Onderwerp: Een alles etende regelaar voor accu's

voor reactie zie:
zeilersforum.nl/index.php/foru...bms-lader-controller

Mijn fit and forget BMS;

Wat voor een contraptie bracht Peper nu weer mee naar de wintermeet?

Vorig jaar werd ik aangesproken door een forumlid met een 22ft bootje dat op de randmeren zeilt. Hij heeft een 35Ah loodaccu als service accu en die wordt soms tot 11V ontladen en dan is er geen communicatie meer mogelijk via de marifoon omdat de spanning te laag is geworden. Hij vroeg mij 'zou je een back up kunnen maken van bv 10Ah cellen die dan alleen voor de marifoon werkt?'

Een ander forumlid met een Lanaverre 17 wilde wel van de zware loodaccu af en een LFP accu nemen waaruit ook zijn Minn Kota kon worden gevoed. Dit moest tevens zijn service accu zijn. Hij kon niet beschikken over walstroom en moest de accu van boord kunnen halen om deze thuis te laden.

Bij een catamaran zeiler werd ik geconfronteerd met een 24V systeem en een converter om er 12V mee te maken voor de navigatie en de marifonie. Valt de hoofdaccu uit of tript er een zekering, dan ben je ineens verstoken van input van je navigatie (en de stuurautomaat!). Omdat de 12V loodaccu voor back up ergens anders zat was ook deze uitgeschakeld door de sluiting. Een power back up 'dichtbij' de kritische apparatuur had dit kunnen voorkomen. Het ideaal zou een UPS zijn voor marifoon en een back up computer/plotter.

Dan is er nog het probleem van een 24V installatie die voor de apparatuur een 24V naar 12V converter moet gebruiken.

Weer een ander forumlid had een setje oude Li-CoMnO cellen en vroeg zich af of hij daar een power back up mee kon maken.

Ik zelf kwam op het idee om alle cellen van een accu individueel te laden met aparte ladertjes, waarbij een brede spanningsrange voor de input kon worden gebruikt zodat de accu uit heel veel bronnen kon putten.

De combinatie van deze wensen en mogelijkheden kan worden gerealiseerd in één apparaat/kast. Het resultaat is een UPS accubank/power back up met Li-ion cellen, die 12V uitgangsspanning geeft voor alle apparatuur die kritisch is.

Onder kritische apparatuur op een zeiljacht versta ik: marifoon, AIS, een handstakellicht, een plotter met GPS, en een oriëntatie verlichting in de kajuit. De kritische apparatuur kan direct of via een DC stopcontact worden aangesloten.

Je zult waarschijnlijk de accubank voor de aandrijving of de boegschroef als service accu gaan gebruiken want anders staat dat ding 99% van de tijd niets te doen.
Dan heb je een 24V systeem terwijl 12V nog steeds de 'heersende' spanning is op jachten en daarvoor veel apparatuur aanwezig is. Je zult een converter nodig hebben om de 24V van de thruster accu te converteren naar 12V voor navigatie apparatuur. Verlichting in de kajuit en een eventuele lenspomp kan heel goed op 24V maar juist die navigatie apparatuur is kritisch en wil je totdat de boot 'afborrelt' kunnen gebruiken. Dat vraagt een aparte 'power source' die het blijft doen tot het laatste moment.

Met de bovenstaande zaken in gedachten ben ik gaan ontwerpen... Het resultaat is dit:



En het ziet eruit als dit:



Eigenschappen:
12V 72Ah LFP opslag accu (voor een kleine boot zou dat al de service accu kunnen zijn),
Een dubbele USB converter met DVM voor indicatie van de ingangsspanning. Deze doet tevens dienst als lader voor smartphones en tablets.
Een wide range input lader bestaande uit 4 converters van 20W.
Een accu monitor in spanning en in procenten, uit-schakelbaar voor energiebesparing. De monitor kan op afstand worden aangebracht.
230V voeding via een oude notebook voeding, stekker transformator of SMPS.

Uitgangen:
De uitgangen worden naar keuze aangebracht.
12V 70A via een Anderson connector, (gezekerd via 80A circuit breaker of smeltveiligheid)
12V 20A via iso connector, (gezekerd via fusible link)
12V 15A via sigaretten aansteker connector (gezekerd via fusible link)
12V 20A via schroefaansluiting (gezekerd via fusible link)

Ingang:
Input spanning van 9 tot 36VDC, maximaal laadvermogen 80W, optimaal ingangsvermogen 100W. De ingang is geschikt voor zonnepanelen met een Umpp tot 30V, voor windturbines met een open klemspanning van 30V (surge protected), voor de lichtspoel van een bbm met gelijkrichter tot 30VDC max (surge protected), voor hydrogeneratoren met gelijkrichter tot 30VDC max (surge protected).

Opgeslagen energie bij volle accu: 13,6V x 72Ah = 979,2Wh
Maximale belasting: 100A
Gebruikstijd bij maximale belasting: 30min
Continu bijladen is toegestaan. Cyclisch gebruik is overbodig. Beschermd tegen overladen. De huidige configuratie staat nu 12 weken 'aan de lader'.
Geen 'deep discharge' beveiliging! Kan optioneel wel worden aangebracht, maar als je in nood zit is de levensduur van de accu 'the least of your problems'.

Diverse andere configuraties mogelijk waaronder met grotere accu's. Kan tot class IP76 worden geleverd.
Daarmee heb ik de product specificaties wel uitputtend opgenoemd.

Het was zonnig genoeg om met een 50W zonnepaneeltje de accu constant op 13,6V te houden. Proof of concept!

Groeten, Peper.

