Tagarchief: Elektrisch Varen

Praktijkervaringen met Victron omvormers voor Elektrisch Varen

Mijn sleepboot van 22 ton is uitgerust met een industriële draaistroommotor die op krachtstroom (380 Volt wisselspanning) draait. Daarmee is mijn gekozen concept van elektrisch varen afwijkend van andere projecten waarbij er over het algemeen gekozen wordt voor een gelijkstroommotor. Bijvoorbeeld een Brushless DC-motor die direct via een motorcontroller aan een 48-96 volt accu is gekoppeld of een DC controller die via accu’s een AC inductiemotor aanstuurt waarbij de spanningen wel tot honderden Volts kunnen oplopen, net zoals in een elektrische auto.

De reden om te kiezen voor een industrie draaistroommotor heb ik in een ander artikel toegelicht. Om dit type motor via een frequentie regelaar te kunnen laten draaien, is dus een 3-fase krachtbron noodzakelijk. Dat kan via een krachtige 3-fase generator of via een aantal omvormers van Victron die speciaal worden geschakeld in een 3-fase setup. Dit laatste heb ik gedaan met behulp van 3 stuks Victron Quattro’s 5000 die samen maximaal 12 kW energie kunnen leveren via accu’s of in een hybride setup samen met de generator (theoretisch) tot 48 kW kan leveren. Vanaf het moment van bouwen heb ik veel kennis opgedaan van de Victron’s en dan met name van de enorme hoeveelheid instellingen die je kunt verrichten. In dit artikel behandel ik de belangrijkste omdat deze van toepassing kunnen zijn bij gelijksoortige projecten. Maak er gebruik van zou ik zeggen.

Victron Software tools

Er zijn twee mogelijkheden om de Victron’s te configureren; VE.bus System Configurator verbonden met een USB-adapter aan de Ve.bus of dezelfde tool via VE Power Setup met behulp van een Internet verbinding via een Victron CCGX. Gebruik altijd de directe USB (COM) verbinding en niet de remote verbinding. Hoewel de remote verbinding via VRM ook de VE.bus System Configurator opstart, blijkt met name de 3-fase configuratie setup niet geheel hetzelfde resultaat op te leveren.

Met name de 2e AC input wordt via de remote VRM setup altijd op ‘Switch as group’ ingesteld. Dat is handig voor de generator maar niet altijd noodzakelijk voor de wal aansluiting. Want die wil je misschien wisselend in 1-fase of in 3 fase kunnen aansluiten. Vink deze optie voor Input 2 dus uit zodat je zowel 3-fase als 1-fase kunt laden.

TIP: gebruik altijd VE.bus System Configurator verbonden met een USB-adapter.

TIP: schakel AC Input 2 switch as group uit om zowel 3-fase als 1-fase walstroom te kunnen gebruiken.

Firmware Victron Quattro en Current Boost factor

Voor de Victron’s zijn er twee soorten Firmware via Victron te verkrijgen: met of zonder Assistants. In principe kun je zonder de Assistants uit te voeten, tenzij je een speciaal BMS voor Lithium accu’s van plan bent te gebruiken. De Generator Start/Stop functionaliteit (zie verderop) heb je niet nodig als Assistent. En experimenteer nooit met Assistents want ze laten software sporen achter waar je later last van kunt hebben. Die sporen kun je alleen wissen door een nieuwe Firmware installatie uit te voeren.

Firmware versie 26xx159 was de versie die met mijn Quattro’s was uitgerust. Hier heb ik een aardige tijd mee gevaren maar met name op vol vermogen stopten de omvormers ermee. Er is één parameter die hiervoor verantwoordelijk is: Power Assist Current Boost Factor. De waarde van deze parameter kan in de oude firmware tussen 1.0 en 3.0 ingesteld worden en bepaald de hoeveelheid stroom (current) die door de inverter wordt toegevoegd aan de stroom die afkomstig is van de generator.
Als ik op full power wil varen heb ik 37kW nodig, ofwel 37.000/400 (Volt) = 93A. De maximale stroom die de generator kan leveren is 65A, ik kom dus 32A tekort. De inverter zal dus via Power Assist stroom moeten bijleveren en gebruikt hiervoor de Current Boost Factor parameter om te bepalen hoeveel stroom dat is: AC1 Input Current Limit (= max gen current, = 65A) en vermenigvuldigt dit met de factor (minimaal 1, maximaal 3). Dus bij factor 1 zou de inverter dan ook 65A moeten leveren. En dat kan natuurlijk niet want de inverter kan maximaal 4kW = 20A leveren. Het resultaat is dat de inverter overbelast wordt en zichzelf uitschakelt.

