E-Umbau, welche Kabelquerschnitte?

[janihani]

In den letzten Tagen habe ich mich mit den Motoren beschäftigt.

 

Schaut man sich die technischen Daten der A2-Motoren an, so hat ein

• AUA 126Nm bei 3800 U/min
• BBY 126Nm bei 3800 U/min
• AMF 195Nm bei 2200 U/min
• BHC 195Nm bei 2200 U/min
• ATL 230Nm bei 1900-2200 U/min
• BAD 155Nm bei 4400 U/min

Laut den technischen Daten sind die Getriebe für folgende Drehmomente ausgelegt:

• Dieselgetriebe 02J: max. 250Nm
• Benzinergetriebe 02T: max. 200Nm

Schwarz Motoren hat in seiner Liste zwei Elektro-Motoren für den A2.

1. 28kW   76Nm max. 46kW 150Nm bis 2860 U/min 96V
2. 40kW 118Nm max. 60kW 209Nm bis 2615U/min 96 / 120V

Der 40kW Motor würde das Benziner-Getriebe 02T an seine Belastungsgrenze bringen.

 

Da die Leistung (P) und die Spannung (U) der Motoren bekannt sind, können die Ströme, mit denen die Akkus belastet werden, mit der Formel P=U*I berechnet werden.

 

28kW Motor:

• I_28kW = 28kW / 96V = 292A
• I_46kW = 46kW / 96V = 479A

40kW Motor:

• I_40kW = 40kW / 96V = 417A
• I_60kW = 60kW / 96V = 625A

• I_40kW = 40kW / 120V = 333A
• I_60kW = 60kW / 120V = 500A

Laut der Strombelastbarkeit (NYY, Verlegung in Luft, 30°C, einadrig, Seite 2) ergeben sich folgende Querschnitte. (Nach dieser Tabelle ergeben sich noch größere Querschnitte.)

 

28kW Motor:

• 292A = 95mm²
• 479A = 185mm²

40kW Motor:

• 417A = 150mm²
• 625A = 300mm² (240mm² ist grenzwertig)

• 333A = 95mm²
• 500A = 185mm²

Wird der Akku beim 28kW Motor mit nur 95mm² Querschnitt angeschlossen, so wird das Kabel beim Abrufen der max. Leistung überlastet, so dass ein Kabel mit einem Querschnitt von 185mm² verwendet werden sollte.

 

Laut diesem Katalog Hochvoltleitungen Leoni Hivocar, ab Seite 84 gibt es aber nur Kabel bis 120mm² Querschnitt für den Automotivebereich.

 

Wenn ich mir diese Verkabelung anschaue, dann scheint das 70mm² oder nur 50mm² zu sein.

 

a

 

Komisch, dass Fleck Elektroauto nur 50mm² bzw. 70mm² im Angebot hat.

 

Was sagt ihr dazu?

 

[Mankmil]

Ich würde vorschlagen, du berechnest den Leitungswiderstand für die verschiedenen Querschnitte und schaust dann welche Verlustleistung auf der gesamten Länge entsteht. 

Dann hast du ein Gefühl wie Stark sich die Leitungen bei den von dir berechneten Strömen erwärmt. Vom Gefühl her würde ich sagen, dass das auf die gesamte Länge wenige 100W sind was sich über die Zeit wie lange die maximale Verlusteleistung tatsächlich abfällt wieder relativiert. 

[Romulus]

Der Unterschied zwischen Nennleistung und im Betrieb abgerufene Leistung ist doch gewaltig. Die Nennleistung wird, wenn überhaupt, nur über kurze Zeit abgerufen.

[Artur]

Ja, ich frage mich auch wo man in Berlin solche Leistungen über längeren Zeitraum abrufen kann.

 

Wenn du im Schnitt mit 16kW rechnest, dann sind das etwas um die 160A, die du zugrunde legen kannst. Ein Kupferkabel mit 50mm² leitet auch kurzfristig 550A mühelos. Von Überlastung kann dann keine Rede sein, es schmilzt ja nicht durch, es wird nur etwas wärmer. Deswegen reichen in der Praxis 50mm² für 28kW, bzw 70mm² für 40kW Motoren locker aus. Ein Umbaukollege in Tirol wollte auf Nummer sicher gehen und hat deshalb 90mm² verlegt. Kannst die auch nehmen, halte ich aber für deine Anforderungen für Overkill.

 

Irgendwo habe ich noch ein Wärmebild nach 110km Autobahnfahrt von Kaiserslautern nach Germersheim. Das Batteriekabel (im unteren Bildrand) fällt da von der Temperatur überhaupt nicht auf, liegt so wie die Akkus bei ca. 30°C. Der helle Fleck war ein schlechter Übergangswiderstand bei einer Zelle, den ich dann nachgezogen habe.

 

 

 

[janihani]

Als Elektriker weiß ich nun mal, dass es für jeden Querschnitt einen maximal zulässigen Strom gibt. Das soll Überhitzungen und letzlich auch Brände verhindern.

