Inloggen

Lithium maar wat over ... Veelgemaakte door marketing geïnspireerde fouten

This page is an automated translation of /en/lithium-whatabout.html and is awaiting a manual review.

Misvattingen

Tegenwoordig heeft iedereen ervaring met lithium-aangedreven consumentenelektronica en deze ervaringen maken het misschien moeilijk te geloven dat lithiumbatterijen gemakkelijk meer dan 10 jaar meegaan op een schip. Velen hebben ook gehoord dat lithiumbatterijen exploderen en/of vlam vatten, en het laatste dat je midden op de oceaan nodig hebt, is een grote zware lithiumbatterij die in vlammen opgaat.

image

Er zijn een paar verklaringen voor lithiumbatterijen die niet voldoen aan de beloofde prestaties en gelukkig zijn geen van deze problemen van toepassing op schepen. Een belangrijk verschil is dat consumentenelektronica, in tegenstelling tot op boten, zelden LiFePO4-batterijen gebruikt. Vooral bij mobiele telefoons en andere gadgets is grootte alles, en LiFePO4-batterijen hebben gewoon niet de beste verhouding tussen grootte en vermogen. Er worden dus andere soorten lithiumbatterijen gebruikt, die zijn geoptimaliseerd voor formaat, maar niet voor duurzaamheid en veiligheid. Op een schip hoeft de lithiumbatterij echter niet in een belachelijk dunne aktetas te passen en zelfs de "niet kleinste" LiFePO4-batterijen zijn veel kleiner dan de loodzuurbatterijen die mensen gewend zijn.

Duurzaamheid

Als je net als ik bent, laat je je laptop bijna altijd aangesloten, en na een jaar dat je "snoerloos" wilt werken, ontdek je dat de "nauwelijks gebruikte" batterij niet zo lang meer meegaat. Bovendien verloor de batterij van de mobiele telefoon na een jaar gebruik ook een aanzienlijk deel van de laadcapaciteit. Waarom is dit?

  • Chemie. LiFePO4-batterijen zijn kampioenen vanwege hun duurzaamheid en de meeste andere lithiumtypes hebben minder capaciteit om te fietsen dan LiFePO4's. Maar deze andere typen zijn zo dun, dat is wat de gadget-mode voorschrijft dat consumenten leuk vinden, dus je zult eindigen met batterijen die zijn geoptimaliseerd voor grootte, maar niet voor veiligheid en duurzaamheid.
  • Te veel opladen. Lithiumbatterijen haten het om volledig opgeladen te worden, maar toch is dit wat de meeste mensen doen. U wilt uw zaklamp, boormachine, laptop, etc. altijd "paraat" en volledig opgeladen. Dit resulteert in een lithiumbatterij die de meeste tijd in volledig opgeladen toestand doorbrengt. Maar om in een volledig opgeladen toestand te blijven, doodt lithiumbatterijen .
  • Te ver opladen. Had ik al gezegd dat maat alles is? Een manier om de grootte van een batterij te verkleinen, is door meer "optimaal" gebruik te maken van zijn capaciteit: hem bijna tot barsten op te laden en hem heel diep te ontladen. Vooral te ver opladen is slecht voor lithiumbatterijen. Het zou beter zijn om een iets grotere batterij te hebben en een beetje capaciteit aan beide uiteinden over te laten en er meer dan het dubbele van de levensduur uit te halen, maar ach, ik ben misschien niet de typische consument.
  • Opladen te snel. We houden er allemaal van om de verdomde mobiele telefoon in ongeveer 2 uur op te laden, maar dit is niet het beste vanwege de lange levensduur. Batterijfabrikanten, die anders graag de best mogelijke specificaties willen verbeteren, raden meestal sterk af om de batterij op te laden met meer stroom dan een derde van de nominale capaciteit, wat betekent dat het opladen onder optimale omstandigheden minimaal 3 uur moet duren. Te veel opladen bevordert de schade lithium-plating .
  • Hitte. Lithiumbatterijen hebben zwaar te lijden onder temperaturen boven de 30 graden Celsius, maar mobiele telefoons en laptops hebben de neiging behoorlijk warm te worden, soms bijna te heet om aan te raken. Hoge temperaturen verkorten de levensduur van de batterijen aanzienlijk. Op een schip kun je de batterijen echter in een compartiment plaatsen waar de temperatuur nooit veel stijgt boven het omringende zeewater, dat zelfs in de tropen bijna nooit boven de 30 graden Celcius komt.
  • Geprogrammeerde storing. Het is niet in het belang van fabrikanten dat uw elektronische gadget 10 jaar of langer meegaat. Er zijn zelfs aanwijzingen dat sommige fabrikanten een "batterijdegradatie" programmeren in de software van hun gadget en aangezien de batterij (met opzet) niet vervangbaar is, is het nodig om hun nieuwe model na slechts één of twee jaar te kopen. Nou, ik heb veel te zeggen over deze praktijk, maar laten we even bij het onderwerp blijven ...

