Xanthiona

De service-accu op motorjacht Xanthiona is inmiddels 9 jaar oud en mogelijk aan vervanging toe. De service-accu is een set van 12 x 2 V loodzuur tractie-accus, 9 PzS, van 720 Ah. Vorig jaar merkte ik al dat de accu na gebruik zonder de walstroom vrij snel in voltage terugliep, maar de laadtoestand (SoC=state of charge) bleef dan nog wel op bijvoorbeeld 99.3 % staan. Dit komt niet overeen met de voltages die ik voor de SoC voor loodzuur accus op internet vind:

100 % – 25.4 V	50 % – 24.1 V
90 % – 25.0 V	40 % – 23.8 V
80 % – 24.8 V	30 % – 23.5 V
70 % – 24.6 V	20 % – 23.2 V
60 % – 24.4 V	10 % – 22.6 V

Overigens kom je veel verschillende waardes tegen voor de SoC percentages, die ook weer per type accu, AGM, gel en LifePO4 verschillen. Ook de temperatuur is van invloed op de SoC van de accu. In ieder geval was de accu vorig jaar bijvoorbeeld 23.8 V en er werd dan nog steeds 99.3 % SOC gemeten. Dit klopt niet met de tabel, dan zou in werkelijkheid de SoC nog maar 40 % zijn.

Verder onderzoek op het internet leverde op dat de toentertijd gekozen tractie accus niet de beste oplossing zijn voor backup/standby accu als stroombron op een boot. De tractie accu is zeer geschikt om dagelijks flink tot 50 % te ontladen en dan weer op te laden, zoals bijvoorbeeld veel bij heftrucks gebeurt. Ze kunnen heel wat hebben, dat merkte ik op het werk waar we een pompwagen met tractie accus gebruiken. Bij controle stonden de accus wel eens droog en na bijvullen van 2.5 liter gedemineraliseerd water en een dagje laden, deden ze het daarna weer prima. Maar zeer weinig gebruiken en constant aan de lader schijnt minder goed te zijn.

Tijd dus om me eens te orienteren op een andere oplossing. De keus is niet zo heel erg groot, veelal zie je dat de Absorbed Glass Matt (AGM) het meest wordt aanbevolen als alternatieve stroombron op een boot. Hierin is voldoende keuze. Het voordeel van een AGM is onder andere dat je deze dieper kunt ontladen, tot maximaal 80 %. Hierdoor kun je volstaan met een lager aantal Ah. De huidige set is 24 V 720 Ah, bij een maximaal ontlading van 50 %, is er 360 Ah beschikbaar. Bij gebruik van bijvoorbeeld 4 x 12 V 280 Ah AGM (2 in serie en de twee series paralel = 24 V 560 Ah) is bij een ontlading van maximaal 80 % er 448 Ah beschikbaar. Bij deze oplossing hoeft er niets aan de huidige laders, zekeringen, schakelaars en splitters veranderd te worden. De accus zijn wel behoorlijk zwaar, een 280 Ah exemplaar weegt zo’n 60 kg. Ze kunnen rond 800-1000 keer worden ontladen/geladen. Op Ebay koop je de 280 Ah voor € 350 (chinees exemplaar).

Er is echter ook een groot aanbod van lithiumijzerfosfaat (LifePO4) accus. Deze kosten wel wat meer, maar zijn stukken lichter (tot 35 %), iets kleiner, maar kunnen vooral tot (bijna) 100 % worden ontladen en hebben laadcycli van 6000-10.000 keer. De LifePO4 beschikt over een eigen Battery Management System (BMS), die er voor zorgt dat accu niet wordt overladen, niet te veel wordt ontladen, niet te heet wordt, niet te veel stroom krijgt en geen kortsluiting krijgt in de cellen. Voor de goedkoopste LifePO4 12 V van 200 Ah betaal je op Ebay ca. € 400 (ook uit China). Met 4 x 12 V 200 Ah en 2 in serie en de series in paralel heb je dan 24 V 400 Ah. Als je af en toe deze (bijna)100 % leeg trekt, beschik je over 400 Ah. Nou is dat toch ook weer niet zo goed voor de accu, met ontladen tot 80 % hou je nog 320 Ah over. Er zijn ook exemplaren te verkrijgen van 12 V 300 Ah en 400 Ah. Voor die laatste betaal je ca. € 1250. Er is ook een 24 V 200 Ah, ook ca. € 1250.