Een lagere waarde dan 1.0 voor Assist Current Boost Factor kan pas vanaf firmware 26xx4xx ingesteld worden. De te kiezen waarde is afhankelijk van de maximale generator stroom en de zwaarte van de omvormers. Vermoedelijk redeneerde Victron bij de oude firmware nog vanuit het gegeven dat iedereen met een generator werkt die kleiner is dan de omvormers. Maar met elektrisch varen in een hybride systeem is dat dus juist niet het geval. In mijn geval werkt de situatie het beste met een waarde van 0.3. In de praktijk betekent dit dat maximaal 0.3*65A = 20A bijgeleverd kan worden. Dat is haalbaar voor maximaal 30 seconden en voldoet om snelle belastingen op te vangen. En voor full power kan continue 10-15A bijgeleverd worden aan de generator, genoeg om 48kW voorstuwingsvermogen te leveren (afgeregeld op 37kW maximaal)

TIP: gebruik Firmware versie 26x4xx als de generator stroom > is dan de maximale stroom van de inverter.

Victron functies die je niet moet gebruiken

Er zijn ook functies die handig lijken maar die je juist niet moet gebruiken. De belangrijkste is de UPS Function. Deze moet je ten allen tijden uitschakelen. Ook de Virtual Switch (VS) houd ik uitgeschakeld. De belangrijkste functie die VS kan leveren is het automatisch aan- en uitschakelen van de generator. Dit laat ik uitvoeren door de Victron CCGX. De paramaters die je in de CCGX kunt instellen zijn veel uitgebreider. Er is bovendien een risico bij besturing van de generator via de Victron omvormers. Als de omvormers uitgeschakeld worden door een ernstige fout, zou dit tot gevolg kunnen hebben dat ook de aansturing van de generator wegvalt en je dus stroomloos wordt. De CCGX is in mijn situatie dus een extra beveiliging. Bovendien kun je op de CCGX instellen dat een reset of powerdown van de CCGX zelf geen gevolg heeft voor de generator autostart functie. En daarnaast heb ik ook nog eens ingesteld op de generator dat een autostop functie via een timer van 180 seconden werkt.

TIP: gebruik de CCGX Genset Auto Start/Stop functie ipv de Virtual Switch of Assistents functie.

TIP: Schakel UPS functie UIT.

Geen verschillende spanningsgroepen meten met CCGX

De omvormers draaien op 48 Volt maar ik heb ook een 24 volt systeem in gebruik waarop de gehele automatisering, boordlichten, marifoon, koelkast en diverse pompen draaien. Het 24 Volt systeem is geheel gescheiden en heeft daarom eigen accu’s, een eigen oplader, een eigen batterij management systeem en kabelsysteem. En ik heb 2 zonnepanelen op het dak liggen die de 24 Volt accu’s opgeladen houden. Daarvoor wordt een Victron MPPT lader gebruikt en deze heeft een VE.direct interface die je direct op de CCGX kunt aansluiten en kunt monitoren. Dat werkt maar geeft een verwarrend plaatje op het scherm omdat de CCGX denkt dat de MPPT lader de primaire (48Volt) accu laadt. Maar dit levert ook regelmatig een error #6 waardoor het gehele Victron systeem uitvalt en herstart moet worden.

Dit probleem doet zich voor als het 48 Volt systeem in de absorptie fase zit terwijl de 24 Volt zonnelader schakelt naar Float. Dan raakt de VE.Bus in de stress en schakelt alles af. Je kunt een herstart dan alleen uitvoeren door alle omvormers via de hardware schakelaars uit te zetten en na enkele seconden weer aan te schakelen. Een software reset helpt dus niet. Error #6 is niet gedocumenteerd. Ik kon de oorzaak alleen achterhalen door nauwgezet de logfiles via de VRM portal te analyseren.

TIP: koppel geen verschillende boardnetten via één Victron CCGX VE.Direct interface maar gebruik hiervoor individuele CCGX netwerken. Of beperk je tot het primaire systeem.

Lithium Accu’s

Ik heb eindelijk nieuwe Lithium accu’s besteld ter vervanging van de AGM lood accu’s. Dat zal tot gevolg hebben dat de laadkarakteristieken van de Victron laders aangepast moeten worden. De ACES Lithium accu’s hebben een eigen ingebouwd BMS dus ik hoef geen gebruik te maken van een extern BMS of van Temperatuur sensor/Spanning sensor van Victron. Hierover zal ik een apart blog artikel schrijven met mijn bevindingen. Ik hoop dat de nieuwe accu’s begin juli binnen komen maar zal daarna nog wel enkele weken bezig zijn met inbouw omdat ik hiervoor verschillende aanpassingen moet verrichten in de boot. Wordt weer vervolgd…….

Brand in de Motorruimte

Vrijdag 21 april 2017 had ik een paar gasten te logeren die het leuk vonden om met de boot naar Amsterdam te gaan. Het is ongeveer 2 ½ uur varen van Oostknollendam, over de Zaan en het Noordzeekanaal naar Amsterdam. Leuk reisje met veel bezienswaardigheden langs de oevers van de Zaan. De gasten vermaakten zich aan dek maar vonden het ook leuk om wetenswaardigheden van mij te horen over de Zaanstreek en over de elektrische sleepboot.

