Kabels en connectoren voor de stroomvoorziening: hoe kies je de juiste voor een elektrische machine?

Bij het bouwen van een elektrische scooter of fiets wordt zorgvuldig gekozen welke batterij, motor en controller gebruikt worden, waarna deze componenten worden aangesloten met behulp van beschikbare materialen. Een veelvoorkomende fout is dat de kabels en connectoren die de stroom van de machine transporteren, vaak overbelast raken, waardoor ze warm worden, smelten of breken. Deze handleiding legt uit hoe je de juiste afmetingen voor deze kabels en connectoren kunt berekenen, met een eenvoudige berekening.

Sectie, AWG en vierkante millimeters

De dikte van een kabel wordt bepaald door de koperinhoud van de doorsnede, uitgedrukt in vierkante millimeters, of door de Amerikaanse draaddikte aanduiding (AWG). Let op: de AWG-aanduiding werkt omgekeerd: hoe kleiner het getal, hoe dikker de kabel.

Voor eenzelfde sectie is een kabel bestaande uit zeer veel dunne draden, met een siliconenisolatie, flexibeler en beter bestand tegen warmte dan een stijve kabel met een gewone isolatie: dit is het type kabel dat gebruikt moet worden op een voertuig dat trillingen onderwerpt.

De berekening die ertoe doet: spanningsval en warmteontwikkeling

Koper heeft een weerstand van ongeveer 0,0172 ohm per meter voor een doorsnede van één vierkante millimeter. De weerstand van een kabel is dus:

`weerstand (Ω) = 0,0172 × lengte (m) ÷ doorsnede (mm²)`

Voorbeeld: een batterij-controller verbinding van 1 meter, oftewel 2 meter kabel heen en terug, met een dikte van 8,4 mm², heeft een weerstand van ongeveer 0,0172 × 2 ÷ 8,4 ≈ 0,004 Ω. Bij 100 A veroorzaakt dit een spanningsverlies van 0,4 V en een warmteafgifte van ongeveer 40 W. Bij 200 A verdubbelt het spanningsverlies en de warmteafgifte wordt vermenigvuldigd met vier: 160 W.

Twee gevolgen:

• Spanningsval vermindert de spanning die beschikbaar is voor de motor, en daardoor ook de snelheid en het piekvermogen;
• **De hitte** verzacht de isolatie, oxideert de contactpunten en versnelt de slijtage van de connectoren.

De maximale stroomsterkte van een kabel hangt ook af van de omgeving: een kabel die vrij in de lucht hangt, koelt goed, terwijl een kabelbundel die dicht op elkaar zit in een afgesloten behuizing veel minder goed koelt. De stroomtabellen van de fabrikanten zijn gebaseerd op specifieke omstandigheden: houd rekening met een veiligheidsmarge.

De fasedraden

Tussen de controller en de motor is de stroom die van de fasen komt. Bij het starten en bij het bergop rijden kan deze stroom veel hoger zijn dan de stroom die uit de batterij wordt getrokken: dit wordt uitgelegd in onze handleiding voor controllers. Deze kabels moeten dus minstens even dik zijn als die van de batterij, en zo kort mogelijk. Bij een motor met een naaf lopen deze kabels door de holle as van de motor, wat hun dikte beperkt: een punt om te controleren voordat u de stroomsterkte verhoogt.

De connectoren

Een connector voegt een kleine contactweerstand toe. Nieuw en goed gemonteerd is dit verwaarloosbaar. Versleten, geoxideerd of slecht gesoldeerd, kan het het warmste punt in het hele circuit worden. Drie families komen terug op het gebied van lichte voertuigen:

• de cilindrische pinconnectoren (bullet), per paar, vaak gebruikt op de motorfase, zoals onze 8 mm bullet connectoren;
• de batterijaansluitingen met gepolariseerde behuizing, die voorkomen dat de polariteit wordt omgedraaid;
• `de vonkvrije versies, die een voorlaadweerstand bevatten: deze voorkomen vonken bij het aansluiten, wanneer de condensatoren van de controller plotseling opgeladen worden.`

Krimpen of lassen

Een goede krimpverbinding, gemaakt met de juiste tang en de juiste krimpbus, zorgt voor een stevige en trillingsbestendige verbinding. Een goede las zorgt voor een goede geleiding, maar maakt de kabel stijf op het punt waar de las is aangebracht, waardoor deze kan breken door trillingen. Om dit te voorkomen, wordt de kabel beschermd met een krimpkous die de kabel ondersteunt.

De beste praktijken

• Gebruik zo kort mogelijke stroomkabels, plaats de plus- en min-kabels naast elkaar om storingen te minimaliseren.
• Beschermde zones tegen scherpe randen, bevestigingen die wrijving voorkomen.
• Een geschikte zekering of stroomonderbreker, zo dicht mogelijk bij de batterij geplaatst, om de bedrading te beschermen in geval van een kortsluiting.
• Na de eerste ritten is het belangrijk om de connectoren visueel te controleren. Als één connector warmer aanvoelt dan de andere, kan dit wijzen op een defect.