Techniek | ARMISOFT

Hoeveel stroom heb ik nog?

Enkele praktische tips voor op de boot of in de camper

Goed voorbereid op weg en water tijdens de zomervakantie

Hoe vaak komt het niet voor:
U bent op vakantie met uw motorboot, of camper en de kinderen en / of kleinkinderen willen gebruik maken van uw boordaccu voor Laptop, TV, Nintendo, playstation, Wii, enz.
U krabt zich achter het oor met de gedachte: als ik nog maar genoeg stroom heb om te starten, morgen.
Toch is er een vrij eenvoudige oplossing om stroom en spanning te meten aan boord.
We gebruiken hiervoor een nevenweerstand (shunt), die na de startmotor in de voedingsleiding (+) wordt opgenomen. Zie schema. De weerstand is 0.001 ohm. De maximum stroom, die door de weerstand mag lopen is 50 A, zodat de spanning over de weerstand 50 mV bedraagt (wet van Ohm). Met een zg spanningsdeler kunt u de spanning van uw accu(‘s) meten. Er zijn verschillende paneelmeters in de handel.

Om snel te testen gebruiken we een multimeter

Laatste wijziging op 14 oktober 2014

LCD-PANEELMETER 199,9MV

Bestel hier
en zoek op Paneelmeter

NEVENWEERSTAND 50 Ampère

Bestel hier
en zoek op shunt

Specificaties van een shunt bij Conrad
Type:	60 mV/50 A

Wanneer we dit uitwerken krijgen we: 3 W / 50 A = 60 mV; dat klopt en daaruit volgt dat de weerstand in dit geval gelijk is aan 0.060 / 50 = 0.012 ohm. Dat is iets om rekening mee te houden want de paneelmeter zal dan bij een stroomverbruik van 50 A niet op 50 maar op 60 staan. In de praktijk betekent dit dat de uitlezing op de meter (mV) gedeeld moet worden door 1.2 voor het juiste verbruik in Amps. Echter verkoopt Conrad ook een type van 2.5 W waardoor we alles 1 op 1 kunnen aflezen.

Onderstaand schema heb ik 1992 gemaakt voor m’n vader en tot op de dag van vandaag werkt het uitstekend. De paneelmeter heeft / had het nadeel dat de massa van meter niet met de massa van de accu verbonden mag worden. Een 9 V batterij (1 per seizoen) is dan nodig. De boven afgebeelde meter kan wel rechtstreeks op de accu worden aangesloten (7 – 30V).
Vuistregel: zolang de spanning boven de 12.8 V blijft is er niets aan de hand
Schakelaar in stand 1: spanningmeting van de accu
Schakelaar in stand 2: stroommeting tijdens verbruik en / of lading

Bovenstaand schema is in de loop der tijd wel wat aangepast door de toevoeging van een zonnepaneel, die in de zomer overdag tussen 3 en 5 ampere levert, afhankelijk van de specificaties van het paneel. Ons paneel levert maximaal 75 W en dat komt overeen met 6 A. De meter staat dan op 60.
Sinds kort (aug 2012) ben ik erachter gekomen dat het beter is om de massa (-) van de accu’s en de verbruikers niet via de romp van het schip te laten lopen ivm galvanische corrosie. Dus gebruik gescheiden geleiders voor + en voor -.

Dit schema is

onderaan deze pagina nog verder en praktisch uitgewerkt en daar wordt ook verwezen naar een filmpje op YouTube

Galvanische corrosie

Ook wanneer een boot goed in de verf zit kan er galvanische corrosie optreden. Dat komt hoofdzakelijk door het gebruik van verschillende metalen onder water. Denk aan de schroef, de schroefas, het huis van de as, de lagering enz. Die onderdelen verschillen of in soort of in samenstelling met als gevolg dat er een electrische spanning tussen de onderdelen ontstaat.

