1e ervaringen met het elektrisch varen en een rendementsberekening

De laatste blogpost dateert van 14 september en ook de afgelopen maand is er veel gevaren met onze elektrische sleepboot. Veel korte stukken maar ook een ‘duurtest’ hebben we uitgevoerd. Belangrijk om gegevens te noteren van het varen, het accu gebruik en het opladen. Aan de hand van bevindingen zijn er nog wat parameters in de Victron omvormers aangepast. Verder heb ik nu een goed beeld van de omzetverliezen die optreden bij het laden en ontladen van de accu’s. En dat levert weer wat werk op……

Victron Color Control (CCGX)

De CCGX is een fijn instrument die alle data vastlegt en upload naar de vrm portal van Victron. Vanaf die plek kun je alles realtime in de gaten houden maar ook terug kijken.

Onderstaande afbeelding toont het accuverbruik in de periode tussen 14 september en 30 september. Op de 20e is een korte tocht gevaren op de batterijen en is circa 7kWh verbruikt. Op de 27e is een grote tocht gevaren waarbij er totaal circa 48kWh is verbruikt. Als we inzoomen op die 27e krijgen we de volgende grafiek:

Deze vaartocht ging van Oostknollendam door de Knollendammervaart richting Spijkerboor, daar stuurboord uit richting Purmerend. Op de Knollendammervaart is met een RPM=200, ofwel 3,8kWh opgenomen vermogen uit de accu’s en 3,2kWh afgegeven vermogen op de schroef. Hier ontstaat dus een verlies van 3,2/3,8=14%. Het verlies in de bekabeling is 1,5% (zie verder op), de Victron omvormers rekenen met een verlies van 5%. Het restant zit in de motor en inverter. Het verlies van de motor neemt af bij hogere toerentallen.

Vanaf Spijkerboor naar Purmerend is met een RPM van 300 gevaren (circa 9kWh, 10km/u). Vlak voorbij de sluis van Purmerend waren de accu’s leeg (SOC=50%) en sloeg het aggregaat aan. Totaal is er 2 uur en 5 minuten op de accu’s gevaren en is het totale verbruik 15kWh geweest. 50% discharge is volgens de Victron BMV700 batterij monitor 304 Ah. Vermenigvuldigen we dat met de gemiddelde spanning van 48,7 volt = 304*48,7=14.804,8 kWh. Al deze getallen zijn zowel op het oog gelogd en zijn ook door de CCGX netjes op de VRM portal vastgelegd.

Accu Capaciteit

Ik ging er van uit dat de accu’s wel tot 20kWh konden leveren (840Ah*48Volt=40kWh dus bij 50% discharge rate=20kWh). Maar deze waarde is alleen geldig bij een ontlaadstroom van C20 (214Ah/20=10,7A). In ons geval is de ontlaadstroom totaal 220A. Gedeeld door 4 (aantal accubanken) levert dit per accubank een ontlaadstroom van 55A. En volgens de opgave van de accu fabrikant Leoch is dit C3 met een bijbehorende capaciteit van 160Ah. Dus 160*4=640 * 48 Volt *50% = ….. circa 15kWh. Het klopt dus allemaal. Maar wel iets om rekening mee te houden voortaan. Als je vaker een hogere ontlaadstroom verwacht, vermeerder dan de totale accu capaciteit! Andersom is ook waar, als ik op laag vermogen vaar doe ik veel langer met de accu’s en is meer dan 15kWh wel haalbaar.

Aggegraat

Vanaf de sluis hebben we dus op het aggregaat gevaren. Daarbij heb ik gezocht naar een optimaal laadproces voor de accu’s en voldoende power voor de motor. Door het motor toerental op te voeren tot circa 340 (circa 12,8kW, 11,5km/u) is de laadstroom voor de accu’s 175A*54V=9,5kW. Totaal levert het aggegraat dan dus 9,5+12,8=22kW. De belasting van het aggregaat is dan 22kW/36kW=62,5%. Dit is lager dan het gewenste niveau van 80% en is te beïnvloeden door parameters op de Victron te veranderen. Eigenlijk kun je stellen dat er bij 340 RPM nog generator vermogen over is maar de maximaal opgenomen laadstroom gedimensioneerd wordt door de accu’s. Een groter accu pakket behoord dus tot de toekomstige mogelijkheden.

Bij de sluis van Amsterdam naar het IJ was de accu weer tot 72% geladen en hebben we tijdens het schutten het aggregaat handmatig uitgezet. Normaliter wordt dit automatisch gedaan als SOC>80% en belasting<12kW.

