Spelar tjockleken någon roll?

Denna artikel handlar om överföring av DC elektricitet i 12-72V system. Vi börjar med kablar. Dessa mäts främst i AWG (den enda vettiga mätsystemet som kommit från USA) men ibland i mm2 vilket mest är förvillande med en massa decimaler. Kolla i denna lista och avgör själv vilken kolumn som gör sig mest förståelig:

Men det är inte bara stockleken som spelar roll utan även längden på kabeln och materialet den är gjort av. Den tabell som jag bäst tycker förklarar materialval är denna från bluesea:

Det är alltså koppar som är index (standard) för att mäta konduktivitet och metaller som silver och guld används av kostnadsskäl mycket sällan och användes mest för plätering vilket sällan utgör mer än några promille av av volymen och påverkar därför inte konduktivitet annat än i anslutnings ögonblicket (det skyddar också mot rost och ser lyxigt ut).

Mig vetandes används främst aluminium samt koppar som ledare i elkablar för DC för lägre spänningar men då aluminium kostar ca 25% av vad koppar gör och har 61% av den ledande förmågan är det ofta det som används annat än undantagsvis.

RKUB:
Är en kabel som är populär i sverige och går att köpa över disk. Jag köpte 100 meter av denna på kjell när jag började med batteridoktorn och trodde aldrig den skulle ta slut men nu är den nästan det. Den används främst för lågspänning , 12VCD för belysning, blinker etc i bilar, båtar och dylika saker. Dock säjer de ingenting om hur den kan användas bara att det är koppar och 0,75 mm², det motsvarar nästan 18AWG.

Blue Sea har också denna bild som ger dig en liten överblick över vilka AWG som passar vilka strömmar. Notera att detta är för båtinstallation och listan är för kablar på 0-1.8m och avser “tin plated copper” och troligen anpassad för 12V-24V som används i de flesta motorbåtar. De är också säljare av kablar och har antagligen lagt på en hel del marginal:

Men det vi jobbar med:

  • 24V10A (250W) skulle då behöva 16AWG
  • 36V7A (250W) skulle då behöva 16AWG
  • 48V22A (1000W) skulle då behöva 12AWG
  • 60V25A (1500W) skulle då behöva 12AWG

Eftersom aluminium endast klarar 61% av den ström koppar gör är det lättast att ta A/0,61 så vår vi ett nytt värde för aluminium kablar:

  • 24V16,4A (250W) skulle då behöva 14AWG
  • 36V11,5A (250W) skulle då behöva 14AWG
  • 48V36A (1000W) skulle då behöva 8AWG
  • 60V41A (1500W) skulle då behöva 6AWG

Dessa är optimala och överdrivna siffror men ger en viss vägledning. Det som händer är ofta att en liten del ca 1-5% av kapaciteten förvandlas till värme när du går upp på dessa nivåer. Och eftersom vi på batteridoktorn huvudsakligen jobbar med elfordon så vet vi att man sällan kör på max i mer än några sekunder i taget och under max ca 10% av resan så det blir en energiförlust på ca 1-5 promille och är alltså helt försumlig i dessa sammanhang. Vi ser ofta underdimentionerade kablar men har i stort sett aldrig sett något fall där det faktiskt skapat problem. Det är uteslutande i kontakterna när de leder dåligt som de blir så stora energiförluster att plasten runt dem smälter. I ett fåtal vattenskadade batterier så har koppar/aluminiumkablar bokstavligen brunnit upp och förkolnat. Dock är det ofta många trådar och inte alla har förkolnats så de är fortfarande ledande så man kan mäta spänning i dem men de dör under belastning och de går inte att löda längre. Så du ska inte vara orolig om du underdimensionerat. Vi VET att t.ex. Yamaha har runt 22-24 AWG för snabbladdning på 36V4A och det verkar fungera bra (vad vi vet).

En annan mycket pålitlig källa för att ta reda på vilken AWG som passar en specifik spänning/ström är att kolla vilka kablar BMS tillverkarna använder. De om några borde ju veta exakt vad som är lämpligt?

Här är ett 10S 20A BMS (720W) som har 14AWG för B-/P- vilket stämmer bra med vad som står hos bluesea men här används aluminium kablar.



Nästa BMS är ett 48V30A och det har 12AWG för P-/B- med aluminium kablar. Enligt bluesea skulle den ha 10 AWG med kopparkablar.



Och här har vi ett 12V100 BMS med 7AWG kablar. Enligt blue sea skulle den ha 4AWG med koppar kablar. Här har den dock kabelskor i koppar men sladden är aluminium.


Har letat efter något high tech BMS att jämföra med kan inte hitta något alls där AWG anges. Hoppas detta har vart till någon hjälp. Själv använder vi aluminium kablar i 10-22AWg. Och det är inte förbjudet att använda flera kablar paralellt. Enligt blue sea skulle vi då kunna ta 2 stycken 10AWG (30A) Kablar för att ersätta en 6AWG (60A) etc.