Voor de Wilhelminasluis in Zaandam moesten we lang wachten. Er lagen aan beide zijden diverse vrachtschepen te wachten voordat zij geschut konden worden. Achterop kwam een monumentaal beurtscheepje dat niet meer mee kon met de vrachtschepen maar door de lage hoogte wel de Oudesluis kon nemen. Inmiddels waren wij geschut en voer ik achter twee vrachtschepen aan de Voorzaan op. Ter hoogte van Het Eiland hoorde ik iemand vanaf de wal schreeuwen. Ik keek om en zag plotseling rook uit het dekluik komen. Of de schreeuw bedoeld was om mij te attenderen of voor iemand anders, het deed er op dat moment niet toe. Ik had een probleem.

Waar rook is, is vuur

Eerst draaide ik het roer om om uit de vaargeul te komen. Het luik wilde ik nog even niet opendoen. Het leek mij verstandig om eerst alle apparatuur uit te zetten. Als eerste besloot ik om de Victron omvormers via het CCGX console uit te zetten. Ondertussen zag ik dat het display van de Digitale Motorcontroller knipperde en uitviel maar ook weer terugkwam. Voor de zekerheid riep ik via de marifoon de havendienst op maar die moesten nog door de sluis en hadden dus nog zeker 10 minuten nodig om mij uit de vaargeul te halen.

Inmiddels had ik het luik voorzichtig toch geopend. Naast het luik zag ik het dek een donkere kleur krijgen en achter de enorme hoeveelheid zwarte rook onder het dek zag ik een klein vuur. De schuimbrandblusser had ik binnen handbereik in de stuurhut en heb ik dus leeggespoten. En daarna nog een paar emmers water er achteraan. Daarmee was het vuur gedoofd en trok de rook langzaam uit het ruim weg. Gelukkig kwam het beurtscheepje aangevaren om ons een klein duwtje te geven richting de werf van Vooruit. En enkele minuten later lag de Havendienst langszij om ons te helpen af te meren.

Na een half uur was het ruim voldoende rookvrij om eens een kijkje te nemen naar wat er eigenlijk allemaal aan de hand was. De conclusie kon snel getrokken worden: het distributiepunt tussen de accu’s voorin het schip en de Victron omvormers achterin was volledig gesmolten en deels verbrand. Daar was de brand dus ontstaan. De geluidsisolerende bekleding tegen het dek was gaan smelten en had een olie-achtige smurrie achtergelaten en ook de verschillende kabels waren ernstig beschadigd. De kabel voor de analoge motorbesturing was dusdanig beschadigd dat varen op deze manier niet meer mogelijk was.

De gasten hebben de fietsen van boord gehaald en zijn zelf naar Amsterdam gefietst en ik bleef achter in overpeinzingen hoe dit op te lossen. Eerst heb ik de accu’s afgekoppeld door de zekeringen bij de accu’s te verwijderen. Zo kon er in ieder geval geen sluiting meer ontstaan. De gesmolten kabel van de analoge motorbesturing loopt langs bakboord terwijl de digitale motorbesturing over stuurboord loopt. Een ontwerp specificatie die ik destijds met een goede reden had genomen en die mij nu uitkomst kon bieden. Maar eerst moest ik de stroomvoorziening herstellen. En dat kon door de generator rechtstreeks aan te sluiten op de frequentieregelaar van de motor. Een kwestie van diverse kabels loshalen en op een ander punt weer vastmaken.

Figuur 1: Gesmolten DC distributiepunt

Figuur 2: doorgesmolten kabels

Na een kleine twee uur kon ik de generator starten en via de digitale besturing de motor opnieuw programmeren. De analoge besturing moest immers afgesloten worden. Dat bleek nog niet zo eenvoudig want de handleiding lag thuis en deze via Internet op een smartphone uitlezen, dat vereist wat geduld. Maar het is gelukt en ik ben dus in de loop van de middag zelfstandig naar huis gevaren.

Rook en vetvrij maken

Vervolgens natuurlijk de verzekering gebeld en deze zouden een week later een expert sturen. Inmiddels had ik zelf geconstateerd dat het distributiepunt versmolten was maar ook dat er vermoedelijk rook- en waterschade in de apparatuur was ontstaan. Hiervoor bestaan reinigingsbedrijven en na wat zoeken op Internet heb ik er eentje offerte laten doen. Ook deze firma stuurde eerst een expert en die vond dat de hele motorruimte rook- en vetvrij gemaakt moest worden want de roet en de smurrie zat werkelijk overal. Als ik de apparatuur losmaakte zouden zij deze reinigen en na twee weken weer terugsturen.

Verbeteringen aanbrengen

Dit soort onvoorziene problemen geven je gelukkig wel de mogelijkheid om een paar ontwerpfouten te verbeteren. Ik heb een compleet nieuw DC distributiepunt gemaakt, dubbele DC bekabeling tussen het distributiepunt en de 3 Victron omvormers gelegd en ik heb een nieuwe AC distrbutiekast gemaakt met extra relais die de belasting kan afschakelen in geval van onvoorziene problemen. En een relais dat in geval van storing aan de omvormers, de generator rechtstreeks kan verbinden met de frequentieregelaar. Ook heb ik een nieuwe demper voor de uitlaat gemaakt en verbeterde isolatie voor de uitlaat en nog een paar klusjes. Maar nog veel belangrijker, ik heb temperatuur sensoren geplaatst op kritische punten en deze samen met rookdetectie melders gekoppeld en naar het dashboard gevoerd.

