Onderwerp: Snel en veilig LiFePO4 laden

‘Make before break”

Nachtvlinder schreef :
Als de regelaar het initiatief voor de omschakeling neemt is dat een mooie oplossing. Maar werkt dat ook zo als de regelaar voor een voldongen feit wordt gesteld omdat de LFP plots op eigen houtje het contact heeft verbroken?

Bij TS is de regelaar de baas:

Nachtvlinder schreef :
Voor TS zal het spontane LFP afschakel scenario dus niet optreden.

Maar is deze mooie regelaar ook geschikt voor LFP's mèt overlaad beveiliging?

WADnWIND schreef :
Nu zijn die solidstate relais polariteits gevoelig, ik vraag mij dus af of ze ook maar naar 1 zijde doorlaten. In dat geval is er dus geen verbinding tijdens overschakelen.
Trouwens geen idee wat er gebeurd als je de volle accuspanning verkeerdom aanbied?

Moet ie daar ook al tegen kunnen!? Heb je de accu in je auto wel eens omgepoold?

Nachtvlinder schreef :
Veldstroom uit

Spulletje omschakelen

Veldstroom weer aan

C' est simple.

WADnWIND schreef :
Warmteafvoer is inderdaad heel belangrijk. Nu produceren DC SSR's minder hitte dan AC (tussen 0.25 en 1W per Amp). Ik denk dat deze SSR's via AliE gekocht in de lagere regionen zitten, maar dat moet ik nog hard maken. Is niet in specs te vinden. Tot nu toe niet meer dan 30A erdoor heengevoerd en met de hand gevoeld. Warm maar niet verontrustend. Ik ga nog een testje doen met temp sensor. Warmte ontwikkeling is lineair met Amps, dus voorspelbaar voor meer Amps. Ik zal niet meer dan 50 Amps nodig hebben.
Overigens heb ik de SSR's op een flinke heatsink gemonteerd, minder goed te zien op de foto. Omdat ze alternerend worden gebruikt dacht ik dat het delen van 1 grote heatsink afdoende zou moeten zijn. In de basis plaat zit onde de heatsink een gat waar indien nodig een ventilatortje kan worden aangebracht. Basisplaat op "pootjes" voor luchtstroom. Vraag afdoende beantwoord?

Hans V schreef :
Ja, een kwestie van max laad voltage op de regulaar instellen op waarde beneden het BMS loskoppel voltage.
Maar ik gebruik geen BMS, is overbodig met al aanwezige beveiligingen. Wel een goede balancer (DEligreen www.giangeng.com) voor het gemak.

WADnWIND schreef :
Ja, polariteit staat op het SSR aangegeven. Het gekke is wel dat je met een multimeter in beide richtingen in gesloten toestand weerstand kunt meten. Volle accuspanning verkeerdom aansluiten ga ik niet proberen.

It Paradyske schreef :
Inderdaad, comme bonjour.

De overgang is ook goed te zien in het log, in dit geval van LFP naar L-A.




Dus:
Veldstroom uit.
Sense Amps (voor zekerheid)
Bij Amp=0 schakelen

Dus schakelen tussen 6:21 en 6:23 in log.
Voor de aandigheid een paar dingen die je ook uit het log kunt halen:

1. LFP laden gestopt bij 13.9V Laad Amps toen nog 17.
2. Max Amps afhankelijk van toerental: 20A bij 1660 toeren (alternator RPM), later bij 2200 21A
(wordt dynamisch aangepast door interpolatie 2000-3500-5000.
3. Toerental zakt in bij 0 Amps. Dit is niet echt het geval, maar de W-uitgang op alternator geeft geen pulse meer bij 0 veldstroom. Dit duurt maar heen paar seconden, dus geen probleem. Een paar non-0 waardes a.g.v. middeling.
4. Soft start van laden na schakelen door langzaam verlengen van PWM pulse. Amps stijgen 0-5-11-14.
5. Volts van start accu stijgt van 12.99 naar 14.48 in 6 seconden met lichte overshoot (V voor L-A was op 14.4V ingesteld). De snelle stijging komt doordat het een oude accu is, waar snel oppervlakte spanning op platen optreedt. Zakt later wat terug, om vervolgens weer te klimmen terwijl Amps teruglopen, dan start float.
6. Alternator toerental waordt hoger bij het begin van L-A laden. Dit komt door lager Amps en electromotor gebruikt voor test hoeft minder hard te werken.

