Onderwerp: Snel en veilig LiFePO4 laden

"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."

waarom wil je dat de alternator op een laag pitje draaid met pas gestartre motor? Het te leveren vermogen voor de alternator valt in het niet bij het vermogen van de motor.

Eens. In plaats van feed-forward instellen zou ik juist feedback gebruiken. De maximale veilige laadstroom bij een bepaald toerental en omgevingstemperatuur laat zich prima dmv feedback van de alternator temperatuur controleren. Zo kan dit concept gaan werken voor verschillende installaties zonder dat je onnodig conservatief (of tegenovergesteld...) gaat regelen.

Heel goed concept verder, maar voor de alternator is een stukje onder de max temperatuur REGELEN het enige dat er toe doet. Of het toerental of omgevingstemperatuur de aktuele temp begrenst is niet relevant wanneer je feedback gebruikt.

Feed-forward (adaptief is iets iets anders in de regeltechniek...) wordt alleen gebruikt indien het te regelen proces zeer trage dynamiek of looptijden kent. Dat is hier niet het geval!

Hier op de raffinaderij volstaan PI regelkringen in 95% van de gevallen. Ook voor grote kolommen wordt praktisch geen FF meer gebruikt maar model predictive control vanwege het multivariabele karaktet. Dat speelt hier absoluut niet bij een alternatir!

Nachtvlinder schreef :
Daar kan ik weinig tegenin brengen. Voor een deel is het rpm gebaseerde systeempje ingegeven door mijn testsituatie met electromotor met te weinig vermogen. Bij puur op temp regelen loopt de laadstroom snel op bij koude alternator, waardoor de electromotor al gauw stallt. Dit was vroeger ook een punt toen ik een high capacity alternator op een Balmar “powercharger” had (1cyl. aircooled Yanmar dieseltje) Daar dreef ik ook de compressor van de watermaker mee aan. Ik moest toen de veldstroom knijpen om stallen tegen te gaan. Met de instelling van laadstroom maxima voor toeren kan ik a.h.w. de capaciteit van de alternator limiteren. Ook kan ik zo zeker maken dat de laadstroom onder de 0.5C blijft. Overigens is het maar een kleine software wijziging om puur op temperatuur te regelen. Ik ga dat zeker nog doen, al was het maar als experiment. Vanwege de makkelijke aanpassing in het running system van maxamps met uitlezing van temp, rpm en huidige Amps, kan ik tamelijk nauwkeurig optimale waardes bepalen zonder dat die te conservatief zijn.

In het kader van KISS en goed is goed genoeg ben ik het eens met de gekozen regeling.
Regelen op de dynamo temp geeft wat extra zorgen. Het gaat niet om de dynamo temp, maar om de junction temperatuur van de gelijkricht diodes. Die Junction temp kan heel goed te hoog zijn/worden bij een nog koude dynamo en een (erg) hoge laadstroom.
Bij een regeling op dynamo temperatuur zou ik de diodes uit de dynamo halen, en op een apart koelprofiel (op een koele plek) plaatsen. Technisch mooi, maar niet meer echt KISS.

37South schreef :
Na diverse verbrande alternators vier jaar geleden overgestapt op zonnepanelen. Ook wel uit nieuwsgierigheid over de mogelijkheden om elektrisch volledig op duurzame energie te kunnen "leven". Het heeft ook iets te maken met mijn zorgen over het klimaat.
Natuurlijk niet altijd zon. Maar in het draadje over overstappen op elektrisch koken heb ik een spreadsheet geplaatst met opbrengsten per dag afgezet tegen verbruik. Daaruit blijkt wel dat elektrisch koken kritisch word zonder fossiele back-up.

3Noreen schreef :
Een mooi streven, alle respect daarvoor!

Is de wally als opensource project ergens terug te lezen ?
dus incl code en schema's ?