Figuur 3: Nieuwe uitlaatdemper

Brand door los contact…….

Toen de apparatuur verwijderd was kreeg ik ook de kans om de versmolten DC kast voorzichtig te ontleden. Je wilt natuurlijk wel graag weten wat er nou voor heeft gezorgd dat deze brand kon gebeuren. In de kast zat naast een distributieconnector (M8 draadeind), de hoofdzekering en een capacitor-relais. Die laatste heeft nooit gefunctioneerd en stond gewoon op doorverbinden. Tussen de hoofdzekering en het relais zit een korte verbindingskabel van enkele centimeters (70mm2) en het bleek dat de pool die aan de zekering was verbonden, los zat. De M10 moer zat zo los dat ik deze met de hand kon verdraaien. En ook aan de knijpconnector was te zien dat door die losse moer het probleem moest zijn ontstaan: een losse verbinding die hoge stromen krijgt te verwerken, werkt als een lasapparaat en kan voor brand zorgen! Hoe deze los kon zijn blijft een raadsel. Waarschijnlijk onzorgvuldigheid, over het hoofd gezien of wat dan ook. Reden genoeg om hier dus voortaan meer tijd en controles aan te besteden!

Schoonmaakbedrijf monteert onderdelen verkeerd

Toen na enkele weken de Victron omvormers en de LS/IS frequentieregelaar schoon werden afgeleverd, kon ik alles afbouwen en aansluiten. Maar zodra ik het systeem in bedrijf schakelde, hoorde ik een vreemde brom uit de frequentieregelaar komen. Hij weigerde het te doen en ook het display lichtte niet op. De omvormers deden gewoon wat zij behoorden te doen en ook direct op de generator wilde de frequentie regelaar het niet doen. Ik heb hem weer uit de boot gehaald (65kg, onderdeks, leuk klusje ) en hem op de testbank gelegd. Zodra de regelaar werd aangeschakeld kwam er gelijk een enorme brom. Ik heb de regelaar zorgvuldig uit elkaar gehaald en gecontroleerd op een los contact e.d. Er viel niks aan te zien maar na de boel weer in elkaar gezet te hebben bleef de brom maar het display deed het wel. En toen na ongeveer een minuut een enorme klap, rook en de licht viel uit. Ah ha, nu kunnen we echt op zoek gaan. Het euvel was gauw gevonden. Een Elco die verkeerd was teruggeplaatst na de reinigingsbeurt. Sukkels. Foto’s gemaakt, schadeclaim indienen, verzekering weer bellen, allemaal geneuzel. Uiteindelijk heb ik een nieuwe Elco besteld en de regelaar werkte weer. Maar na een uurtje varen gaf de temperatuur sensor een onwaarschijnlijk hoge waarde en gaf de regelaar een hoge pieptoon. Dat ding had het duidelijk niet naar de zin. Ik was het inmiddels zat en heb een nieuwe regelaar besteld. Bij het ombouwen ontdekte ik dat de beide ventilatoren verkeerd om waren gemonteerd…… Een korte test liet blijken dat alles nu weer goed functioneerde en ook de pieptoon als gevolg van de hoge temperatuur verdwenen was. De oude unit heb ik 2e hands verkocht en vaar nu dus weer met een nieuwe regelaar.

Figuur 4: rechtsonder een geplofte Elco, rechtsboven de foutief geplaatste

PVC van kabels geeft zoutzuur en oxidatie

Daarmee was nog niet alle brand-ellende ten einde. Na enkele maanden bleek één vd Victron omvormers storing te geven bij het laden van de accu’s. De spanning die de sensor mat liep langzaam op naar 60 volt en hoger. Dat had gelukkig geen effect voor de accu’s, het was slechts een meetfout, maar het laadproces werd er natuurlijk nadelig door beïnvloed. Het bleek dat de print van de Victron Quattro waarop alle besturingselektronica en de CPU zit, oxidatie sporen had. Bij het verbranden van de pvc-mantel van kabels komt chloor vrij en dit reageert met bluswater tot zoutzuur. En dat was duidelijk te zien op de print en op diverse componenten. Ik heb de stellige indruk dat het reinigingsbedrijf alleen de buitenkant van de unit heeft schoongemaakt maar de binnenkant heeft overgeslagen. Ik heb de print met sop onder de lauwe kraan en met een afwasborstel schoongespoeld. Daarna met een föhn de print weer gedroogd en alle soldeerverbindingen opnieuw gesoldeerd. Op zo een moment komt een MTS Elektronica opleiding toch goed van pas! Inmiddels werkt alles weer naar behoren en is de boot dit najaar bij Teerenstra in Den Helder gestraald en voorzien van een echt goede coating en antifouling.

Geleerde lessen?

  1. Controleer regelmatig de verbindingen van de kabels,
  2. Monteer eventueel temperatuur sensoren en rookdetectors op belangrijke plaatsen zoals distributiepunten en in de motorruimte,
  3. Vertrouw niet op een schoonmaakbedrijf na brand maar doe zelf de schoonmaak werkzaamheden,
  4. Overleg met de verzekering over de te nemen stappen en de momenten waarop je claims indient,
  5. En gebruik de tijd om goed na te denken hoe je de installatie kunt verbeteren.

