Umbau eines alten Stahlschiffes auf LiFePO

[Thomas69]

Vorgeschichte

Unser Schiff Baujahr 1994 hat einen Ford/Sabre 6-zyl. Diesel mit 135PS an dem ursprünglich wohl ein Lucas A127 Generator mit 70A über einfachen ½“ Keilriemen angebracht war. Im Anfang war wohl auch nur eine zentrale Akkubank vorhanden, mit einem Starterakku und zwei Bordnetzakkus a 260Ah. Aus diesen wurden auch die beiden Strahlruder versorgt, mit langen 50mm² Leitungen vom mittschiffs gelegenen Motorraum. Das wurde irgendwann einmal umgebaut, so daß zwei weitere Akkus hinzukamen, jeweils ein eigener für Heck- und Bugstrahlruder, direkt neben den Antrieben platziert. Die 50mm² Zuleitungen sind weiterhin vorhanden aber nur noch für den Ladestrom aus einem ebenfalls nachträglichen Victron Akkulader mit 50A zuständig.

Der aktuelle Generator ist ein No-Name 70A der mit Anschlüssen für die Nutzung mit einem Sterlingregler versehen wurde. Der Ladestrom wird über eine Diodenbrücke auf Bordnetzakkus und Starterakku verteilt. Die beiden Strahlruderakkus werden „indirekt“ über das Ladegerät aus 230Volt geladen. Die 230Volt sind entweder über Landstrom oder einen Victron MultiPlus ständig aus den Bordnetzakkus vorhanden.

Die AGM Bordnetzakkus wurden immer schwächer, zuletzt hatte jeder einzelne noch etwa 120Ah (gemessen) und war auch nicht mehr hochstromfähig (Alarmmeldungen vom MultiPlus). Möglicherweise war das auch eine Folge der Ladung von zwei Akkutypen (Starter/Bordnetz) mit ihren völlig unterschiedlichen Anforderungen aus einer Quelle.

Diese mußten also erneuert werden ODER durch LiFePO ersetzt. Mit der Entscheidung für LiFePO mußten aber auch die weiteren Baugruppen der Elektrik betrachtet werden.

Lösung:

Es wurden zwei neue 300Ah LiFePO Akkus mit eingebautem, einfachen 200A BMS beschafft. Der Victron MultiPlus mußte sofort durch einen neueren ersetzt werden, denn er ließ sich nicht auf LiFePO umstellen (Bj. 2005, ohne Victron Bus bzw. Programmiermöglichkeit). Jedes getestete Bleiprogramm am alten MultiPlus enthält eine Ausgleichsladezeit die die Ausgangsspannung auf bis über 16Volt bringt; das schaltet die BMS in den LiFePOs sofort ab und es wird dunkel.

Mit einem 70A Generator ist bei einem möglichen Entladezustand von 10% SOC einer 600Ah Akkubank nicht viel Staat zu machen, schon gar nicht bei „Cruising speed“. Außerdem würde der Generator praktisch immer auf Dauerlast arbeiten müssen, im Zweifel bei nur mittleren Drehzahlen was mangelnde Kühlung bedeutet. Er würde schlicht verbrennen. Nach dem Zerlegen des alten Generators für den Einbau eines Temperaturschutzes zeigte sich ein schlechter Allgemeinzustand, z.B. tief eingelaufene Bürsten/Kollektor.

Also muss ein neuer, dann auch größerer Generator her. Leider hat der alte Motor nur einen einfachen Riementrieb. Ein einzelner ½“ Riemen soll nicht mehr als ca. 100A übertragen (100A Ausgangsleistung des Generators sind ca. 2,4kW mechanischer Leistung vom Motor!). Mehr geht nur mit doppeltem Riemen oder PolyV. Glücklicherweise ist für den alten Motor ein Umbausatz auf PolyV erhältlich womit diese Leistungsgrenze aufgehoben wird. Allerdings wies uns American Diesel (als „Nachfolger“ von Ford/Sabre) auf das schwache Wasserpumpenlager hin das nicht beliebig viel Stützlast verträgt. Man solle besser keinen Generator über 130A verwenden, egal welcher Riementrieb.