Sprokkie schreef :
Niet op dit moment, de bevalling is maar net achter de rug. Ik heb er nog niet goed over nagedacht, maar zou het wel leuk vinden als anderen er ook wat aan hebben en er mee aan de slag kunnen. Ik denk wel dat het behoorlijk veel werk is om het in voor anderen verteerbare vorm te gieten. Dat moet echt goed gebeuren. Misschien als winterproject als de zomer hier weer voorbij is in juni-juli.

37South schreef :
Mijn ervaring is dat er veel zeilers zijn die de technische ervaring, tijd, wil of durf missen om zelf aan hun alternator te gaan sleutelen. Zodra je je alternator door derden laat aanpassen en al helemaal als er een monteur aan boord komt jagen de kosten van een externe regeling omhoog en is het prijskaartje van een intelligente DC-DC converter voor de meeste zeilers die naar LFP willen overstappen denk ik niet het probleem.
Ik deel je mening dat het modificeren van een alternator geen rocket science is en het extern regelen/gelijkrichten van de alternator heeft nog meer voordelen, maar dat verandert weinig aan het bovenstaande.

37South schreef :
Dat is inderdaad een voordeel van een volledig automatisch systeem. Ik ben wel benieuwd naar de daadwerkelijke opbrengst van deze extra efficiëntie in de praktijk van alledag en blijf dit draadje mede daarom met belangstelling volgen. Mooi dat de Wally100 NMEA uitpoept die de vermogensberekeningen vergemakkelijkt.

37South schreef :
Als de VRC200 beschikbaar was geweest tijdens onze overgang op LFP was dat wat mij betreft een serieuze optie geweest. De man achter Nordkyn Design, Eric Bretscher, schrijft veel zinvolle dingen over LiFePO4 en kent de wereld van zeegaande jachten goed. Ik heb net als jij geen ervaring met de VRC200 maar de kans dat zijn regelaar prima werkt acht ik groot. Door het technische trucje dat hij in de VRC200 toepast hoeft er niets aan de alternators te worden veranderd en ik denk dat veel zeilers dat (niet alleen vanwege de kosten) als een belangrijk voordeel zien.

Supercheap en veilig laden van LiFePO4

De Wally100 heb ik gemaakt omdat het een uitdaging was en omdat ik geen goede betaalbare en efficiente laadoplossingen kon vinden die mij bevielen. Verder ook gewoon voor de leukte..
Werkt prima en is zeer efficient, maar is natuurlijk niet voor iedereen in de winkel te koop.
Daarom hier een eenvoudig recept voor een 15-Euro zelfbouw apparaatje dat net zo goed werkt als een DC-DC converter, zo niet beter. Er is minimale technische kennis voor nodig om dit te maken op een regenachtige middag. Natuurlijk niet te vergelijken met dure spullen van Victron en Mastervolt, maar zeer goed bruikbaar.



Wel moet de bereidheid er zijn de kleine aanpassing aan de alternator te maken. Ik begrijp niet goed waarom er blijkbaar voor een aantal zeilers zo'n hoge drempel bestaat om dat even aan te pakken. Naar mijn mening moet elke booteigenaar met een beetje technische instelling weten hoe in tijd van nood een interne regelaar moet worden vervangen. Als je dat kunt, kun je ook de simpele modificatie maken voor aansluiting van een externe regelaar, een wijziging die trouwens ook nog terugdraaibaar is. Misschien dat het woord "intern" afschrikt. Het ding zit echter meestal extern op de dynamo geschroefd. Op Youtube staan diverse filmpjes waarin montage/demontage wordt uitgelegd. Via deze link is ook nog nuttige algemene informatie te vinden. www.smartregulator.co.nz/alternator-information.html Genoeg daarover nu.

Ik probeer voor alle electronica aan boord altijd een eenvoudige backup te hebben, zo ook voor het LiFePO4 laden, daarom dit eenvoudige dingetje samengesteld en gisteren uitgetest. Alles zit inmidddels in een net doosje, maar de naakte onderdelen op de foto laten beter zien hoe het is aangesloten.