Accu Problemen (2)

Na mijn vorige blog waarin ik de problemen met de accu’s constateerde heb ik contact gehad met mijn leverancier Daveco. Nadat ik ze alle meetresultaten en de link naar de website artikelen heb toegemaild, hebben zij mij aangeboden om met een echte accu tester te bekijken wat de status is van elke individuele accu.

Omdat ik voor werk toch naar Rotterdam moest, heb ik begin december in Werkendam bij Daveco een Alfabat accutester opgehaald. Een duur apparaat (€ 1.500,-) waarmee je zeer nauwkeurig kunt meten welke capaciteit een accu nog heeft. Om deze test uit te voeren moest eerst elke accu individueel volgeladen worden tot de float spanning wordt bereikt. Afhankelijk van de status van elke accu, duurde dit 6-12 uur per accu. Voordat je daarna de Alfabat aansluit, stel je op de Alfabat in wat de nominale capaciteit is van de accu (214Ah/C20) en daarna wordt de accu met een ontlaadstroom van 30A leeg getrokken. Dat duurt enkele uren en na afloop kun je op een display uitlezen hoeveel procent capaciteit er nog over is. Groter als 80% is OK, alles daaronder geeft de status Failed.

Dit was dus een langdurig proces van totaal 10 dagen accu’s laden en weer ontladen en weer volladen want leeg achterlaten is funest. En het resultaat was schokkend!

De Alfabat accu tester aan het werk

Slechts 3 accu’s werken nog binnen de specificaties en de rest is stuk. Natuurlijk heb ik een paar keer naar mijn eerdere metingen zitten kijken. Maar ik kon geen enkele relatie leggen tussen de gemeten spanningen in rust of onder last en de resultaten uit deze tests.

De afbeelding hierboven toont een deel van de setup van de AGM accu’s. Links boven de balancers, daaronder shunt en zekeringen kast.

Tussendoor volgde ik een training bij Victron Energy en tijdens de middag sessie werd uitgebreid ingegaan op Lithium Accu techniek terwijl in de ochtend sessie het Energy Storage System werd behandeld. Super interessant en veel geleerd. Vooral over loodzuuraccu’s ;-(

Accu’s balanceren kán een oplossing zijn.

Van veel loodzuuraccu eigenschappen wist ik al het een en ander. Tijdens de ontwerp fase had ik bewust gekozen voor de AGM accu in plaats van een tractie accu, niet alleen vanwege de prijs of de fysieke maatvoering. Een AGM accu heeft een gemiddelde gebruiksrange van 50% terwijl een tractie accu tot 70% kan gaan. Door de AGM accu’s serieel/parallel te schakelen kon ik toch de gewenste ontlaadstromen krijgen en voldoende capaciteit. En ik had ruimte onder de bedden voor 16 accu’s van elk 62 kilo. Maar daar waar de cellen van een tractie accu redelijk gebalanceerd zijn, blijken de interne weerstandsverschillen van AGM accu’s onderling in de praktijk behoorlijk te verschillen, ondanks dat ik een levering heb uit een zelfde productie badge. En in een uitgebreide serieel/parallel schakeling leidt dit tot ongelijkwaardige lading en ontlading. Ik had dat in april al vastgesteld door met een stroomklem elk van de 4 strings te vergelijken. Met een totaal van 100A merkte ik dat twee strings ruim 30A gaven en de andere twee strings beduidend minder. Eigenlijk was dat al een teken aan de wand…. Want op deze wijze zouden die twee strings altijd eerder ontladen zijn én het risico lopen dat zij tijdens het laden niet geheel volgeladen zouden worden. Immers, de andere twee strings zouden het laadproces kunnen instrueren om naar absorptie fase en dan naar float fase over te gaan terwijl sommige accu’s feitelijk nog niet vol waren. En daar kan een loodzuuraccu niet goed tegen. Er treed sulfatie op waardoor de capaciteit terugloopt. Een natte tractie accu kun je dan een egalisatielading geven waardoor deze gaat gassen en de sulfatie weer oplost. Maar bij een droge AGM kan dat niet.

Accu’s balanceren is een moeilijke klus

En het wordt nog veel erger als blijkt dat de laadspanning van één accu in een string zover stijgt dat die AGM accu toch gaat gassen. Of noem het maar droogkoken. Boven een spanning van 15Volt kan dat zomaar gebeuren. En in één van mijn eerdere tests werd er met gemak 17Volt bereikt. Ga maar na, 4 accu’s in verschillende ladingstoestand bijv. A:13,6 + B:13,8 + C:17 + D:14,6 = 58,8Volt. Voor de lader niets aan de hand, die denkt dat de absorptie fase is aangebroken en houdt dit wel een paar uur vol. Maar accu C is al vol en wordt dus overladen, D is bijna vol en A en B nog lang niet……

Eigenlijk is daar met AGM accu’s (geldt ook voor gel) maar één oplossing voor: de balancers die ik (te laat) heb geplaatst moeten het onbalans alarm signaal doorschakelen naar de laders zodat deze onmiddellijk stoppen met laden om onderladen/overladen te voorkomen. En daarna moet elke accu een individuele lading krijgen. Maar ja, dat proces kan zo maar 10 dagen duren en is dus onwerkbaar.