Bij het einde van de test


De vier 72Ah cellen staan nu 12 weken aan de lader. De spanningen veranderen met hooguit 10mV. Hierbij is er een correlatie met de temperatuur. Bij een lagere temperatuur is er ook een lagere celspanning. Een belasting met een 12V halogeen lamp van 55W kan 12 uur worden volgehouden voordat de accu van 13,6V naar 12V is terug gelopen. De 130W smps computervoeding heeft dan 2 dagen nodig voordat de converter de celspanning weer op 3,4V hebben gebracht. Aan het einde van de eerste dag is de cel weer op 3,3V gekomen (13,2V voor de hele accu) en aan het einde van de tweede dag is de celspanning op 3,4V en de accuspanning weer op 13,6V.
Elke week weer dezelfde uitslagen…

Bij de ‘steampunk’ accu blijft de voeding er continu op staan en wordt er niet ontladen. Dit om de accu zo lang mogelijk met de door sommige als nadelig beschouwde eind laadspanning van 3,4V te ‘confronteren’. Na een maand is de celspanning van alle cellen 3,41~V en veranderd deze niet.
Elke week weer dezelfde uitslagen…

De derde opgave is het opladen van cellen met een zeer verschillende capaciteit. De 72Ah cellen zijn begonnen op 3,24V en zitten na een dag weer vol (3,42~V). Hoewel de 200Ah cellen tijdens de testperiode nooit helemaal vol werden geladen (tot 3,41~V), werden de 72Ah nooit overladen (spanning hoger dan 3,45V). Door de volgeladen kleine cellen, werd alle lading naar de 200Ah cellen gestuurd en gebruikt om deze te laden. De laadstroom is dan rond de 9A en van de 130W die de computervoeding kan leveren wordt ongeveer 70W gebruikt voor het laden van de procentueel ‘leegste’ cellen. De lader brengt de ongelijke cellen toch in balans en zonder vermogensverlies door limiters. Zelfs bij een fors capaciteitsverschil worden de ‘kleinste’ cellen niet overladen.

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 tot 28 februari 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. (ΔU = 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 spanningsvrij willen maken: zet de schakelaar voor de ingang van de converters op ‘0’.

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.

Vandaag is het D-day en ik moet jullie helaas vertellen dat de test is mislukt... Het is me niet gelukt vier 72Ah cellen te vernielen door ze gedurende drie maanden 24/7 aan een individuele cellader te zetten. Ik ben diep bedroefd!

Groeten, Peper.

nogmaals chapeau voor je enthousiasme.

Als mijn 600 Ah accubank voor 50% ontladen is, dan wil ik dat ie na een (kort)nachtje aan de walstroom weer vol is. Voorzichtigheid met laden is leuk, maar 2 of 3 weken om een accubankje op te laden is wat mij betreft volkomen onacceptabel.

Let wel: dit is een mening, meer niet.

Je kunt naast de individuele cellader ook een boost lader gebruiken. Is over gepost!
Groeten, Peper.

Afsluiting
Alleen van de metingen hoor, ik ga heus nog wel verder om het systeem 'hufter proof' te maken!

Wat is er vastgesteld?
Het grootste gevaar voor de levensduur van een LFP accu is deze te behandelen als een loodaccu en de laadtechnologieën voor loodaccu’s toe te passen.

‘Sudden cell death’ is niet plotseling, het treedt op bij accu’s waarvan de cellen in serie worden geladen. Indien de cellen van een limiter zijn voorzien, kan dit niet gebeuren. Het surplus aan laadvermogen wordt dan omgezet in warmte.

LFP cellen balanceren zichzelf bij laden en ontladen tussen 20% en 99% SOC en hoeven niet te worden gebalanceerd door een puls lading zoals bij loodzwavelzuur accu banken.

Cyclisch gebruik (laden en dan ontladen tot ‘bijna leeg’ en daarna pas weer laden) is een techniek die wordt gebruikt bij LiCo cellen om het geheugen effect tegen te gaan. Bij LFP cellen is er geen geheugen effect en cyclisch gebruik is overbodig. De melding dat cyclisch gebruik de levensduur verlengd kan niet worden bevestigd.

Drie trap laadsystemen zijn onnodig ingewikkeld en zelfs gevaarlijk voor de levensduur van LFP accu’s. Met name de ‘float charge’ zal een LFP accu overladen en vernielen. Float charge is door de geringe zelfontlading van LFP cellen onnuttig.

LFP accu’s hebben geen bulk fase of absorptie fase. Door de lage inwendige weerstand kan de cel het best ‘Constant Voltage’ worden geladen, waarbij in het geval van zeer diep ontladen cellen een lader met stroombegrenzer moet worden gebruikt ter bescherming van de lader.
Het laden met de maximaal toegestane celspanning van 3,65V zal de cel met zekerheid vernielen als deze boven de 90% SOC komt. De hoogst gebruikte spanning om te laden tijdens het onderzoek is 3,5V geweest.

LFP cellen kunnen in het gebied van 30% tot 70% SOC een laadstroom van 1c aan zonder warm te worden. Boven de 70% SOC kan de cel met die hoge laadstroom snel de 99% SOC overschrijden en zo warm worden dat de cel bol komt te staan.

Individueel cel laden is veilig en bij een afregeling op een eind laadspanning van 3,4V kan er geen ‘sudden cell death’ ontstaan, omdat de cel niet boven de maximale laadspanning kan komen. In een test zijn gedurende 3 maanden 3x4 cellen dag en nacht op 3,4V gehouden zonder enige te meten schade.

