Es ist essenziell, den Kabelquerschnitt bei Batteriekabeln richtig zu wählen.
Ein zu großer Spannungsabfall kann nicht nur zu Betriebsstörungen führen, sondern im schlimmsten Fall sogar einen Kabelbrand verursachen.
Warum ist es so wichtig, den optimalen Kabelquerschnitt zu berechnen - gerade für Batteriekabel?
Batteriekabel werden an der Batterie angeschlossen und sind in der Regel die Hauptleitungen, die zur Unterverteilung führen.
Da hier der gesamte Strom fließt, ist ein falscher Kabelquerschnitt problematisch.
Passt der Kabelquerschnitt nicht, sind Störungen vorprogrammiert.
Zu dicker Kabelquerschnitt:
Kupferkabel sind schwer und teuer.
Werden unnötig dicke Kabel in der Fahrzeugelektrik verwendet, erhöht sich das Gewicht des Fahrzeugs und belastet den Geldbeutel unnötig.
Auch wenn bei zu dicken Kabeln keine Sicherheitsgefahr besteht, erschwert das Handling dickere Batteriekabel bei der Installation.
Zu geringer Kabelquerschnitt:
Jedes Kabel hat einen elektrischen Widerstand.
Je höher der Strom, desto mehr Wärme entsteht.
Um Überhitzung zu verhindern, muss das Kabel einen ausreichend großen Querschnitt haben.
Batteriekabelquerschnitt: Abhängigkeit von Kabellänge und Stromstärke
Wird ein hoher Strom durch ein zu dünnes Kabel geleitet, entsteht Wärme.
Dies bezeichnet man als Verlustleistung.
Um diese Wärmeentwicklung zu minimieren, darf das Batteriekabel nur bis zu einer bestimmten Stromstärke belastet werden.
Wärme entsteht durch den Widerstand der Elektronen im Kabel, was auch den Spannungsabfall verursacht.
Je dünner das Kabel bei gleichem Strom ist, desto höher ist der Widerstand und desto größer der Spannungsabfall.
Spannungsabfall ist ein Problem, weil er die Effizienz der Stromübertragung beeinträchtigt.
Wenn das Ladegerät 14,4V ausgibt, aber nur 13V an der Batterie ankommen, wird der Akku nicht vollständig geladen.
Je länger das Kabel ist, desto höher der Spannungsverlust.
Deshalb müssen lange Kabel dicker ausgelegt werden, als es allein für die Strombelastbarkeit erforderlich wäre.
Beispiel zur Strombelastbarkeit in Abhängigkeit zur Kabellänge:
Ein 34mm² Batteriekabel darf mit maximal 214A belastet werden.
Bei einem Meter Länge führt das zu einem Spannungsabfall von 0,22V und einer Verlustleistung von 46,4 Watt - das Kabel wird dann warm!
Dieses Kabel darf beliebig lang sein.
Pro Meter Länge kommt ein Spannungsabfall von 0,22V hinzu.
Wäre das Kabel 10 Meter lang und die Batteriespannung betrüge 12V, lägen am Ende des Kabels bei 214A nur noch 10,1V an - für einen Wechselrichter wäre das unbrauchbar!
Mit einem 140mm² Kabel wäre der Spannungsabfall nur noch 0,5V, und der Wechselrichter würde funktionieren.
Falls kein passendes Kabel verfügbar ist, können auch zwei dünnere Kabel verwendet werden.
In diesem Fall addiert sich der Kabelquerschnitt.
Zwei Batteriekabel à 70mm² ergeben also die gleiche Leistung wie ein 140mm² Kabel.
Wichtig: Bei zwei Kabeln, muss jede Leitung separat abgesichert werden.
Spannungsabfall - Wann ist er relevant, wann weniger?
Beim Laden von Batterien sollte der Spannungsabfall möglichst gering sein, damit die Spannung des Ladegeräts auch an der Batterie ankommt.
Ein hoher Spannungsabfall verringert die Effizienz des Ladevorgangs und verlängert die Ladezeit.
Für Verbraucher wie Licht und Wasserpumpe ist der Spannungsabfall weniger kritisch.
Dennoch kann es im Grenzbereich zu Problemen führen, wenn etwa eine Heizung aufgrund von Unterspannung abschaltet, obwohl die Batteriespannung noch ausreichend ist.
Es wird oft ein Spannungsabfall von 0,5V für Verbraucher empfohlen.