Onvoldoende ervaring met uitgebreide serieel/parallel accu’s

Ik heb mijn bevindingen en de theorie voorgelegd aan Daveco en ook op een paar forums besproken met andere ervaringsdeskundigen. Het komt er op neer dat men eigenlijk onvoldoende ervaring heeft met dit soort setups. “Theoretisch zou het moeten kunnen”, krijg je als commentaar. Maar veelal gebruikt men dan tractie accu’s. En als men AGM of Gel accu’s combineert gaat dit goed tot maximaal 2 parallelle en/of seriële accu’s maar 4 zoals in mijn setup, komt nauwelijks voor. Terwijl 4 seriele accu’s voor een elektrische aandrijving toch echt noodzakelijk is, want 48 Volt zorgt voor lagere stromen, dus minder kabel verliezen e.d. Veelal staan grote loodzuur accubanken continue onder een float spanning, zoals bij een zonenergie centrale. En worden deze ontladen met een relatief lage stroomwaarde zodat er van een diepte ontlading eigenlijk nauwelijks sprake is. Of zoals bij gebruikersaccu’s in een boot of caravan waarbij het chemische proces in de accu de kans krijgt om zich op rustige momenten te herstellen. Het chemische proces in een loodaccu is onderhevig aan vele invloeden en die invloeden zijn moeilijk te controleren. Goedkoop is duurkoop? Ja, misschien wel. En nu?

Daveco wil graag met mij meedenken in het vinden van een oplossing. En volgens hen komt een tractie pakket dan het dichtst in de buurt. Garantie van Leoch hoef ik niet te verwachten. De loodprijs is op dit moment zeer hoog, dus er is enige inruil maar alles bij elkaar kost deze hobby dus best veel geld. Met de opgedane kennis tijdens mijn Lithium training ben ik nu op zoek naar alternatieven. Daarover zal ik in een volgende blog schrijven.

Accu problemen met elektrisch varen

Na een jaar met veel tevredenheid elektrisch te hebben gevaren, bemerk ik sinds enige maanden serieuze problemen. Het eerste signaal dat ik opving was dat de generator eerder aansprong dan ik had geprogrammeerd. Een snelle blik op de meetinstrumenten leerde dat de accuspanning Udc onder een vooraf ingestelde drempel viel. Deze drempel had ik ingesteld op 48,8 Volt. Hierdoor werd de SoC waarde van 50% niet gehaald.

Aanvankelijk dacht ik dat de accu’s vanwege hun nieuwigheid meer dan de specificaties konden leveren en dat na 12 ontladingen van <65% en ruim 30 synchronisaties > 65% de accu’s nu ‘ingewerkt’ zouden zijn. Ik heb de Udc grenswaarde verlaagd naar 48 Volt en de Ah waarde van de Victron BMV batterij monitor verlaagd van 850 (4×214) naar 800. Maar dit hielp niet. De generator sloeg al snel weer aan omdat de lage spanning bereikt werd. En na enkele keren varen was dit al op het bedenkelijke niveau van SoC=80%. De accu’s konden het vermogen dus niet meer leveren dat nodig was om te kunnen varen. Dit vroeg om grondig onderzoek.

Ik heb een aantal metingen verricht onder verschillende omstandigheden. Tijdens de eerste meting van 7 oktober waren de 4 banken van elk 4 serieel geschakelde accu’s zonder crosskabels verbonden. Uit de meting blijkt dat bij volle accu’s (Floating laadspanning) er spanningsverschil is tussen de accu’s. Er is dus sprake van onbalans. Op advies van Victron Energy heb ik 3 batterij balancers geplaatst maar hiervoor moesten er wel cross kabels worden gemonteerd, totaal 9 stuks 35mm2. Door de ietwat ongelukkige plaatsing tussen de spanten en verdeling over de bodem van het schip betekent dit behoorlijk wat lengte kabel. En natuurlijk zijn alle kabels van gelijke lengte om onderlinge weerstandsverschillen zo veel als mogelijk te beperken. Dit resulteert in onderstaand schema:

De meetwaarden in het schema corresponderen met de laatste meting van 26 november.

Ondanks de balancers en de crosskabels en een aantal maal langdurig laden maakt het geen enkel verschil. De SoC bereikt circa 75%-80% bij een ingestelde Udc van inmiddels 44 Volt. Als de accu’s daarna 24 uur rust wordt gegeven, herstellen deze zich enigszins waardoor een tweede run kon worden uitgevoerd maar met een load van niet meer dan 2kW, anders zakt de spanning te snel in, zelfs tot onder de kritische grens van circa 38 Volt. Met deze loadtest kon ik een SoC bereiken van 65% maar toen was de prik echt op. Er zit dus een defecte, of zelfs meerdere, accu tussen.