Het op/ontlaad rendement van LFP cellen loopt van 95 tot 98%. Het is niet onderzocht of dit door veroudering veranderd. Veroudering heeft wel invloed op de capaciteit.
Voor het in gebruik teruglopen van de celcapaciteit is in de literatuur geen duidelijke reden gegeven, er wordt opgegeven dat ‘piekbelastingen’ de cellen doet slijten (de fysische invloed hiervan is onbekend of niet beschreven).

Bij ‘sudden cell death’ wordt de warmte ontwikkeling en het ‘ontgassen’ door deze warmte als oorzaak aangegeven, maar er is geen onderzoek hiernaar.

Piekbelastingen zijn snelle ontladingen en tezamen met snelladen wekken zij warmte op in de cel en er zijn daarmee aanwijzingen dat het warm worden van een cel de enige oorzaak is voor slijtage in de vorm van afname van de levensduur en de capaciteit.
De ontwikkelde warmte is gelijk aan I².R.t en de cellen met de laagste inwendige weerstand hebben de beste voorwaarden voor een lange levensduur.

Een levensduur van 2000 cycli geldt als normaalwaarde voor LFP cellen.
Bij gebruik tussen 20% en 80% SOC worden 6000 cycli als levensduur gemeld.
Bij gebruik van een coulombcounter met instelbare Peukert factor moet deze op ‘1’ (voor ideale accu) worden ingesteld.

Een geheel ontladen LFP cel (klemspanning <1000mV) moet weer opnieuw initieel worden geladen. Schade aan de cel of vermindering van capaciteit is bij 4 gevallen van totale ontlading met een tijdsduur van 24 uur, niet voorgekomen.
Tijdens het initieel laden wordt de cel snel warm en moet het initieel laden worden onderbroken. Is een celspanning van 2V bereikt bij het initieel laden, dan kan de cel weer volgens de normale werkwijze zonder warm te worden, worden geladen.

Bij ontladen tot een celspanning van 1,5V is opnieuw initieel laden niet nodig gebleken, met 30W Mornsun converters werd één 330Ah cel in een serie van 16 cellen, vanaf 1,5V in één dag naar 2,1V geladen, de volgende dag naar 2,7V geladen, op de 4e dag werd de 3,3V bereikt. De 15 andere cellen hadden een celspanning tussen de 3,25V en de 3,43V

Tot 3,0V onderbreekt de thermische beveiliging van de 30W converter het laden regelmatig, maar stopt niet. De laadstroom is 9,5A tot de 3V wordt bereikt. Boven de 3,0V onderbreekt de thermische beveiliging het laden niet meer.
LFP cellen worden bij gebruik in het gebied van ontladen met 3c en opladen met 1c, niet warm zolang de maximum laadspanning van 3,45V per cel wordt gerespecteerd. Thermal runaway komt bij gebruik binnen deze grenzen niet voor.

Het elektrolyt van LFP cellen is onbrandbaar en de cellen kunnen niet ontploffen. Er is geen Kobalt verbinding in een LFP cel die met water een chemische binding aangaat. Het enige dat een LFP cel kapot kan maken is overladen of mechanisch beschadigen.

Individueel celladen met wide range input converters kan worden aangevuld met serieel CV laden. Voorwaarde is dat de laadspanning bij serieel laden de 3,3V per cel niet te boven komt. Het is de op een output van 3,4V afgeregelde converter die het sterk uit de pas lopen van de celspanningen voorkomt en die werkt als een limiter, maar zonder extra vermogensverbruik.

Willen jullie het allemaal nog eens doorlezen?



Als je daar nu heel erg ontstemd van raakt, lees het dan maar niet... Ik wil niet schuldig zijn aan een 'zuur' weekend.
Groeten, Peper.

Mooi leesbaar document Han!

Ik volg met veel belangstelling deze inmiddels lijvige draad. Het verslag van je experimenten en testresultaten is mooi samengevat en geïllustreerd in de PDF.

Dank! en je hebt het nog 'life' kunnen zien!

Heb nog een vraagje: waarom zou je met serieel laden niet door kunnen gaan todat er 1 cel de 3,4V heeft bereikt?

Dat kan ook goed, Twist heeft dat al eens aangegeven.
De situatie is dan dat je 1 cel op 100% SOC hebt staan (waarschijnlijk de kleinste cel) en dat je dan de andere cellen mede gaat ontladen zo dat je de onbalans bij 20% SOC groter maakt. Dat is niet gunstig en kan aanleiding geven tot een cel die onder de 1V komt. Die wordt dan niet meer geladen totdat je dit laden geforceerd op gang brengt. Daarvoor moet je de cel uit de accubank halen en volgens een speciaal proces laden. Dat zou ik willen voorkomen door alle cellen op 100% SOC te brengen met de individuele lader.
Vanaf die situatie is het weliswaar de cel met de kleinste capaciteit die het eerst 'leeg' is, maar je voorkomt dat de andere cellen in het serieel laadsysteem ook langzaam naar een spanning van onder de 1V komt en dat je ze dan weer initieel moet laden. Dat is gewoon een 'gedoe'.

? Ik bedoelde in een systeem van sierlader en // lader zoals in jou systeem: 1 cel staat op 3,4V, die krijgt geen stroom meer, alleen de cellen die nog lager staan worden bijgeladen met de // lader. Waarom de grens op 3,3V leggen?

