Ons plan was om in februari/maart 2019 zelf een LFP systeem samen te stellen en te installeren. Maar toen de Nederlandse SUNBEAMsystem importeur mij begin dit jaar belde of ik hun
SMART LITHIUM accu’s bij ons aan boord wilde testen hebben we besloten om op dat verzoek in te gaan. Hun zonnepanelen functioneren prima bij ons aan boord en ik was wel benieuwd of de Zweedse zeiler en techneut achter SUNBEAMsystem, Viktor Eriksson, met deze vervanger van de traditionele loodzuur accu een betrouwbaar en voor zeilers eenvoudig te installeren plug-and-play systeem heeft ontwikkeld.
Wij hebben de ‘Basic’ versie van de 100Ah SUNBEAMsystem lithium accu, met een maximale continue belasting en laadstroom van 75A per accu (piekbelasting 300A gedurende 10 sec). Er is ook een ‘standaard’ versie van de SMART LITHIUM accu met een hoger continu- en piekvermogen (150A continu, 450A piek).
Als je meer capaciteit nodig hebt dan de 100Ah kun je meerdere accu’s parallel aansluiten, net als bij een loodzuur accubank. Wij hebben vanwege ons intensieve gebruik van de boot 3 accu’s parallel geschakeld voor een totale capaciteit van 300Ah (12V). Die 300Ah zijn - in tegenstelling tot een loodzuur accubank van diezelfde capaciteit - ook vrijwel allemaal te gebruiken.
Zet je meerdere accu’s parallel dan kun je de maximale belasting van de accu’s bij elkaar optellen. Bij ons komt dat neer op 225A continu en kortstondig zelfs 900A. Meer dan voldoende als backup voor onze startaccu. Onze zekering onderbreekt de stroom overigens boven de 500A dus die theoretische piekstroom van 900A gaan we nooit halen. De grootste verbruikers bij ons aan boord vragen maximaal iets van 125 Ampère, dat is ook voor 2 parallele SMART LITHIUM accu’s geen probleem.
Apparaten zoals de startmotor en een ankerlier hebben overigens in de eerste milliseconden een enorm piekverbruik (
inrush current). SUNBEAMsystem adviseert daarom om de SMART LITHIUM setup op dit piekverbruik af te stemmen. Òf om een aparte startaccu te gebruiken. Dat laatste is bij de meeste LFP installaties aan boord naar mijn idee sowieso een goed idee (waarom lees je verderop).
Er zijn diverse aanbieders op de markt die zogenaamde ‘drop-in-replacements’ aanbieden, maar bij sommige van deze plug-and-play Lithium accu’s ontbreekt een BMS of beveiliging en wordt geen melding gemaakt van de laadinstellingen waaraan je acculader moet voldoen om de LFP cellen heel te houden. Dat is een recept voor problemen zoals vroegtijdig verouderen of zelfs geheel falen van de accu. Deze kostbare missers - die ook bij verkeerd aangelegde doe-het-zelf systemen voorkomen - worden zelden naar buiten gebracht.
Enige achtergrondkennis en het aandachtig lezen van de specificaties en voorschriften is ook bij het kiezen van een kant-en-klaar LFP systeem dus heel zinvol.
De SMART LITHIUM accu van SUNBEAMsystem is een zogenaamde ‘drop-in-replacement’: volgens de fabrikant kun je ze zonder probleem naast (parallel aan) gewone loodzuur accu’s gebruiken. Je bestaande start- of boegschroef accu, diodeblok of andere accuscheider kan gewoon blijven zitten. Dat is volgens SUNBEAMsystem uniek aan hun LFP accu's. Ik heb de handleidingen van
Mastervolt en
Super B LFP-accu’s erbij gepakt en daarin wordt met geen woord gerept over loodzuur accu’s in dezelfde installatie.
Alle electronica en stroomonderbrekers van het BMS (Battery Management System) om de LFP cellen in de accu te monitoren en beschermen zijn in de SMART LITHIUM accu ingebouwd. Bij sommige andere plug-and-play LFP accu’s is nog een aparte stroomonderbreker (relais) vereist. Dat is wat mij betreft niet in alle opzichten een nadeel maar maakt het installeren wel minder eenvoudig. Naast de plus en min pool zijn er op de SMART LITHIUM accu geen andere aansluitingen.
Bij onze SMART LITHIUM Basic 100Ah accu’s zit een heldere Engelstalige handleiding. Er is duidelijk over het ontwerp en gebruik van de accu’s nagedacht, de gebruiker wordt niet aan zijn lot overgelaten. Enkele punten:
- Het is belangrijk dat je de egalisatie/desulfaterings functie (equalize) van laders uit zet. LFP cellen hebben geen geheugeneffect, de speciale (soms pulserende) spanning is onnodig en kan de electronica in de accu in het ergste geval beschadigen.
