ingangsspanning op 19,3V en de uitgangspanning staat op 13,6V (4 x 3,4V in serie) De gemeten celspanning is: cel 1: 3,41~, cel 2: 3,41~, cel 3: 3,42~ en cel 4: 3,41~ terwijl de cellen elk aan hun individuele lader staan. Het ~ teken geeft aan dat de 4e digit niet wordt meegenomen in de beschouwing. In aanmerking genomen dat een spreiding tussen de cellen tot 100mV kan voorkomen en niet als 'onbalans' geldt, levert dit als resultaat op dat de cellen in balans zijn en dit de eind laadspanning van de converters is. Bij het meten van de stroom door de leidingen naar de cellen toe, geeft deze met een 'gelijkstroom Ampèretang' in het meetbereik van 999 mA na nulstelling van de meter 0mA op, er is geen meetbare stroom te constateren. De cellen hebben geen laadstroom en worden niet geladen bij een aangesloten voeding.
Bij het los nemen van de voeding loopt er uit de accu een stroom van -2mA naar de converter, waarbij het - teken aangeeft dat de stroom naar de converter loopt. Dit is te verklaren door de meetstroom die de converter opneemt uit de cel en die de converter regelt naar de maximale uitgangspanning. Bij een aangesloten voeding valt deze meetstroom weg 'in de laadstroom'.
Bij het opnieuw aansluiten van de voeding is wel een laadstroompiek van maximaal ‘OFL‘ gedurende een fractie van een seconde te zien. De tijd dat de stroom op de meter te zien is, is afhankelijk van de sample frequentie van de meter en daarmee is ook de hoogte van de stroom niet nauwkeurig te bepalen. Wat wel te bepalen is, dat de stroom in ieder geval de cel ingaat en een laadstroom is.
De ingangsspanning wordt gemaakt door een afgedankte notebook voeding die 19V bij 6,3A opwekt (130W is de aangegeven nominale waarde op de schakelende voeding). Bij een belasting gedurende een uur met 0,13c (9A, 2 x 'groot licht' gloeidraad H4 koplamp lampen) zakt de ingangsspanning van de lader belast tot 18,5V om na het wegnemen van de belasting geleidelijk weer op te lopen naar 19,3V. Tijdens de belasting blijkt het vermogen oor de lampen voor een groot deel uit de voeding te komen en maar voor een kleiner deel uit de accu. Naarmate de accuspanning lager wordt neemt het aandeel in de vermogenstoevoer door de voeding toe. Deze manier van testen of de accu zijn capaciteit behoudt, wordt afgekeurd omdat de test meer een test is van de notebook voeding dan van de accu. De notebook voeding slaagt met glans voor de test als 'walstroom lader', maar dat was niet het doel van de test. Wel is hiermee duidelijk dat de converters in staat zijn hun maximale stroom (4,5A) ook direct te leveren aan de belasting en daarmee ook te functioneren als voeding tot 60W. Bij een belasting van meer dan 60W wordt er vanaf de LFP accu aangevuld en wordt de accu niet meer bij geladen.
Na het afkoppelen van de voeding loopt er stroom uit de cellen naar de converters (de meetstroom voor het bepalen van de uitgangsspanning van de converter) en er volgt na het stoppen van de laadstroom een spanningsdaling over de cellen. Bij het opnieuw aansluiten van de voeding volgt eerst de laadstroom om de condensator capaciteit vaan de cel weer aan te vullen, die door de meetuitgang van de converters is leeggelopen. Daarna wordt de capaciteit die door de meting van de converters is opgenomen weer aangevuld. Door de geringe inwendige weerstand is er sprake van een 'rush in current' tot de eind laadspanning per cel weer op de 3,4~~ V is gekomen.
Tijdens de test is met een temperatuursensor de celtemperatuur maandelijks gemeten. De celtemperatuur is vergeleken met de omgevingstemperatuur en de celtemperatuur. Tot dusver is vast te stellen dat bij een laadstroom van maximaal 5A een 72Ah LFP cel niet merkbaar warm wordt. Bij de temperatuurmeting is de cel nooit warmer dan 1^oC ten opzichte van de omgevingstemperatuur en bij één meting zelfs kouder dan de omgevingstemperatuur. Deze 'outlier' werd in de ochtend van een warme dag gemeten en kan het gevolg zijn van een warmer wordende omgevingstemperatuur door de opwarming door de zon terwijl de cel door de massa nog een graad koeler is dan de omgeving.
Door de meting is vast te stellen dat een LFP cel niet warm wordt als deze niet wordt geladen, ook niet als de cel geheel geladen is en vast op de eind laadspanning wordt gehouden. Dit is een 'duhhuh' conclusie, maar geeft wel aan dat het laden met een vaste eind laadspanning veilig is als de cel 'vol is'. Dat laatste is waarom deze test is opgezet. Overladen (nog laadstroom laten lopen als de cel 'vol' is en de klemspanning de 3,45V heeft bereikt) geeft een sterke toename in temperatuur van de cel of cellen en kan deze vernielen. Dit is wat er gebeurt bij 'float laden', een laadmodus die bij lood zavelzuur accu's gebruikelijk is. Voor de opvatting dat de LFP cellen capaciteit verliezen indien zij met een hoge spanning worden bewaard, is tijdens de test geen aanwijzing gevonden.
Doordat de converters niet meer dan 5A laadstroom laten lopen, is voor deze 72Ah cellen de maximale laadstroom tot 0,07c beperkt, ook als zij maximaal zijn ontladen (tot 2,5V per cel). Uit metingen van anderen is naar voren gekomen dat LFP cellen kortdurend wel 1c aan laadstroom kunnen verwerken, zolang deze laadstroom niet langer dan 3-5 minuten wordt gehandhaafd. Zonder tijdslimiet mogen LFP cellen zeker niet met meer dan 0,5c worden geladen. De cellen worden dan wel merkbaar warmer. Temperatuur bewaking door een BMS is bij een laadstroom van 0,5c en meer aanbevolen. Bij laadstromen van 0,1c worden de cellen niet merkbaar warmer en is temperatuur bewaking overbodig. Houdt er rekening mee dat deze limieten ook voor ontladen gelden! Voor het ontladen is er een eenvoudige beperking van de ontlaadstroom die 'zekering' wordt genoemd.
In verschillende publicaties over de levensduur van LFP accu's is wel vast gesteld dat temperatuur verhoging de levensduur nadelig beïnvloedt en dat de opwarming door hoge oplaad en ontlaadstromen de oorzaken zijn van de afname van de levensduur. Misschien is het tijd om het aantal cycli voor de levensduur om te zetten naar "graden C * uur" zodat de slijtage van de LFP accu gemeten wordt aan de warmte ontwikkeling van de cel. Wordt de accu met hoge stromen geladen en worden de cellen erg warm gedurende lange tijd, dan is de slijtage ook hoog en dat laatste lijkt meer overeen te komen met de afname van de levensduur van de accu.
Hoe representatief is de test voor de praktijk? Heel beperkt! Je moet al een LFP accu hebben en dan moet die ook nog via een individuele cellader worden geladen. Of het ook voor serieel geladen LFP accu's werkt... dat weet ik niet, want dat heb ik niet getest.
Wat wel is, dat de test aantoont dat je een LFP accu met een individueel cellaad systeem, gewoon zondagavond op de walstroom kunt aansluiten zodat je met een geheel afgetopte accu de vrijdagavond daarop van wal kunt steken (wel even de koperen navelstreng afkoppelen!). En als je dan plotseling toch niet kunt varen in het weekeind hoef je echt niet naar de haven om de accu van de lader te halen. Die heeft er hier het hele jaar op gestaan, dan kan de lader er ook wel twee weken in plaats van één aan de accu hangen.
Wat ook veilig kan is de hele accu met dit systeem op een zonnepaneel aangesloten laten en 'opportunistisch' gaan laden. Dit zou zelfs minder ver doorgevoerd zijn voor wat betreft de test voorwaarden want die zijn 24h/30d continu aan de lader getest terwijl laden via een zonnepaneel altijd een half etmaal geen lading geeft omdat het geen 'manepanelen' zijn, die ook nog in de nacht laden. Uitgezonderd bij nieuwe maan, dan laden zelfs 'manepanelen' niet.
Individuele celladers met CV laadmodus en een ‘wide range input’ passen automatisch de dynamo spanning aan op de celspanning. Bij plotseling wegvallen van de wind kun je veilig een heel eind op de motor varen zonder zorgen dat je de accu overlaadt.
Omgekeerd is ook waar… de stroomopname van de converters blijft beperkt tot het maximale vermogen dat de converters aan de cellen kunnen leveren.
Wat ook nog kan, is (bij een 12V installatie) vier AC/DC converters kopen van 230V naar 3,3V (zijn bij 10A niet zo duur en bij 20A of 30A gaat dat ook nog wel) en de LFP accu laden tot exact 3,4V (dat kun je instellen op een 3,3V SMPS converter) en dan heb je de perfecte walstroomlader die je accu meteen balanceert en voorkomt dat de cellen worden overladen. In dat geval vertrek je elke keer met volle accu's die ook netjes in balans zijn en als je dan niet te lang op de motor hoeft te varen kun je ook de gebalanceerde cellen zonder al teveel problemen wel serieel bijladen via de dynamo (zolang deze maar niet meer spanning levert dan 13,6V of met een buck converter in de 'laadweg'). Een relais dat bij 13,6V de stroom vanuit het diodeblok onderbreekt kan ook (zo doet het 123BMS het.)
Bij 40A en 60A converters (en meer) zit zonder uitzondering een koelventilator en sommigen daarvan maken veel lawaai, dus dat zou niet mijn keuze zijn om mee aan de walstroom te overnachten. Verder zijn apparaten met een koelventilator volgens sommigen niet bestand tegen ‘salty spray’ en zouden versneld corroderen.