Besser ist es jedoch, mit 0,3V zu planen, um noch Spielraum zu haben, wenn später weitere Verbraucher hinzugefügt werden.
Je niedriger die Betriebsspannung (z.B. 12V), desto größer ist die Bedeutung des Spannungsabfalls.
Für ein 12V-System sollte der Spannungsabfall weniger als 0,3V betragen.
Bei Solaranlagen mit 100V-Modulspannung ist ein Spannungsabfall von 3V hingegen vernachlässigbar, da er nur 3% Leistungsverlust bedeutet.
Als Faustregel gilt: Bei Batteriekabeln sollte der Spannungsabfall unter 3-4% liegen - so ist man auf der sicheren Seite.
Wie lässt sich der Kabelquerschnitt für die Wohnmobil-Stromversorgung berechnen?
Der Spannungsabfall zwischen Batterie und Verbraucher sollte nicht mehr als 0,3-0,5V betragen.
Mit einem Kabelquerschnittrechner lässt sich der geeignete Kabelquerschnitt einfach bestimmen.
Komplizierter wird es, wenn sich mehrere Verbraucher oder Ladegeräte eine Leitung teilen.
Hier kann ein Trick helfen, um den Kabelquerschnitt korrekt zu berechnen.
Elektrischer Aufbau einer Wohnmobil-Stromversorgung
- Die Hauptleitung zwischen Batterie und Verteilerschiene. Für die Berechnung zählt der maximale Strom, der in eine Richtung fließt. Wird zum Beispiel ein Wechselrichter mit 2000W verwendet, fließen etwa 180A. Der Spannungsabfall in der Hauptleitung sollte nicht mehr als 0,2V betragen.
- Verbindungen zu einzelnen Verbrauchern oder Ladegeräten. Hier wird der Spannungsabfall pro Leitung berechnet. Wenn auch hier die 0,2V-Regel eingehalten wird, ergibt sich ein maximaler Gesamtspannungsabfall von 0,4V.
- Kleinverbraucher (z.B. Wasserpumpe, Licht) an einem Sicherungshalter. Der Spannungsabfall sollte 0,2V nicht überschreiten, sodass die gesamte Verkabelung stabil bleibt.
In der Praxis kommt es oft zu weniger Spannungsverlust, da die Kabelquerschnitte in der Regel aufgerundet werden.
Beispiel: Kabelquerschnitt berechnen im Wohnmobil
-
Hauptleitung
Die Hauptleitung zwischen Batterie und Sicherungshalter (Plus und Minus zur Sammelschiene) führt alle Ströme.
Im Beispiel fließen 50A von den Verbrauchern und maximal 100A von den Ladegeräten.
Ein Kabelquerschnittrechner ergibt hier einen Querschnitt von 9mm².
Da dieser nicht verfügbar ist, wird auf 10mm² aufgerundet.
Bei einem Dauerstrom von 100A beträgt der Spannungsabfall weniger als 0,2V.
-
Leitungen zu Ladegeräten und Sicherungshalter
Für die einzelnen Geräte kann der Querschnitt wie folgt berechnet werden:
- Ladebooster (30A): 6mm² Kabel
- 230V Ladegerät (20A): 6mm² Kabel
- Solarregler (50A): 16mm² Kabel
- Sicherungsverteiler: 6mm² Kabel
-
Leitungen zu den Verbrauchern
Die Leitungen zu den 12V Verbrauchern werden idealerweise als zweiadrige Kabel verlegt, um Plus und Minus gleichzeitig anzuschließen.
Für kleine Verbraucher sollte ein Mindestquerschnitt von 2,5mm² verwendet werden, auch wenn der Kabelquerschnittrechner eine kleinere Dimension empfiehlt.
Tipps für den optimalen Batteriekabelquerschnitt
Dicke Kabel sind schwer und teuer.
Versuchen Sie daher, den Kabelquerschnitt sinnvoll zu wählen.
Viele Kunden bestellen 95mm² Batteriekabel, obwohl sie oft nur 50mm² benötigen würden.
Durch den Einsatz von zwei dünneren Kabeln können enge Radien besser verlegt werden, ohne dicke Kabel verwenden zu müssen.
Querschnitt, nicht Durchmesser!
Der Kabelquerschnitt bezieht sich auf die Fläche des Leiters (in mm²) und nicht auf den Durchmesser des Kabels.