Ik heb aan de hand van alle logs die via de Victron VRM Portal zijn bewaard een analyse gedaan om te bekijken of er een patroon is te vinden. En of daar een aanwijsbare oorzaak voor is.

Bovenstaande grafiek toont de 12 cycli die zijn gemeten. Totaal zijn dit overigens 12+40=52 ontlaad en laadsessies. 12 stuks waarbij dus een SoC van <65% is gehaald. De trendlijnen zijn duidelijk: de SoC ligt steeds hoger terwijl de Udc steeds lager komt te liggen. Opmerkelijk is meting 9, hier is bewust een diepte ontlading opgewekt op te bekijken hoe het systeem zich bij een lagere Udc zou gedragen. Maar uit de grafiek kan uitgelezen worden dat de S0C waarde toen al niet meer beneden circa 65% kon komen. En je kunt ook zien dat het een geleidelijk proces is. Er is geen direct aanwijsbaar moment te vinden wat zou corresponderen met een gewijzigde instelling, ander gebruik of wat dan ook. Nog enkele getallen die verwerkt zitten in deze logs:

  • Ontlaadstroom gemiddeld 200A (dus circa 50A per bank)
  • Laadstroom via generator 140-170A
  • Laadstroom via walstroom 20A

Dit weekend heb ik alle accu’s na de ontlaadtest (26 november) losgekoppeld en de waarden genoteerd (zie het schema en de tabel hiervoor). Vervolgens heb ik toen één bank van 4 accu’s (bank 1) samengesteld, met balancers en aan de lader aangesloten (I=20A). Toen de status Floating werd gesignaleerd ben ik gaan meten aan de accu’s en schrok hevig: Accu 1A bleek een spanning van ruim 17 Volt te hebben, was warm en stond hoorbaar te gassen. Die is nu dus stuk en de vraag is of deze al stuk was of stuk is gegaan tijdens dit laadproces?

Ik ben nu gestart om elke individuele accu vol te laden met een aparte 12 Volt 4 staps lader (max 15A). Daarmee kan ik geen schade meer aanbrengen aan andere accu’s. En ik heb dit verhaal geschreven om het voor te leggen aan de leverancier van de accu’s zodat zij een verklaring kunnen geven. Wordt snel vervolgd dus!

Elektrisch Varen: hoe lang kun je varen op accu’s

Zo enthousiast als ik vertel over elektrisch varen, zo sceptisch zijn mijn toehoorders. Steevast stellen zij mij dan de vraag “En hoe lang kun je dan elektrisch varen?”. In dit artikel zal ik daar meer over vertellen, vooral aan de hand van data die ik afgelopen jaar heb gelogd tijdens de vele vaartochtjes die wij hebben gedaan.

Een jaar geleden beschreef ik mijn eerste test resultaten in een blog en maakte ik een rendementsberekening. Vanuit die berekeningen en latere tests, zijn nieuwe instellingen geprogrammeerd in de elektronica en deze hebben dus ook geleid tot nieuwe gegevens over benodigd vermogen, accu capaciteit, vaarduur, oplaadduur en nog veel meer.

Verbruik per maand

Onderstaande grafiek toont het totale elektriciteitsverbruik per maand.

Totaal is dit over 13 maanden gemeten 618 kWh en de verdeling accu/generator is 50%/50%. Maar hier hoort wel een opmerking bij: als ik ga varen zijn de accu’s 100% opgeladen vanaf de wal aansluiting (zonnepanelen). Bij lange tochten wordt eerst de accu tot circa 50% leeg gemaakt en wordt daarna de generator gebruikt voor zowel het laden van de accu’s als voor de voortstuwing. Het totaal gerapporteerde vermogen uit de accu’s is dus zowel afkomstig van de generator als van de walstroom.

Laadrendement van AGM accu’s

Totaal is er in een jaar 50 keer gevaren. De batterij management software rapporteert dat dit 12 keer resulteerde in een diepte ontlading (<60%) en 38 keer een zgn. sync lading (>60%). Totaal is er circa 725 kWh geladen in de accu’s tegen een ontlading van 559 kWh. Dat levert dus een accu rendement van 77%. Dat is lager dan je van een AGM accu zou mogen verwachten (80%) maar als ik de eerste en laatste lading er vanaf trek (je koopt accu’s en moet ze dan eerst volladen voor eerste gebruik, plus de laatste lading om de accu’s weer vol en gereed te maken voor een volgende keer) levert het een laadrendement op van circa 80%.

Opgenomen vermogen bij varen

Laten we nu eens een nadere analyse maken van enkele vaartochten. Als eerste een tocht van 9 juni. Deze tocht is gelijk aan de eerste test vaart van september vorig jaar.