Einde van de test
De uitgangsspanning staat na een jaar nog steeds op 13,6V. Tijdens de test is bij belasting met een 55W halogeen lamp en zonder de voeding de spanning wel eens teruggelopen naar 13,1V. Dit om te zien of de capaciteit niet ernstig was teruggelopen tijdens de test, maar hiervan was niets te merken en de test werd voortgezet.
Nu bij het einde van de test wordt de voeding van de accu los genomen en er wordt een 12V 55W halogeen lamp aangesloten om te zien hoelang het duurt tot de accu een spanning van 12V heeft bereikt, ervan uitgaande dat bij 12V de cellen tot 30% SOC ontladen zijn. Hierover zijn de meningen beslist verdeeld en dit maakt dat deze testmethode niet als standaard is aan te merken. Ik zal het er mee moeten doen.
Bij 12V zou er nog 21,6Ah in de accu moeten zitten en 50,4Ah moeten zijn opgenomen door de belasting. Dan moet een halogeenlamp van 55W en een stroomopname van 4,5A 12 uur kunnen branden. Wordt de 12V accuspanning eerder bereikt, dan zit er geen capaciteit van 72Ah meer in de accu, maar minder. Is de accucapaciteit substantieel teruggelopen, dan zou dat kunnen komen door deze methode van 'op de eind laadspanning houden'. Het is in elk geval niet gekomen door overmatige verhitting van de cellen.
Om 09.00 wordt de 55W halogeen lamp op de accu aangesloten. Er wordt om het uur gecontroleerd of de lamp nog brandt en/of de accuspanning nog boven de 12V is.
Om 21.00 uur is er 11,9V te meten terwijl de lamp nog brandt. Aan de meting zou zijn af te leiden dat de cellen iets capaciteit zijn afgenomen, maar aangezien de buitentemperatuur bij de eerste test (12^oC) hoger was dan de huidige buitentemperatuur (6^oC) en er daardoor op basis van de temperatuur al een verschil kan zijn, is 100mV minder geen significant verschil. Zou de afname in capaciteit uit deze 100mV daling worden bepaald, dan gaat het om 50Amin. Dit is 0,833 Ah. De accu is een jaar ouder en daarop gebaseerd zou de afname van de capaciteit 1/20 x 72Ah = 3,6Ah mogen zijn. Dit valt weg in de toleranties van de meting en het verloop van de weerstand van de halogeenlamp door de temperatuursverandering van de gloeidraad.

