Camper: de LiFePO4-accu

Informatie over de techniek van de auto,
het woongedeelte en zelfbouw van de camper.
Plaats reactie
Gebruikersavatar
Aloys
Site Admin
Berichten: 14790
Lid geworden op: zo 11 mei 2003, 19:02
Locatie: Kampen
Contact:

Camper: de LiFePO4-accu

Bericht door Aloys » do 28 nov 2019, 14:11

Inleiding
Ik plaats onderstaande tekst namens een aantal forumleden die dit in onderling overleg hebben samengesteld. Zelf heb ik (nog) weinig tot geen kennis van LiFePO4, dus geen vragen richten aan mij, als plaatser.
Voor vragen en opmerkingen is er het bijbehorende topic in het subforum Techniek: viewtopic.php?f=3&t=8470385&p=1873893


LiFePO4
Tijdens een recente discussie op dit forum betreffende de LiFePO4 accu is het idee ontstaan om een beknopt overzicht op te stellen met relevante informatie over dit onderwerp en dit hier in de kennisbank te plaatsen. Het plan is dat dit overzicht vervolgens regelmatig wordt aangevuld door leden van het forum met relevante informatie aangaande dit onderwerp. Hiervoor zoeken we nog een vrijwilliger!
Alle informatie met betrekking tot de LiFePO4 accu is daarbij van belang maar vooral de verschillende aspecten van de toepassing in de camper zouden niet mogen ontbreken. Ook verwijzingen naar belangrijke informatie betreffende LiFePO4 zijn zeer welkom.

Uiteraard graag eventuele fouten in de toelichting melden in het bijbehorende topic zodat correctie kan volgen. Aanvullingen gaarne beperken tot feitelijke informatie, geen meningen. Op deze wijze kan dit overzicht met de aanvullingen een belangrijke steun zijn voor camperaars die zich op het gebied van LiFePO4, toegespitst op toepassing in de camper, willen oriënteren.


LiFePO4 accu, een overzicht
Voor gebruik in de camper wordt in toenemende mate gekozen voor een LiFePO4 (LFP) accu als huishoudaccu. Ondanks de aanzienlijk hogere aanschafprijs is deze accu aantrekkelijk vanwege de eigenschappen waaronder een lange levensduur.

Eigenschappen LFP accu
- Het gewicht van LFP bedraagt ca. de helft van een loodaccu.
- Doordat een LFP batterij probleemloos tot 90% ontladen kan worden is de netto opbrengst tot 80% hoger dan een traditionele loodaccu. Concreet is een 100 Ah LFP-accu vergelijkbaar met een 180 Ah loodaccu.
- De LPF is in aanschaf aanzienlijk duurder (5 a 6x) dan de loodzuuraccu maar door de langere levensduur zouden de jaarlijkse kosten niet hoger mogen zijn.
- De levensduur is een veelvoud van de levensduur van een loodzuuraccu. Juist deze levensduur is vaak aanleiding tot discussie. De technologie is nog relatief nieuw en langdurige praktische ervaringen zijn nog onvoldoende beschikbaar maar door toepassing van verschillende verouderingstechnieken kunnen wel voorspellingen gedaan worden over de levensduur en de invloed van alle mogelijke vormen van gebruik. Met name in de autobranche zijn dergelijke berekeningsmodellen van groot belang gezien de economische belangen die verbonden zijn aan het gebruik van de accu van elektrische auto’s. Tesla heeft inmiddels al redelijk wat ervaring opgedaan.

Voor het definiëren van de LFP levensduur wordt het totaal aantal te laden cycli gebruikt. Die varieert voor een LFP van ca 2000 tot 5000 cycli. Daarbij is een volledige cyclus het ontladen tot 10% en het laden tot 100%. Dat zou een theoretische levensduur van tenminste 7 jaar betekenen bij "intensief" gebruik bij de 2000 cycli. Met intensief wordt hier bedoeld dat iedere dag een gehele cyclus wordt geladen/gebruikt.
Daarnaast is er sprake van veroudering door de chemische samenstelling vanaf het moment van productie. Daar speelt de kwaliteit van de productie een grote rol in. De bouwwijze van de LFP accu kan verschillen en ook dat heeft consequenties voor de levensduur.
Ook het laadniveau heeft invloed op de levensduur. Algemeen wordt aangenomen dat een lading van 20% tot 90% redelijk veilig is. Dit verder verlagen tot 80% maximale lading geeft ook een verdere verlenging van de levensduur.