Omdat oppervlaktewater goed geleidt gaat er een stroom lopen tussen de onderdelen. Hierdoor kan roest / putvorming ontstaan. Roest ontstaat door een reactie van ijzer en zuurstof. Aan de lucht gebeurt dat al, maar onderwater gaat dat vele malen sneller, zeker als er een stroombron aan te pas komt. Door de spanning krijgen we electrolyse (de schoolproef waar we zuurstof en waterstof uit water maakten).

Dit gebeurt onder water ook. We produceren zuursof aan het oppervlak van het metaal met als gevolg dat de eigenschappen van het metaal worden aangetast. Er kan zelfs lekkage ontstaan.

Kathodische Bescherming(KB)

Een van de manieren om corrosie tegen te gaan is het aanbrengen van een kathodische bescherming in de vorm van peervormige Zink-, Aluminium- of Magnesium anoden.
Andere vormen zijn ook denkbaar. Het idee hierachter is dat deze drie metalen minder edel zijn dan ijzer of koper en daardoor kunnen worden ‘opgeofferd’. In plaats dat er stroom tussen de ijzeren delen loopt kan de stroom tussen het ijzer en de anode lopen, die min of meer wordt opgevreten. Op deze manier blijft het ijzer beschermd.

Het is wel van belang om de goede anode te kiezen. Dat is afhankelijk van de omgeving waarin u vaart. Voor zeewater geldt: gebruik zink. Voor zoet / brak water geldt gebruik aluminium. Voor meer uitleg over kathodische bescherming,
klik hier.

Zonnepanelen

Over zonnepanelen hoor je soms de gekste verhalen, maar laten we hier een paar feiten noemen.
In ons land is de zonnekracht nooit hoger dan 800 Watt per vierkante meter. Dat is alleen op een onbewolkte dag in juni / juli wanneer de zon loodrecht op het paneel staat.

Het rendement van de meest gangbare panelen komt niet hoger dan 25% en ze kunnen daarom niet meer vermogen leveren dan 200 W/m².

Gebruik als vuistregel een nuttig vermogen van 150 W/m², maw een paneel met afmetingen 1195 x 541 x 30 mm =1.195 x 0.541 x 150W levert circa 95 W piek en zal bij normaal weer tussen 50 en 75 Watt leveren (4 tot 6 ampère).

Electrische fietsenLekker weg in eigen land heeft ertoe geleid dat vele senioren zich een electrische fiets hebben aangeschaft. Dwz een fiets met een hulpmotortje in voor- of achterwiel (en tegenwoordig zelfs op de trapas) die het trappen aanzienlijk verlicht. Nadeel is dat zo’n fiets is uitgerust met een accu die regelmatig moet worden opgeladen. Vaak is de spanning van de accu 24V. Dat kan
ook op de boot of bij de camper.

Wilt u gebruik maken van het boordnet van boot of camper dan zal de spanning van 12V eerst omgezet moeten worden naar 230V wisselstroom en dan met de meegeleverde lader terug getransformeerd naar 24V gelijkstroom. Dat betekent nogal wat verlies van energie, maar een zonnepaneel zoals hierboven beschreven kan dan uitkomst bieden.Tegenwoordig zijn er ook spanningsregelaars voor zonnepanelen die de spanning omzetten naar 24 V. In dat geval kan de omvormer en lader vervallen en kan de accu direct worden opgeladen met een daarvoorgeschikte kabel. (Vraag uw leverancier) Ook hier geldt weer: wat is de behoefte (gaat u elke dag uit fietsen?) en wat kost het. Hebt u een grote boot met 24 V installatie dan is het allemaal wat simpeler, maar in geval dat u aangewezen bent op 12V zou ik het een tijdje proberen met zonnepaneel, omvormer en oplader. Zo nu en dan controleren hoe het laadproces verloopt en dan eventueel besluiten om nog een zonnepaneel aan te schaffen voor het opladen van de fietsaccu…