Conclusies
Werking:
De 4 converter laadmethode is veilig voor de LFP cellen bij langdurig laden en levert bij afvaart na 2 of 3 weken aan de walstroom een geheel geladen accu op om mee te varen.
De continue laadtijd is van 1 december 2018 tot 8 december 2019 geweest. De cellen zijn nooit boven de 13,6V geweest en de overladingsbeveiliging heeft zonder fouten gewerkt.
Invloed op de levensduur:
In de elektriciteitsleer zijn geen mogelijkheden om bij een spanningsverschil van nul en een daardoor stroomloos systeem nog lading, vermogen of energie in een cel te brengen. (Δ U = 0 daardoor I = 0) er is daarmee ook geen lading, vermogen of energie om de cel te vernielen of de capaciteit voortijdig te verlagen.
Bij het laden via zonnepanelen zullen de cellen nooit worden overladen omdat dit door de begrensde spanning van de converter per cel wordt bewaakt. Het wordt nu veilig mogelijk de accu via de zonnepanelen doorlopend te laten laden en geen walstroom te gebruiken, tenzij de accu de volgende ochtend ‘vol’ moet zijn. Door het dag en nacht ritme zal er geen sprake zijn van ‘doorlopend op spanning houden’ van de cellen van de accu.
Bronnen van elektrische lading:
Het opladen via de wisselstroom dynamo van de motor is met een 4 converter lader veilig te doen. Het van de wisselstroom dynamo opgenomen vermogen blijft beperkt tot het totaal opgenomen vermogen van de converters en het doorbranden van de dynamo door een lage inwendige weerstand van de cellen wordt tegen gegaan door de thermische begrenzing en de stroom begrenzing in de converters.
Door de ‘wide range input’ van de converters is elke vermogens bron met een spanning van 10 tot 36V goed om de cellen te laden.
Voor hen die de accu laadspanningsvrij willen maken: schakel de uitgang van de converters naar de cellen af.
Na een jaar continu te zijn aangesloten op 4 celladers die de cellen op een eind laadspanning van 3,4V per cel houden, is er geen significant meetbare afname van de capaciteit te constateren.
Pas over 20 jaar gaan we weten of het ‘op spanning houden van de accu’ in de praktijk nadelig is geweest voor de capaciteit van de accu.

Groeten, Peper.

Waardevolle informatie allemaal weer. Je artikel over monitoring geeft ook weer stof tot nadenken.

Dank je Timo, ga maar even rechtzitten, want er is weer een project in de maak.
Op de dag van de midwinter zonnewende weer een lange post! Uitkijken dus voor je er aan begint.

Slijtage Li-ion accu’s
Strikt genomen is er alleen wat te zeggen over LFP accu’s en het is mij niet bekend of dit voor alle andere soorten Li-ion accu’s ook opgaat!
De slijtage grenzen voor li-ion accu’s worden bepaald door de capaciteit in Ah te bepalen en een accu die minder capaciteit heeft dan 80% van de nominale waarde, wordt als ‘versleten’ beschouwd. Als je dit naar de letter zou doorvoeren heeft bijna iedereen een versleten loodzwavelzuur accu aan boord staan omdat in het algemeen een loodzwavelzuur accu wordt gebruikt tot er maar 50% van de nominale capaciteit ‘in zit’.

Waar loodzwavelzuur accu’s van slijten is wel bekend: de boosdoener is sulfatering van de platen. Dit kan niet worden voorkomen omdat de omzetting van lood oxide in loodsulfaat (op de + plaat) en de omzetting van lood in loodsulfaat (op de - plaat) nodig is om de lading uit de accu te gebruiken.