Omdat 3,3V ongeveer 80% SOC is en de eigenaar van de lader/accu kan daarmee bepalen of hij/zij de cellen wil 'verwennen' om tot een langere levensduur te komen. Overigens is de eind laadspanning bij de testen in het lab op 3,5V gesteld (om te zien of de cellen daarvan warm zouden worden, dat doen ze niet). Ook nu geldt: pas over 20 jaar zullen we weten of de 3,3V de levensduur van de cellen verlengd.
'Officieel' is de eind laadspanning van een LFP cel 3,45V. Dan zit je 'midden in de bocht omhoog' rechts in de curve. Winston laadt hun LiYFePO4 cellen tot wel 4V en als je de laadstroom beperkt houdt worden de cellen niet warm.
Jij bent (gezien je posts) meer van het snelladen en dan is 3,65V de maximale spanning om mee te laden. Dan moet je de lader wel terug regelen naar 3,45V als de cel vol zit. Indien dat terug regelen niet werkt, heb je een cel gemold. Indien je met 3,45V laadt, hoef je niet terug te regelen en is het systeem veiliger.
In het traject van een celspanning van 3V tot 3,3V of 30% SOC en 80% SOC zal er geen of in elk geval niet merkbaar warmte worden gedissipeerd bij een laadstroom van 1c. Dit komt door de lage Ri van de LFP cel. Bij de LiCoMnO cellen ontstaat een fikse temperatuursverhoging doordat deze een hogere Ri hebben en kan de cel in een thermal runaway raken en exploderen. Aangezien dit soort cellen wordt gebruikt in fietsaccu's en in de Tesla en de Mitsubishi Outlander worden de Li-ion accubranden hieraan toegeschreven.
Om buiten het 'gevaarlijke' gebied te blijven houd ik 3,4V als eind laadspanning aan.
Zou je alleen met de celladers werken dan is het eenvoudig: ze gaan maar tot 3,4V per cel (of 3,3V) en blijven zo aan de veilige kant.
Bij 4 LFP cellen in serie kan het serieel laden een onbalans versterken. 13,6V = 3,7V + 3,3V + 3,3V + 3,3V. Op de accupolen lijkt het of je een gelijkmatig volle accu hebt, maar er is één cel die wordt overladen. Bij stroomdoorgang is het die cel die dan warm wordt. Het is ook die cel die 'dik' wordt en als eerste levensduur zal inleveren.
Oplossing hiervoor is de eind laadspanning in serie lager te maken, dan kun je de 'kleinste cel' minder snel overladen en blijft deze cel goed. Daarom serieel laden met ca. 13V en vervolgens aftoppen met de celladers. Dat aftoppen is niet echt 'vervolgens' het gaat gelijk met het serieel laden. In het lab is duidelijk gemeten dat de vermogensopname van de 4 converters daalt als er ook serieel wordt geladen en bij het opvoeren van de seriële laadspanning en -stroom, daalt het vermogen van de individuele laders proportioneel. De seriële lader geeft echt een boost aan het laadsysteem, maar je moet er wel voor zorgen dat je niet boven de 3,4V komt doordat er capaciteitsverschil in de cellen is.
Koop je 4 cellen die identiek zijn in capaciteit, dan betaal je de hoofdprijs en kun je gewoon serieel CV laden. Die cellen zijn gematched op capaciteit en dat maakt ze duur.
Neem je goedkopere cellen of 2e hands cellen, dan moet je met capaciteitsverschil rekening houden en is de individuele cellader de oplossing. Dit is de reden dat het lab 'afgekeurde cellen' gebruikt voor het testen. Deze cellen hebben onderling een fors capaciteitsverschil. Daarom heb ik bij de duurtest 2 200Ah en 2 72Ah cellen in serie gezet en met de individuele cellader geladen. Ondanks het forse capaciteitsverschil worden de 72Ah cellen niet overladen. QED.
Jouw 600Ah lood-zwavelzuur accubank kan worden vervangen door een 400Ah LFP accubank. Dat heb ik al eens met je doorgerekend. Bij snelladen ga je ongeveer 50% van het laadvermogen in warmte omzetten in plaats van in lading. Bij een LFP accu is dat ongeveer 5%. Zo laad je een LFP bank dus altijd sneller op dan een loodaccu bank, het laden is effectiever en de capaciteit is kleiner. Je kunt dus een lagere laadstroom gebruiken om in dezelfde tijd te laden. Ik merk dat jij je heel erg fixeert op de hoogte van de laadstroom. Dat komt voort uit het werken met loodaccu's. Die moeten 'vol' anders sulfateren ze. LFP accu's hoeven niet 'vol', er zijn aanwijzingen dat dit zelfs niet goed zou zijn voor de levensduur. Er is nu wel een meting gedocumenteerd dat het 3 maanden 'vol' houden van LFP cellen de cellen niet kapotmaakt.
Loodaccu's moeten snel weer vol en vragen daarom ook een 'spierballen dynamo' van 80 of 120A. Hoewel grote LFP cellen de stroom zeker als laadstroom aan kunnen (ze vormen door hun lage Ri iets wat het meeste lijkt op een kortsluiting en zouden de dynamo kunnen laten doorbranden). Met een dergelijk laadsysteem ben je met een kanon op een mug aan het schieten, die mug krijg je echt wel dood, maar met een oude krant kan dat ook!
Groeten, Peper.

