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!

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.

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!

We moeten meer Leonardo DiCaprio’s hebben

Je kunt er niet omheen nu ook de NOS iedereen aanraadt om de (gratis) film van Leonardo Di Caprio via Youtube te bekijken. Ik heb dat ook gedaan en ik moet zeggen, het is een duidelijk verhaal met mooie en best verontrustende beelden en een goede boodschap waarmee iedereen aan de slag kan. Read More

Internet of Things. Hype of serieus?

Internet of Things, afgekort IoT. Je kunt geen krant of magazine openslaan of er wordt een waarschuwende vinger opgestoken dat je als ondernemer of IT-er je deze techniek moet omarmen, voorbereiden of anders ben je op termijn ‘out of business’. Is dit nou serieus te nemen of wordt hier onder aanvoering van de media een hype gecreëerd? Read More

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:

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 2^e 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.

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.

Stay tuned!

Ik kom er net achter dat na de migratie van mijn Blog (blog.episteem.nl) ik belangrijke instellingen voor mijn volgers niet heb gemigreerd naar mijn nieuwe site haroldhalewijn.nl

Excuses! In het slechtste geval heb je dus verschillende posts van mij gemist. Is dat erg? Dat moet je dan maar zelf uitmaken. Op IT gebied is er niet zoveel ontwikkelt, maar dat gaat komen! De laatste maanden van het jaar staan immers in het teken van het bijwerken van jouw IT Strategie. En daar wil ik je graag bij helpen.

Wel natuurlijk heel veel over Elektrisch Varen, en een onderdeel daarin dat voor iedereen binnen enkele jaren zeer relevant wordt: opslag van elektrische energie. En wat heeft dat met ICT Strategie te maken? Nou, slim gebruik van elektrische energie kan alleen door slimme ICT en Internet of Things. Dus daar zit een koppeling. Want IoT hoort volgens ingewijden zeker een onderdeel te zijn van jouw toekomstige IT Strategie.

En misschien heb je wat politiek geleuter van mij gemist. Voel je niet aangevallen door mijn soms wat afwijkende mening. Ik steek hem niet onder stoelen of banken, ook al kost dat soms een paar uitgebrande auto’s. Ik misbruik mijn blog graag om meningen uit te wisselen over voor mij belangrijke wereldse onderwerpen. Feel free to communicate.

Groet, Harold