Waar Li-ion accu’s van slijten is minder bekend. Er is gewezen op temperatuurverhoging door hoge laad en ontlaad stromen, dit zou slecht zijn, maar hoe het werkt is niet duidelijk. Het laden van reeds vol geladen LFP cellen zou ook slecht zijn, dit is de oorzaak van wat men ‘sudden cell death’ noemt. Verder is bekend dat als je de LFP cellen ‘doorlaadt’ zoals met loodzwavelzuur cellen wel gebruikelijk is of ze aan een ‘float charger’ of druppellader zet, dat de LFP cellen sterk in temperatuur toenemen. Een lage stroom bij een spanning net boven de spanning van 3,45V per cel is al voldoende om die laadstroom om te zetten in warmte.
Inmiddels is ook duidelijk dat LFP accu’s beter niet ‘onder nul’ geladen kunnen worden. Waarom niet? Omdat de lage temperatuur ook betekent dat de aan de temperatuur gerelateerde klemspanning mee omlaag gaat. Een LFP cel die bij 20^oC 3,4V aan klemspanning heeft, heeft bij 0^oC wellicht maar 3,1V aan klemspanning. Dan geldt voor de lader dat er laadstroom nodig is om de cel weer op 3,4V te brengen, maar dat zou bij compensatie van de spanning voor de lage temperatuur betekenen dat de cel op dat moment wordt overladen en dat is niet goed voor de cel. Voor dit mechanisme is wel een beetje compensatie in de vorm van warmte ontwikkeling door de ‘overladingsstroom’ die de cel dan weer opwarmt en waardoor de celspanning dan weer omhoog gaat en de lader verder laden stopt (in CV modus). In CC modus wordt de cel veel warmer omdat de laadstroom niet afhankelijk van de celspanning wordt verlaagd.
In de Li-ion accuwereld is het buzz word: ‘Lithium plating’ of in gewoon Nederlands: Lithium galvanisering. Lithium galvanisering is de vorming van een laag van metallisch Lithium op de anode die de Lithium FerroPhosphaat laag bedekt en ionen/elektronen uitwisseling onmogelijk maakt. Dat maakt tevens laden en ontladen op delen van de anode onmogelijk en het resultaat is dat de capaciteit van de cel afneemt. Is dit ‘de slijtage’ van LFP cellen?
Bij te warm geworden cellen vindt men Lithium galvanisering.
Bij cellen die zijn overladen vindt men Lithium galvanisering.
Bij cellen met meer dan 300 gebruikscycli vindt men Lithium galvanisering.
Bij cellen die ‘koud’ zijn geladen vindt men Lithium galvanisering.
Het heeft er alles van dat Lithium galvanisering de ‘slijtage’ vormt van Li-ion cellen. Of dat alle li-ion technologieën betreft is niet duidelijk.
Er dringt zich de vergelijking met sulfateren van een loodaccu op. Bij deze accu technologie is het sulfateren de belangrijkste oorzaak van de slijtage. De loodsulfaat laag die daarbij ontstaat is elektrisch isolerend en maakt delen van de platen van de accu ontoegankelijk voor een elektronenstroom of een ionen stroom. De capaciteit van de accu neemt daardoor af en we zeggen dat de accu ‘versleten’ is indien uiteindelijk nog maar 50% van de nominale capaciteit beschikbaar is.
De slijtage van een loodaccu is te vertragen door de accu, ook al is deze vol geladen, toch een laadstroom te geven die de zelfontlading overtreft en daarmee ook de ‘zelfsulfatering’ compenseert.
Door de 12V accu voor het laden kort op een 24V lader aan te sluiten, ontstaan er op de platen van de accu belletjes waterstofgas en zuurstofgas die de loodsulfaat laag van de platen er afdrukt en breekt zodat het contact met het lood en loodoxide weer wordt hersteld en de capaciteit van de accu weer toeneemt. Helaas gaat hier wel loodsulfaat bij verloren en dat kan nooit meer aan de laad en ontlaad reactie deelnemen.
Nog een mogelijkheid is bij het laden kortdurende (hoog)spanningspulsen toe te dienen die het kristallijn loodsulfaat in zijn samenstellende ionen ontleed en het loodsulfaat weer in oplossing gaat en als lood (-plaat) en loodoxide (+plaat) doet neerslaan op de bijbehorende platen. Als de lader een ‘recon(dition)’ stand heeft, is dit wat er dan plaatsvindt. De zogenaamde ‘Hoog Frequent’ laders doen dit gedurende het hele laadproces.
Het onwerkzaam maken van de lading-opslag door elektrolytische effecten is een fenomeen dat kennelijk hoort bij apparaten voor het opslaan van lading.
Elektrolytische condensatoren hebben een diëlektricum dat wordt gemaakt van een dunne laag aluminium oxide. Die laag wordt in stand gehouden door een heel kleine stroom door die condensator en dat moet een gelijkstroom zijn en je mag de condensator niet ‘omgekeerd aansluiten’ anders lost deze isolerende laag aluminium oxide op. Het lang ongebruikt bewaren van een 'elektrisch lege' elektrolytische condensator leidt tot het reduceren van het aluminium oxide (doordat er geen spanning is die de laag in stand kan houden) en een dergelijke condensator moet je eerst ‘formeren’ (de oxidelaag herstellen) voordat je deze weer kunt gebruiken. Doe je dat niet, dan hoor je een ‘plof’ en barst de condensator open en heb je alleen een paar banen aluminiumfolie over.