Alleen via de 'alles etende lader' laden
Use case

De installatie
Twee 100Ah loodzwavelzuur accu's parallel zijn vervangen door vier 500Ah LiFePO₄ cellen in serie. Zij worden met walstroom serieel geladen zonder balancer/limiters en tijdens het laden gemonitoord met een 4 digit DVM. Er wordt een 'flinke ruimte' gelaten in de beschikbare capaciteit en de cellen worden tot hoogstens 80% SOC geladen, zodat onbalans geen rol kan spelen. Bij ongeveer 40% SOC (ongeveer 12,4V) wordt weer serieel geladen. De gebruikscapaciteit van 200Ah is voldoende voor 5 dagen autonomie met gebruik van de Eberspacher dieselkachel met 12V elektrische ventilator voor de circulatie.
De walstroom lader is een SMPS/inverter combinatie waarvan de uitgangsspanning instelbaar is.
Bij het varen is er de beschikking over 200Wp aan zonnepaneel vermogen (2 x 100Wp 17V Umpp) bakboord - stuurboord verstelbaar aan de reling. De zonnepanelen worden ingezet indien de lading zo laag is dat zonder monitoren geen onbalans te verwachten is. De laadstroom kan de 12A niet te boven komen (bij optimale instraling van 2 panelen) en heeft een gebruiksmaximum van ca 8A. De panelen leveren hun vermogen via een Victron MPPT regelaar met een Bluetooth module zodat de accuspanning op een smartphone overal aan boord af te lezen is. De regelaar is, volgens opschrift, geschikt voor LFP accu's maar is standaard ingesteld op een fors te hoge 'float charge' spanning van ruim 14V, als automatische lader voor LFP accu's is deze laadregelaar volkomen ongeschikt. Bij het volgen van de celspanningen tijdens het laden, kan de lader wel worden gebruikt. Door de hoge capaciteit van de accu is er bij 12A laadstroom (< 0,03c) voldoende tijd om de lader uit te schakelen. De MPPT regelaar wordt alleen nog gebruikt voor het meten van de accuspanning en blijft als zodanig aan boord.
De 'alles etende lader' verdraagt 9 tot 36VDC op de ingang en zal bij een vermogenstoevoer van 150W, vier keer 9A bij 3,4V in de cellen stoppen als zij voldoende ontladen zijn. Bij een celspanning van 3,4V loopt er geen laadstroom meer. De default aansluiting worden de zonnepanelen, zij laden gedurende het daglicht de cellen en gedurende de nacht worden de cellen belast door de spanningsdeler voor spanningsmeting voor de regeling. De meetstroom voor de spanning van de cel is ongeveer 2mA. Een volle cel van 500Ah kan deze meetstroom ca 250000 uur leveren.

Geschiedenis
De 500Ah cellen zijn een jaar geleden aangeschaft.
In het jaar dat de LFP cellen in gebruik zijn is het goede op/ontlaad rendement opvallend. Zelfs bij een SOC van 30% kunnen de zonnepanelen de accu snel opladen en in combinatie met de gunstige diep ontladingseigenschappen is een autonomie van een week goed haalbaar.
In het afgelopen jaar is een inverter (12VDC 230VAC 50Hz ooit voor langere tijd ingeschakeld gebleven zonder dat de zonnepanelen hebben kunnen bijladen en dit heeft een diepontlading van de LFP accu gegeven. De inverter heeft geen 'UVLO' (under voltage lock out) en zal de accu blijven belasten tot deze leeg is. De accuspanning bij dit voorval is tot onder de 6V gedaald, waarbij de cel met de laagste capaciteit tot ongeveer 1V is ontladen. De accu is daarna gefaseerd serieel geladen zodat het spanningsverschil tussen de cellen door 'autobalancing' weer gelijk is getrokken. Er is in gebruik geen merkbare capaciteitsafname van de cellen. Wel zijn twee van de cellen iets boller geworden.
De cellen liggen 'plat' (op het grote platte zijvlak). Dit wordt afgeraden omdat er dan een substantieel deel van de elektroden niet goed in het 'elektrolyt' worden ondergedompeld en dit zou een capaciteitsvermindering kunnen geven. Dit is in het gebruik echter niet merkbaar (mogelijk wordt dit ook nooit merkbaar omdat een zeilboot geen vaste 'horizontaal' heeft en door het 'schuin gaan' de 'droge delen' van de elektroden toch weer worden ondergedompeld en hierdoor de capaciteit hersteld).

Installatie nieuwe regelaar
Door de aangebrachte accupolen is de accubank net te hoog om in de bestaande accuruimte te bouwen. Dit is de reden dat de cellen zijn 'platgelegd'. De accubank zit ingebouwd onder de zitting van de 'kaartentafel' en door de hoogte van de accu kan deze niet meer worden afgesloten. De ruimte bij de kaartentafel is echter zo klein dat er ook niet meer aan het werkblad kan worden gewerkt en de zitting ook niet meer wordt gebruikt. De cellen kunnen ondanks hun hoogte dus wel rechtop worden gezet en met een kleine aanpassing van de afdekplank van de ruimte kan deze het compartiment toch afsluiten. Bij het plaatsen van de cellen blijken de 'bolle cellen' weer 'plat' te zijn geworden. Mogelijk omdat ze hebben plat gelegen. Of dat ook zo is moet nader worden onderzocht en daar wordt van afgezien.
De cellen worden weer in serie aangesloten en de ooit aangebrachte 'balanceer leidingen' worden gebruikt voor aansluiting op de 'alles etende lader'. De lader zelf komt buiten het accu compartiment om zeker te zijn van voldoende koeling. De behuizing is van een aluminium extrusie profiel dat is voorzien van integrale koelprofielen en is met kit en met wartels waterdicht afgesloten.
De ‘alles etende lader’ wordt handmatig op de vermogensbronnen aangesloten via een steker verbinding. De gebruiker selecteert hiermee de laadbron. Er zijn 3 mogelijkheden: laden met walstroom (optimale spanning om te laden is 24V, het punt van hoogste rendement van de converters), laden met zonne-energie (maximale spanning 22V onbelast en 17V bij optimale belasting) en laden via de alternator (maximale spanning 14,5V).
Bij het aansluiten van de accu op het boordnet verraadt een 'pets' dat er een verbruiker is. De accu wordt dus belast.