De voordelen voor de LifePO4 spreken voor zich en de keuze lijkt dus makkelijk. Echter ik heb enkele jaren geleden een hoog vermogen dynamo van 150 Ah gemonteerd, die dus de tractie accus na enkele dagen voor anker te hebben gelegen, in een betrekkelijk korte tijd weer op 100 % heeft geladen. Zie: Meer stroom op motorjacht Xanthiona. In feite zou je in plaats van een generator te plaatsen, voldoende stroom kunnen genereren met de dynamo van de hoofdmotor.

Via een Sterling Power Pro Split R wordt de stroom van de dynamo, nadat de startaccu op 100 % is gebracht, automatisch omgeschakeld naar de service accu. Om het maximale uit de dynamo te halen is er toen ook een Sterling Power Digital Advanced Alternator Regulator Pro geinstalleerd.

Via een Victron SmartShunt wordt de output van de dynamo gemeten, zoals in onderstaande grafiek te zien. De SmartShunt is direkt na de splitter gemonteerd en zie je in de grafiek dat eerst de startaccu wordt geladen tot 13.15 uur, daarna de service accu, eerst met een laag toerental en rond 14.10 uur wordt het toerental van de motor verhoogd en presteert de dynamo maximaal de 150 A.

Helaas is de splitter niet geschikt voor LifePO4 accus. Als ik de loodzuur service accu dus wil vervangen voor LifePO4, dan moet er een andere oplossing komen. Na wat leeswerk op het internet blijkt dat als je met de dynamo een LifePO4 accu wilt opladen, dan moet er een zogenaamde DC naar DC lader worden gemonteerd tussen dynamo en de LifePO4 accu. De belangrijkste reden hiervoor is dat een LifePO4 accu een hele lage interne weerstand heeft en daarom in staat is grote hoeveelheden stroom op te nemen. Door het opnemen van veel stroom gaat de dynamo en mogelijk ook de LifePO4 kapot. De stroom moet nadat de absorptiespanning is bereikt worden begrensd en alleen een DC-DC lader/controller kan dat.

Er zijn 3 bekende fabrikanten die DC-DC laders aanbieden. Victron heeft 2 oplossingen, DC-DC laders en een TS Buck Boost controller. Sterling Power heeft een dynamo naar accu (A2B) lader en een accu naar accu (B2B) laders. Mastervolt biedt de Mac Plus 24/24-50 aan. Ik zal ze dadelijk kort beschrijven. Eerst nog even over de maximale laadstroom. De huidige accuset is een loodzuur tractieset van 720 Ah. Deze mag maximaal geladen worden met een factor 0.2, d.w.z. 720 x 0.2 = 144 Ampere. De dynamo kan maximaal 150 Ampere leveren, dit zit zo dicht bij de 144, dat gaat wel goed. Bij het eerder genoemde voorbeeld van de 2 x 24 V 200 Ah LifePO4, is de maximale laadstroom sterk afhankelijk van het merk accu. Er zijn fabrikanten die voor de maximale laadstroom een factor 1 noemen, maar ook die 0.5 of 0.2 aan houden. Met een factor 1, zou je dan maximaal met 400 A kunnen laden, dat kan de dynamo niet eens leveren. Zou je uitgaan van factor 0.5, respectievelijk 0.2, dan wordt de maximale laadstroom 200 A, respectievelijk 80 A.