Um den neuen Generator nicht ständig an seine Grenzen zu bringen und etwas Sicherheit gegen mangelnde Kühlung zu haben wurde ein Balmar XT 170A gewählt, der mit seinem zugehörigen externen Regler auf 130A Abgabeleistung begrenzt wird. Damit wird der Generator nicht so heiß und der Riementrieb/Wasserpumpenlager nicht überlastet. Natürlich ginge auch jeder andere ~170A Generator; Balmar hat schon heftige Preisvorstellungen

Die Leistung des Generators wird nun ausschließlich auf die LiFePO Bank gegeben, keine Diodenbrücke/Aufteilung. Der externe Balmar Regler begrenzt die Ladespannung auf 14,2 Volt, so daß die BMS nie ansprechen sollten. Die Bordnetzakkus sind also entweder über den neuen Generator oder den MultiPlus (bei Landstrom) jederzeit gut geladen. Sicherheitshalber wird ein Generatorschutzmodul zugefügt das eventuelle Spannungs/Stromspitzen ableiten kann.

Die beiden Strahlruderakkus bleiben unangetastet. Die Strahlruder haben uralte, direktgeschaltete Motoren die besser einen Bleiakku als Versorgung für die hohen Einschaltströme haben sollten. Diese hohe Einschaltströme würden das LiFePO BMS sofort zum Ansprechen bringen. Die Ladung erfolgt wie bisher über die 230Volt Schiene aus dem MultiPlus oder Landstrom.

Der Blei Starterakku erhält ein einfaches 20A Ladegerät, so daß auch er „seine“ richtige Ladekurve hat. Dieses Ladegerät versorgt sich ebenfalls aus der 230Volt Schiene.

Diese Lösung vermeidet den "Flaschenhals" eines B2B Laders, der nämlich entweder zu klein ist (und damit die LiFePOs trotz genügend Leistung des Generators nur langsam lädt) oder zu groß (weil er versucht z.B. 50A in die LiFePO zu schieben obwohl der Generator gerade nur maximal 50A abgeben kann).

Der Umweg über die 230Volt Schiene erfordert weniger "großkalibrige" Leitungen. Das Nachladen von Starter und Strahlruder wird optimal auf den Akkutyp angepaßt während der Fahrt oder mit Landstrom erledigt. Starter/Bugstrahlruderakku haben somit immer "Vorrang".

[apiroma]

Lade Dir die Ekrano Dokumente von Victron runter, es wird dort der Einbau und die Verknüpfung und Programmierung eines Limareglers mit shunt beschrieben, inkl. der Links.
Für das was Du planst, würde ich den Ekrano verbauen, dieser kontrolliert und steuert dann deine Anlage. Speziell das Laden und Entladen der Akkus, Nutzung des Generators und Lima, ggf. noch ne PV

Ganz wichtig!
Sind die LiAkkus sauber initialisiert worden? Der Multiplus hätte u. U. nicht gerauscht werden müssen, erst hätte man mal dessen technische Daten und Dokus kontrolliert.

Für die Strahlruder würde ich entspr. Liakkus verbauen, die erhalten ein externes Victron Kontrollsystem und werden im Victronoekosystem optimal geladen.

[Thomas69]

Danke für die Hinweise.

Ein Victron BMV zur Überwachung des Ladezustandes ist bereits vorhanden. Auch ein MPPT 100/20 ist da; der läßt sich schon per Bluetooth an die LiFePOs anpassen.

Ein Bildschirm kommt nicht in Frage, altes Schiff.

Der alte MultiPlus ist sowohl von Victron als auch Transwatt für untauglich/unrettbar erklärt worden. Der alte MK1 Busanschluß wäre auch maximal zum Auslesen von Daten geeignet gewesen, nicht zum Schreiben/Programmieren.

Die alten Strahlruder haben mit billigen AGM bestens funktioniert. Warum ändern? Das Nutzungsverhalten ist doch völlig anders so daß die immer wieder sofort aus den LiFePOs nachgeladen werden. In dieser Konstellation sehe ich in zusätzlichen LiFePOs für die Strahlruder keinen Vorteil.

[Thomas69]

Heute erste Ausfahrt und schon auf den ersten km MLK hat die Temperatursicherung der neuen 120A LiMa (statt 170A Balmar nun simple 120A „NoName“ aus dem KFZ Handel für €100) zweimal angeschlagen! Die LiFePOs waren auf 70%, da hatte die Lima gut zu ackern.�� Das ist zwar grundsätzlich nach Plan, sollte aber nicht so oft geschehen.