Veiligheid

Lithiumbatterijen zijn over het algemeen erg veilig. Als er iets ernstig misgaat, is er altijd sprake van een vorm van wanbeheer of misbruik (zoals overladen , overmatig ontladen (lithium-management#overcharge) (lithium-management#overdischarge) , kortsluiting) of fysieke schade ( zoals vallen, oververhitting ). LiFePO4-batterijen zijn het meest tolerant omdat ze niet gemakkelijk in "thermal runaway " -gebied komen, maar gewoon beginnen te ventileren wanneer ze worden misbruikt. Er zijn video's op YouTube waarin mensen kogels in LiFePO4-batterijen afvuren, ze korter maken en in vuurbakken gooien. De LiFePO4-cellen beginnen gewoon te ontluchten, maar ze exploderen niet en barsten niet in brand.

Bij consumentenelektronica is er meestal niet veel beveiliging tegen storingen in het batterijbeheersysteem. Meestal is er helemaal geen beveiliging, dus als het BMS het opgeeft, blijft er niets meer over om de stekker uit het stopcontact te trekken en zal de batterij ofwel ernstig worden overladen of worden veranderd in een tijdbom door overdischarging . Ook worden meestal batterijen gebruikt die minder veilig zijn dan LiFePO4-batterijen.

Op een schip kunt (of zou u moeten hebben) een secundaire BMS die het overneemt als de primaire BMS uitvalt. En je moet echt bij LiFePO4-cellen blijven. En gebruik nooit cellen die te veel zijn ontladen; ze zijn niet langer veilig in gebruik , zelfs als ze lijken te zijn "hersteld". In de praktijk betekent dit dat u alleen lithiumcellen koopt die nieuw zijn en dat u ze bij gerespecteerde bronnen koopt.

image

Hoe komen ze ermee weg?

Ok, je hebt gehoord over dat bedrijf dat deze geweldige "vervangende" lithiumbatterij produceert die slechts een daling van de vervanging voor een loodzuurbatterij. Hoe is dit mogelijk?

Een daling van de vervanging betekent dat de lithiumbatterij niet kan worden losgekoppeld wanneer deze volledig is opgeladen, omdat uw dynamo dan zou frituren. Dus blijkbaar wordt deze wonderbatterij helemaal niet losgekoppeld. Ik gebruik bewust het woord "krijgen" in plaats van "nodig hebben". Als de batterij niet losgekoppeld hoeft te worden wanneer deze volledig is opgeladen, zou dit een grote doorbraak betekenen in de wereld van lithiumbatterijen en de fabrikant van dat soort doorbraakbatterijen zou helemaal niet proberen deze batterij aan zeilers te verkopen. maar zou zijn marketing richten op grotere en meer lonende consumenten zoals de fabrikanten van elektrische auto's en de ruimte- en luchtvaartwereld.
In werkelijkheid is het aantal bedrijven dat grote lithiumcellen produceert uiterst beperkt. Vrijwel alle lithiumcellen worden geproduceerd door de volgende drie bedrijven: Winston, CALB en Synopoly. Ze produceren de onbewerkte cellen en een van deze merken wordt doorgaans gebruikt door batterijfabrikanten om "hun" batterij samen te stellen. Er bestaat geen klein maritiem bedrijf dat zelf magische cellen maakt die afwijken van de hierboven beschreven kenmerken.

Alle LiFePO4-cellen, ongeacht de fabrikant, vertonen dezelfde kenmerken, duidelijk beschreven door de respectieve fabrikant in de specificatiebladen: De cellen worden beschadigd wanneer de laadstroom niet is beëindigd nadat de cellen volledig zijn opgeladen. Er zijn geen uitzonderingen!