Achtergrond.
Jaren geleden gebruikte ik al een rheostat (draadgewonden variabele weerstand) voor "equalization" van lead-acid accu's op 15.5 Volts. Daar moest je goed mee oppassen want je kon makkeleijk iets te ver aan de knop draaien, waardoor het Voltage te ver opliep en de accu te hard ging koken. Dat probleem heb je niet bij LFP. Ook was die rheostat een goede backup en testhulpmiddel bij alternator problemen.
Het ding was niet meer in goede staat en daarom bij AliE een nieuwe besteld. Kwam vorige week aan. Een goed robuust ding voor 10 Euro.



Een standaard alternator (voltage) regelaar doet eigenlijk niets bij laden van LiFePO4. De regelaar is op bijv. 14.2V afgesteld, een voltage dat pas bereikt wordt helemaal aan het einde van het laadproces, als je tenminste zo ver wilt doorgaan bij LFP. Gedurende vrijwel het hele laadproces staat de stroomkraan helemaal open omdat die 14.2V maar niet wordt bereikt, als gevolg van de lage interne weerstand van de LFP accu.
Dat is precies het probleem. De alternator moet langdurig een grote laadstroom leveren en wordt daardoor overbelast, oververhit en geeft de geest. De laadstroom moet daarom begrensd worden om dit te voorkomen. Dat gebeurt door de veldstroom (=rotorstroom) te knijpen. De maximale veldstroom is zeg maar 4A, dus die moet omlaag. De Wally100 doet dat op een sophisticated manier met PWM en die heeft diverse sensoren voor feedback om het zo efficient mogelijk te laten werken, maar met een simpele weerstand kan je ook de veldstroom begrenzen. Dat veroorzaakt wat warmte, maar daar kan een rheostat (100W) tegen.
De vraag is nu, hoeveel te beperken. Dat is tamelijk makkelijk te bepalen. Veel boten hebben een accumonitor of een simpele amperemeter, waarop je het laadamperage kunt aflezen. Laat de motor draaien op bijv. 1200 RPM en draai aan de rheostat knop tot met 20A wordt geladen. Kijk op het lcd van de temp bewaking wat de temperatuur doet. (de sensor is op de alternator bevestigd). Blijft die binnen acceptabele grenzen bijv. <70C, probeer dan andere toerentallen voor zeg maar 10min elk. Dan zou je de laadstroom kunnen opvoeren naar 25A en het bovenstaande herhalen. Vervolgens 30A, 35A enz. Op een gegeven moment loopt de temp te veel op, waarschijnlijk bij laag toerental door de mindere koeling. Neem dan een stap terug. Zo kom je tot een optimale laadstroom die geldt voor alle toerentallen.

Bij een DC-DC converter kun je dat niet zo goed bepalen, tenzij je een MacPlus met Masterbus hebt of een ander duur apparaat.

Je hoeft nu verder niets te doen. De rheostat kan zo blijven staan. Je zult dan niet altijd bij alle toerentallen optimaal laden, maar dat doe je bij een DC-DC converter ook niet. Belangrijk is dat voor velen ook niet, als je ook solar panels hebt en in havens met walstroom komt. Het leuke is wel, dat als je dat wilt of wanneer het nodig is, meer optimaal zou kunnen laden. Als je bijv. bij 2500RPM van de diesel makkelijk 40 of 50A kunt laden zonder grote temperatuurstijging, dan kan dat. Dan niet vergeten later de rheostat terug te draaien naar de "veilige" stand, maar als je dat niet doet, is het ook niet catastrofaal, omdat de temeperatuurbewaking de veldstroom afsluit als de alternator te heet wordt.

Wanneer je bepaald hebt wat de maximale acceptabele temperatuur van de alternator is, stel je die in op het thermostaat pcbtje. Het maximale Voltage stel je in op het V-relais circuit. Beide zijn makkelijk in te stellen. Het voltage zou bijv. op 13.8 gezet kunnen worden en maximale temperatuur op 70 graden C.
De LCD's zijn handig voor het instellen, maar als dat is gebeurt hoeven ze niet zichtbaar te worden geinstalleerd. Wel handig als je later wat wilt wijzigen.

