اختيار مقياس الكابل لمجموعات البطاريات: دليل عملي
مرجع موجز وعملي لاختيار أحجام الأسلاك في تصميم حزمة بطارية الليثيوم - موازنة السلامة وانخفاض الجهد وقابلية التصنيع.
لماذا يعتبر مقياس الكابل مهمًا
يؤثر اختيار مقياس الكابل الصحيح (حجم السلك) لمجموعات البطاريات على ثلاثة مجالات أساسية:
- السلامة - الأسلاك ذات الحجم الصغير قد ترتفع درجة حرارتها وقد تتسبب في نشوب حريق.
- الأداء الكهربائي - يؤدي انخفاض الجهد الزائد إلى تقليل الطاقة القابلة للاستخدام ويمكن أن يؤثر على تشغيل الجهاز.
- المتانة والقدرة على التصنيع — المرونة الصحيحة وتوافق الموصل وسهولة التوجيه.
المفاهيم الرئيسية
- قدرة حمل التيار (الأمبير): أقصى تيار مستمر يمكن للموصل أن يحمله بأمان.
- انخفاض الجهد: الجهد المفقود عبر السلك بسبب المقاومة (مهم في أنظمة البطاريات ذات الجهد المنخفض).
- المقاومة: يتم تحديدها من خلال مادة الموصل (النحاس)، ومساحة المقطع العرضي والطول.
مرجع سريع: AWG ↔ mm² ↔ السعة النموذجية
| AWG | تقريبًا مم² | السعة المستمرة النموذجية (الهواء) |
|---|---|---|
| 18 AWG | 0.82 مم² | 10 A |
| 16 AWG | 1.31 ملم² | 13 A |
| 14 AWG | 2.08 مم² | 17 A |
| 12 AWG | 3.31 ملم² | 25 A |
| 10 AWG | 5.26 ملم² | 35 A |
| 8 AWG | 8.36 ملم² | 50 A |
| 6 AWG | 13.3 ملم² | 65 A |
انخفاض الجهد - الصيغة والمثال
انخفاض الجهد (فولت) ≈ I × R × L ، حيث
-
I= التيار (A) -
R= المقاومة لكل وحدة طول (Ω/م) -
L= طول في اتجاه واحد (م)
Vdrop = 20 أمبير × 0.00521 أوم/متر × 0.5 متر = 0.0521 فولت
نسبة الانخفاض = (0.0521 / 12) × 100% ≈ 0.43% — مقبولة لمعظم الأنظمة.
قواعد التصميم العامة
- انخفاض الجهد المستهدف < 3% للمجموعات منخفضة الجهد (12 فولت - 48 فولت). بالنسبة للمعدات الحساسة (أجهزة الاستشعار، والاتصالات)، يُستهدف < 1%.
- اختر مقياس سلك بسعة أمبير ≥ 125% من التيار المستمر المتوقع (هامش الأمان).
- خذ بعين الاعتبار تيارات الذروة/الاندفاع بشكل منفصل - قد تكون هناك حاجة إلى الصمامات والموصلات المقدرة للتيارات العابرة.
- استخدم موصلات أو قضبان توصيل متوازية متعددة لتشغيل تيار عالي جدًا بدلاً من كابل كبير واحد.
درجة الحرارة والعزل وخفض التصنيف
تؤثر درجة الحرارة المحيطة، وتجمع الأسلاك، ونوع العزل على سعة التيار الكهربائي. إذا تم توجيه الأسلاك في حزم أو داخل أغلفة، فطبّق عوامل تخفيض التصنيف (راجع جداول موردي الأسلاك). في حال وجود أي شك، اختر مقياسًا أكبر.
اختيار الموصل ومقاومة التلامس
تأكد من أن الموصلات مُصممة لتحمّل تيار مستمر مع هامش. تُضاف مقاومة التلامس إلى مقاومة الحلقة الكلية - افحص أدوات التجعيد ولحام الوصلات واستخدم أدوات التجعيد المناسبة.
قائمة مرجعية عملية للمهندسين
- تقدير التيار المستمر وأسوأ الذروات.
- تحديد نسبة انخفاض الجهد المقبولة.
- احسب مقاومة الموصل المطلوبة واختر المقياس.
- قم باختيار الموصلات ذات القدرة الأعلى من تيار الذروة والمتوافقة مع السلك المختار.
- قم بتطبيق تخفيض التصنيف على درجة الحرارة/التجميع وأعد التحقق من سعة التيار.
- نموذج أولي وقياس انخفاض الجهد وارتفاع درجة الحرارة تحت الحمل.
متقدم: مرجع حسابي سريع (مقاومة النحاس)
مقاومة النحاس ρ ≈ 1.724×10-8 Ω·m. المقاومة R = ρ × الطول / المساحة.
الأخطاء الشائعة التي يجب تجنبها
- استخدام قيم سعة اللوحة/الجدول دون تطبيق تخفيض التصنيف للتشغيلات المغلقة.
- إهمال انخفاض الجهد في أنظمة الجهد المنخفض - يمكن أن يتسبب في إعادة ضبط النظام أو انخفاض الكفاءة.
- تجاهل التيارات المتدفقة من المحركات أو محولات DC-DC.
المعايير والمراجع
- يرجى الرجوع إلى IEC واللوائح المحلية للأسلاك للحصول على تصنيفات العزل والسلامة.
- ينشر بائعو الأسلاك جداول التيار الكهربائي والمقاومة — استخدمها للاختيار النهائي.