Laden bij temperatuur variaties
De benadering van 3Noreen van zijn LFP accu’s is erg voorzichtig, maar dat geeft op het gebied van levensduur verlenging verbeterde mogelijkheden. Door de lagere laadspanning gaat er ook geen hoge stroom lopen (oorzaak van Lithium galvanisering), door diezelfde lagere laadspanning is een grotere range van omgevingstemperaturen mogelijk tijdens het laden (laden bij een lagere temperatuur wordt overladen als de temperatuur stijgt. Beperk je de laadspanning, dan wordt het temperatuurbereik groter en de Lithium galvanisering minder waarschijnlijk).
Bij laad en ontlaadstromen van 0,2c treedt nagenoeg geen warmteontwikkeling in de LPF cel op, een goed thermisch geïsoleerde ruimte voor de accu geeft dan een veel bredere range van buitentemperaturen waarbij de accu kan worden geladen. In de accuruimte duurt het dan langer voordat de te hoge of te lage temperatuur optreed. De bilge van een boot heeft meestal een constante temperatuur die zolang de boot in het water ligt zelden onder de 0^oC komt. Wordt de boot in de winter op de kant gestald, dan kan de temperatuur in de bilge wel onder de 0^oC komen en door de daling van de temperatuur en de daarmee verbonden daling van de accuspanning, wordt de lader dan verleid te gaan laden. Een (snel)lader die 3,65V gebruikt als maximale laadspanning, zal de cel bij lagere temperaturen in het ‘overlaad’ gebied brengen en Lithium galvanisering veroorzaken.
De grens voor dit fenomeen lijkt bij 0^oC te liggen indien van de publicaties wordt uitgegaan, maar de klemspanning van LFP cellen is altijd evenredig met de celtemperatuur. Nu is het instellen van een gethermostreerde ruimte in een boot waarschijnlijk iets teveel van het goede, maar de levensduur van de LFP cellen wordt er wel door verlengd indien de temperatuur in de ruimte constant blijft. Gewoon ‘niet laden bij lage temperaturen’ kan ook. Ligt de boot in de winterstalling, dan moet je uitkijken als je de lader aanzet. Ontladen van een LFP accu kan tot -50^oC, laden met een eind laadspanning van 3V per cel kan tot -30^oC.
En ineens weet je dan waar de 3V ‘opslag spanning’ van een LFP cel vandaan komt. Die moet je hanteren als de cellen in een ongeconditioneerde ruimte worden opgeslagen. 3,0V celspanning bij -30^oC loopt bij +20^oC op tot een celspanning van 3,45V.
Voor LFP accugebruikers op grote hoogten met sneeuw en ijs en gebruikers dichtbij de poolcirkel moeten op hun hoede zijn dat ze hun accu’s niet overladen bij lage temperaturen. Ze zullen de schade pas merken als de accu weer is opgewarmd en de Lithium galvanisering is opgetreden.

De ‘heilige graal’
Het Lithium galvaniseren (=Lithium plating) heeft een vergelijkbaar effect op een Lithium ion accu als het effect van sulfateren op een loodzwavelzuur accu: er vormt zich een laag over de plaat elektrode die de ionen/elektronen uitwisseling belemmert. Die laag is van zuiver metallisch Lithium en die wordt er galvanisch opgebracht zoals dat ook gebeurt met ‘verchromen, verzilveren, vergulden, verkoperen, vernikkelen’ of anodiseren en hiermee vergelijkbare processen. De vorming van de galvanische laag wordt ook aangeduid met ‘dood Lithium’, om aan te geven dat dit Lithium geen rol meer speelt in de ladingopslag. Bij elektrolytisch polijsten wordt het proces omgekeerd gebruikt. Er wordt een atomair dunne laag van een metaal weggehaald en er blijft een spiegelglad metaal oppervlak over.
Op deze manier kunnen kapotte Li-ion accu’s worden gerecycled en het Lithium kan weer worden terug gewonnen voor hergebruik. Een Lithium tekort is er niet echt en zal ook nooit de productie van Li-ion accu’s bedreigen. Dit is stemmingmakerij om de prijs op te drijven.
Het is niet helemaal duidelijk, maar het aangroeien van koper dendrieten in Li-polymeer en Lithium Cobalt Manganaat accu’s kan ook gebaseerd zijn op deze galvanische werking. De accu’s van deze technologie hebben vaak problemen met ‘kopernaalden’ als zij lang ontladen blijven. Bij het opladen vormen de kopernaalden dan een kortsluiting en de temperatuur gaat door de kortsluitstroom snel omhoog en de accu kan dan in de brand vliegen of zelfs ontploffen.

Wat als je die dunne Lithiumlaag van de anode kunt verwijderen…
In eerste instantie werd dat onmogelijk geacht, maar elektrochemisch is er eigenlijk geen reden waarom het niet zou gaan. Zou dat wel kunnen en zou dat Lithium dan weer in het geheel worden opgenomen in de LiFePO₄ laag op de anode, dan kun je de accu herstellen en de capaciteit ten volle opnieuw benutten… Dit is de heilige graal in de accutechnologie!
Het volledig omkeren van de Lithium galvanisatie en beheersen in combinatie met het op de geëigende plaats afzetten van de samenstellende stoffen gaat niet. Het ten dele herstellen van de capaciteit van de accu is wel mogelijk. Dit is al in 2015 gedaan en wordt ‘Lithium Stripping’ genoemd.
Lithium Stripping wordt door een Nederlands bedrijf toegepast om oude Li-ion accu’s uit de Mitsubishi Outlander weer op te ‘kalfaten’ (term uit de scheepsvaart) en het heet dan dat de accu is ‘geupcycled’. De accu’s krijgen dan ‘een rustige oude dag’ als portable power supply en hoeven dan niet hoge laad en ontlaad stromen te verwerken zoals in een e-vehicle gebruikelijk is.
Het Lithium Stripping wordt gedaan door de accu gepulst te ontladen…
Wacht eens even, dat lijkt wel heel veel op desulfateren! Het verschil is dat je bij desulfateren gepulst laadt en bij ‘Lithium degalvaniseren’ gepulst ontlaadt.
Wat niet bekend is, is hoe hoog die ontlaadstroom moet zijn (in relatie tot de totale capaciteit).
Dit vraagt om een test of het werkelijk zo werkt! Het Narwal laboratorium heeft een LFP cel van nominaal 180Ah die niet meer dan 90Ah kan opslaan. De cel is kennelijk versleten en als dit komt door Lithium galvaniseren van de anode, dan moet gepulst ontladen de celcapaciteit kunnen herstellen. ‘A project is born’!
Zou het werken, dan gaan er minder LFP accu’s de vuilnisbak in!