Dus hoe kan de drop-in-vervanging op zijn minst een tijdje lijken te werken?

Ten eerste zijn de meeste booteigenaren geen live-aboards. Hun boten bevinden zich het grootste deel van de tijd in de jachthaven en de accu's worden in een "zwevende" toestand gehouden door de walstroomacculader. Een float-conditie verkort de levensduur van lithiumbatterijen, maar het zal niet snel gevaarlijk worden omdat de output van de oplader meestal vrij beperkt is en de lithiumbatterij de overtollige laadstroom omzet in warmte, wat verwaarloosbaar is als de oplader niet erg krachtig is. Een meer zorgzame booteigenaar trekt gewoon aan de stekker van de oplader en schakelt de boot volledig uit wanneer hij in de jachthaven is aangemeerd. In de meeste gevallen is de lithiumbatterij te groot voor de behoeften van die booteigenaar, zodat hij nergens snel zal ontdekken dat zijn geweldige lithiumbatterij snel achteruitgaat tot minder dan 50% van zijn nominale capaciteit. Zelfs dan zijn de meeste mensen er helaas aan gewend dat de lithiumbatterij van hun smartphones en laptops in slechts één jaar tijd ook tekenen van veroudering vertoont, dus hoewel het een teleurstelling is, komt het niet geheel onverwacht.

image

Het wordt echter problematischer in de wereld van cruisers en live-aboards. Soms werkt het op kleine schepen met een kleine zonnelader en een eigenaar die de motor niet meer laat draaien dan manoeuvreren op de ankerplek. Maar veel cruisers installeren alternatoren met een groot vermogen, 140 Amp is niet zeldzaam. Verdubbel dat voor catamarans met hun dubbele motoren. En de motoren worden vaak niet alleen gebruikt om te manoeuvreren in de jachthaven of om van een uur afstand "thuis te komen", maar draaien soms dagenlang non-stop om te ontsnappen uit een grote windvrije zone op de Stille Oceaan. Je kunt deze hoeveelheid stroom in geen geval non-stop in een volledig opgeladen lithiumbatterij steken zonder het risico te lopen op een meltdown.
De andere stroombronnen zijn net zo onvoorspelbaar. Zonnepanelen zijn idealiter te groot om voldoende stroom te leveren in gedeeltelijk bewolkte situaties, maar bieden veel te veel stroom tijdens een zonnige dag, vooral wanneer de eigenaren aan het winkelen zijn of een eiland verkennen en geen stroom verbruiken. Hoe meer men de situatie optimaliseert, hoe kleiner de kans dat de drop-in lithiumbatterij aan zijn verwachtingen zal voldoen.

Dan is er natuurlijk het risico van overdicarging waardoor lithiumcellen in tijdbommen veranderen, wat op een gegeven moment onvermijdelijk zal gebeuren omdat de BMS (als er one) is niet in staat om de belasting te ontkoppelen omdat er simpelweg geen ontkoppelingsrelais in het circuit zit.

Veelgemaakte fouten

De volgende, vaak door marketing geïnspireerde, fouten worden vaak gemaakt:

  • Het gaat te gemakkelijk. Sommige bedrijven bieden "drop in " vervangende lithiumbatterijen aan die zogenaamd kunnen worden gebruikt om uw uitgeputte loodzuurbatterijen te vervangen zonder andere systeemwijzigingen dan misschien een "aanpassing van de laadspanning". Hoewel dit erg aantrekkelijk klinkt, is op spanning gebaseerde ladingsregeling onmogelijk om te werken op de lange termijn omdat lithium- en loodzuuraccu's totaal verschillende ladingsvereisten hebben, veel meer dan alleen 'het aanpassen van de laadspanning ".
  • Het wordt te complex. Sommige bedrijven verkopen lithiumbatterijen die alleen betrouwbaar werken als u hun volledige lijn van dynamo-regelaars, netladers, omvormers, zonneladers, batterijmonitors, enz. Koopt en uw hele elektrische systeem herontwerpt en opnieuw installeert in een dubbele bus topologie voor nog meer kosten. Dit werkt, maar het is niet nodig om zoveel geld uit te geven om een goed werkend systeem te krijgen.
  • Te veel capaciteit kopen. Je wilt het "goed" doen, dus je koopt tenminste hetzelfde aantal ampère-uren als voorheen in loodzuuraccu's, toch? Nou nee ... Als je om je loodzuuraccu's gaf, heb je ze nooit meer dan 30% ontladen. Dit betekent dus dat u ongeveer slechts 33 Amp-uur aan bruikbare energie had per 100 Ah geïnstalleerd vermogen. Maar lithiumbatterijen kunnen worden gebruikt voor ongeveer 80% van hun nominale capaciteit, dus u krijgt 80 Ah uit elke 100 Ah geïnstalleerde capaciteit. Als u voorheen 400 Ah loodzuurcapaciteit had, heeft u nu pas ongeveer 150 Ah lithiumcapaciteit nodig. En dit is een geval waarin meer niet beter is: lithiumbatterijen verslijten vroegtijdig als ze te lang in een te hoge laadtoestand gehouden. Als er te veel Ampère-uren zijn geïnstalleerd, betekent dit dat de batterijen nooit diep genoeg leeg raken en het grootste deel van hun tijd in een sterk opgeladen toestand doorbrengen, wat [schadelijk voor hun gezondheid] is (*lithium-management#fuldam) .
  • Een duur merk kopen. Verkopers beweren dat hun "eigen merk" beter is dan het merk van de concurrent. Geen van de grote verkopers produceert echter zijn eigen lithiumcellen, maar ze assembleren hun batterijen met lithiumcellen van een van de enige drie (Chinese) fabrikanten: Winston, CALB of Synopoly. Al deze cellen hebben ongeveer dezelfde specificaties en dezelfde hoge kwaliteit. U kunt een aanzienlijk bedrag besparen als u deze cellen rechtstreeks bij de fabrikant of importeur koopt.
  • Te goedkoop kopen. Misschien vindt u aantrekkelijke aanbiedingen voor gebruikte batterijen, of batterijen van gecrashte EV's, of wat dan ook. Hoewel deze batterijen misschien in orde zijn, zijn ze misschien ook niet. Vooral batterijen die te veel ontladen zijn, kunnen zijn veranderd in een tijdbom en er is geen manier om de geschiedenis van de cellen met zekerheid vast te stellen. Batterijen van een crash kunnen onzichtbare interne structurele schade hebben die na enige beweging op de oceaan hun plot zal overtreffen. Gebruikte batterijen zijn misschien acceptabel voor gebruik in een schuur, je kunt tenminste wegrennen als het zuur wordt. Maar op de oceaan wil je niet zeilen met een ingebedde tijdbom.
  • Gebruik van een inadequate GBS . Van snoerloze boormachines tot Tesla's, de overgrote meerderheid van lithium-aangedreven apparaten wordt opgeladen of gebruikt, maar nooit tegelijkertijd! Het BMS hoeft alleen de celspanning te bewaken en wordt niet gestoord door variërende laadstromen en lasten die de hele tijd in- en uitschakelen. Op een schip is het veel complexer: de laadstroom is meestal variabel om mee te beginnen (variërend RMP van dynamo's en windgeneratoren, wolken en schaduwen op zonnepanelen) en tijdens het opladen blijft de apparatuur stroom verbruiken met ladingen die alle stroom in- en uitschakelen. tijd en vaak zelfs meer verbruiken dan de beschikbare laadstroom. Als gevolg hiervan fluctueren de celspanningen behoorlijk en moet het BMS ook de stromen observeren om er enig inzicht in te krijgen. Een eenvoudige spanningsdetectie GBS is simpelweg niet geschikt voor de taak. Let wel, het BMS kan worden verkocht als "geavanceerd" met functies zoals een bluetooth-interface, maar dit betekent niet dat het correct werkt met de complexe situatie op een schip. De meeste BMS-systemen die voor een schip worden verkocht, zijn niet ontworpen voor een schip, maar afgeleid van een aantal reeds bestaande BMS.
(Laatst gewijzigd op )

Reacties

Naam:
Email:
Tekens over:


Very interested in this. When are you going to publish on Github? and any idea of when the Pro will be available and cost yet?
0
0

1 more comment: my LA and Li battery banks each have their own charging source (LA - solar, LI - wind). The plan is to connect both the LA +/- outputs to the single +/- inputs of a substantial DC to AC inverter. Any comments or thoughts?
0
0