Voor zover nog niet duidelijk, the rheostat, V-relais en thermostat staan in serie, dus bij
bereiken van het maximale LiFePO4 laad-voltage, bijv. 14.0V, of bij overschrijden van de ingestelde temperatuur, stopt het laden. De relais kunnen 10A aan, dus dat is ruimschoots voldoende voor de veldstroom. Je zou het nog kunnen uitbreiden met een buzzer als audible alarm. Zelfs is een BMS niet nodig, maar kan natuurlijk wel in combinatie gebruikt worden.

Als tijdelijke noodoplossing is de rheostat ook helemaal los te gebruiken, maar de 2 extra circuitjes voegen wat functionaliteit toe. De prijzen zijn dermate laag, dat een extra setje als reserve je de kop niet kost. Mijn ervaring is dat ze behoorlijk betrouwbaar zijn. Ik heb ze voor verschillende andere doeleinden gebruikt.

Kosten:
Rheostat € 10
V-relais € 4
Thermostat €2
doosje €5

Nog een stukje trace met de Wally100 gemaakt. In deze trace is de veldstroom met de rheostat geregeld. De Wally heb ik alleen gebruikt voor de trace-faciliteit. Ik moest tamelijk laag blijven omdat de electromotor waarmee ik tijdens het testje de alternator aandrijf te weinig vermogen heeft.

rooiedirk schreef :
Om goed te begrijpen waar het hier om gaat geeft het volgende citaat wel meer inzicht.

In a thermally fully developed flow, the temperature profile will no longer change along the length of flow, Similarly the velocity profile.It means that there is no further growth of boundary layer.Hence , the heat transfer coefficient will become constant.
If the flow is fully developed (Hydrodynamic and thermal),it means that steady state is reached .There will be no variation of the temperature with respect to time for the given constant heat flux.
Hence, in my view , We can not link transient situation for fully developed case (flow and thermal).
Transient case shall be considered for a developing flow where flow and thermal behavior need to be captured.

Waaruit je kun inzien dat meten aan de buitenkant van het koelblok van de diodes geen eenduidig relatie heeft met de Junction temperatuur.
Om iets meer inzicht te krijgen van de interne warmte flow zou een grafiek van het verloop van de gemeten temperatuur over tijd bij een gelijk blijvende stroom kunnen bestuderen.
Bij een vaste stroomsterkte is de warmte afgifte van de diodes en de wikkelingen bekend. Uit de tijd die het neemt om een volledig ontwikkelde warmte stroom te krijgen kun je dan de interne warmte overdracht weerstand van de alternator inschatten. Dat bepaalt dan weer hoe snel je de stroomsterkte kan laten toenemen zonder dat je temperatuurmeting onbetrouwbaar wordt.

In Jip en Janneke taal; Even de boegschroef aanzetten of een flinke haal van je stuurautomaat kan anders fataal zijn voor je alternator als die op dat moment al op max draait.

Je zet een ketel water op het vuur met een thermometer er in. Dan wil je aan de hand van de afgelezen temperatuur bepalen of je brander niet te hoog staat.

3Noreen schreef :
Mooi citaat van Masoud Mohammadian, klinkt wel gewichtig wetenschappelijk natuurlijk. Zo scherp op temperatuur regelen is door de traagheid ook niet aanbevelenswaardig. Vandaar het bepalen van maximum laadstroom a.d.h.v. RPM in mijn controller. Enige temp marge is zo altijd aanwezig.
Los daarvan, wat Jip en Janneke zeggen over de stuurautomaat die de alternator opblaast is ook niet waar.
Zwaar overdreven, is meer Pipo de Clown taal naar mijn smaak. Die grote capacitor aka accu wordt ook niet meegenomen. Vergeet even LFP. Als je lead-acid accu's aan het bulkladen bent, bijv. na een paar dagen slecht weer voor anker, dan draait de alternator ook op max. capaciteit dus op hoge temperatuur. Wanneer je dan de 1000W of meer ankerlier gebruikt, wat vaak genoeg voorkomt, zou je de alternator diodes vernietigen. Ik ken geen gevallen waar dit is gebeurd. Het gaat veel meer om consistent hoge temperatuur.