Puls-ontlader
Het gaat om een LFP cel van 180Ah. Gemeten rest capaciteit is 90 Ah.
Na opladen tot 3,45V als celspanning op ‘huiskamertemperatuur’, wordt deze cel met een 12V 55W H4 halogeenlamp belast (de grootlicht gloeidraad). De stroom bij 12V door de warme gloeidraad is: 12V / 55W = 4,58A. De weerstand van de gloeidraad (in warme toestand) is :12V / 4,58A = 2,62 Ohm. Dat geeft in het traject van 3,4V tot 3V een stroom van 1,297A tot 1,145A (op voorwaarde dat de gloeidraad warm is).
Voor de nominale capaciteit van de cel is dat ongeveer 0,08c en voor de laatst gemeten capaciteit is dat 0,1c. Dit is een stroom die normalerwijs geen ‘enge dingen doet’ met een LFP cel.


De flipflop wordt gevoed uit een stekkertransformator met een uitgang van 12VDC en hooguit 500mA of 6 Watt. De waarden van elektrolytische condensatoren bepalen de frequentie en de duty cycle van de ontlaadpulsen. De ideale pulsfrequentie is nog niet bekend en het proces zal sneller verlopen bij een hogere pulsfrequentie, is de verwachting. Dit zou in een test naar voren kunnen komen en daarop kan worden ingespeeld door de capaciteit van de condensatoren te veranderen.
De ‘pulsor’ laat bij een periodetijd van 1 sec ongeveer 500mAsec aan lading (50% duty cycle) weglopen door de belasting en dat komt overeen met 1,8Ah aan lading vermindering zolang als de pulsor actief is. Na een testduur van 40 uur zou de cel dan op 3V moeten staan. Duurt dat langer, dan is de capaciteitsmeting niet nauwkeurig geweest of de cel heeft zich al tijdens de test hersteld. Er moet dan een volgende capaciteitsbepaling volgen en deze wordt dan weer gevolgd door een nieuwe test.
Blijkt na een nieuwe test dat de capaciteit toch weer verbetert, dan kunnen er nog zoveel gepulste ontlading cycli volgen tot de cel op 180Ah is gekomen.
Zou dat werkelijk worden bereikt, wel dan hebben we de heilige graal in de accutechnologie gevonden!

Gelezen:
www.eng.auburn.edu/~choeson/Pu...method_M.-S.Song.pdf

chemistry.stackexchange.com/qu...ible-in-li-ion-cells

Voor iedereen fijne feestdagen en een heel goed 2020 gewenst!

Groeten, Peper.

Hahaha, dat is een mooi experiment! En welke pulsfrequentie zou het best passen? Ergens nog een resonantiefrequentie van bekend?
Wat zal de kerstverlichting vrolijk knipperen deze donkere dagen in het LaborPoivre...

Goede voornemens: niet meer hele lange posts plaatsen op ZF...
Nou, bij deze!
Groeten, Peper.

Nieuwe converters
Zijn die nodig dan?

Nee, niet echt, maar er is een continu streven naar ‘meer, meer, meer’ in capaciteit, laadstroom, laadsnelheid en continuïteit van boordnetten. De enige rem die daar bestaat is de aanschafprijs van de installatie.
We zoeken allemaal naar de accu voor de laagste prijs en de hoogste capaciteit en de acculader met de hoogste laadstroom tegen de laagste prijs. Vaak ligt de wens voorbij de natuurkundige haalbaarheid van een boordnet. Niets menselijks is ons vreemd.
Door forumlid Sprokkie werd ik opmerkzaam gemaakt op de Murata DC DC converters, die 15A laadstroom kunnen leveren bij 3,3V. Het opmerkelijke is daarbij een grote ingangspanning range en een verbazend goed rendement voor galvanisch gescheiden converters, te weten meer dan 80%.
De converters hebben een in/aan gebouwde koelplaat en zijn qua formaat de helft van de vergelijkbare Mornsun of ECCO converters. Het Max Laadvermogen van een converter is 50W (3,3V * 15A) en in een 12V installatie is dat hetzelfde als een 200W acculader. Twee 100W zonnepanelen leveren in het MPP voldoende vermogen om de converters te laten laden. Een MPPT lader is dan niet nodig.

Voor hen die vinden dat 15A onvoldoende is voor hun situatie… Er zijn converters met een laadstroom van 30 en 35A, maar die zijn dan al snel meer dan €120 per stuk. De 30W Mornsun converters kosten circa €50 en deze Murata converters van 50W kosten circa €65. Al met al een gunstige prijs/prestatie verhouding voor converters. Voor hen die bang zijn dat het weer ‘Chinese bagger’ is, Murata is Japans! Overigens zoals we nu over ‘Chinese bagger’ praten, zo hebben we in de jaren ‘6o van de vorige eeuw gesproken over ‘Japanse bagger’. L’ histoire se repéte.

De ingangspanning range is gelijk aan de Mornsun converters: 9 tot 36V, alleen heeft Mornsun dan geen model dat 15A kan leveren en blijf je bij deze range steken op 9,5A als maximum laadstroom.
De Murata converter kan gedurende 0,1 sec een spanning van 50V verdragen terwijl de 30W Mornsun niet meer dan 40V op de ingang mag hebben.
Dit maakt dat de converters veilig kunnen worden gevoed uit 14,5V wisselstroom dynamo’s voor 12V installaties, maar ook uit 29V wisselstroom dynamo’s voor 24V installaties.
Zonnepanelen met een U_PPT van 17V en een U_OC van 22V kunnen direct worden aangesloten op de ingang van de converters. Zou je de panelen liever in serie zetten om dunnere draden te gebruiken, dan kan dat ook: 2 x 22V = 44V en dat is onder de 50V. Een kleine stroom laat niets over van de 44V en de spanning van 2 zonnepanelen in serie valt bij 10mA al snel terug naar 35V. De converters nemen zelf in rust al 30mA op dus een extra belastingsweerstand om de spanning onder de 36V te houden is niet nodig.
De klapper is wel het formaat van de converters: 36 x 38 x 9mm (hoog). Ze zijn super klein en daardoor veelzijdig toepasbaar en ik ga ze gebruiken als individuele celladers in een drop in replacement voor een 90Ah lood zwavelzuur accu door een LFP accu van 160Ah.