Omvormers van 12 V naar 230 V worden steeds populairder en goedkoper, maar u dient wel op een paar zaken te letten: Gebruik het liefst korte draden www.conrad.nl tussen accu en omvormer. In ons geval was dat niet mogelijk, omdat de omvormer zo’n 5 meter van de accu moest worden geïnstalleerd. Als toevoerdraad heb ik een flexibele kabel gebruikt met vier aderen en elke ader (2mm dik) bestaat uit zo’n 30 dunne draadjes, filamenten. Dikke VMVK kabel zou ook moeten kunnen, maar hoe dikker, hoe stugger.

Stel u hebt u een boot met één accu van 100Ah, dan is het verstandig om een omvormer aan te schaffen met een vermogen tussen 250 en 500 Watt. Voor een koffiezetapparaat is het misschien fijn om een omvormer van 1200W (100 euro) te gebruiken, maar bij afname van 1200 W is de accu in 1 uur finaal leeg. Is er dan geen andere accu voorhanden dan kan de motor niet worden gestart en de accu niet opgeladen. Met een zonnepaneel duurt het minstens een dag om zoveel stroom op te wekken dat de motor weer kan starten. Op een gemiddelde boot (met 12V installatie) zoals hierboven beschreven is een omvormer met groter vermogen dan 600 W zonder meer af te raden ook al gezien het feit dat er door de shunt niet meer dan 50 Ampere mag lopen. Zorg voor de juiste balans tussen behoefte en aanbod. Maw als u alleen een TV met en een stofzuiger van 350W wilt gebruiken dan blijft een omvormer van 500 W meer dan voldoende. Is uw behoefte groter; probeer dan aan te leggen op een plaats waar ‘walstroom’ voorhanden is, zodat u een paar kilowatt kunt verbruiken. Er zijn natuurlijk ook grotere shunts, maar waarom zou u? Schakel de omvormer na gebruik van bv TV steeds uit, want bij zogenaamde leegloop is het verbruik vaak minimaal 1 ampere, dus 12 Watt. Het gemiddelde stroomverbruik van een (gewone) televisie is zo’n 60 Watt. Er loopt dan een stroom van 5 Ampère. Een accu met een vermogen van 100 Ah kan dat 20 uur leveren. De moderne platte tv is iets zuiniger (ca 50W), maar de LED TV (19″) is echt zuinig met een stroomverbruik van ca 19 W, 1.5A en kan op genoemde accu (zonder omvormer) zo’n 60 tot 65 uur achter elkaar aan staan.
Koelkast
Vanwege de veiligheid wordt aangeraden om een koelkast tijdens het varen of rijden (camper) niet op gas te gebruiken, maar om te schakelen naar electriciteit. Bedenk dan wel dat een gemiddelde koelkast (100 liter) zonder vriesvak op 12 volt ongeveer 2.2 KWh/24h verbruikt bij 25°C omgevingstemperatuur. Wat betekent dat? De koelkast staat niet constant aan maar over 24 uur gemeten wordt 2.2 kilowattuur verbruikt en dat komt neer op 2200 / 24 = 91 watt constant en dat is weer bijna 8 ampere per uur en dat betekent voor een accu van 100 Ah 12 ½ uur koelplezier. Een koelkast (2 sterren) met een vriesvakje tot -12°C verbruikt ongeveer 3 kwh/24h en dat komt neer op 10 Ampere; dus 10 uur op een accu van 100Ah. In werkelijkheid zijn die tijden veel korter, omdat een accu die voor de helft ontladen is zich al gedraagt als een lege accu. Oplossing: meteen na het aanmeren de koelkast weer op gas laten werken. Meet de stroom die op dat moment wordt afgenomen met bovengenoemde amperemeter en vergeet niet de lampjes te doven (ook die op het toilet), dieptemeter, marifoon, navigatielichten enz.
Accu’s
Probeer overdag het stroomverbruik tot 0 te reduceren en zorg voor een separate accu waarmee gestart kan worden. Zet accu’s niet parallel; de dynamo vindt dat ook niet fijn. Accu’s zijn bijna nooit voor 100% identiek. Zorg voor een schakelaar waarmee accu’s onafhankelijk van elkaar geladen en ontladen kunnen worden. Houd spanning en stroom in de gaten en u hoeft niet bang te zijn dat u niet meer weg komt.