I am going to build this. Parallel connection from each battery type to a single inverter. Inverter has + / - terminals and the Lithium + along with the L Acid + to the inverter +, and same with the negatives. This should work as the author describes, I believe. Any comments?
0
0

I'd love to have a go at building your BMS, when you're happy with it would you mind posting the details of how you built it so others can copy it
0
0

We would be interested in purchasing a Pro Unit.
0
0

Is this Open design available to the public for rebuild?
0
0

Also very interested in the BMS Pro system. Please let me know when it is available. Thank's
0
0

Frans, what you say doesn't fit publishedcapacity/voltage curves of LFP batteries. Check this: https://www.solacity.com/how-to-keep-lifepo4-lithium-ion-batteries-happy/ You see in the 2. plot the 12V version with 13V at 40% LFP capacity. If you discharge from, say, 90% to 40% that leaves you with only 50% of the possible 80% LFP capacity. So loweing the discharge cutoff to 12.6V would still leave the LA batt. rather full and deplete LFP to 15%. Much better!
0
0

Hi Frans, thanks for suggesting this simple solution! Why would you want to develop your own BMS? Can't you simply use one that is available like Electrodacus? https://www.youtube.com/watch?v=TrTu9uehOFg you can set the cut-in low voltage separate from the low cut-off voltage, you can set the high cut-off voltage and many more. It also has a battery overtemp protection aswell as an batt undertemp protection (LFP batt should be chared above 5°C only). The starter batt can then float when LFP is full.
1
0

Nice article. 1 remark though about charging. You can FloatCharge CCCV lithium @ < bms-cut-off-voltage till it's saturated at the voltage setpoint. Advantage hereof is that the battery bms never disconnect the (solar)charger. Under floatcharge I mean just charging with one voltage set-point, e.g @ 14.0v for a 12v battery. Good idea or not?
0
0

Very interested in the pro system.
0
0

Your BMS sounds very promising and perfect for our situation. Please add us to your list, and thanks
0
0

I'm very interested in your BMS when you start making them, can you notify me with a price when they're ready
0
0

I’d be interested in the pro system. What price roughly? Thank you.
0
-1

Frans Veldman
Sorry, I have no insight yet in the cost of a small production run.
1
0

what happens if say the alternators are pumping out 100amps+ I seem to see 50amps as max charge on most .Lithiums?
1
0

Frans Veldman
My BMS will disconnect the lithium battery if the charge current is too high. Ofcourse it is better to dimension the system in such a way that the charge current is compatible with the lithium batteries.
0
0

So if I fix cables of a size that would restrict current, say 35qm. Would that keep the BMS happy?
0
0

Hi there, enjoying your articles, thanks. Does the alternator voltage need to be adjusted in order to run a hybrid system? I have one boat which has an alternator which outputs 14.4v, and one which outputs 14.8v via an external regulator. Would these be compatible with a hybrid system?
2
0

Frans Veldman
As long as the lithium battery is charging, the voltage will not be able to go up because the lithiums are absorbing all available current. The BMS will disconnect the lithium battery as soon as it is fully charged. After that, the alternators etc can do just their own thing, increasing the voltage to whatever value they want. So the programmed voltage doesn't matter for the lithium battery, as long as it is higher than the voltage of the lithium charge voltage.
0
0

I am very interested in your BMS. You have a very well thought out system but I noticed on GitHub there are no recent postings. Where do you stand on development? Thank you.
0
0

Frans Veldman
I have been unavailable for a while, but I will soon continue the project. I'm in the process of developing the PCB's. The prototype is working fine on our ship!
0
0

Hi Frans - I am very interested in this because I would like to add a LiFePO on my canal boat. It has twin alternators, a 35A for the starter battery (110Ah SLA) and a 70A for "house" batteries (345Ah SLA). My idea is to connect a LiFepO (120Ah) in parallel with the starter battery for charging via a VSR (ie "split-charging") only when the engine is running, via an ignition controlled changeover relay, which then connects the LiFePo in parallel to the house bank when the engine stops. Any comments?
0
0

Frans Veldman
I'm not sure why you would be doing that?
1
0

Nice work, i too have built a Battery Monitoring system based on a Particle Photon and the ADS1115 with voltage dividers, amazed to discover such a similar approach. I push the data out to Thingspeak with a web hook.
1
0

contact