Bovenstaande afbeelding toont de route en de snelheid op de route (kn). Onderstaande grafiek vertoon dan de State of Charge (batterijlading in %) met direct daaronder de status van Ontlading (Inverting modus) en Lading (Bulk/Absorption)

Als we de informatie van deze grafieken over elkaar heen leggen zien we het volgende:

Start Eind Duur Afstand (m) Gem. Snelheid kn (km/u) Status
09:15 09:49 00:34

3.800

3,7 (6,8) Accu
09:49 10:45 00:56

8.800

5,2 (9,6) Accu
10:45 11:15 00:20

200

0
11:15 11:43 00:28

3.800

4,9 (9,0) Accu
11:43 13:16 01:29

12.000

5,8 (10,7) Generator
13:16 13:20 00:04

0

0 Accu
13:20 13:43 00:23

300

0 Generator
13:43 14:34 00:51

2.700

6.2 (11,5) Accu
14:15 14:35 00:20

5.700

5 (9,3) Generator
14:35 14:37 00:03

400

5 Generator
14:37 14:48 00:12

1.600

5 Accu
14:48 15:13 00:25

3.200

5 Generator
15:13 15:56 00:43

4.000

5 Accu

46.500

Totaal Accu tijd: Totaal 228 minuten waarvan 118 minuten op één lading. Dus 2 uur varen met een snelheid tussen 7 en 9 km/uur. De generator tijd is dan totaal 160 minuten. Dit resulteert in een totaal verbruik van 14.2 kWh accu vermogen en 22.9 kWh generator vermogen, totaal 37.1 kWh. En dat is 0,8 kWh/km.

De generator heeft overigens meer energie opgeleverd dan die 22,9 kWh. Voor de 2e run van de accu’s moesten deze immers worden opgeladen, met een laadrendement van 80%. Om de gebruikte energie voor het herladen van de accu’s te bepalen, kan de batterij management software ons verder helpen.

Run Energie consumptie omschrijving State of Charge na run
1 322 Ah Accu 98% bij aanvang 49%
2 -273 Ah Generator 93% opladen
3 117 Ah Accu 73%
4 -6 Ah Generator 74% opladen
5 83 Ah Accu 69%
6 -48 Ah Generator 73% opladen
7 80 Ah Accu 64%

Hieruit blijkt dat er totaal 327 Ah is geladen. Met een gemiddelde laadspanning van 55 Volt is dat 18 kWh vermeerderd met het laadrendement (80%) = 21.6 kW, dicht bij het generator vermogen dat direct voor de voortstuwing is gebruikt. Totaal heeft de generator dus 22,9+21,6=44,5 kWh afgeleverd in 160 minuten. En dat is dan weer 16,7 kW per uur. Minder dan de gewenste waarde van circa 24kW. De lagere waarde wordt o.a. beïnvloed door twee situaties: er is geladen op een moment dat de boot stil lag (er is dan geen voorstuwingsenergie nodig) en er is twee keer een moment geladen in absorptie modus. Tijdens absorptie daalt het opgenomen vermogen voor de accu’s van circa 9 kWh naar 6 kWh.

Langzaam elektrisch varen betekent langer varen op de accu

Een tweede tocht is gevaren op lage snelheid, gemiddeld tussen de 7 en 8 km/h.

Ook in deze route zitten enkele momenten waarop de boot stil ligt, zoals bij Sluis Zaandam, Sluis Nauerna en voor de brug bij Krommenie.

Pas na 2 uur en 50 minuten (nabij Westzaan) was de accu leeg. Dus bijna 3 uur varen met een gemiddelde snelheid van 7 a 8 km/u en met een gemiddelde energie consumptie van 5kWh (7 PK), ofwel 313Ah*50,5V=15,8 kWh.
De generator heeft daarna 35 minuten gedraaid (SoC van 53% naar 68%), en 4,2kWh geleverd. Hierdoor kon het laatste stukje alsnog op de batterijen worden gevaren (SoC=61%), verbruik circa 2,4 kWh.

Totaal is er voor deze tocht dus 18,2 kWH energie onttrokken uit de accu’s en 4,2 kWh bijgeleverd uit de generator. Goed voor circa 29 km varen in 4 uur en 10 minuten tijd, 0,77 kWh/km.

Ontlaadfactor

Wat aardig is uit deze twee tests is dat er verschil is in de maximaal te ontladen hoeveelheid energie uit de accu’s. Bij een hogere snelheid, zo rond de 9 km/u is de stroom uit de accu’s gemiddeld 225 Ampère en kunnen de accu’s circa 14kWh energie leveren voordat SoC=50%. Bij een lage snelheid van circa 7 km/u is de stroomafname gemiddeld 110 Ampère (50%!!!) en kan het accupakket bijna 16 kWh leveren voordat SoC=50% wordt behaald, een verschil van 14%. Voor een verklaring kun je het vorige artikel over rendementsberekeningen nog eens teruglezen.

De conclusie is duidelijk. Als je de snelheid verlaagt kun je er dus niet alleen langer op varen je komt er ook verder mee (16,4km vs 19,8km). Tel uit je winst!

Onderstaande grafiek geeft hiervan een ander voorbeeld. Het betreft een tocht in twee dagen, van Oostknollendam naar Uithoorn en weer terug, totaal 84km voor een retourtje.

Hieruit kun je duidelijk opmaken dat sneller varen (heenreis) er toe leidt dat de accu’s eerder leeg zijn en er 50% meer generatortijd nodig is. Het totale verbruik op deze tocht is dan 1,15 kWh/km met snelheden tussen de 9 en 12km/uur.