Projektje zo goed als afgerond. Veel al getest op eigen boot, maar complete installatie gaat nog komen. De alternator controller heb ik gemaakt voor eigen gebruik omdat ik het niet eens ben met de meeste andere methodes. Inmiddels me laten verleiden in de komende maanden er nog een paar te bouwen voor wat zeil kennissen alhier. Mede daarom besloten en om er maar een min of meer 'officiele' beschrijving van te maken om alles nog eens samen te vatten.

Als attachment hierbij voor de liefhebbers. Eventuele opmerkingen of verbeteringen welkom.

Cheers, Walt

37South schreef :
Interessant project Walt!

1) Mooi dat je er een temperatuurbeveiliging in hebt zitten zodat de alternator niet verbrandt. Dit is volgens je handleiding bedoeld als een veiligheidsmechanisme en je adviseert om de maximale stroomafname lager in te stellen zodat de temperatuurbeveiliging niet wordt aangesproken.

Naar mijn idee kom je dan in dezelfde situatie als met een moderne DC-DC converter van bijvoorbeeld Mastervolt, Victron of Sterling, waarbij je bij installatie en proefdraaien ook de alternator temperatuur in de gaten houdt en de maximale stroom op een veilig niveau instelt.

Als nadeel van een DC-DC converter noem je dat deze inefficiënt laden, omdat ze dat doorgaans op een lager tempo doen dan de LFP accu's aan kunnen. Maar als je je DC-DC converter(s) van voldoende capaciteit neemt is op het gemiddelde zeiljacht de alternator(temperatuur) altijd de beperkende factor. Totdat de LFP accu's bijna vol zijn staat de alternator maximaal te presteren (door de in de Wally100 òf DC-DC converter ingestelde stroombeperking op een veilige temperatuur). De begrenzing van de laadstroom wordt technisch op een andere manier bereikt maar het eindresultaat is hetzelfde. Of zie ik iets over het hoofd?

2) Bij een moderne DC-DC converter zoals onze Mac Plus kun je de laadstroom naar de LFP's in laten schakelen als de door de alternator aangeboden spanning boven een instelbaar niveau komt, waardoor je er zeker van bent dat de loodzuur startaccu vol is of raakt. Via een instelbare tijdsvertraging kun je motor en alternator bovendien na het starten eerst alleen laadstroom aan de startaccu laten leveren.

Ook in dit opzicht lijken de Wally100 en DC-DC converter me twee verschillende wegen die beiden naar Rome (volle startaccu en LFP) leiden? Ik hoor graag als ik een essentieel deel van je benadering mis.

3) De DC-DC converter is wat eenvoudiger door een watersporter zelf te monteren want je hoeft verder niets aan je alternator te veranderen of aan te sluiten. Er hangt echter wel een prijskaartje aan deze apparaten. Misschien dat de Wally100 en (2x) relais hier in het voordeel zijn?

4) Mijn vraag over het wegvallen van de load als een LFP zichzelf afschakelt kwam vanuit de gedachte dat de Wally100 een mooi alternatief zou kunnen zijn voor een DC-DC setup. Maar als watersporters er een LFP mèt BMS aan hangen loopt de alternator in het huidige ontwerp wel gevaar. Ik weet niet of dit met een eenvoudige schakeling is te ondervangen? Uiteraard kun je zoals je aangeeft de Wally100 vóór de BMS ingrijpt laten overschakelen naar de startaccu, maar bij een dummyproof systeem kun je er denk ik niet van uitgaan dat die BMS afschakelspanning altijd bekend of betrouwbaar is. Maar goed, als je geen grotere plannen met de Wally100 hebt (wat bijna jammer is van het mooie initiatief) is dat allemaal niet van belang.