Op het IJ richting sluis Zaandam hebben we het vermogen verder opgevoerd. De laadstroom voor de accu’s wordt dan automatisch verminderd waardoor er meer vermogen beschikbaar is voor de motor. Tot circa 400RPM kun je dit doen. Boven de 400RPM schakelen de Victrons om in bijleveren en wordt er dus ook vermogen uit de accu’s bijgeleverd. Ik heb het toerental tot ongeveer 430 RPM opgevoerd. De snelheid is dan ongeveer 13,5km/u. De motor levert dan circa 26kW (35pk). Het kantelpunt tussen het afknijpen van de laadstroom en het omschakelen naar bijleveren kan op de Victron omvormers worden ingesteld door de stroomgrens van het aggregaat te veranderen. De waarde kan nog verhoogd worden maar ik heb gemerkt dat het aggregaat bij plotselinge toerenwisselingen dan moeite heeft om dit op te vangen. Het controle display van de FG Wilson set piept dan en geeft een foutmelding. In het ergste geval valt de Victron omvormer dan uit en dan doet helemaal niets het meer. Na 20 seconden start alles wel weer op, dus het is dan even op een houtje bijten…..

Het schermpje links toont de log gemaakt op mijn telefoon. Ook de route en snelheden op de route heb ik zo kunnen vaststellen. Het eerste halfuur van de log is trouwens weggevallen. De totale duur en lengte is dus wat groter.

Vanaf de sluis Zaandam (SOC=75%) zijn we op de accu’s naar huis gevaren (SOC=54%).

Rendement

De allereerste afbeelding in deze post geeft het energie verbruik weer van de Victrons. Blauw is het totale verbruik uit de accu’s en groen het totale verbruik van het aggregaat. Wat je helaas niet kunt zien is hoeveel energie van het aggregaat gebruikt is om de accu’s op te laden. In de grafiek hierboven zie je dan na SOC=54% de accu’s weer geladen worden (via de walstroom). De CCGX en de portal laten niet zien hoeveel energie daarvoor nodig is. Ik heb hierover een vraag gesteld bij Victron en zij vonden dat een goede suggestie voor een volgende software release.

Ik heb het dus op een andere manier gemeten, via mijn Smartmetering software van Homematic die ik gebruik voor mijn huisautomatisering (www.hetslimmehuis.nl). Om 15kWh accu capaciteit te laden (van bulk via absorptie tot float) heb ik 24kWh nodig. De victron site gaf aan dat er voor eigen gebruik 1,5kWh nodig was. Dit is voor het 24Volt systeem. Dus netto is er 24-1,5=22,5kWh nodig om 15kWh te laden. Een rendement van 70% in de praktijk L. De theorie zegt dat een AGM accu een rendement heeft van 82%. Ik verlies dus nogal wat ergens. Mijn Homematic systeem rapporteerde een spanning van 223Volt terwijl de Victron een ingansspanning van krap 200Volt meette bij 10A stroom. De verlengkabel (haspel van schuur naar boot) en de scheidingstrafo verliezen onderweg dus 23Volt. Ruim 10% dus!

Tijdens het varen heb ik de verliezen gemeten in het DC kabel systeem. Dus tussen de accu’s en de Victron’s. Het totale verlies is ongeveer 1,5%. Dat vind ik wel acceptabel. Dikkere kabels (veel euro’s) zullen het verlies misschien beperken tot 1%, veel meer zit er niet in en hier moeten we dus mee leven.

Het totale verlies is dus: Accu rendement x DC kabel rendement x AC kabel rendement x Victron rendement ofwel 0,82*0,985*0,9*0,96=0,6979, kortweg 70%! Zie mijn eigen conclusie hierboven. Als ik dus wat wil doen aan het verlies moet ik het haspeltje vervangen door een dikkere kabel. Overigens heb ik als test ook een deep discharge gedaan tot 40%. Voor nood kan dit ook nog wel verder, als het maar niet te vaak gebeurd want dat gaat ten kosten van de accu’s.

Valt er nog wat te wensen?

De stilte van elektrisch varen is enorm. Zo erg dat je je aan andere dingen gaat ergeren. Zo hoor je het schroefwater tegen de onderkant van het schip, vooral bij een vermogen vanaf 8-9 kW. Maar het meest hinderlijk is het zingen van de schroef. Dat was natuurlijk altijd al maar dat viel door het geronk en getril van de Caterpillar niet zo op. Nu is het oorverdovend, vooral bij lage toeren zo rond de 200RPM. Er is iets tegen te doen maar dan moet de boot weer voor een hellingbeurt. Dat stel ik dus nog even uit.

Verder is de uitlaat van de generator toch wel storend. Ik heb nog een andere demper liggen dus ook dat ga ik nog eens vervangen om de sonore achtergrondbrom uit te schakelen. En de bediening van snelheid en vooruit en achteruit kan ook nog wat beter. Een potmeter en een schakelaar werkt maar je moet wel je verstand erbij houden. Een fout is zo gemaakt. Beter is dus om een joystick te nemen. Of iemand vinden die de oude handel met wat fijnmechanica kan ombouwen. En iemand vroeg mij of ik niet gewoon een paar geluidsboxen moet neerzetten zodat naar keuze het geluid van een Industrie of een Brons kan worden nagebootst. LOL. Er moet natuurlijk altijd weer wat te wensen zijn!