	SCI Accuschakelaar 12-50 V/DC A23-2 accuschakelaar; 200 A/32 V/DC

Nog een paar formules herhalen:
Wet van Ohm: de Stroomsterkte (A) is gelijk aan de spanning (V) gedeeld door de weerstand (O). Het electrisch vermogen (Watt) is gelijk aan de stroomsterkte maal de spanning.

Verwarmen met een dompelaar

Je ziet tegenwoordig kleine dompelaars om bv een kopje thee te maken. Het hier afgebeelde type verbruikt 300 Watt bij 230V. U wilt een halve liter water opwarmen van 23 naar 95°C. Hoe lang duurt dat en wat betekent dat voor mijn accu? Stel: op de accu staat 120 Ah / 12 V. Dat betekent dat de accu gedurende 1 uur een stroom van 120 ampere kan leveren bij 12 Volt. Of 10 ampere gedurende 12 uur. Het totale vermogen is dus 120 Ah x 12V = 1440 Wh. A = V / O W = V x A Om een halve liter water van 23 naar 95 graden op te warmen kost energie. Door uitstraling naar de omgeving verliezen we bij benadering 10%. In ons geval hebben we nodig: 1.10 x (95-23)x 500 x 4.18 J=165528 Joules. Met een dompelaar van 300 W kost dat 165528 / 300 = 9 minuten en 12 seconden. Hoeveel stroom heeft u dat gekost? Gaan we uit van een omvormer van 500W met een rendement van 90% dan hebben we gedurende 9 minuten en 12 seconden (300 / 12) / 0,9 =27,8 A verbruikt en dat komt neer op 4,3 Ah; een kleinigheid op het totale vermogen. Stel dat ik die energie wil terugwinnen met een zonnepaneel; hoe lang duurt het dan? In ons geval levert het zonnepaneel 4 ampere op een redelijk zonnige dag. Dat komt overeen met 48 W. Om onze halve liter water op te warmen kostte 165528 Joules. Het zal daarom 165528 / 48 = 3448 seconden duren en dat komt overeen met een uur. Dit zelfde kunnen we ook doen met een dompelaar van 120 W die direct wordt aangesloten op de boordaccu. De berekening gaat dan als volgt: Het duurt nu 165528 / 120 = 1380s = 23 minuten om een halve liter water op te warmen. In dat geval is verwarmen op gas een betere oplossing

Principeschema van een omvormer;

alleen voor de begripsvorming

De echte praktijk
Daar sta je dan met je schema in de hand. Je doet het luik van de motorruimte open en ontwaart nog net een paar accu’s en een motor, maar verder een takkenbos van draden, tenminste dat is wat je nogal eens hoort. Onderstaande foto’s van een 3d omgeving (met dank aan Pieter Bottema, die de componenten prachtig heeft ontworpen) zullen vast helpen bij het beter begrijpen. Dat is hard nodig, want een foutje is zo gemaakt. Zo moet ten allen tijde worden voorkomen dat er 12 V op het meetmodule komt te staan, want dat is het einde van het apparaat. Ook mogen er geen grote stromen (>50A) door de shunt lopen; dus nooit starten via de shunt.



Grote foto’s vindt u hier: 1,; 2,; 3,; 4,; 5,; 6,; 7,; 8,; 9,; 10,; 11,; 12,; 13,; 14,; 15,; 16,; 17,; 18,; 19,; 20,; 21,; 22,

Solderen

Het monteren / solderen van de schakelaars en batterij zal over het algemeen weinig problemen opleveren; het meetmodule daarentegen kan menigeen tot razernij brengen.