- Temperatuur correctie bij het laden is niet nodig bij LFP en kan uit of op nul worden gezet.
- Het is essentieel dat de walstroomlader de accuspanning meet en hier zijn laadspanning op aan kan passen. Alleen elektronische multistep laders - in boten vrij gebruikelijk - zijn toegestaan.
- Er wordt afgeraden om als de accu’s kouder zijn dan 0ºC ze te laden omdat dit de levensduur bekort. Ontladen kan wel altijd, de accu’s presteren bij lage temperaturen beter dan loodzuur accu’s. Alleen expeditie schepen en winterzeilers (zoals wij) zullen hier mogelijk mee te maken krijgen.
- Bij langduriger afwezigheid (> 30 dagen) wordt aangeraden om alle laders uit te zetten of los te koppelen. Het BMS van SMART LITHIUM accu's gaat als de accu langere tijd niet gebruikt wordt in een slaapstand, de zelfontlading van de accu is dan verwaarloosbaar.
Je kunt een LFP rustig in gedeeltelijk ontladen toestand achterlaten, dat is voor langdurige opslag zelfs het beste. Voor sommige zeilers die gewend zijn hun loodzuur accu’s zoveel mogelijk 100% vol te houden zal dit de eerste keren dat ze van boord stappen even wennen zijn.
De optimale instellingen van je acculader worden helder omschreven. De acceptabele laadspanningen bieden voldoende ruimte voor loodzuur laders. Wij kunnen onze Mass Combi lader tot in detail instellen, maar ook doorsnee multistep laders zullen al snel een laadalgoritme hebben dat voor de SMART LITHIUM accu’s voldoet.
SMART LITHIUM Basic accu’s accepteren tot 75A laadstroom per stuk. Als je de laadstroom beperkt tot 50A per accu gaan ze nóg langer mee, maar de meeste gebruikers zullen gezien de lange levensduur geen verschil merken. Ook met een voorzichtige 50A laadstroom zit je lege 100Ah accu binnen twee uur weer helemaal vol. Heb je er twee of meer in een accubank, dan wordt je acculader al snel de beperkende factor maar laad je nog steeds aanzienlijk sneller dan met een loodzuur accubank.
In de SUNBEAMsystem iOS of Android app kun je (via Bluetooth) de belangrijkste gegevens van de accu’s aflezen: ladingsniveau (SOC), accuspanning (V), verbruikte capaciteit in Ampère-uur (Ah), resterende gebruikstijd en accutemperatuur. Ook wordt de berekende capaciteit van de accu aangegeven. Deze informatie komt rechtstreeks van het BMS van de accu’s.
Wij hadden al een shunt met accumonitor aan boord, maar ook zeilers met alleen een smartphone of tablet beschikken met de SMART LITHIUM accu’s en de app in één keer over alle relevante informatie. Die informatie is naar mijn idee ook nog eens nauwkeuriger dan een shunt/accumonitor en wordt per accu weergegeven (waar een accumonitor doorgaans alleen gegevens over de hele accubank weergeeft).
Als je een shunt/accumonitor hebt kun je de zogenaamde Peukert factor met LFP accu’s op 1 zetten: wat je er in stopt komt er vrijwel allemaal ook weer uit. De snelheid van laden of ontladen maakt bij LFP (in tegenstelling tot loodzuur accu’s) in dit opzicht eigenlijk niet uit.
De SMART LITHIUM accu’s zijn beveiligd tegen te ver ontladen, overladen, te hoge stromen en oververhitting. De accu schakelt zichzelf dan automatisch uit. Dit is een noodsysteem om schade aan de accu te voorkomen en zal in de praktijk in normale omstandigheden nooit in werking treden.
De SUNBEAMsystem SMART LITHIUM accu is opgebouwd uit staafvormige 26650 LiFePO4 cellen, net zoals Tesla accu’s (die overigens van een andere en minder veilige Lithium samenstelling zijn dan LiFePO
4).
Deze ‘opgerolde’ cellen zijn erg stevig en geven een robuuste accu, die goed bestand is tegen alle bewegingen van een boot. Nadeel van deze (kostbare) bouwwijze is dat de accu groter wordt vanwege de tussenruimte tussen de cellen. Mocht er al warmte ontstaan in de cellen (bij piekbelastingen) dan kan die hierdoor wel weer beter weg. Substantiële warmte-ontwikkeling duidt bij LFP doorgaans op een defect, omdat LFP cellen door hun extreem lage interne weerstand bij normaal gebruik nauwelijks warmte ontwikkelen.
Veel LFP accu’s (inclusief de meeste zelfbouw systemen) zijn opgebouwd uit grotere zogenaamde prismatische cellen waarin alles parallel gestapeld is en bij elkaar wordt gehouden door de behuizing van de accucel. Winston, CALB en Sinopoly zijn grote LFP producenten die hun cellen op deze manier fabriceren. Bij
deze Winston cel hebben ze een deel van de behuizing verwijderd en zie je goed hoe de inhoud door de behuizing op elkaar wordt geklemd.