 

Am 30.1.2018 um 13:29 schrieb Romulus:

Der Unterschied zwischen Nennleistung und im Betrieb abgerufene Leistung ist doch gewaltig. Die Nennleistung wird, wenn überhaupt, nur über kurze Zeit abgerufen.

Auch wenn die Nenn- bzw. max. Leistung immer nur kurze Zeit abgerufen wird, erwärmt sich das Kabel, vor allem, wenn es mit einem höheren Strom belastet wird.

Wenn die Zeiten in denen nur ein kleiner oder gar kein Strom fließt lang genug sind, und sich das Kabel wieder abkühlen kann, dann ist alles gut.

 

70mm² dürfte im günstigen Fall mit 365A belastet werden, im ungünstigen Fall mit 179 A. Strombelastbarkeit (NYY, Verlegung in Luft, 30°C, einadrig, Seite 2) 

 

Am 30.1.2018 um 14:11 schrieb Artur:

Ja, ich frage mich auch wo man in Berlin solche Leistungen über längeren Zeitraum abrufen kann.

Auch wenn man in Berlin nur für Sekunden die volle Leistung abrufen kann, so gibt es doch im Umland Autobahnen, wo man mit Vollgas über längere Zeit fahren kann.

Gerade erst bin ich am Wochenende nach DD und wieder zurück gefahren. Dort wo es möglich war, war ich mit Vollgas unterwegs. 20-30 Minuten "durchgehend" mit Vollgas waren schon dabei.

 

Wenn ich nun ein 200AH Akku einbaue und diesen mit max. 3C belasten kann, dann könnte theoretisch für 1/3h, also 20 Minuten, 600A fließen.

 

Am 30.1.2018 um 05:58 schrieb Mankmil:

Ich würde vorschlagen, du berechnest den Leitungswiderstand für die verschiedenen Querschnitte und schaust dann welche Verlustleistung auf der gesamten Länge entsteht. 

 Hab ich mal für 1m gemacht. Da der A2 laut der Zulassungsscheinigung Teil I 3821mm lang ist, schätze ich, dass die Länge der Anschlussleitung vom Akku zum Controller ca. 2 x 2,5 - 3m beträgt.

 

 

Mich würde interssieren, wie lange es bei x Ampère dauert, bis der Querschnitt y sich auf die höchst zulässige Betriebstemperatur von 70°C erwärmt.

Wie ich feststellen musste, ist es gar nicht so einfach die Erwärmung des Kabel zu berechnen.
Wer von euch ist denn gut in Mathe?

 

Nennstromerwärmung einer Freileitung

 

 

[Mankmil]

vor 2 Stunden schrieb janihani:

Mich würde interssieren, wie lange es bei x Ampère dauert, bis der Querschnitt y sich auf die höchst zulässige Betriebstemperatur von 70°C erwärmt.

Wie ich feststellen musste, ist es gar nicht so einfach die Erwärmung des Kabel zu berechnen.
Wer von euch ist denn gut in Mathe?

 

Natürlich nicht, weil da viele Faktoren mit rein spielen und du letztlich bei einer Funktion (Kurve) landest bei der die mögliche Erwärmung der Umgebung eine Rolle spielt. Was Dich im Prinzip interessieren sollte ist wieviel W/m das umgebene Luftvolumen abführen kann und inwieweit sich diese dabei erwärmt.

Insgesamt sagt mir mein Bauchgefühl, dass man am Ende zu der Erkenntnis gelangt, dass man nur in absoluten Randbereichen der Einsatzbedingungen (40° Innenraum und 20 Minuten Vollgasfahrt bspw.) die 70° überhaupt ankratzt. Wobei mir die 70° zudem albern erscheinen - ein Kupferkabel nebst (HV)-Isolierung sollten müssen deutlich höhere Temperaturen (schadlos) abkönnen.

[holter]

Jo, man verlegt ja kein NYY, und an beiden Seiten sitzt ein Quetschkabelschuh an einer Schraube, also sind höhere Kerntemperaturen als 70°C kein Problem.

 

 

[Artur]

Und mein Bauchgefühl sagt, dass vorher die Akkus (max. 60-70°C) ein Temperaturproblem bekommen. Und viell. noch der Motor. Vor allem dessen Rotor, der nur schlecht die Abwärme nach außen abführen kann. Du wirst diese Grenzbereiche nicht erreichen wollen, schon allein weil die Akkus darunter extrem leiden würden.

 

vor 21 Stunden schrieb janihani:

Wenn ich nun ein 200AH Akku einbaue und diesen mit max. 3C belasten kann, dann könnte theoretisch für 1/3h, also 20 Minuten, 600A fließen.

 

Aber nur theoretisch. BMS und der Motorcontroller wachen über die Temperatur der Akkus bzw. des Motors und der Leistungselektronik. Die maximale Leistung ist auf zwei Minuten begrenzt, danach wird reduziert, zur Not auch abgeschaltet.