Wat is het geval?
Op het meetmodule DVM 210 zitten 4 gaatjes / aansluitingen waarmee de draden vanaf de schakelaars worden verbonden. Rechtstreeks solderen op die gaatjes is ronduit een crime omdat de ruimte nogal krap is. Het gebruik van een kleine punt op de soldeerbout heeft te weinig energie-inhoud om het tin goed te laten smelten en een grotere punt geeft beschadigingen, verbrande vingers enz.

Een goede oplossing is het gebruik van pennetjes uit een ic voetje. De afstand tussen de gaatjes is 0.1 inch oftewel 2.54 mm. Dat is een standaard maat. Ik heb bij
Conrad een 8-polige ic voet besteld en die door midden gezaagd met als resultaat een soort stekker waar de draden vanaf de schakelaars ingestoken kunnen worden.

Mooier is een zg breakaway header, waarvan het benodigde aantal pennetjes afgebroken kan worden. Die zijn bekend onder de naam PIN headers 64 tulpstekkers. De afstand tussen de pennen is standaard 2.54 mm en zo’n ‘stekker’ kan gemakkelijk worden toegepast. Voor de zekerheid kan nog een klein beetje soldeer worden gebruikt en dat gaat nu heel wat gemakkelijker dan dat gepriegel op het printplaatje.

Spanning en stroom
Nog even iets over spanning: Steeds wordt gerekend met 12 V terwijl meters ook wel hogere spanningen aangeven tot boven 13V. Dit lijkt verwarrend, maar wordt veroorzaakt door het chemische proces dat zich in de accu voltrekt. Lood in de accu wordt omgeven door zwavelzuur (H2SO4) en zonder daar nu te diep op in te gaan ontstaat tussen elke cel een zg redoxpotentiaal (spanning) die overeenkomt met 2.2V. In bootaccu’s zitten 6 of 12 cellen voor 12V of 24V, maar 6 x 2.2= 13.2V. We noemen dat ook wel de klemspanning. Door de inwendige weerstand van de accu, in feite een verbruiker, kan de spanning inzakken tot 12.6V. Acculaders bieden een hogere spanning aan (13.8 – 14.4V), zodat er een stroom gaat lopen van acculader naar accu. Wanneer we op onze stroommeter zien dat de stroom onder de 3 ampere is gezakt zal de spanning zeker 12.8V of meer moeten bedragen.
Stroom
Nog even terug naar het gebruik van omvormers met grote vermogens. Zoals hierboven al opgemerkt is het maken van electriciteit in een accu een chemisch proces. De snelheid van dit proces (de hoeveelheid amperes) is o.a. afhankelijk van de grote van de accu, het oppervlak van de platen. Het beste is dat te zien wanneer we een slecht startende auto 10 minuten lang proberen te starten. We wachten dan weer even en proberen het weer. Hebben we dus echt die grote vermogens nodig (een startmotor gebruikt ongeveer 70 A), dan dienen we te weten wat het nominale vermogen van de accu is, dus niet alleen hoeveel Ah, maar ook hoeveel A max constant geleverd kan worden. Die specificatie zal bij de accu geleverd en voor een aantal jaren gegarandeerd moeten worden. Een accu die veel en zwaar wordt belast slijt snel door de verstoring in het chemische proces. Platen kunnen krom trekken. Al met al is er heel veel over zo’n eenvoudig probleem te zeggen, maar met bovenstaande formules en gezond verstand valt het allemaal best mee. Disclaimer: aan dit onderwerp is veel tijd besteed om het zo zorgvuldig mogelijk weer te geven, maar er kunnen geen rechten aan worden ontleend. Wat besproken is op deze pagina is puur informatief.

Google+

Klik op een plaatje hieronder, zoek een product en bestel.