Jetzt kommt „Plan B“, der ständig mitlaufende Lüfter hinter der LiMa, der immer Luft hindurchbläst auch bei niedrigen Drehzahlen.

[Schmitti]

Zitat von Thomas69

Heute erste Ausfahrt und schon auf den ersten km MLK hat die Temperatursicherung der neuen 120A LiMa (statt 170A Balmar nun simple 120A „NoName“ aus dem KFZ Handel für €100) zweimal angeschlagen! Die LiFePOs waren auf 70%, da hatte die Lima gut zu ackern.�� Das ist zwar grundsätzlich nach Plan, sollte aber nicht so oft geschehen.

Jetzt kommt „Plan B“, der ständig mitlaufende Lüfter hinter der LiMa, der immer Luft hindurchbläst auch bei niedrigen Drehzahlen.

Hallo Thomas,

Vielleicht hättet ihr doch in die teure Balmer Lima investieren sollen.

[Thomas69]

Naja, wie man es nimmt: der Verkäufer der einfachen 120A Penta LiMa stellte sich als Experte für Yachtelektrik heraus (die zweite LiMa kam beschädigt an; daraufhin entspann sich ein langes Telefongespräch). Er hat die Balmar nicht gut geheißen, er hält mehr von den Mastervolt LiMas.

Egal, so war die Beschlusslage.

[Thomas69]

Gestern der erste Test mit einem einfachen Lüfter, der am Motorblock angebracht immer bei „Zündung an“ seine Luft direkt von hinten auf die Lima bläst.

Es fehlten ca. 100Ah in der LiFePO, gestartet wurde mit heißem Motor(Raum), ca. 38 Grad.

Der Victron Batteriemonitor zeigte dann bei ca. 1.400 U/min (macht bei uns ca. 10km/h) eine Ladung von 103A an, dauernd, ohne Abschalten!

Tatsächlich ging das für eine gute Stunde und die Stromaufnahme ließ erst ganz zum Schluß langsam nach.

So schnell haben wir noch nie 100Ah vom Motor in die Alten Bleiakkus bekommen

Tatsächlich ist diese Lüfterlösung nicht auf meinem Mist gewachsen sondern entstammt dem sehr empfehlenswerten Fachbuch von Nigel Calder. Sollte man als Yachtbesitzer unbedingt (gelesen) haben.

[Føx]

Ist aber schon eine vergleichsweise heftige Übersetzung, wenn 90% der Leistung bereits bei 1400upm anliegen. Bei Außenbordern hat man 100% idr bei 2000upm und bei 1400upm runde 30-40%.

Also joa, das scheppert schon ordentlich bei dir.

[Schmitti]

Moin Thomas,

Das hört sich doch mal gut an��
Du solltest aber folgende Situation durchspielen:
Morgens, die LiFepo4 sind sagen wir auf 50% entladen: Start aus dem Hafen mit minutem langen Standgas. Schafft das die Lima? Manche Skipper lassen auch den Motor gerne Morgens ein paar Minuten im Leerlauf „warmlaufen“, auch wenn das nicht sinnvoll und gut ist. Auch das sollte die Lima abkönnen.

[Oldskipper]