Na aansluiting van de lader op de zonnepanelen geeft de lader onbelast 13,6V uit, verdeeld in 4 groepen van 3,4V in serie. Dit is volgens de specs. De lader wordt aangesloten op
de + van de accubank, tevens de + van de eerste cel (bruine 2,5mm² draad),
de + van de tweede cel (grijze 2,5mm² draad, 10,2V onbelast),
de + van de derde cel (geel/groene 2,5mm² draad, 6,8V onbelast),
de + van de vierde cel (blauwe 2,5mm² draad, 3,4V onbelast) en
de - van de vierde cel (zwarte 2,5mm² draad, 0V onbelast).
Na aansluiting van de lader valt de gesommeerde uitgangsspanning van de lader terug naar 13,3V, de lader stuurt stroom de cellen in en laadt via de zonnepanelen!
De aansluiting van de 5 draden van de lader verloopt via een 'platte steker' aansluiting. In deze aansluiting worden 'fusible links' van 10A opgenomen, niet voor de lader (die is begrensd op 9A) maar voor de niet begrensde stroom uit de cellen.

Functioneren
Alle laden verloopt via de 'alles etende lader'. Er komt geen automatische omschakeling van zonnepanelen naar alternator of walstroom. Er worden 3 losse stekers gebruikt die met de ingang van de converters wordt verbonden. De selectie is handmatig. Bij motorvaren kan er een verbinding met de alternator (alleen als de service accu onder de 12,8V komt) worden gemaakt om bij te laden, de verbinding met de zonnecellen wordt dan verbroken. Hetzelfde geldt voor laden via walstroom. Dan gaan de zonnepanelen eraf en komt de walstroomlader er voor in de plaats. Er hoeven geen diodebruggen te worden gebruikt, het wordt handmatig geschakeld.

Beveiliging tegen diep ontladen? "Da kunde toch zien op de voltmeter? Niet nodig! Overladen kan ook niet met de converters en via m'n Bluetooth app kan ik de spanning overal op de boot aflezen."
'Wil je nog een indicator ledje voor op de ingang? Dan kun je zien of er een spanning hoger dan 12V op de ingang van de lader aanwezig is...' "Oh, da lijkt mij wel!" 'Stuur ik je wel op.'

"'T is gedaan hè? We gaan lekker buiten in het zonnetje zitten!"

Groeten, Peper.

Post scriptum @Zeilprutser:
Dit is het 'eenvoudige' zonnepaneel laadsysteem zoals ik dat bij het begin van dit topic in gedachten had. 'Alles etend' omdat zowel zonnepanelen, BLDC generator, walstroom en hydrogenerator of windturbine het laadvermogen kunnen aanbrengen.
Automatisch balancerend door individuele cellading,
overladingsbeveiliging en
diep ontladingsbeveiliging in de aan te sluiten verbruikers.
Laadvermogen: 30W per cel, optimaal zonnepaneel vermogen: 150Wp voor 12V systeemspanning. Ingang geschikt voor zonnepanelen met een Umpp van 15V tot 35V.
Minimale accucapaciteit: 50Ah, maximale accucapaciteit: -
Laadprincipe: CV-laden.
Jij gaf aan ook naar een dergelijk systeem uit te zien... Valt dit binnen jou spec's?

P.

Peper schreef :
Op zich vindt ik het een te overwegen budget oplossing.
Maar ben nu toch ook naar andere oplossingen aan het kijken, de laders buiten de dynamo/alternator kun je meestal wel instellen en de dynamo/alternator schijn je via PWM over de field wire ook goed te kunnen regelen.
Ik zoek natuurlijk naar een oplossing die eenvoudig icm de BoatController kan worden toegepast.

Dank voor je antwoord!
Peper.

Budget wide range input lader
Wide range input individual cell charger voor 4 LiFePO₄ cellen van 180Ah.

Eigenschappen
Constant Voltage laadprincipe.
Beveiligd tegen overladen. Geen float charge.
Uin: 9 - 36V. Uin_opt.: 18V Efficiëntie minimaal 80%.
Bij Uin = 18V efficiëntie: 90% bij full load. De inwendige weerstand van een LFP cel is dermate laag dat er altijd sprake is van full load totdat de cel op 3,2V is gekomen.
Pin: 160W max. Beveiliging tegen doorbranden van de alternator.

Inputs
Input voor walstroom laden met een SMPS DCV converter. Via 'ideale diode' (Uf 20mV) om current backflow tegen te gaan.
Input voor laden via de alternator. Van af diodebrug met Uinput tussen de 13,6V en de 14,5V deze spanning wordt aan de ingang van de converters aangeboden.
Tegelijkertijd wordt via een buck converter met Uout van 13V 'boost lading' gegeven. De spanning wordt direct aan de accu aangeboden als seriële boost lading. Een buck converter (geïsoleerde output) kent een ‘backflow’ en zal met een keerdiode moeten worden aangesloten op de plus accupool.
Input voor zonnepanelen met een Umpp van 15 tot 36V. Optimaal vermogen 150Wp. Dark current blocking diode opgenomen in de junction box op de zonnepanelen. Bij gebruik van zonnepanelen zonder deze voorziening kan een 'ideale diode' worden opgenomen.

Output
Puit: 120W max. Iuit: 9,5A per cel Uuit: 3,4V, per cel te bepalen en gefixeerd.