Voor een 12V accu worden 4 van deze 3,2V cellen in serie geschakeld. Sommige fabrikanten adviseren om deze rechthoekige cellen tussen stevige platen te klemmen zodat de inhoud van het hele pakket extra wordt ondersteund. Door de rechthoekige cellen zijn de 12V accu’s compacter dan een loodzuur accu met dezelfde opslagcapaciteit.
Of opgerold vs prismatisch in de praktijk aan boord van zeiljachten een verschil maakt is mij uit de research niet duidelijk geworden. Wel wordt
door sommige fabrikanten (zie onder Cell Sizes) dringend aangeraden om in bewegende objecten (zoals een boot) als je voor prismatische cellen kiest bij voorkeur 100Ah cellen te gebruiken (en zeker niet groter dan 200Ah cellen). De structurele (mechanische) sterkte van grotere prismatische cellen wordt door experts onvoldoende geacht voor langdurig gebruik in mobiele toepassingen waarbij sprake is van trillen en schudden. Om diezelfde reden wordt afgeraden prismatische cellen vóór in de boot te plaatsen, hoe verleidelijk dat voor een boegschroefaccu ook mag zijn.
Het installeren van de accu’s is eenvoudig. De afmetingen van de 100Ah LFP accu blijkt vrijwel hetzelfde als onze 100Ah loodzuur AGM accu’s. Ze zijn wel een stuk lichter: 14,5 kg in plaats van de 30 kg van onze Beaut AGM accu’s. Dat hanteert een stuk prettiger en scheelt bij ons ook gewicht achter in de boot. We besluiten de drie accu’s tegen elkaar aan te zetten, zodat ze makkelijk zijn te fixeren in de beperkte ruimte. Ik verwacht bij deze LFP accu’s geen problemen; ze ontwikkelen in tegenstelling tot loodzuur accu’s nauwelijks warmte.
We sluiten de parallel geschakelde accu’s ‘diagonaal’ aan (methode 2 op
deze webpagina en ook geadviseerd in de handleiding van de accu's), zodat de accu’s zoveel mogelijk gelijk laden en ontladen. De accukabels tussen de afzonderlijke accu’s nemen we iets langer dan strikt noodzakelijk, zodat er geen ongewenste trekspanning op de accu-aansluitingen komt te staan en we wat speling hebben als we ze toch iets uit elkaar willen zetten.
Voor we onze Mastervolt lader aanzetten stellen we de voor de SMART LITHIUM accu optimale laadinstellingen uit de meegeleverde handleiding in.
Hetzelfde doen we op onze Victron Smartsolar MPPT lader.
LFP accu’s kennen in tegenstelling tot loodzuur accu’s geen Bulk en Absorptie laadfasen en ze hoeven al helemaal niet met een Float spanning onderhouden te worden. Normaal gesproken stop je bij LFP met laden zodra de celspanning van 3,4V bereikt is (13,6V voor de hele accu) en laat je de accu verder met rust. Als dat niet mogelijk is kun je bij de SMART LITHIUM accu de aanbevolen laadspanning van 14,4V in de ‘Float’ fase verlagen tot een volgens de handleiding optimale 13,4V. De accu accepteert (binnen bepaalde marges) ook laadspanningen die hier iets van afwijken. Met de meeste multistep laders kun je bij deze accu prima uit de voeten. Je gebruikt de laadfases Bulk/Absorptie en Float van je loodzuur acculader in feite om het laden te starten respectievelijk te stoppen.
Ik heb de ontwerper om de details van het BMS gevraagd, maar dat bleek te concurrentiegevoelig om prijs te geven. We moeten er dus op vertrouwen dat SUNBEAMsystem bij het ontwerp en de instellingen van het BMS de juiste keuzes heeft gemaakt, net zoals dat bij andere LFP plug-and-play accu’s het geval is (als ze al een BMS hebben). Gezien de ervaringen die wij met de SUNBEAMsystem zonnepanelen hebben en de relevante informatie in de handleiding bij de SMART LITHIUM accu heb ik er vertrouwen in dat ook hier goed over is nagedacht.
Wat de fabrikant betreft is hiermee alles gereed en kun je je SMART LITHIUM accu in gebruik nemen.
Het overschakelen op deze plug-and-play Lithium accu's is dus zo simpel als het vervangen van je loodzuur accu's door SMART LITHIUM accu's en het waar nodig aanpassen van de laadinstellingen op je acculader. Dat is voor de meeste zeilers naar mijn idee heel goed te doen.
Als je LFP accu's ook op je motor (dynamo) wilt laden zijn er in mijn optiek wel wat extra aandachtspunten.