Wat 3Noreen citeert is met veel woorden een verklaring van het natuurkundige verschijnsel dat er dynamica is tussen junction temperatuur en de plaats waar je de temperatuur meet. Er zit nu eenmaal een boel staal tussen.

Verder geen rocketscience: net als elk warmteoverdrachtsprobleem is dit lineaire dynamica die dus prima te regelen valt.

Bij plotselinge toename van de warmte dissipatie van de dioden zal dus eerst de junction temperatuur toenemen, dan de huisjes en daarna zal deze warmte verder transporteren tot de koellichamen. Uiteindelijk is de stready state de dT mede afhankelijk van de af te voeren warmte.

Dat is wel een terecht punt: wil je op het randje regelen, dan dien je met de worst-case te rekenen, waarbij er tussen de te regelen Tj en de temperatuur die je daadwerkelijk meet, bijvoorbeeld 50 grC zit en geen 20 grC die bijvoorbeeld bij lage vermogens geldt.

Nu wil 37South niet op het randje zitten dus stel je de temperatuurbegrenzing gewoon constant en conservatief in. Hier kun je regeltechnisch natuurlijk wel gave dingen doen: bv een state estimator maken van Tj als functie van de gemeten temperatuur (aan het eind van die stralen massa...), het afgegeven vermogen (wordt al gemeten) en toerental (dat mede bepaalt hoeveel warmte onderweg al afgevoerd wordt). De regeling regelt dan Tj zo goed en snel mogelijk.

Dit wordt echter meer iets voor een microprocessor of laadcomputer in een Pi. Past niet binnen de doelstellingen van dit draadje dus.

Binnen 37South uitgangspunten is dit veel te ingewikkeld en dien je dus conservatief te zijn. De uitdaging is: hoe conservatief??

Bestaan er ook bare-bone generatoren met hoge temperatuur rating waar je alles extern op kunt bouwen eigenlijk? Dan kun je naar hartelust koelen en meten waar het er toe doet (op de dioden...). Dan zal op een gegeven moment de temperatuur in de wikkelingen of lagers wel bepalend gaan worden?

Het is natuurlijk van de gekke dat onze Micky Mouse alternators zonodig alles geïntegreerd moeten hebben: lekker compact in de automotive; dat zie je in professionele toepassingen natuurlijk niet, daar is alles modulair, toegankelijk en vervangbaar op modulair niveau. De field wires naar buiten halen is al een goed begin en voorkomt symptoombestrijding met DC/DC convertors etc, maar baas zijn over wat er gebeurt door aan de bron te regelen (het gas en niet de watertemperatuur ergens hoog in de pan!) is de mooiste oplossing.

37South is een eind op weg vind ik!

Nachtvlinder schreef :
Naar mijn weten niet zo van de plank leverbaar, maar het is erg eenvoudig om een alternator of generator zo je wilt, "uit te kleden" door regelaar en diodes incl. koellichamen er uit te halen.
Resteert alleen stator en rotor en borstelhouder met borstels. 5 draden voor externe aansluiting. Wordt ook regelmatig gedaan. Een kennis kocht een paar maanden geleden een (voor hem) nieuwe boot en vond daarop een enorme heatsink met diodes en fan. Hij heeft "al die rommel" eruit gesloopt en een nieuwe alternator geinstalleerd. Grote spijt daarvan gehad, want die nieuwe alternator faalde na een paar weken. Te grote battery bank.
Ideaal, zo'n super simpele alternator. Storingsgevoeligheid wordt daardoor sterk verminderd en bij onverhoopte problemen makkelijk dokteren.