Kijken we naar de Victron TS 1600 Buck Boost, nieuw voor rond de € 1150, dan is de maximale laadstroom bij 24 V, 65 A. Dan gaat er dus veel stroom van de 150 A dynamo verloren. De TS 1600 komt met een Windows configuratie programma met een demo modus. Zo kun je een aantal instellingen uit proberen. Als accutype wordt specifiek de LifePO4 genoemd. De andere oplossing van Victron, een DC-DC lader, zijn bijna allemaal van 12 V naar 12 V of 24 V. Het enige 24/24 model kan maar 5 A leveren.

De Mastervolt Mac Plus 24/24-50 levert een maximale laadstroom van 50 A, geprijsd zo rond de € 665. Bij de accutypes wordt in de handleiding de Lithium-ion genoemd, maar niet specifiek de LifePO4. Of deze DC-DC lader geschikt is voor de LifePO4 is dus niet helemaal zeker. Een groot voordeel van deze lader is dat die geconfigueerd en gemonitord kan worden via Czone, een digitaal schakel netwerk, dat op de Xanthiona is geinstalleerd, zie o.a. Motorjacht Xanthiona digitaal.

In eerste instantie leek de Sterling Power dynamo naar accu lader, de AB24200, de ideale oplossing, deze zou bij 24 V een laadstroom van zelfs 200 A kunnen leveren. Dat lijkt genoeg voor een 400 Ah LifePO4 set. Na wat emails met Sterling Power raden zij deze oplossing echter af, omdat de AB24200 geen stroombegrenzing kent en dus de dynamo en mogelijk de lader kapot kunnen gaan. Sterling Power adviseert in plaats daarvan de BB1224120, deze hebben wel een stroombegrensing en levert bij 24 V dan 60 A. Het apparaat is specifiek geschikt voor LifePO4 accus. Om toch het maximale uit de 150 A dynamo te halen wordt door Sterling Power de suggestie gedaan om paralel 2 x een BB1224120 batterij naar batterij lader te installeren. De AB24200 kost slechts rond de € 450, de BB1224120 kost € 750 en dat dan x 2.

Gek genoeg lees ik op de duitse site van Sterling Power voor de AB24200 het volgende: “In der Stellung 9 (LifePO4) lädt das Gerät die Verbraucherbatterie mit 29,2V Ladeschlußspannung und 28,8V Erhaltungsspannung, die Temperaturkompensation ist abgeschaltet. Es dürfen nur Lithium-Akkus mit integriertem BMS benutzt werden. Die Starterbatterie wird in jedem Fall mit der Kennlinie der Lichtmaschine geladen.” Met andere woorden, als de LifePO4 een eigen BMS heeft kun je de AB24200 wel gebruiken. Dit is tegenstrijdig met het andere advies van dit bedrijf.

Op Youtube staat een video over de dynamo naar accu controllers van Sterling Power met een grote hoeveelheid interessante commentaren: Sterling Power alternator to battery chargers.

De ideale oplossing is nog niet gevonden. Zo weinig mogelijk veranderen aan het huidige systeem en 4 x 12 V 280 Ah AGM accus kost ca. € 1400. Voor slechts € 200 meer heb je al 2 x 24 V 200 Ah LifePO4, maar dan moet je nog wel een DC-DC oplossing erbij hebben. Met de Sterling Power AB24200 ben je goedkoop uit en kun je ogenschijnlijk de LifePO4 met max 200 A laden, dit geeft ook het beste rendement van de 150 Ah dynamo. Volg je het advies van Sterling Power en ga je voor de BB1224120, dan heb je maximaal 60 A. Dan kan de originele dynamo van 50 A ook wel teruggeplaatst worden. Wil je het maximale uit de 150 A dynamo, dan zul je een 2e BB1224120 moeten kopen. Twee van die dingen zijn dan bijna net zo duur als de 24 V 200 Ah LifePO4 set. Ik bekijk het nog even en wellicht komt er meer informatie beschikbaar of betere adviezen.