Hoogste tijd voor lithium?

Dit artikel verscheen eerder in Zeilen 03/2022. Wil je meer weten over waarom je zou overstappen naar lithium? Geef je dan op voor onze webinar Energie aan boord: waarom lithium? Deze vindt plaats op 8 maart, dus wacht niet te lang!

Het liefst zou je het zo lang mogelijk willen uitstellen: de aanschaf van een nieuwe huishoud­ accubank. Maar op enig moment blijkt het onvermijdelijk. De signalen zijn meestal over­ duidelijk; de kajuitverlichting dimt tot een extreem laag pitje wanneer de compressor van de koeling aanslaat of de boegschroef levert nauwelijks meer vermogen. Is het dan tijd om over te stappen naar het moderne lithium? We verkennen de mogelijkheden.

De voordelen van lithium zijn legio: diep ontladen zonder spanningsverlies, weinig capaciteitsverlies bij lage temperaturen, als het moet in een uurtje met dynamo’s met een hoog vermogen de accu weer volpompen en continu zicht op de hoeveelheid beschikbare energie. Dit alles gaat gepaard met een extreem laag gewicht, compacte afmetingen en een lange levensduur. Stuk voor stuk zijn het aantrekkelijke plus­ punten, maar: loont een overstap en kun je die zelf maken? Aan het aanbod zal het niet liggen; dat is enorm gegroeid, vooral met uitvoeringen voorzien van een ingebouwd BMS (battery management system) voor de balancering van de accucellen, en exemplaren die – op papier – “als drop-in binnen 3 minuten de plaats van loodzuuraccu’s innemen”. Daarnaast bestaat als optie een hybride oplossing, een lithiumbuffer op een al aanwezige loodzuuraccu.

Voor open dagzeilers of kleine weekendzeilers bestaan aantrekkelijke draagbare lithiumpacks. De initiële investering blijft echter ondanks de groei bij alle varianten onveranderd fors. Was het bij de overstap van natte lood­ zuuraccu’s naar AGM of gel de aanschafprijs al flink slikken, een vervolgstap naar LiFePO4 oogt voor je portemonnee zo mogelijk nog pijnlijker. Althans op het eerste gezicht, want gerekend over de gehele levensduur ligt de prijs per Wh (wattuur) bij lithium aanzienlijk lager dan bij lood­ zuur. Dat zit in het maximale aantal laad­ontlaadcycli. Afhankelijk van de gemiddelde DOD (depth of discharge, mate van ontladen) kan dat getal vergeleken met loodzuur tot wel een factor 6 à 7 hoger oplopen.

Een hard getal valt jammer genoeg nauwelijks te geven, de gebruiksintensiteit verschilt immers per jacht en per reis. Een lithiumaccu met 100 Ah (ampère­uur) koop je voor een bedrag vanaf zo’n 1200 euro, ongeveer driemaal zoveel als een 200 Ah AGM­accu met vergelijkbare prestaties. Bij AGM beschik je over slechts 50 procent van de capaciteit tegenover 90 procent bij lithiumaccu’s. Hoogstwaarschijnlijk zal het in veel situaties niet bij de kosten van de accu blijven omdat aan het gebruik van lithium de nodige randvoorwaarden kleven. Vooral het laadcircuit moet, ongeacht de spanningsbron (dynamo, wallader, zon, wind of hydro), aan strikte eisen voldoen. Aanpassingen aan de bekabeling, nieuwe zekeringhouders en zekeringen vormen allesbehalve een sluitpost.

Laadcircuit

Veel schepen zijn nog met een redelijk traditioneel 12 volt­ systeem uitgerust. Start­ en huishoudaccu’s zijn gescheiden door een diodeblok of scheidingsrelais en de loodzuur­ accu’s zijn al snel tevreden met het laadproces, zeker wanneer het systeem ooit is uitgebreid met een intelligente laadregelaar op de dynamo. Die intelligentie vind je ook in vrijwel alle recente combiladers en zeker in MPPT­spanningsregelaars voor zonnepanelen. In meerdere fasen worden accu’s met de juiste spanningen volgeladen of in ruste op niveau gehouden met een druppelaar. De vraag naar laadstroom is nooit hoger dan de bron beschikbaar stelt. Daar zit nu precies het verschil tussen loodzuuraccu’s en LiFePO4­accu’s.

Typische kenmerken van lithium zijn slechts twee laad­ fasen met een vrijwel constante laadspanning die alleen in float licht daalt. Bij de nieuwste laders zijn deze over het algemeen goed in te stellen. Wat meer zorgen baart, zijn de zeer hoog toegestane laadstromen. Loodzuuraccu’s hebben een hoge interne weerstand waardoor de laad­ stroom vanzelf afneemt. De interne weerstand bij lithium­ accu’s is juist laag; de accu blijft een hoge hoeveelheid stroom vragen om zo snel mogelijk vol te raken.

Bij een overstap moet het laadcircuit dat wel aankunnen, want oververhitting ligt anders zeker op de loer. Vooral oudere dynamo’s zonder externe regelaar vragen aandacht. Soms volstaan relatief eenvoudige aanpassingen, maar een ingreep in de richting van een semi-refit valt op oudere schepen niet uit de sluiten. Gezien de forse investering is voorwerk meer dan verstandig, en schroom niet een specialist te raadplegen.