Ik blijf je ontwikkelingen met belangstelling volgen!

Hans V schreef :
Bedankt voor je commentaar Hans. Ik realiseer mij dat jij niet de keuze tussen een MacPlus en een Wally100 had bij het opzetten van je LiFePO4 accu systeem, dus ik vind jouw keuze voor een DC-DC oplossing echt niet slecht en zeer begrijpelijk. Alleen doet dit natuurlijk niets af aan de technische discussie over wat nu wel of niet efficienter is voor boten.

Je stelt dat het resultaat van DC-DC en direkt alternator laden met Wally hetzelfde is, alleeen via verschillende wegen. Daar ben ik het natuurlijk niet mee eens. Ik zal dat proberen te beargumenteren.

Optimaal LiFePO4 CC laden met een alternator bereik je alleen als je de laadstroom kunt meten en dynamisch kunt aanpassen door varieren van de veldspanning. Parameters daarvoor zijn temperatuur en toerental van de alternator. Er is een belangrijke relatie tussen alternator warmteontwikkeling en toerental omdat bij lage toerentallen de koeling minder effectief is. Dit youtube filmpje waar eerder in het ZF naar is verwezen laat dit zien. Dus door de laadstroombeperking afhankelijk te maken van het toerental, zoals ik heb gedaan, bereik je impliciet dat de laadstroombegrenzing (indirekt) rekening houdt met de temperatuur.

De MacPlus beschikt niet over feedback gegevens als laadstroomsterkte en toerental. De MacPlus is in de eerste plaats ontwikkeld voor campers e.d., zoals in de documentatie tot uiting komt. De duur van het laden doet er niet veel toe. Bij lange ritten raakt de LFP makkelijk vol en bij stilstand kan meestal via 220V worden geladen. Bij cruising boten komt het vaak voor dat accu's bij het voor anker liggen moeten worden bijgeladen. Ik denk vooral aan situaties waarbij je voor enkele dagen beschutting zoekt i.v.m. slecht weer, dus wanneer er weinig opbrengst is van de solar panels. De motor draait dan tijdens het accu laden met een toerental dat iets hoger ligt dan stationair en door lage alternator toeren is de koeling minder en moet de stroombegrenzing automatisch aangepast worden. Ik zie niet hoe dat zou kunnen bij de Mac plus.

Door enkele DC-DC converters parallel te zetten kun je wel hoge laadstromen bereiken, maar dat kan dan weer gauw te veel zijn voor lage alternator toeren. Dus te grote stappen en omdat er geen dynamische aanpassing van laadstroom plaatsvindt, moet bij de vaste instellingen van worst-case situaties worden uitgegaan, zodat op momenten dat met hoge laadstroom gewerkt kan worden, zoals bij op de motor varen met hoger toerental, de laadstroom veel lager is dan wat die zou mogen zijn. Vandaar mijn opmerking m.b.t. inefficiency.

Wat kosten betreft, de Wally100 kost mij aan materiaal <EU100, de relays ong. EU10., shunt EU10. Wat kleiner spul misschien EU25.00. Ik ben retired dus bestede tijd is geen punt. Geen BMS nodig, geen DC-DC of andere electronica. Verder nog een heel simpele backup voor het laden omdat ik via de veld aansluiting in tijd van nood mijn rheostaat kan aansluiten. Verbazend simpel en ook veilig om daarmee zonder enige electronica te laden als je ook een accumonitor hebt. Ik denk dat de Wally100 voor <EU250 gebruikerprijs zou kunnen worden gemaakt op commerciele basis, maar direkte plannen daarvoor heb ik niet. Installatie is beslist niet moeilijker dan een DC-DC converter. Zoals bij zoveel dingen, hangt dit voor 90% af van de duidelijkheid van de instrukties.