In dit IKEA bakje zitten al 4 x 160Ah Thundersky cellen en links en rechts is er 5cm ruimte voor de converters en andere laad elektronica.

Nee, het is niet voor een boot, het is voor een campervan!
Groeten, Peper.

Wel voor een zeilboot...
Kijk effe, RUC (rechtstreeks uit China)
Vier maal 400Ah, komt in een Etap 22 met individuele cellader en 50W zonnepaneel en een 3,2A 19V notebook lader. Mag je eeuwig aan de walstroom laten laden. Maar ook op het 50W zonnepaneel aansluiten. (is geen druppellader maar een 'ooze' lader)
Er komt een 800W 12V ebbm achter de Etap (Haswing) om de haven in en uit te varen.
Is tevens de service accu.
Heb je wel mooi 12 x 400Ah= bijna 5kWh aan energieopslag aan boord. Nou, dan blijft de kajuitverlichting, de navigatieverlichting en de marifoon het wel doen tot de Far Oer! Ook als de zon niet schijnt. Het is zelfs meer energie dan Sunday op de Marsvin aan boord had!



Groeten, Peper.

Had Sunday niet 6 x 90Ah x 12V = bijna 6,5 kWh?

zeilersforum.nl/index.php/foru...-s?start=125#1029078

Nou je het zegt... inderdaad! Deze cellen geven echter ca 440Ah aan dus dan komt er nog wat bij. Maar aan een boom zo volgeladen mist men één twee pruimen niet.
Groet, Peper.

RUC lifepo4 ? , nog niet eerder van gehoord , heb je een linkje ? (Fabrikant of aliexpress ?)

Heeft iemand een samenvatting van max 100 woorden?

ReneK schreef : Rene, RUC staat voor rechtstreeks uit China, RUK staat voor waardeloos! Je zult nog nooit van RUC als merknaam van LFP cellen kunnen hebben gehoord.
Ik ga geen commerciële activiteiten via het forum ontplooien (is volgens de forumregels niet toegestaan). Ik geef dus geen link van een privé contact en zeker niet via het forum.
Groeten, Peper.

WADnWIND schreef : Ja...
Groeten, Peper.

Mooi setje RUC cellen
Wat weegt zo'n pakket nou?

Op een personenweegschaal (is onnauwkeurig want het is geen accuweegschaal ) weegt 1 cel 16,0kg. Dat is 64kg voor de hele set!
Ik raad het je af om dat in een rubberbootje te zetten... Misschien krijg je dan wel een 'duikrubberbootje'. Maar met een 500W ebbm en een vollast stroom van 40A kun je dan 7 tot 8 uur 'volle portie' varen.

Dit soort accu's is een mooie ontwikkeling voor in een wat voor boot dan ook.
Ik heb zelf interesse in dit soort accu"s maar de beschikbare ruimte is 19 cm hoog.
Dat is meestal te weinig.
Vele zijn hoger.

@Peper: Het is niet helemaal het onderwerp van deze discussie maar ik ben heel er benieuwd naar de ervaringen met de 800 watt Haswing motor op de Etap.
Welk type is dit? 24 of 12 volt. Ik ken maar heel weinig 800watt motoren op 12 volt, dus ik denk 24?

Ik ben in de afrondende fase van het monteren van een 55lb Haswing (540 watt) op het roerblad (op jouw aanraden makkelijk te verwijderen) maar er komt telkens van alles tussen. Ik heb even testgedraaid en was verast over de stuwdruk van de Haswing, maar wel een groot verschil in voor- en achteruit.

Ik overweeg om zelf een schroef te printen.

Mijn doel is om de boot makkelijker manouvreerbaar te maken. De bbm zit in een bun aan SB én heeft een wieleffect naar rechts. Maar heb er nooit over gedacht de boot daar ook mee voort te bewegen. Mijn boot is denk ik ongeveer even zwaar als de Etap (1350 kg) Zou die 55lb mijn boot van zijn plek kunnen krijgen?

En ik ben dus heel benieuwd naar de ervaringen met de elektromotor op de Etap.


Gepost met de officiële Zeilersforum-app

Om de discussie over de accu's niet te verstoren krijg je een pb.

Nieuws van het 'drop in replacement' project.

De accubehuizing was al klaar en de 4 160Ah cellen stonden daar al in en waren reeds met de koperstrips doorverbonden.
Aan de kant van de min pool is een meetshunt opgenomen in de leiding naar de DIN pool. Alle stroom die in of uit de accu gaat wordt gemeten en wordt door een coulombcounter verwerkt. Dit maakt het niet echt een 'drop in replacement' aangezien er maar heel zelden een meetshunt is opgenomen in een lood-zwavelzuur accu's.



Aan de kant van de plus pool zijn de 4 single cell chargers gemonteerd. Dit zijn Murata converters die 15A laadstroom of 50W laadvermogen bij 3,4V kunnen leveren op voorwaarde dat er wel 200W minimaal op de ingang aanwezig is.
De converters zijn afgeregeld op 3,45V als maximale uitgangspanning per cel. Hiervoor is er een 180k trimweerstandje opgenomen op de converterprint. Ook deze voorziening maakt dat het niet echt een 'drop in replacement' is.