Begin met de bestaande installatie in kaart te brengen en zorg voor een actueel schema inclusief de diktes van de toegepaste kabels en verzamel de bijbehorende documentatie. Kijk meteen ook richting toekomst. De hoeveelheid energie die nodig is om gedurende een bepaalde tijd met de gewenste mate van gemak en comfort autonoom te kunnen varen, bepaalt immers de samenstelling van een boordnet met centraal daarin de accubank.

Wellicht wil je groener varen, koken op inductie of elektrische lieren installeren. Alleen een volledig uitgewerkt plan vormt een optimale basis om tot een sluitende energiebalans te komen. Hoeveel energie heb je hoelang nodig en hoe ga je die weer aanvullen?

Aanpassen

Wie het aandurft volledig zelf aan de slag te gaan, kan een overvloed aan beschikbare producten tegemoet zien. Dat maakt het er niet eenvoudiger op, maar als je kiest voor
één fabrikant, weet je zeker dat de vereiste componenten altijd bij elkaar passen. Verschillende merken combineren kan ook, zolang de specificaties maar op elkaar aansluiten. Gelukkig zijn, in ieder geval bij de toonaangevende fabrikanten, de producten goed gedocumenteerd en vind je op hun websites veel voorbeelden van configuraties afgestemd op type en grootte van de boot. Die zijn vooral bedoeld voor nieuwbouw of een totale refit, maar helpen ook bij het aanpassen van je bestaande installatie.

Elektrische lieren draaien vaak op 24 volt, elektromotoren voor voortstuwing op 48 volt. Anders dan bij AGM of gel is bij veel 12 volt-lithiumaccu’s serieschakeling niet mogelijk. Je zit dus vast aan lithiumaccu’s, met die vereiste spanningen. Wel kun je 12 volt-gebruikers vanuit deze accu’s voeden via een DC-DC-converter.

Lithiumaccu’s gedragen zich anders dan loodzuur: oude gewoontes moet je afleren. Wie ’s winters doorvaart, moet de temperatuur van de accuruimte in gaten houden. Als
het kwik tot onder de 3 graden daalt, mag een lithiumaccu niet langer worden geladen, tenzij deze beschikt over een ingebouwd verwarmingselement.

Een klein element onder de accu, zoals in laarzen voor de wintersport, helpt ook. In de winterstalling moet je een lithiumaccu volledig afkoppelen, het liefst met een lading van zo’n 60 tot 70 procent, afhankelijk van het fabricaat. Een druppellader is overbodig, want de lading blijft zonder omkijken op peil, ook bij lage temperaturen.

Stroomschijf

Bij een 12 voltboordnet zijn bekabeling, kabelschoenen, zekeringen en verdeelstrips (bus bars) minstens zo belangrijk als de hoofdcomponenten. De gemiddeld hogere
stromen die bij lithium lopen, vragen om kabels met de juiste diameter, professionele montage en zekeringen met de waardes zoals aangegeven in de documentatie van de
fabrikant(en). Aanbrengen van de meer dan stevige perskabelogen is alleen goed mogelijk met een zwaar model krimptang. Hydraulische uitvoeringen van goede kwaliteit zijn verkrijgbaar vanaf 150 euro. Koper is een kostbaar element; de prijs van accukabels valt altijd tegen. Die start bij 8 euro per meter voor kabels van 16 vierkante millimeter en loopt op tot 40 euro per meter bij 120 vierkante millimeter. Je kunt ook kiezen voor kant-en-klaarkabels.

Standaard lengtes, compleet met ogen en krimpkous, zijn maar een fractie duurder, maar je bent een stuk sneller klaar. Onvermijdelijk heb je ook geïsoleerde verdeelstrips
en zekeringhouders nodig. Tot voor kort waren dat vooral losse exemplaren, maar op dit gebied zijn er eveneens ontwikkelingen. Treffend voorbeeld is de stroomschijf van
Tigerexpected, een Duits product, hoewel de naam anders doet vermoeden. De opzet voorziet in alles wat een modern 12 voltnetwerk met maximaal vier huishoudaccu’s nodig heeft. Zowel de plus als de min van alle componenten komen samen op de schijf waarin de zekeringhouders (2x Mega, 9x Midi en 4x ATP) zijn geïntegreerd. Een ideale
oplossing bij nieuwbouw of een totale refit. De prijs bedraagt 420 euro, dat lijkt veel maar de optelsom van losse componenten komt daar al snel bij in de buurt.