Mooie beschrijving gaat mijn pet kwa electronica te boven maar met de beschrijving begrijp ik wel goed wat de gedachte gang is en de werking. Is het mogelijk om verschillende Voltages te gebruiken voor de Lifepo accu en de start accu? Bijvoorbeeld een 12volt start accu en een 24 of 48 volt lifepo accu. De rede dat ik dit vraag: momenteel vaar ik 5 jaar naar tevredenheid met een elektrisch aangedreven sloep met lifepo accu. Ivm de wens om langer op het water te zitten zoeken we naar een "grote boot". De kosten geïnvesteerd in de elektrische aandrijving ga ik nooit terug verdienen bij de verkoop van de sloep. Dus haal ik de aandrijving en de accu er uit en verkoop de boel als casco of ik zoek een 2de hands motortje en bouw dat weer in.

In de nieuwe situatie zou ik dan een 48 volt huishoud bank hebben voor met name de 220 volt apparatuur en mogelijk om te koken. Als de wally 100 verschillende voltages kan laden zou de huis bank makkelijk met de dynamo opgeladen kunnen worden. Een vervolg stap zou het hybride maken van de nieuwe boot zijn. Waarmee de laad functie door de huidige Emotor+controller mogelijk zou moeten zijn.

Geweldig dat je dit zo voor elkaar krijgt. Misschien dat ik het gemist heb maar onderstaande opmerking laat bij mij de vraag waarom je indirect de temperatuur meeneemt in plaats van een directe meting van temperatuur van de dynamo?

[/quote]

Er is een belangrijke relatie tussen alternator warmteontwikkeling en toerental omdat bij lage toerentallen de koeling minder effectief is. Dit youtube filmpje waar eerder in het ZF naar is verwezen laat dit zien. Dus door de laadstroombeperking afhankelijk te maken van het toerental, zoals ik heb gedaan, bereik je impliciet dat de laadstroombegrenzing (indirekt) rekening houdt met de temperatuur.
[/quote]

37South schreef :
Helemaal mee eens. Tijdens het bedenken van onze setup bestond jouw Wally100 en ook de interessante Electronics VRC-200 Charge Reference Controller van Nordkyn Design inderdaad nog niet, anders had ik die zeker in de afwegingen meegenomen. Onze setup met de Mac Plus levert vooralsnog wat we voor ogen hadden maar is zeker niet de enige optie voor een robuuste laad setup voor LFP aan boord van zeiljachten.
Het blijft interessant om de voor- en nadelen van de verschillende LFP laadsetups met elkaar te vergelijken, er zullen met het gemeengoed worden van LFP accu's ongetwijfeld nog meer interessante opties op de markt komen. Maar dit draadje gaat over jouw Wally100, een wat mij betreft buitengewoon boeiend project.

37South schreef :
We kunnen de stroombegrenzing van onze Mac Plus via ons Masterbus netwerk traploos regelen van 0 tot 50 Ampère. Als je er twee parallel zou zetten kun je traploos regelen van 0 tot 100 Ampère. We kunnen de kraan op een ankerplek (bij stroom draaien) wat verder dicht draaien dan als we gewoon toeren maken tijdens een tocht, je hoeft dus niet vast op een 'worst-case situatie' in te stellen. Die stroombegrenzing zetten we in de winter als de LFP accu's koud zijn sowieso lager omdat hoge laadstromen dan niet goed zijn voor LFP.
In het zomerseizoen is de automatische aanpassing van de stroombegrenzing van de Wally100 inderdaad een mooie voorziening. Wij komen met onze setup tot nu toe uit zonder stroom te draaien op ankerplekken, dus terugregelen in verband met mindere koeling speelt met ons vaarpatroon momenteel niet. Voor liveaboards in sombere klimaten kan dat anders liggen.

