Altijd stroom aan boord! Zo installeer je zelf een LFP-accu

Tijd voor een nieuwe accu? Misschien is het tijd voor een upgrade van je elektrisch systeem naar lithium. Dat kun je (gedeeltelijk) zelf doen of laten doen. Professioneel installateur en toerzeiler Joost van der Burg laat zien hoe hij het aanpakt.

Deze boot kochten we om met het gezin vakantie te vieren. Bij aanschaf wist ik dat er een en ander moest gebeuren, onder andere de elektra. Dat is voor mij geen probleem: ik heb ene bedrijf gehad in autotechniek, gespecialiseerd in elektrische en hybride auto's, en daarna was ik verantwoordelijk voor meerdere projecten op het gebied van het gebied van scheepselektronica en elektrische installaties, voor campers en thuis (domotica). Toen we deze boot kochten, dacht ik: laat ik voor mezelf ook maar eens een lithiumaccubank inbouwen.”
Er zijn meerdere soorten lithiumaccu’s op de markt; de gangbare, relatief veilige technologie voor op boten werkt met lithiumijzerfosfaat (LiFePO4), kortweg lfp genoemd.

Energiebehoefte

Hoeveel accucapaciteit heb je nodig? Dat hangt af van twee factoren: hoeveel je kunt genereren of bijtanken (walstroom, zonnepanelen, generator, motor, et cetera) en hoeveel je verbruikt (koelkast, stuurautomaat, boiler, navigatie- en communicatie, et cetera). Je accubank vormt de buffer daartussen en bepaalt hoe vaak je bij moet tanken. Het toerjacht van Joost, Lilje, is voorzien van alle gangbare gemakken: een koelkast, boiler, ankerlier, dieselverwarming, stuurautomaat en een compleet pakket navigatie- en communicatieapparatuur met radar, marifoon, ais-transponder, kaartplotter en log, wind- en dieptemeter. De verlichting is uitgevoerd in led en Joost heeft diverse usb-contacten ingebouwd voor het opladen van telefoons, tablets en laptop. Koken gaat op gas. De boot beschikt over een walstroomaansluiting die is aangesloten op een Victron Multiplus. Deze gecombineerde lader-omvormer schakelt ook de omvormer af als de walstroom is aangesloten.

Bekijk ook

Bescherm je accu’s deze winter: zo voorkom je een dodelijke winterslaap | Zeilen

Hoe vaak aan de walstroom?

“Als ik per verbruiker de stroomafname en de duur daarvan per etmaal uitreken, dan kom ik op zo’n 100 ampère-uur. Die accucapaciteit wil ik minimaal hebben.” Joost wil niet meer dan één keer per week aan de walstroom moeten liggen om bij te laden. "Dat betekent een beschikbare capaciteit van 700 ampère-uur. Van een LiFePO4- accu kun je 80 tot 90 procent gebruiken voordat je hem weer moet laden.”We spreken van soc, state of charge, staat van lading, en van het tegenovergestelde, dod, depth of discharge, mate van ontlading. Heeft een accu een soc van 100 procent of een dod van 0 procent, dan is hij vol. Een soc van 30 procent (een dod van 70 procent) wil zeggen dat er nog 30 procent capaciteit in de accu zit. Een loodaccu kun je typisch gebruiken tot een soc van 50 procent voor je hem weer moet laden. Bij een LiFePO4-accu ligt de minimale soc rond de 20 procent (dod: 80 procent). “Als we 80 procent beschikbare capaciteit dan heb ik een accucapaciteit nodig van minimaal 700 ampère-uur.” (Rekensom: 100 Ah verbruik per etmaal x 7 dagen / 1 laadsessie = 700 Ah. Als 700 Ah = 80 procent van de bruikbare capaciteit, dan is 875 Ah 100 procent totaalcapaciteit.) “In de praktijk laad ik ook bij tijdens het motoren, dus ik heb de volle 875 Ah is niet nodig."

Welke capaciteit?