Accumonitor

Zicht op de lading van (alle typen) accu’s draagt enorm bij aan de levensduur. Je voorkomt te diep ontladen. Alleen een monitor, die zeer accuraat de waarde van de accuspanning bepaalt en de stroomsterkte voortdurend meet, kan de resterende lading en tijd tot herladen betrouwbaar vaststellen. Bij litihiumaccu’s met een bluetoothconnectie en een app zit je dan goed. Ook de vereiste celbalans volgt
zo’n app meestal op de voet. Met een netwerkdisplay, bijvoorbeeld VE.Bus, CZone of NMEA 2000, weet je de status van het complete boordnet. Zonder datanetwerk of
bluetoothconnectie op de accu kun je een aparte accumonitor installeren. Dit uitleesinstrument betrekt de gegevens uit een meetbrug (shunt) die tussen de massa-aansluiting (de minpool) van de huishoudaccu en het totale 12 of 24 voltnetwerk wordt aangesloten. In elke bestaande installatie is een monitor zelf eenvoudig op te nemen. Er bestaan ook uitvoeringen met bluetooth waarmee je de gegevens alsnog op een app afleest. Voor de kosten hoef je het niet te laten: je stapt in vanaf 200 euro.

Ontwikkelingen

Om zo veel mogelijk op bijkomende kosten te besparen richten fabrikanten zich steeds meer op het drop-in- ofwel plug & play-concept. Zo biedt Victron Energy (1) een serie 12 volt Lithium Super Pack-accu’s met capaciteiten van 256 tot 2560 Wh. Een interne veiligheidsschakelaar ontkoppelt de accu bij een te hoge ontlading, overlading en te
hoge (of lage) temperatuur, en voorkomt daarmee mogelijke schade aan de cellen. Vergelijkbaar zijn de WhisperPower 12 volt Ion Power Basic-accu’s (2), verkrijgbaar in capaciteiten van 640 tot 1920 Wh. Mastervolt (3) realiseerde recent een belangrijke uitbreiding van de MLI-Ultra-serie, waaronder een 12 voltversie van 100 Ah met geïntegreerde monitoring en directe aansluiting op een Czone- of NMEA 2000-netwerk.

De aanschafprijs ligt rond de 1600 euro. De Mastervolt MLI-Ultra 12/1250 heeft een uitgekiend BMS aan boord. Een zelflerend balanceringsalgoritme voorspelt .en balanceert het gedrag van elke individuele accucel proactief met een snellere en efficiënte laadcyclus als resultaat. Het zelflerende systeem elimineert onnodige
belasting van de cellen, wat de levensduur van de accu sterk verbetert. De accu hoeft niet terug naar de fabrikant wanneer een volledige reset van het systeem nodig mocht
zijn. Een verwarmingselement bevordert de werking bij extreem lage temperaturen. De levensduur stelt Mastervolt op drieduizend cycli bij 80 procent ontlading in een
omgevingstemperatuur van 25 graden Celsius. De accu weegt slechts 15 kilogram en meet 330 bij 173 bij 210 millimeter.

Voor speciale toepassingen zoals elektrische voortstuwing is serieschakeling tot tien exemplaren mogelijk. Naast het aanbod van deze drie bekende Nederlandse merken zien we in andere landen ook interessante ontwikkelingen.

Het Zweedse Sunbeam produceert een drietal 12 volt Smart Lithium Plug&Play-accu’s met monitoring via een app (4). Het Duitse Liontron (5) mikt op verlenging van de levensduur door lijm- en soldeerwerk achterwege te laten. Alle elektrische componenten zitten geschroefd, wat op termijn vervanging van één of meerdere cellen
eenvoudig mogelijk maakt. De elektronica volgt nauwlettend de conditie van alle individuele cellen en geeft de bevindingen via bluetooth door aan een app. Schippers
met de nodige zelfvertrouwen en bovengemiddelde kennis van de materie kunnen aan de slag met losse componenten en daarmee zelf een accubank op maat samenstellen.

Het leveringsprogramma van het Amerikaanse GWL (6) met een distributiecentrum in Praag omvat 12 volt Winston-pakketten met vermogens tussen 480 en 8400 Wh. Aan boord van een open dagzeilers of kleine weekendzeiler ontbreekt veelal een vast boordnet. Goal Zero uit het Amerikaanse Utah heeft het antwoord met de Yeti (7),
een draagbare lithiumenergiecentrale met usb-poorten, 12 voltcontactdoos en een omvormer naar 230 voltwisselspanning. De serie omvat modellen met een vermogen van 187 tot 2800 Wh, thuis te laden of aan boord via zonnepanelen.

Naast een volledige overstap naar lithium biedt de firma BOS (wat staat voor ‘Balance of Storage’) de mogelijkheid een lithiumbuffer op een bestaande loodzuuraccu aan te sluiten – ongeacht type of capaciteit – teneinde levensduur van die accu te verlengen. De werking van deze LE-300 (8) berust op het al eerder genoemde aspect van het maximum aantal cycli. Doordat de buffer met een capaciteit van 328 Wh bij verbruik als eerste wordt aangesproken, wordt de loodaccu veel minder belast of bij geringe
stroomafname zelfs helemaal niet. Een grotere buffer voor een accubank ontstaat door meerdere LE-300’s te stapelen. Ook hier zorgt weer een vernuftig stukje elektronica voor een optimaal laad-, ontlaad- en monitorproces. De LE-300 kost ongeveer 425 euro. Voor de keuze hoef je het dus niet te laten, die overstap.

Omslagfoto: TIGEREXPED GMBH
Tekst: René Westerhuis