Cavi e connettori di potenza: come sceglierli per un veicolo elettrico
Scegliamo con cura la batteria, il motore e il controller, poi li colleghiamo con quello che abbiamo sottomano. Errore frequente: i cavi e i connettori di potenza trasportano tutta la corrente della macchina, e sono spesso loro a surriscaldarsi, fondersi o interrompersi. Questa guida spiega come dimensionarli, con un semplice calcolo.
L'essenziale
- Un cavo troppo sottile si surriscalda e fa perdere tensione, quindi potenza.
- Il calore prodotto aumenta con il quadrato della corrente e con la lunghezza del cavo.
- Il connettore è spesso il punto debole: contatto, crimpatura e pulizia contano quanto le sue dimensioni.
- I cavi di fase trasportano la corrente di fase, spesso superiore alla corrente della batteria.
Sezione, AWG e millimetri quadrati
Lo spessore di un cavo è indicato dalla superficie di rame della sua sezione, in millimetri quadrati, o dal calibro americano AWG. Attenzione, l'AWG funziona al contrario: più il numero è piccolo, più il cavo è grosso.
| AWG | Sezione di rame |
|---|---|
| 14 | 2,1 mm² |
| 12 | 3,3 mm² |
| 10 | 5,3 mm² |
| 8 | 8,4 mm² |
| 6 | 13,3 mm² |
| 4 | 21,2 mm² |
A parità di sezione, un cavo composto da moltissimi fili sottili, con isolamento in silicone, è più flessibile e resiste meglio al calore rispetto a un cavo rigido con isolamento ordinario: è il tipo di cavo da utilizzare su un veicolo soggetto a vibrazioni.
Il calcolo che conta: caduta di tensione e calore
Il rame ha una resistività di circa 0,0172 ohm per metro per un millimetro quadrato di sezione. La resistenza di un cavo vale quindi:
resistenza (Ω) = 0,0172 × lunghezza (m) ÷ sezione (mm²)
Esempio: un collegamento batteria-controller di 1 m, ossia 2 m di cavo tra andata e ritorno, da 8,4 mm², ha una resistenza di circa 0,0172 × 2 ÷ 8,4 ≈ 0,004 Ω. A 100 A, fa perdere 0,4 V e dissipa circa 40 W di calore. A 200 A, la perdita di tensione raddoppia e il calore si moltiplica per quattro: 160 W.
Due conseguenze:
- la caduta di tensione riduce la tensione disponibile per il motore, quindi la velocità e la potenza di punta;
- il calore ammorbidisce l'isolamento, ossida i contatti e accelera l'usura dei connettori.
La corrente ammissibile di un cavo dipende anche dal suo ambiente: un cavo all'aria aperta si raffredda bene, un fascio stretto in un vano chiuso molto meno. Le tabelle di corrente dei produttori presuppongono condizioni precise: mantenete un margine.
I cavi di fase
Tra il controller e il motore, la corrente è quella delle fasi. All'avviamento e in salita, può essere molto più elevata della corrente prelevata dalla batteria: questo è spiegato nella nostra guida al controller. Questi cavi devono quindi essere almeno grandi quanto quelli della batteria, e il più corti possibile. Su un motoriduttore o un motore hub, passano attraverso l'asse cavo del motore, il che ne limita la sezione: un punto da verificare prima di aumentare le correnti.
I connettori
Un connettore aggiunge una piccola resistenza di contatto. Da nuovo e montato correttamente, è trascurabile. Usurato, ossidato o mal crimpato, diventa il punto più caldo di tutto il circuito. Tre famiglie ricorrono sui veicoli leggeri:
- i connettori a pin cilindrici (bullet), a coppie, spesso utilizzati sulle fasi del motore, come i nostri connettori bullet 8 mm;
- i connettori di batteria con custodia polarizzata, che impediscono l'inversione dei poli;
- le versioni antiscintilla, che integrano una resistenza di precarica: evitano la scintilla al collegamento, quando i condensatori del controller si caricano di colpo.
Crimpare o saldare
Una crimpatura eseguita con la pinza giusta e la misura corretta del terminale garantisce un contatto solido e resistente alle vibrazioni. Una saldatura ben fatta conduce benissimo, ma irrigidisce il cavo alla sua uscita, dove rischia di rompersi a causa delle vibrazioni: va protetta con una guaina termorestringente che sostiene il cavo.
Il consiglio dell'officina
Un connettore che si è surriscaldato (plastica deformata, metallo annerito) va sostituito in coppia, mai da solo: la parte rimanente è danneggiata anch'essa e farebbe surriscaldare nuovamente quella nuova.
Le buone pratiche
- Cavi di potenza il più corti possibile, positivo e negativo vicini per limitare le interferenze.
- Passaggi protetti contro gli spigoli vivi, fissaggi che impediscono lo sfregamento.
- Un fusibile o un interruttore automatico adeguato il più vicino possibile alla batteria, per proteggere il cablaggio in caso di cortocircuito.
- Dopo le prime uscite, un controllo manuale dei connettori: un connettore tiepido mentre gli altri sono freddi segnala un'anomalia.
Domande frequenti
Quale sezione di cavo per 100 A?
Dipende dalla lunghezza, dalla ventilazione e dalla caduta di tensione accettata. Calcolate la resistenza con la formula di questa guida, quindi verificate il calore dissipato e la tensione persa. Per un veicolo, in genere si sceglie una sezione superiore al minimo stretto indicato dalle tabelle.
Perché i miei connettori di fase si anneriscono?
Si surriscaldano: contatto usurato, pin allentato, crimpatura imperfetta o corrente troppo elevata per le loro dimensioni. Sostituiteli in coppia e verificate che siano dimensionati per la corrente di fase, non solo per la corrente della batteria.
Un cavo più grosso dà più potenza?
Riduce la caduta di tensione e il calore, rendendo quindi la potenza disponibile più stabile sotto correnti elevate. Non crea potenza: evita di perderne.