Functies:
Automatisch individueel celladen tot 99% SOC via een SMPS voeding vanuit de walstroom.
Automatisch individueel celladen tot 99% SOC via de alternator met een diodebrug.
Boost serieel laden tot 70% SOC via de alternator met een diodebrug en een buck converter.
Automatisch individueel celladen tot 99% SOC via zonnepanelen.
Alle laadfuncties kunnen tegelijkertijd verlopen waarbij de bron die de hoogste spanning aflevert de meeste lading in de accu brengt.
Automatische laadstroom en laadvermogen verdeling, waarbij de cel met de laagste klemspanning (de laagste SOC) de maximale laadstroom krijgt en het sterkst wordt geladen.
Backflow current wordt door ‘ideale diodes’ geblokkeerd.

Monitoring
Voltmeter
Victron Coulomb counter
Zelfbouw individuele cel monitor (4 meetkanalen, voor elke cel een eigen kanaal en eigen alarmering). Remote screen.

Opbouw en plaatsing in de boot
De behuizing is een waterdichte montage kast die op een aluminium koelblok is gemonteerd met MS polymer kit. De achterkant van de kast is ‘gevensterd’ om de converters direct op het koelblok te plaatsen.
Koeling is niet noodzakelijk want de converters hebben een thermische beveiliging, maar het toepassen van koeling maakt dat de converters minder vaak stoppen door temperatuurverhoging. Doordat de LFP cellen met hun lage inwendige weerstand ook bij een klein spanningsverschil een hoge belasting voor de converters vormen, zorgt koeling ervoor dat deze niet thermisch ‘afslaan’.




Het koelblok is galvanisch gescheiden van de schakeling.
Om ‘current backflow’ tegen te gaan wordt er een ‘ideale diode’ gebruikt. Dit is een MOSfet die als diode werkt en een Uf heeft van 20mV. De print is op een PE klem gemonteerd en op de montagerails (rechts) vastgemaakt.


Op de rails links zijn de 8 klemmen voor de draden naar de cellen en de klemmen rechts zijn voor de inputs.
De kabelwartels zijn ‘geventileerd’ (zie ‘lessons learned’) en ook met MS Polymer kit vastgelijmd/afgekit.
De SMD elektrolytische condensatoren zijn gesoldeerd en met ‘hot glue’ op de print gelijmd zodat zij bij heftige schokken (in zware zeegang) niet van de print afbreken.



De lader is gemonteerd op een rek naast de accubak en staat in het midden van de boot naast de boegschroef.




De draden van de converters zijn samengevoegd tot 5 draden en voorzien van een zwevende zekering. Dit is niet nodig voor de converters, die zijn kortsluitvast. De LFP cellen zelf kunnen makkelijk een ‘brand veroorzakende’ stroom laten lopen en dit wordt voorkomen door de zekeringen.
Op de foto zijn de geventileerde kabelwartels goed te zien.
Deksel op de kast en varen maar.

Gebruik
De accu’s zijn bedoeld voor het bedrijven van de boegschroef. De LFP accu’s kunnen de hoge inschakelstroom van de boegschroefmotor beter aan dan een loodaccu, die meteen een forse spanningsdaling geeft bij inschakeling van de boegschroef.
De service accu werd te klein voor en de verlichting en de stuurautomaat en de koelkast en de bilge pomp en navigatie. De boegschroef wordt niet vaak gebruikt en ook zonder boegschroef is de boot nog wel aan te meren. In deze situatie vormen LFP accu’s een forse investering voor alleen de boegschroef. Daarom is ook de koelkast met koude accu op deze accubank aangesloten.
Het viel meteen op dat de compressor van de koelkast veel minder geluid maakte bij het werken op de LFP accu. Door de lage inwendige weerstand van de LFP accu blijft de spanning op de koelkast constant en varieert deze nauwelijks door de belasting van de compressor. Dit maakt een ‘stille’ loop van de compressormotor mogelijk.

Lessons learned
Bij het gebruik van een coulombcounter die meet door een shunt weerstand in de massakabel van de accu, wordt de lading die de converters leveren niet mee gemeten. De ingangen van de converters zijn geïsoleerd van de accu en door de stroom naar de converters ook door de shunt te laten lopen, kan deze in de meting worden meegenomen op voorwaarde dat de ingangsspanning van de converters in dezelfde grootte orde is als de accuspanning. Bij het laden met een hogere spanning is de stroom lager en wordt er minder capaciteit aangegeven dan dat er in de accu is geladen.
Bij een sterk wisselende temperatuur zoals die in de bilge van een boot kan voorkomen, zet de lucht in de montage kasten uit of krimpt in. Bij het inkrimpen zal er een drukverschil ontstaan dat zo groot kan worden dat er lucht uit de bilge (meestal vochtig) de montagekast in stroomt en bij condensatie vocht in de kast oplevert.
Om dit tegen te gaan zijn de kabelwartels ‘ventilerend’, zij laten wel lucht door maar via een PFTE filter dat water en waterdamp tegenhoudt. De wartels zelf zijn met MS Polymeer kit in de gaten van de kastwand afgesloten (en geplakt). Bij een goede rubber pees in de kast is deze volgens IP67 beschermd.

Alweer een blije LFP accu schipper!
Groeten, Peper.

Hele da's een bekend gezicht! Als ik mij niet vergis zie ik daar de twee kapotte cellen van Bwernsen uit de eerste faalepisode. Duimen dat deze cellen niet ook na 2 jaar het leven laten in een tweede ronde falende cellen! 5 cellen kaduuk van de 16 is niet echt wat je mag verwachten van cellen die "langer mee gaan dan lood"

Peper schreef :
Boegschroef op een Olympus Eurokruiser??