De door Joost ingebouwde accubank heeft een capaciteit van 608 Ah, of 7,29 kWh. Verdeeld over twee parallel geschakelde 12 volts-accu’s van elk vier cellen. Dat is een enorme capaciteit, waar je bij normaal gebruik ook uitstekend op zou kunnen koken met een inductieplaat. Joost heeft daar nog niet voor gekozen. “Dan zou ik de pannen aan boord moeten vervangen. En de gasinstallatie werkt uitstekend.” Als je langer aan boord verblijft of reist naar plaatsen waar gaslevering niet vanzelfsprekend is, heeft een inductieplaat veel voordelen. “Bij IKEA koop je bijvoorbeeld voor 40 euro een draagbare 1-zone-inductiekookplaat. Maar in de praktijk heb ik de omvormer vrijwel altijd aan staan, zodat de boiler ook aan staat; het is met jonge kinderen aan boord fijn om altijd warm water tot je beschikking te hebben.”

Dynamo en DC/DC-lader

Door de hoge energiedichtheid en de lage interne weerstand van een lithiumaccu is de accu in staat om in korte tijd hoge stromen te leveren en op te nemen. Daar moet je bekabeling op berekend én gezekerd zijn. “Dat geldt net zo goed voor loodzuuraccu’s,” zegt Joost. “Alleen de stroomhonger van de accu levert een probleem voor een bestaand systeem. Normale dynamo’s kunnen de enorme stroomopname van lithiumaccu’s niet bijhouden en raken daardoor makkelijk oververhit. Die kan daar niet tegen: dan blaas je ’m op.” Joost heeft ter oplossing een DC/DC-lader geïnstalleerd in de vorm van een Victron Orion XS. “Die beperkt de laadstroom en de laadspanning richting de lithiumaccu.” Dat werkt twee kanten op. Enerzijds beschermt de Orion XS de accu tegen overspanning (meer dan 14,6 volt), anderzijds begrenst het de laadstroom, om de dynamo te beschermen tegen oververhitting. “Daarnaast heb ik een temperatuur gestuurde laadregelaar op de dynamo gezet, die eveneens oververhitting voorkomt.”

Bms beveiligt accu

Een lithiumaccu is erg gevoelig voor overspanning (meer dan 14,6 volt). De aanbevolen laadspanning is 14,2 volt, Joost hanteert zelf maximaal 14 volt. Een te hoge spanning levert een hoge interne temperatuur en de groei van lithiumdendrieten op. Dendrieten kunnen door de structuur van de accu prikken en daardoor kortsluiting en dus brand veroorzaken. Om overspanning in de cellen te voorkomen beschikt de accu over een eigen bms (battery management system), dat louter de accu beschermt (!). Bij een (tevoren ingestelde) overspanning, schakelt het bms de accu af. Dat kan vervelende gevolgen hebben voor aangesloten apparatuur. De Orion XS is ook in staat om de aangesloten startaccu als buffer te gebruiken, voor het geval het bms de accu afschakelt. “Als de dynamo van 100 ampère laden ineens afschakelt, kan hij zijn vermogen niet kwijt en gaat hij kapot. Als de loodstartaccu dan heel even de lopende stroom opvangt terwijl de laadregeling de stroom afbouwt, blijft de dynamo heel.”

Balanceren

De meeste bms’en beschikken ook over een actieve of passieve balanceerfunctie, waarbij het bms de spanning van elke cel in balans houdt. Zo blijft de accu in goede conditie en houd je de volledige capaciteit tot je beschikking. Anders beschermt het bms de zwakste cel van het pakket. “Voor kleinere systemen met lage stromen kun je volstaan met een passief balanceren: de selectieve ontlading zorgt ervoor dat alle cellen dezelfde spanning hebben als die met de laagste spanning.” “Koop je A-grade automotive cellen van een goed merk, bijvoorbeeld Eve, en sluit je alles goed aan, dan kun je in de praktijk ook terecht met passieve balancers. Met goed aansluiten bedoel ik: met zo min mogelijk weerstand. Bij mij bleef de spanning van één cel achter bij de rest en daar bleek een vuiltje in de aansluiting te zitten. Goed schoonmaken dus.”
Lopen er hoge stromen, dan ontstaat er makkelijker onbalans in de cellen en ben je beter af met een actief systeem, dat de spanningsverschillen actief gelijk verdeelt over de cellen. De capaciteit van de balancers bepaalt dan hoe snel de onbalans kan worden opgelost. “Een flinke onbalans oplossen met een passieve balancer van 200 mA duurt veel langer dan met een actieve balancer van 2 A.”