Das mit dem Warmlaufen lassen hat durchaus Sinn, wenn man nach dem Ablgegen sofort Leistung braucht. Zum Beispiel auf stark fließenden Gewässern gegenan. Auf einem stehenden Gewässer ist das nicht nötig, bzw sinnvoll. Da kann man die ersten Minuten auch in Schleichfahrt fahren. Bei Einkreiskühlung ist das sogar eher schädlich. Der Motor wird da kaum warm.
Was die Übersetzung angeht:
Ein Außenborder dreht locker 5-6000 U/min. Ein Schiffsdiesel teilweise nur 1600 maximal oder noch weniger. Kommt auf den Motor an. Marschfahrt bei mir ist zwischen 1300 und 1600. Dementsprechend ist die Übersetzung der Lima ausgelegt. Mein Standgas liegt bei 650. Ab 800 liefert die Lichtmaschine volle Leistung.
Ich habe eine thermische Überwachung an der Lima. Wird die zu heiss, reduziert sich der Ladestrom etwas. Das kommt aber ehr selten vor und meistens nur dann, wenn ich langsam unterwegs bin. In normaler Marschfahrt passiert das nicht. Bei 50% Entladung dauert es ca 2 Stunden, bis die Batterie wieder voll ist. Die gleiche Strommenge bei Blei, hat ca 6 Std gedauert. Die Batterien sind quasi nie in eine ausreichend lange Absorbtionsphase gekommen. Das ging nur am Ladegerät. Und meistens fahre ich auch keine 6Std am Stück. Im Ergebnis wurde die Batterie nur sehr selten voll. Bei Lifepo passiert das nicht, wobei es da egal ist, ob die ganz voll wird. Ausnahme wäre für das Balancing der Zellen. In der Praxis gibt es aber, zumindest bei meiner Batterie, keine Zelldrift.

[Thomas69]

Unsere Maschine dreht zwar bis 2.600 aber die Rumpfgeschwindigkeit wird weit vorher erreicht, also alles gut.
Ich werde auch noch mit 10% SOC und warmer Maschine testen. Die Motorraumtemperatur ist für die Kühlung der Lima das wichtigste.
Der Lüfter läuft sofort mit „Zündung an“, also auch im Stand.
Die Lima hat auf der Diodenplatte einen Thermoschalter bei 105C, die sollten nicht erreicht werden bzw. nur im Ausnahmefall.

Die externen Temperaturfühler haben mich nicht überzeugt, zu langsam. Das Gehäuse muss erst heiß werden um zuverlässig abzuschalten/regeln. Da sind die empfindlichen Dioden schon längst im Siliziumhimmel��

[Thomas69]

Letzte zwei Nächte in Münster ohne Landstrom, zweimal „elektrisch“ gefrühstückt (Toaster, Wasserkocher, Eierkocher) und dann noch den leeren Boiler (2x2Personen duschen) elektrisch geheizt 🤗 Trotzdem noch 40% Akku und der wird jetzt bei 10km/h dauerhaft mit knapp 100A geladen.

Alles gut 🤩

[Thomas69]

Für ungläubige hier ein Screenshot der Ladung des LiFePO kurz vor „Voll“. Der zieht immer noch alles was die Lima hergibt, zu diesem Zeitpunkt schon seit drei Stunden. Ohne Zwangskühlung wäre die Lima längst ausgebrannt 🫣

[Thomas69]

Zum Ende der Saison ein Update.

Wir hatten keinerlei Ausfälle oder Probleme mit der neuen Elektrik (*). Tatsächlich sind wir ~300 Motorstunden unterwegs gewesen und die Anzahl der Landstrombezüge hat im Vergleich zu den Vorjahren drastisch abgenommen. Bei eintägigen Übernachtungen brauchte man nie Landstrom, bei zwei Tagen nur wenn am Folgetag auch keine Fahrt geplant war (langes Liegen an einer Marekritte); erst ab dem dritten Tag war es dann ratsam um weiterhin "elektrisch" frühstücken zu können (Toaster, Eierkocher, Wasserkocher etc.). Bei nur zwei Tagen und geplanter Weiterfahrt war sogar elektrische Nachheizung des Wasserboilers möglich (leider ist bei uns die Webasto nicht in den Motor/Warmwasserkreislauf eingebunden)

Die Lima hat jederzeit ab ca. 1.200 UPM ~10km/h volle 120A geliefert, stundenlang. Damit waren die 600Ah LFP nach ca. 5 Stunden Fahrt wieder rappelvoll. BSR/HSR und Starterakku werden über die 230Volt Schiene und eigenes Ladegerät GLEICHZEITG ebenfalls voll geladen.

Die vorher "provisorische" Anbringung des Lima Lüfters ist nun durch eine feste Verschraubung gelöst, siehe Bild.

* Tatsächlich mußte die (in der Lima verbaute) Temperatursicherung einmal ansprechen obwohl doch alles funktionierte? Lösung: das Lüfterrad des Lüfters war abgefallen

Mit Sekundenkleber wieder auf der Achse fixiert. Ist wohl ein Herstellungsfehler des Lüfters gewesen?!