@boarderbas:
Gelukkig is de diagnose 'kapotte cel' onterecht gebleken en kwamen de serienummers van een paar cellen niet overeen met de serienummers van de geleverde cellen...

@Sneaker:
Waarom niet op een €Xr? Nee, dit is niet in mijn boot, daar staat een 48V systeem in.

Groeten, Peper.

Peper schreef :
Ik snap nog steeds niets van je werkwijze.. je doet dit allemaal gratis op allerlei project in binnen en buitenland Ik vind het bewonderenswaardig! Petje af. Al begrijp ik niet hoe bwernsen cellen kan krijgen bij jou. Die betaalt ie toch? Of ook gratis? Dan wil ik ook wel.

Het is wel apart. Een groot koelcel tegen een plastic behuizing.

roozeboos schreef :
Peper heeft een uitsparing gemaakt in de kunststof behuizing, zodat de converters tegen het koellichaam zelf zitten. Alleen de randen van het koellichaam zijn vastgelijmd op de behuizing. Staat omschreven in de tekst van Peper.

Zal geen designprijzen in de wacht slepen, maar de uitvoering lijkt simpel en effectief.

Okay, ja de tekst blijft erg lang steeds.
Het leek op de foto net alsof de koelplaat er tegenaan gekit zit.
Nou ja, ik zal me er verder niet mee bemoeien..

Sneaker schreef :
Waar haal je vandaan dat ik dit gratis doe? Dat is niet zo... Het ontwikkelen van de lader doe ik gratis, maar de hardware moet je gewoon betalen. Ik verdien er niets mee, nou ja de 'eeuwig durende waardering' van enkele forummers... en van andere forummers 'het eeuwig durende chagrijn'. You can't win them all... in fact you can't win many. Als ik voor Suriname of voor een elektrokarretje weer cellen ga bestellen, kun je met de bestelling 'mee liften'. Ik zal je waarschuwen via een pb als het zover is. Dan moet je wel voldoende centjes hebben, anders gaat het niet door! Ik ben Sinterklaas niet!

Van de geretourneerde cellen zijn de meeste (en worden er nog steeds een stel) gebruikt voor test doeleinden. Zo hebben de cellen in de boot een half jaar (maar ongedocumenteerd) aan de individuele cellader gestaan en via een zonnepaneel zijn ze geladen tot 'vol'. Dankzij deze test weten we nu dat het op de lader aangesloten laten geen kwaad kan. Het was tot december vorig jaar nog niet gedocumenteerd en daarom heb ik de test met nieuwe cellen herhaald zodat het argument 'ja, maar die cellen waren al een beetje stuk' als variabele in het onderzoek geen rol meer speelt. Na drie maanden is de conclusie met de nieuwe cellen niet veranderd.
Heel bijzonder is wel dat de capaciteit van de cellen aan de individuele lader iets hoger is dan de nominale capaciteit van de cellen.
In mijn grenzeloze optimisme komt dit natuurlijk door de TLC die de lader aan de cellen geeft en is er nu aanleiding te denken dat het op spanning houden van de cellen zonder dat er laadstroom loopt een gunstig (misschien wel regenererend effect) heeft op de cellen. Maar ja, N=3 en daar mag je niets uit concluderen.
En met die individuele lader staan de cellen nu in de boot... Je gelooft toch niet dat de schipper van de boot met de boegschroef al deze moeite zou doen voor 4 'halve gare' cellen... Laat je nakijken.

Inderdaad Hans V., 'form follows function' en de prijs voor industrieel productontwerp is niet iets wat ik nastreef. 'functionele schoonheid' vind Wadloper hiervan.

Bij de oude meuk vond ik dit ding:

Er bleken 2 12V 10Ah lood zwavelzuur gesloten accuutjes in te zitten. Die waren reeds lang overleden.


In de deksel zaten nog een stel zekeringen en een hoofdzekering van 40A in de vorm van een circuit breaker. Helaas kreeg ik de 72Ah cellen er niet passend in (ze waren net iets te hoog). Qua volume zouden ze wel gepast hebben, maar helaas... Even doemde het beeld van de 'knock off' die ik hiermee zou kunnen bouwen bij me op. Dat zou kunnen als het kastje iets groter was geweest! Misschien kan ik er wel 4 LFP cellen van 60Ah in monteren en dan heb je voor op je Schakel wel een hele mooie accu aan boord. Één die het dan ook nog een tijdje volhoudt en je door de week thuis mooi aan het lichtnet kunt opladen. Te mooi om het niet in gedachte te houden...

Stel je heet A. Bottemanne en je koopt elk jaar een nieuwe boot. Dan ga je geen LFP accu's in die boot zetten, want daar heeft alleen de volgende eigenaar plezier van en dat wil je niet, je wilt dat jijzelf er plezier van hebt.
Wat je dan nodig hebt is een 'portable power plant' (alhoewel die boven de 200Ah LFP cellen niet te tillen is). Daarvoor vond ik tussen de oude meuk deze schitterende montagekast en uit de voorraad met experimenteer spullen heb ik meteen de nodige kabels en leidingen en converters op print, SMPS lader 130W bij 19V, 80A circuit breaker en een set 120A Anderson connectors verzameld om hier de 'portable power plant' in te bouwen.
Oh mijn God, Peper moet dat nu? Ja het mooiste is de reis, als je aankomt is de lol eraf!


Hans, je noemde het 'bling bling' en ik ben daar eigenlijk niet voor, maar 'onderzoek alles en behoudt het goede' zegt de Bijbel en daar zal ik me voor deze ene keer eens aan houden. A new project is born
Groeten, Peper.