Laden en omvormen

Heb je een acculader met een laadprofiel voor lithiumaccu’s? Dan ben je klaar. Joost heeft daarvoor een Victron Multiplus aangeschaft. “Ik adviseer minimaal 10 procent van de accucapaciteit te nemen voor het laadvermogen, zodat je de accu altijd in één nacht weer opgeladen hebt.” Joost heeft bij zijn 608 Ah-accubank gekozen voor een 70 ampère-lader. Waar de laadcapa­citeit bij loodzuuraccu’s een bepaald minimum kent omwille van de interne chemie van de accu, maakt dat bij lithium niet uit. “Die laadt ook met 1 ampère prima, het duurt alleen langer.” Het 230 volt-circuit van de wal­stroom loopt ook via de Multiplus: “Daarvoor ga je uit van de grootste stroomverbruiker op 230 volt. Een föhn gebruikt zo 1000 watt bijvoorbeeld.”

Zelfbouw of ‘drop-in’

Joost heeft zelf losse lfp-cellen en een bms aangeschaft, zelf de accu gebouwd en ingeregeld. Daarnaast heeft hij de andere noodzakelijke componenten voor gebruik met een lithiumaccu zelf aangeschaft en geïnstalleerd. Je kunt er ook voor kiezen om de bouw van de accu zelf niet te doen, door een zogenoemde ‘drop-in’-vervanger te kopen. “Er bestaat niet zoiets als ‘drop-in’. In 99 procent van de gevallen is de rest van het systeem verouderd, niet afgezekerd en niet geschikt om lfp te laden. Zo’n kant-en-klare accu bestaat meestal uit een 12 volts-accu met ingebouwd bms. Al het andere heb je dan nog nodig.”

Controleren met warmtebeeld

Om de installatie te controleren gebruikt Joost een warmtebeeldcamera. “Je kunt alle componenten stuk voor stuk doormeten, maar met de warmtebeeldcamera zie je in een oogopslag waar een eventueel probleem zit.” Als ergens een te grote overgangsweerstand zit, dan ontstaat er een spanningsval, waardoor de stroom vanzelfsprekend oploopt en het ter plaatse warm wordt. “Na montage laat ik de installatie op vollast laden en draaien terwijl ik met de warmtebeeldcamera kijk,” zegt Joost. “Is het ergens warmer dan gemiddeld, dan loop ik die componenten na. Ook een slechte kwaliteit component heeft Joost daardoor er al eens uitgepikt. “Ik had een hoofdschakelaar van 5 euro in China besteld, waarvan ik op de warmtebeeldcamera zag dat hij heet werd. De spanningsval in de schakelaar bleek 0,5 volt; bij 40 ampère is dat al 20 watt aan warmte-ontwikkeling! Die heb ik direct vervangen door een A-merk schakelaar. Het gaat ten slotte om de veiligheid van jou en je gezin.”

Goed verzekerd?

Bij Nationale Nederlanden is er geen selectie aan de poort voor specifiek elektrische systemen, maar de verzekeraar is wel alert als het gaat om boordsystemen met hoge stromen, zoals een elektrische aandrijving.
Expert Jan Lodewijk Goorhuis: “NN ondersteunt de transitie naar elektrisch varen, maar wel op een veilige manier. Als alles volgens de geldende richtlijnen is ingebouwd, kun je je installatie gewoon verzekeren. Verander je zelf dingen aan de boot, om het even waaraan, waardoor het risico voor de verzekeraar wijzigt, overleg dit dan eerst met je tussenpersoon of adviseur.” “Wil je zelf iets bouwen of aanpassen? Maak dan een plan van aanpak en stel een programma van eisen op. Zorg voor een goed ontwerp met deugdelijke berekeningen en koop goede producten. Volg de richtlijnen en voorschriften van de fabrikant. Controleer daarna of de installatie doet wat die moet doen. Documenteer je alles, kun je aantonen dat je proces én spullen van goede kwaliteit zijn, dan is er in principe geen bezwaar.” “In de praktijk kun je nooit zomaar louter de loodaccu vervangen door lithium: je moet de hele installatie weer langs de meetlat leggen. Je krijgt immers te maken met veel grotere stromen en andere laadvereisten. Zie het als de overstap van benzine naar diesel: als je gewoon diesel in de benzinetank doet zonder de rest van het systeem aan te passen, gaat het geheid mis.”

Tekst: Marinus van Sijdenborgh de Jong

Bekijk ook

Zo houd je je accu in leven - Zeilen | Zeilen