Nachtvlinder schreef :
Ja, die bestaan zeker al decennia. In de scheepvaart worden DC generatoren gebruikt van 150-600A bij 24 volt. Hierbij zit alles extern. We noemden dat vroeger laadgeneratoren ipv dynamo's. Ik dacht dat Bakker sliedrecht dat ooit deed.

www.bakkersliedrecht.com/nl/

Voor wie aan de gang wil met externe diodes en de benodigde kennis heeft gratis af te halen Balmar alternator met naar buiten gebrachte veldwikkelingen en rotor aansluiting. Met een driefase brugcel. Deze laatste moet wél op een behoorlijk koelblok met een eventuele actieve koeling aangebracht worden. Ik had zelf een passieve koeling van 0.7 K/W. Wat voldoende leek voor ±50A. De temperatuur van het koellichaam werd bij die stroomsterkte ruim 70⁰.
Wil je meer dan 50A zul je ook een dubbele v-snaar moeten gebruiken. Bij 50A versleet die al als een dolle.

37South, Wat ben ik hier blij mee! Precies de missing link die ik nog nodig heb en in het KISS principe bij me aan boord valt. En lijkt me zeker haalbaar om na te bouwen.
Heb je misschien nog linkjes voor waar de juiste onderdelen te vinden zijn?
Zag dat er bijvoorbeeld op rheostat toch nog erg veel keuze is.

alweereengijp schreef :
Leuk dat deze eenvoudige oplossing voor veilig laden van LFP met een alternator je aanspreekt (blijkbaar als enige in het ZF).

Hier de gevraagde links:

www.aliexpress.com/item/202741...1.0.0.27424c4dqNeO4n

www.aliexpress.com/item/328039...1.0.0.27424c4dqrSiyd

www.aliexpress.com/item/329635...1.0.0.27424c4d7bBZO7

37South schreef :
Wat mij persoonlijk betreft vergis je je. Ik vind het kunnen laden met mijn diesel buitengewoon aantrekkelijk. Alleen ik kreeg de aan de alternator verbonden problemen niet opgelost.
Mijn problemen waren;
1. Benodigde koeling van ±300W voor 100A@13V kreeg ik niet voor elkaar
2. De lagering van de waterpomp van mijn motor kon de toegenomen belasting van de V snaar niet aan.
3. De temperatuur meting had teveel vertraging
4. Regelen van de stroomsterkte door middel van alternator uitgangsspanning tegenover de extreem lage weerstand van de LiFePO4 was te kritisch. (U∙R^-1=I waarbij R zeer klein is.)

Maar als je de problemen weet op te lossen is het een buitengewoon aantrekkelijke stroombron. Maar in mijn boek is het negeren van problemen niet verstandig.

3Noreen schreef :
Van negeren van problemen is natuurlijk geen sprake. Onduidelijk waarom je dat suggereert.
Door de output van de alternator to beperken door de veldstroom te reduceren treden de problemen die je noemt niet op, ondanks de lage interne weerstand van de LFP accu’s. De beperkte output zal ook de temperatuur niet te ver doen stijgen. Ik heb de indruk dat je de alternator altijd de volle mep hebt laten leveren. Dan gaat de boel natuurlijk stuk. Een conventionele regulator laat de stroomkraan helemaal open staan tot het ingestelde voltage is bereikt. De methode met rheostat die ik heb beschreven is een heel simpele manier om de alternator output aan banden te leggen, dus als je het laden met alternator aantrkkelijk vindt, wat let je dan nog om zo’n rheostat en en de 2 bewakingscircuitjes te bestellen? Een minimale investering om je problemen op te lossen.

37South schreef :
Verkeerde indruk.

3Noreen schreef :
Als je op een behoorlijke manier discussie wilt voeren met minimale omgangsvormen, zou je op z’n minst kunnen verklaren waarom. Heel ergelijk om met zo’n enkel zinnetje de boel af te doen.
Of schaam je je ervoor dat je de boel diverse keren aan barrels hebt laten draaien zonder het probleem bij de bron aan te pakken?

37South schreef :
Kun je de zoek functie van het forum gebruiken ?
Nee ik schaam me in het geheel niet voor mijn fouten. Ik heb dan ook uitgebreid verslag gedaan van mijn bevindingen. Bovendien op een eventueel schaamde duiden ervaar is als een aanval op de persoon.