Heb je voor jouw eigen situatie uitgerekend wat het dynamisch meeregelen van de laadbegrenzing je naar schatting aan extra LFP lading oplevert? Ik ben wel benieuwd naar het resultaat van die extra efficiëntie.

37South schreef :
Hier is jouw benadering absoluut in het voordeel ten opzichte van onze Mac Plus, zeker als die € 250,- inclusief relais etc is. Ik weet niet wat de Victron en Sterling opties kosten maar voor de Mac Plus ben je op dit moment snel zo'n € 500,- kwijt. Wij hadden al een Masterbus netwerk anders komt dat er ook nog bij als je de Mac Plus vanaf de kaartentafel wilt kunnen instellen.

37South schreef :
Dat waag ik te betwijfelen. Als je alleen al ziet hoe lastig de aansluitingen op sommige alternators te bereiken zijn is alles wat je daar moet meten of aansluiten op veel zeiljachten een uitdaging. Dan heb je het nog niet over modificaties die vaak nodig zijn om de veldstroom extern te kunnen regelen. Voor de ongeschoolde zeiler wordt het al snel ingewikkeld en/of tijdrovend. Naar mijn idee kijk je hier toch iets teveel als engineer naar.

Een DC-DC converter sluit je aan in plaats van je scheidingsdiode of -relais en je bent (op een spanningsvoeldraadje naar de LFP-bank toe) klaar.

Veel succes met de Wally100! Ik heb veel respecte voor ZF leden die zelf iets ontwerpen (zoals jij en bijvoorbeeld Chris en Meindert met hun multiplexers) of bouwen (zoals forumlid Noballast).

Als wij drie maanden onderweg zijn met onze boot zonder walstroom kunnen we toe met de stroom van onze zonnepanelen.

HELP!!!!!!

Ik ben door het LiFePO4 virus aangestoken!

Er is geen redding meer, ben al bezig met bepalen van de regels waaraan het moet voldoen.

Blij met deze draad, maar heeft wel ervoor gezorgd voor de infectie....

Volgens mij eer zeer goede en volledige webpagina met heldere uitleg:

marinehowto.com/lifepo4-batteries-on-boats/

@Hans V,
Je hebt duidelijk je huiswerk goed gemaakt om te komen tot het prima LiFePO4 systeem dat je nu hebt en het is goed te horen dat je er tevreden mee bent, ondanks de flinke kosten.

Een paar punten n.a.v. je betoog:

1. Instelling stroombegrenzing.
Om efficient te laden onder diverse omstandigheden blijft het dus toch noodzakelijk met de MacPlus om handmatig via de Masterbus de stroombegrenzing in te stellen. Als je geen Masterbus hebt, ben je gebonden aan instellingen met dipswitches. Daar zie ik geen mogelijkheden voor stroombeperking bij.
Nu weet jij goed wat je doet omdat je je meer dan gemiddeld hebt verdiept in de materie, maar voor andere gebruikers geldt dat misschien niet. Als het gaat om efficiency wint elk regelsysteem dat directe feedback krijgt van de relevante sensors het altijd van handmatige instellling. In dit geval zijn de parameters dus laadstroom sterkte, accu voltage, alternator toerental en temperatuur. Aan een dergelijk automatisch systeem, dus zoals bij de Wally heb je na initiele instelling geen omkijken.

Naar mijn smaak is de tussenstap van DC-DC conversie bij LiFePO4 laden overbodig, maar als er geen andere oplossingen voorhanden is het heel begrijpelijk dat daarvoor gekozen wordt. Niet in de laatste plaats bevorderd door slimme, gerichte marketing door de fabrikant of leverancier.