Aan de plus kant zit iets dat ook niet echt past in een drop in replacement en dat is een hoofdschakelaar. De schakelaar is zo bedraad dat deze de stroom uit de accu onderbreekt, maar de stroom naar de 4 converters intact laat. Ongeacht of de accu is uitgeschakeld of ingeschakeld kan de accu worden geladen door een spanning die op de accupolen is aangebracht. Door een voeding die het hele boordnet van (wal)stroom kan voorzien wordt de accu geladen terwijl deze niet kan worden ontladen. De cellen in serie worden voor serieel laden geblokkeerd door een 'ideale diode'. Laden kan alleen via de 4 converters. Ontladen kan tot 50A via de ideale diode en de 'auto reset' thermische beveiliging van 50A en alleen als de hoofdschakelaar op 'aan' staat.



Verder is voorzien in een meetaansluiting op de + aansluiting van het cellenblok, maar deze aansluiting is niet geschikt voor vermogensafname en alleen bedoeld voor spanningsmeting van de + pool.
De stroom voor de 4 individuele cel-laders komt direct van de accupool. De stroom loopt ook door de meetshunt en de coulombcounter en neemt zo deel aan de 'ladingsboekhouding' van de coulombcounter.



De onderspanningsbeveiliging wordt geregeld door het oude BMS van de lood/zwavelzuur accu.
De stroom naar de converters zal door een thermostaat worden onderbroken indien de temperatuur onder de 5oC komt. Daar is nu nog niet in voorzien. Laden van hele koude LFP accu's geeft een hele hoge klemspanning als de temperatuur weer omhoog gaat en die hoge klemspanning is de oorzaak van Lithium galvanisering en iets wat bekend staat als 'sudden cell death' zoals bij langzaam overladen of 'druppelladen' voorkomt. Op een boot zal een dergelijk temperatuurverschil niet vaak voorkomen en zou de boot in de winterstalling liggen, dan kan de 'min' pool worden losgemaakt en kan de accu niet worden geladen. Voor de situatie in een campervan -waar deze accu voor wordt gebouwd- is dat anders, wil de eigenaar op wintersport dan kan de temperatuur in het accucompartiment zover dalen dat de cellen onder de 0oC komen en dan zou de accu komen te overlijden.

Tijdens de opbouw zijn er testen van de eigenschappen van de accubank met de 4 individuele laders. Allereerst wordt de uitgangspanning gemeten bij onbelaste converters: zonder uitzondering is dat 3,45~V waarbij de waarde van de 4e digit op de meter wordt genegeerd. De converters kunnen de cellen niet verder laden dan tot 3,45V.
De 4 converters worden aan hun ingang van stroom voorzien door een 12V 5000mA voeding van een HP notebook. De 60W voeding is te 'klein' om de 200W bij 12V voor de converters te leveren. De voeding loopt vast in de stroombegrenzing en gaat staan 'hikken' met stroompieken van ca 3A op de ingang. De totale accuspanning loopt heel langzaam op tot het moment dat er zoveel lading in de accu aanwezig is dat de celspanning aan de 3,3V per cel is gekomen. Op dit punt stopt het hikken van de voeding en loopt er continu een stroom van 2A bij 12V.

Omdat de behuizing nog open is wordt een expiriment gedaan hoe de 4 individuele celladers zich gedragen als er tevens serieel wordt geladen naast het laden met de 4 converters. Eerst wordt door belasting met 2 12V H4 halogeenlampen de celspanning teruggebracht naar 3,2V voor elke cel. Dan wordt er een oude acculader aangesloten op de + pool van cel 1 en de DIN - pool van de accubank. Op deze manier is de coulombcounter in staat om de totale laadstroom van de seriele acculader te meten en ook die van de stroom door individuele laadconverters te meten.
De totale laadstroom is volgens de coulombcounter maar 2A terwijl de laadstroom van de oude acculader op 1,9A uitkomt en de 4 converterlader -al hikkend- pieken van 3A vraagt. De lading van de 4 individuele laders loopt niet via de meetshunt en dit verklaart het verschil. Bij 3,3V per cel wordt gestopt met laden.

Nu wordt het 'balanceren' door de individuele celladers uitgetest. Hiervoor worden cel 2 en cel 3 met een 12V 55W H4 halogeenlamp ontladen tot zij op 3,25V zijn gekomen. Er wordt nu gecombineerd serieel en individueel geladen om te kunnen beoordelen of de individuele laders de cellen met een lagere spanning weer extra kunnen laden en zo het spanningsverschil op te heffen. Na 2 uur laden hebben alle 4 cellen een bijna gelijke spanning met een hoogst gemeten verschil van 0,02V tussen de cellen 1 en 4 en de cellen 2 en 3. Dit spanningsverschil is van geen belang en de cellen worden door de individuele celladers uiteindelijk op een gelijke spanning gebracht.
Wat als een mogelijk probleem werd gezien en als vraagstelling werd opgenomen: zou spanningsverschil verschil tussen de cellen wel opgeheven kunnen worden door individuele cellading terwijl er ook een seriele laadstroom loopt? Het antwoord is 'ja'. De stroom uit de indiviuele celladers loopt voornamelijk naar de cellen met de laagste spanning, waarbij het spanningsverschil de andere cellen onderling de hoogte van de laadstroom per cel bepaald.
De voornaamste conclusie uit dit experiment is dat serieel laden in combinatie met individueel laden al voordat de accu 'vol' zit een 'gebalanceerde accu' geeft.



Aan accu's knutselen in het zonnetje... 't Kon slechter.
Groeten, Peper.

Duidelijk verhaal, facinerend om te lezen hoe je zoiets aanpakt. Als ik ooit genoeg gespaard heb voor dit soort technologie weet ik bij wie we te rade moeten gaan!