BMS (Batterij Management Systeem)
Feitelijk kan er veel met de LFP accu als de minimale en maximale spanning maar niet worden overschreden. Te veel laden of ontladen zal de LFP in tegenstelling tot de loodzuuraccu vrijwel zeker vernietigen. Om dit de voorkomen wordt in de meeste consumentenaccu’s een stukje elektronica (BMS) ingebouwd die ervoor zorgt dat deze spanningen bewaakt worden De LFP accu is opgebouwd uit accu-cellen. Doordat de capaciteiten van deze cellen onderling een klein beetje verschillen bereiken de cellen bij eenzelfde laadstroom op verschillende momenten hun maximale capaciteit terwijl de maximale capaciteit van de gehele accu nog niet is bereikt en de laadstroom dus aanwezig blijft. Het BMS voorkomt dat die ene cel daardoor kapot zou gaan. LFP accu’s zijn gevoelig voor temperatuur. Bij te hoge temperatuur loopt de capaciteit sneller terug. Laden bij te lage temperatuur( vorst) kan cellen beschadigen. Ook dit wordt bewaakt door een goede BMS. Het BMS is geen laadregelaar maar beschermt de accu.

Alleen een actieve BMS, die tussen de stroomafnemer er de batterij zit kan ook daadwerkelijk beschermen. Een passief BMS kan alleen melden en de gebruiker zal zelf actie moeten ondernemen. Ook is het mogelijk dat de info van een passief BMS gebruikt wordt om andere apparatuur aan te sturen.

Het BMS is dus feitelijk een verzamelnaam voor een reeks van mogelijkheden die men kan inbouwen. Omdat sommige batterij-monitor-systemen een deel van de functionaliteit van een BMS kunnen bezitten wordt de integratie van dergelijke systemen een complex geheel.


Installatie
Vooralsnog wordt er vanuit gegaan dat een LFP-accu in vrijwel elke stand gemonteerd kan worden. Staand, liggend op de lange zijkant waarbij alle cellen de grond raken.

Voor het inbouwen van een LFP accu in de camper zijn er verschillende mogelijkheden. Een goede installatie van een LFP in een camper is die installatie waarbij de LFP wordt ingebouwd met beheersing van laadstromen, spanningen en temperaturen op meerdere niveaus. Hiervoor wordt vaak programmeerbare apparatuur gebruikt waarbij de gebruiker zelf kan instellen wat hij/zij een verantwoorde instelling vindt.
Nadeel van deze methode is dat het prijzig is en dat je behoorlijk technisch onderlegd moet zijn om het maximale hier uit te halen. Een dergelijke installatie kent vele varianten waarbij vaak een mix aan apparatuur wordt gebruikt met instelbare/programmeerbare instellingen tot vaste instellingen.

Een ander methode is de installatie van een LFP inclusief een laadbeheerssysteem. Het NDS systeem is hiervan een voorbeeld maar er zijn ook andere leveranciers met een vergelijkbaar product zoals EZA. Feitelijk gaat het hier over een systeem waar de optimale instellingen door de leverancier gekozen worden en je zelf vrijwel geen afwegingen kunt maken. Dergelijke systemen zijn eenvoudig te installeren en te gebruiken en geven voldoende zekerheid op een verantwoorde levensduur.

Nog een mogelijkheid is plaatsen van een LFP als zgn. drop-in. Het simpelweg vervangen van een loodzuuraccu door een LFP en verder alles laten zoals het is. Vaak kan dit wel maar de kans van een vermindering van de levensduur is aanwezig. Je kunt hier vaak zelf geen keuzes maken. Zolang de laadspanning maar niet hoger is dan de maximale laadspanning van de LFP zal deze wel geladen worden.
Een drop-in vervanging heeft altijd een gecombineerde laad/ontlaad aansluiting die speciale aandacht vraagt bij gebruik van een loodaccu lader. De daarin gebruikte opeenvolging van laadstappen voor een loodzuuraccu zijn niet geschikt voor een LFP batterij. Met name de zogenaamde float (ook druppelladen genoemd) kan bij voltages boven de 13,5V de levensduur van de LFP batterij verminderen. Een te programmeren lader waarbij de float op 13,5V of lager gezet kan worden kan wel gebruikt worden hoewel er ook theorieën zijn dat zelfs een langdurige lagere float de levensduur kan beperken.

Daarnaast zijn er nog veel meer combinaties en samenstellingen van LFP accu en beheerssystemen mogelijk.