Je vraagt naar cijfers van de extra efficiency. Die heb ik nog niet, maar met Excel kunnen uit de logfiles met NMEA zinnen heel makkelijk vermogensberekeningen uitgevoerd worden. Dit zal ik in de toekomst zeker eens doen. Alles op zijn tijd.

Als er dan toch handmatig geregeld moet worden, dan is daar een heel eenvoudige en super goedkope methode voor, die geen enkele fabrikant van boot electronica ooit zal aanraden want het bevordert niet zijn omzet. Ik bedoel met handmatig regelen overigens niet het constant in de gaten houden en bijstellen van het laadproces, maar een veilige begininstelling en aanpassen als de omstandigheden dat toelaten, met dien verstande dat als dit vergeten wordt het geen catastrofale gevolgen heeft.

De VCR200 waar je naar verwijst regelt niet zelf de veldstroom, maar houdt de bestaande voltage regulator "voor de gek" door de accuspannning te wijzigen en zo de prestatie van de alternator te beinvloeden. Leuk idee en goed verhaal, maar geen ervaring mee.


2. Installatie
Al sinds het midden van de tachtiger jaren zijn er "slimme" regelaars voor wisselstroomdynamo's op de markt, die allemaal een kleine ingreep aan de alternator vereisen om de interne regelaar uit te schakelen. Bij de veel gebruikte Bosch komt dat neer op twee schroefjes van de gecombineerde borstelhouder/interne regelaar losschroeven en een eenvoudige borstelhouder in plaats daarvan monteren, bij sommige andere alternators is het nog simpeler, dan hoeft alleen het draadje dat op de F(ield) aansluiting zit losgehaald te worden en een draadje van de externe regelaar te worden aangesloten. Er zijn vele duizenden smart regulators verkocht van een groot aantal verschillende merken. Het komt maar zelden voor dat een serieuze cruising boot geen smart regulator (voor lood-zuur acccu's) heeft. Dit geeft aan dat de ingreep zeer eenvoudig is. Meestal door de eigenaar gedaan, maar voor de minder technisch ingestelden minimale kosten om dat professioneel te laten doen.

alweereengijp schreef :
Er is een belangrijke relatie tussen alternator warmteontwikkeling en toerental omdat bij lage toerentallen de koeling minder effectief is. Dit youtube filmpje waar eerder in het ZF naar is verwezen laat dit zien. Dus door de laadstroombeperking afhankelijk te maken van het toerental, zoals ik heb gedaan, bereik je impliciet dat de laadstroombegrenzing (indirekt) rekening houdt met de temperatuur.
[/quote][/quote]

Bij puur temperatuur-adaptief laden zou de laadstroom erg groot zijn als de alternator nog koud is, dus na starten van de motor. Bij een pas gestarte motor wil je juist het tegenovergestelde. Doordat de stroombeperking afhankelijk van het toerental is gemaakt is dit probleem er niet. Ook kan je op deze manier ervoor zorgen dat de maximale laadstroomsterkte niet wordt overschreden. (bijv. 40 of 50A bij een enkele 100A LFP accu). Een aparte instelling daarvoor is daarom niet nodig. De temperatuur wordt wel constant gemeten en laden stopt voor afkoeling wanneer de maximale temp wordt overschreden.

FKZ schreef :
Verschillende voltages voor LFP en lead-acid zijn voor de controller zeker mogelijk omdat het laden helemaal onafhankelijk gebeurt met aparte instellingen. Maar het probleem zou zijn dat de wisselstroomdynamo niet voor de verschillende voltages geschikt zal zijn. Een DC-DC converter oplossing is dan misschien het makkelijkst.

Airgead schreef :
Sorry om zoveel ellende te veroorzaken. Een vaccin is er helaas nog niet.

3Noreen schreef :
Altijd mooi weer? En hoe zit het dan met die diverse alternators die je hebt verbrand, waar je hier melding van maakte en ook je plan om maar een benzine DC generator aan te schaffen?