UPPDATERING 2020-03-27:
Batteritillverkaren litechpower har en egen tabell över lämpliga kabeltjocklekar:

Och med våra vanligaste effekter skulle de se ut såhär:

24V10A (250W) skulle då behöva 20AWG (Blue Sea 16AWG)
36V7A (250W) skulle då behöva 22AWG (Blue Sea 16AWG)
48V22A (1000W) skulle då behöva 16AWG (Blue Sea 12AWG)
60V25A (1500W) skulle då behöva 15AWG (Blue Sea 12AWG)

De skriver dock inte om det är aluminium eller koppar men sannolikt är det aluminium.



Våra rekommendationer är aluminiumkablar med silikon-skal:

  • 22AWG = max 1A
  • 20AWG = max 2A
  • 18AWG = max 5A
  • 16AWG = max 10A
  • 14AWG = max 25A
  • 12AWG = max 35A
  • 10AWG = max 50A

Nu kanske vi får en massa skit för att vi är “snåla” men detta räcker faktiskt gott och väl och förlusten är på sin höjd några får promillen och gör kabeln kanske 1-3 gradera Celsius varmare vid max belastning. Men man får också räkna med att de flesta lithiumceller INTE används optimalt. Helst ska man inte dra mer än 1C per cell för maximal livslängd så även där är det nästan alltid en marginal som överskrids.

“Men det är fritt fram att överdimensionera dina kablar om du tycker det är värt det.”

NICKEL

Så går vi över till nickel som används för att att punktsvetss ihop celler. Visst det finns koppar plattor för detta men de är nästan omöjliga att punktsvets och har aldrig sett det användas kommersiellt. Om vi går tillbaks till denna lista från från bluesea:

så ser vi att nickel endast har 22% av den konduktiviteten som koppar har. Vi kommer avrunda till 25% i denna artikel. Det finns också 2 olika typer nickel, antingen “steel-plated nickel” eller 99.96% pure nickel. Den första är helt enkelt stål av okänd kvalité, troligen den billigare sorten som har plätteras med nickel. Nickel används som rostskydd och för underlätta vid punktsvetsningen. Dessa finns i olika bredder och tjocklekar från 2mm-12mm breda och 0.1mm-0.5mm tjocka. För elcykelbatterier används dock uteslutande 0,1-0.15mm tjockt nickel av alla som bygger elcyklar för 250W. Även för 1000W-2000W brukar 0.15mm användas men då med flera kopplingar mellan cellerna.


Som exempel har vi t.ex. Promovec 2009 som hade EN koppling mellan batteripacken som var ca 0,6mm bred och troligen 0.15mm tjock och dessa batterier på 36V6.6ah håller i ca 10 år det ska gott och väl räcka med detta för 250W. Multiplicerar vi dessa får vi en area på 0,09mm2 alltså runt 28AWG och med nickel som bara är 25% så ledande som koppar! Nu kanske något felar i min matte men i min erfarnhet så räcker det med extremt lite nickel! Kanske för att avstånden är ca 1cm mellan cellerna?

Det finns en person som kallar sig Damaien Rene/EV Madrid som INTE är någon expert på batterier utan en DIY som tagit fram en tabell som är mycket missvisande men som ofta används trots att den är helt ovetenskaplig och saknar källor och hur testen utförts:


Det går inte att hitta någon källa om hur han har gjort dessa tester och att han INTE använder sig av hur många gradera över rumstemperatur utan istället själv troligen “känner men fingrarna” om det är varmt etc gör att detta test helt ska ignoreras. Om det ens är ett test eller om han har kollat på olika tabeller över hur mycket ledande ett visst material är etc framgår inte heller utan detta är ett bra exempel på en killgissning som spårat ur…

Vilken tjocklek ska man välja?
Ja om du inte har en punktsvets som kostar flera 100’000 kr så är det 0.1mm eller 0.15mm som gäller. Det är det enda som funkar med vanliga punktsvetsar som pluggas in i ett 220VAC16A uttag eller dylikt. Många har försöka men med 0.2mm och över är liksom helt omöjligt, även med kweld och malectrics. Det fäster inte och man använder så mycket ström att det börjar ryka!

Vilken bredd ska man välja?
Det beror på vilka hållare du använder. De som finns för 18650 celler tillåter ofta 7mm-10mm i bredd. 12mm kan användas på 21700 celler.

Men ska man välja pure nickel eller nickel plated?
Nickel plated är betydligt enklare att jobba med, det funkar i stort sett med alla punktsvetsar oavsett kvalité, kanske just för att stål har högre intern resistans än nickel eller just denna kombination. Speciellt 0,1mm nickel plated rekommenderar vi starkt till dina första svetsningar. Dessa går också utmärkt att bygga lager på lager på lager medan nickel sällan sällan är lätt att punktsvets på nickel.

Men hur ska man räkna då?
Vi har inte rätt utrustning för det ännu och vill inte göra bort som Damaien Rene men helt ovetenskaplig gissningar. Men vi återkommer…