Laden van LFP
Verstandig is om een speciale LifePO4 lader te gebruiken of een moderne lader die geprogrammeerd kan worden. Laden tot 100% kan snel gebeuren met hoge laadstromen. De capaciteit van de BMS is hier een bepalende factor. Er bestaan BMS systemen waarbij het laden en ontladen gescheiden is in verband met de verschillende vermogens die benodigd zijn, maar ook BMS systemen waarbij de laad- en ontlaadaansluiting juist dezelfde zijn. Speciale laders of solar-controllers kunnen een bescherming hebben tegen laden op een te lage temperatuur door een temperatuur correctie. Daarbij is een temperatuurvoeler en een speciale laadcyclus beschikbaar om de batterij op te warmen met een zeer lage stroom voordat het laden begint.

In een camper kunnen de startaccu en huishoudaccu geladen worden door een dynamo, een externe lader, een zonnepaneel of zelfs generatoren. Indien deze apparatuur staat ingesteld voor het laden van loodzuur-accu’s zal mogelijk apparatuur vervangen of anders ingesteld moeten worden om de LFP optimaal te kunnen laden en ontladen.


Monitoring
Het spanningsverloop van een LFP batterij verloopt aanzienlijk stabieler vergeleken met een loodaccu. Tot het moment dat de BMS de accu uitschakelt wegens te weinig restcapaciteit zal een spanning van 12,8 V beschikbaar blijven. Een monitor die de werkelijke staat van de accu aangeeft is dus belangrijk omdat er niet vooraf zoals bij een loodaccu een herkenbaar gedrag is dat aangeeft dat de accu leeg raakt.


Techniek
Hoewel de LFB accu feitelijk een Lithium Ion accu is, zijn de eigenschappen en specificaties niet vergelijkbaar met een Lithiumaccu zoals die gebruikt worden voor telefoons, laptops en e-Bikes. Wat zij chemisch gemeen hebben is een Lithiumzout in de anode.

Belangrijke verschillen zijn de brandbestendigheid van de LFP bij oververhitting en beschadiging, het vlakke spanningsverloop tussen bijna vol en bijna leeg en het iets grotere volume van de LFP accu. Daarom wordt juist de LFP accu ingezet in campers en jachten. Er worden overigens nog steeds betere batterijen met een iets andere chemie ontwikkeld.

Voor de bouw van de LFP accu komen twee soorten cellen in aanmerking.

Prismatische cellen
Deze cellen worden het meest gebruikt voor de toepassingen in campers en schepen. De cel is opgebouwd uit gevouwen materialen die een rechthoekige cel opleveren.
Het voordeel is de geringere omvang, lichter gewicht, veel laadcycli mogelijk tot ca 5000 voordat 20% capaciteitsverlies optreedt. Batterij management en balanceren simpel door gering aantal aansluitingen. Een nadeel is de lastige warmtehuishouding en hogere prijs. Daarnaast heeft de uitval van slechts één cel een flinke impact op de gehele accu.

Cilindrische cellen
Dit zijn cellen die in massa snel en relatief goedkoop geproduceerd kunnen worden. Het voordeel van deze cellen is de hoge capaciteit, de stevige cilindrische constructie en de kostprijs. Geclaimd wordt dat pas na ca. 2000 laadcycli 20% capaciteitsverlies gaat optreden. Het nadeel is wel dat de cellen veel ruimte innemen en de cellen veel verbindingen hebben waardoor problemen kunnen ontstaan. Ook is het gewicht hoger door de noodzakelijke steunconstructie. Het vraagt een complex batterij management door de vele connecties in verband met het balanceren van de cellen.
Wel is een voordeel dat door de ruimtes tussen de cilinders de koeling makkelijk is te regelen. Eventuele uitval van een cel heeft maar een beperkte impact op totale batterijcapaciteit.


Bronnen
https://nl.wikipedia.org/wiki/LFP-accu
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion_battery
https://en.m.wikipedia.org/wiki/List_of ... rgeable%29
https://relionbattery.com/faqs
https://www.roadpro.co.uk/lithium-battery-guide
https://avdhoeff.home.xs4all.nl/zeilen_ ... achten.pdf
https://ceb8596f236225acd007-8e95328c17 ... ctions.pdf


Stand november 2019.

Gebruikersavatar
Aloys
Site Admin
Berichten: 14790
Lid geworden op: zo 11 mei 2003, 19:02
Locatie: Kampen
Contact:

Re: Camper: de LiFePO4-accu

Bericht door Aloys » do 05 dec 2019, 11:57

Zie ook dit topic van Evert ('t Busje): viewtopic.php?f=10&t=8470015&p=1864633

Plaats reactie