Um den richtigen 12V Kabelquerschnitt berechnen zu können, wird immer die Querschnittsfläche verwendet, nicht der Durchmesser.
Sicherungen für Batteriekabel berechnen
Die Sicherung eines Batteriekabels darf nicht größer sein als der maximal zulässige Strom für das Kabel.
Es wird empfohlen, die Sicherung 20% über dem tatsächlichen Maximalstrom zu dimensionieren.
Kabelquerschnitt für Starterbatterien
Beim Starten eines Motors, wie z.B. beim Ducato-Anlasser, fließen sehr hohe Ströme (bis zu 200A).
Hier ist ein Spannungsabfall von maximal 0,5V vorgeschrieben, weshalb der Kabelquerschnitt großzügiger bemessen werden muss.
Für den Start eines V8-Motors, der 350A bei 24V benötigt, sollte der Kabelquerschnitt entsprechend der hohen Stromstärke berechnet werden.
Batteriemassekabel berechnen
Das Massekabel muss für die gleiche Stromstärke wie das Pluskabel ausgelegt werden.
Oft wird der Fahrzeugrahmen als Minus verwendet.
Welche Kabelquerschnitte für welche Verbraucher?
Wer keine Angaben zum Kabelquerschnitt in seinem Schaltplan findet, stellt sich häufig diese Frage.
Generell gilt: Bei 6 Volt Anlagen immer ein Kabel mit größerem Querschnitt als bei 12 Volt Anlagen üblich verwenden (anstatt 1,0qmm also 1,5qmm).
Bei alten Motorrädern läßt sich die Frage nach der Kabelstärke noch recht einfach beantworten: Sind Lichtmaschinen von weniger als 40 oder 50 Watt eingebaut, reichen 1,5qmm Leitungen in allen Fällen, auch bei 6 Volt.
Auf Nummer Sicher geht, wer das Hauptkabel, also die Zuleitung von der Batterie bzw. der Lichtmaschine größer wählt.
Denn in diesem einen Kabel fließt der ganze Strom, der erst später im Lichtschalter oder Sicherungsdose auf weitere Stromkreise verteilt wird.
Die Leitungen von der Batterie direkt zum Anlasser sollten natürlich immer möglichst groß dimensioniert sein.
Hier fließen mit Abstand die größten Ströme während des Startens.
Verwenden Sie bei Autos keine Leitungen unter 16qmm besser noch 25 oder 35qmm.
Den in einem Kabel fließenden Strom in Ampere können Sie so ausrechnen: Strom (A) = Leistung (W) geteilt durch die Spannung (V)
So fließen z.B. bei einem Fahrzeug mit 6 Volt Anlage in der Leitung zur 45 Watt Scheinwerfer Glühlampe (45:6) 7,5 Ampere Strom.
Bei 12 Volt jedoch nur noch die Hälfte, nämlich 3,75 Ampere.
In der nachfolgenden Tabelle sind die maximalen Dauerströme der verschiedenen Leitungsquerschnitte aufgeführt.
Bitte bedenken Sie, daß es sich hierbei um die Belastung handelt, die ein Kabel ohne Schaden verkraftet.
Durch den Innenwiderstand, den jedes Kabel besitzt, entsteht aber in Abhängigkeit der Stromstärke, der Länge des Kabels und des Leitungsquerschnitts ein Spannungsabfall auf der Leitung.
D.h. bei hohen Strömen und geringen Leitungsquerschnitten liegt z.B. an der Scheinwerferlampe nicht mehr die volle Spannung an, die Lampe leuchtet also etwas dunkler.
Die Werte in dieser Tabelle sollten in der Praxis deshalb höchstens bis zur Hälfte ausgenutzt werden.
| Kabelquerschnitt | zul. Dauerstrom bei +50°C |
|---|---|
| 1,0mm2 | 13,5 Ampere |
| 1,5mm2 | 17,0 Ampere |
| 2,5mm2 | 22,7 Ampere |
| 4,0mm2 | 29,8 Ampere |
| 6,0mm2 | 38,3 Ampere |
| 10,0mm2 | 51,8 Ampere |
| 16,0mm2 | 69.6 Ampere |
| 25,0mm2 | 91,6 Ampere |
| 35,0mm2 | 112,0 Ampere |
Quelle: Technische Unterrichtung, Schaltzeichen und Schaltpläne der Kraftfahrzeugelektrik, Herausgeber: Robert Bosch GmbH
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