¿Por qué no están protegidos los circuitos de arranque?

En la mayoría de los automóviles y camiones, un cable grueso conecta la batería directamente al motor de arranque (solenoide). ¿Por qué estos circuitos no tienen ningún tipo de protección contra sobrecorriente?

Es una práctica aceptada en toda la industria del automóvil. Aquí hay dos estándares separados que eximen específicamente a los circuitos de arranque de la protección contra sobrecorriente. (Ambos son para embarcaciones donde las consecuencias son aún mayores; no puedes alejarte de un incendio en el mar).

Cada conductor de salida sin conexión a tierra de una batería de almacenamiento debe tener un disyuntor o fusible de reinicio manual, sin disparo, a menos que el conductor de salida se encuentre en el circuito de alimentación principal de la batería al motor de arranque del motor.

Estos son solo ejemplos; No tengo dudas de que organizaciones como SAE y ABYC tienen disposiciones similares en sus estándares. Millones de vehículos están conectados de esta manera.

Todos los circuitos, excepto el suministro principal de la batería al motor de arranque y los motores de dirección accionados eléctricamente, deben contar con protección eléctrica contra sobrecargas y cortocircuitos (es decir, deben instalarse fusibles o disyuntores).

Estoy pidiendo la lógica de ingeniería detrás de estas exenciones. A pesar de que el cable es mucho más grueso que los devanados de arranque, una falla mecánica o impacto aún podría crear un corto a tierra. La corriente resultante puede superar fácilmente los 500 A y es suficiente para soldar acero grueso.

Entiendo que el arrancador requiere mucha más corriente que cualquier otro circuito, pero seguramente se podría encontrar una solución rentable, como un enlace fusible. ¿O me equivoco?

Aquí hay algunas razones posibles que no tienen sentido para mí:

• El cable es tan grueso (en relación con el tamaño de la batería) que no necesita protección. El motor de arranque se quemará o la batería explotará antes de que el cable se derrita. Si bien esto puede ser cierto desde el punto de vista de "proteger el cable", creo que esta es una razón aún más fuerte para la protección contra sobrecorriente en el circuito de arranque ... para proteger todo el vehículo.

• El riesgo de una falla en este circuito es extremadamente improbable. Es cierto que los arrancadores son dispositivos resistentes y los cables gruesos tienen más resistencia mecánica. Sin embargo, las fallas aún son posibles y ocurren de vez en cuando en el mundo real. Además, el impacto de una falla en este circuito puede ser catastrófico y provocar la pérdida total del vehículo o la muerte. Por lo tanto, esperaría que la gravedad del problema abrumara la (probablemente) baja probabilidad en un análisis de modo de falla.

Editar para futuros lectores: la mayoría de las respuestas se centran en la disponibilidad. Eso es muy importante, pero una razón secundaria junto con la elección de un fusible como dispositivo de protección. Un interruptor mitigaría el riesgo de quedar varado debido a una falla molesta. (Alguien mencionó la posible pérdida de dirección, pero todos los vehículos de producción, incluido el Infiniti Q50, todavía tienen respaldo mecánico). Afortunadamente, hay una respuesta concisa que explica por qué incluso un interruptor o un enlace fusible no serían adecuados.

Solo tiene sentido tratar de proteger un circuito con un fusible si hay suficiente margen entre la corriente de funcionamiento y la corriente de falla, para garantizar que el fusible no se queme en el funcionamiento normal y explote en condiciones de falla.

Desafortunadamente, una vez que haya incluido todas las tolerancias, no hay un nivel actual que pueda elegir que garantice evitar disparos molestos y aún así tener una posibilidad razonable de funcionar, por ejemplo, si el motor de arranque está bloqueado. Un motor de arranque convencional está enrollado en serie, para extraer una corriente muy alta en el arranque.

Si se funde un fusible de potencia en el circuito que va al arrancador del motor, puede producirse un problema de seguridad grave, especialmente en los sistemas marinos donde la imposibilidad de arrancar el motor puede significar capacidades de navegación limitadas o nulas. En los automóviles, puede significar no poder arrancar en una situación de emergencia. Algunos autos solían tenerlo. Una vez terminé con un Toyota viejo en el medio de una curva de autopista que tenía uno y la mujer condujo ese fusible tratando de reiniciar su automóvil después de que se detuvo, lo que mató todo su sistema eléctrico, incluidas sus luces de emergencia, faros, etc. mi esposa quería comprar un Toyota años después, les pregunté si todavía tenían eso, me aseguraron que lo eliminaron porque era una responsabilidad de seguridad para ellos.

Trabajé en electrónica automotriz durante varios años. Desde un punto de vista de seguridad, no está tratando de "proteger el vehículo", está tratando de "proteger a la persona". Por lo general, la persona será el conductor o el ocupante, pero a veces la persona puede ser un peatón (piense en colisiones y zonas de deformación), un espectador (evitando explosiones en el tanque de combustible) o incluso tripulaciones de emergencia (los vehículos eléctricos no deben exponer altos voltajes que podrían causar la muerte). rescatadores).

Sin embargo, la mayoría de los problemas de seguridad no tienen una solución universalmente buena. Lo que obtienes es una compensación, y eliges la peor opción. Existen métodos formales como FMEA o FTA que le permiten cuantificar esto, de modo que si las cosas salen mal, puede demostrar que ha seguido las mejores prácticas.

El problema más común que tiene es la compensación de tolerancia a fallas versus disponibilidad. Si su primera reacción ante cualquier problema es detener el automóvil y obligar al conductor a llamar a un camión de recuperación, esto puede parecer inicialmente una buena idea y la solución más segura. Trabajé en un vehículo eléctrico híbrido para Ford, donde el software sí adoptó este enfoque cuando se encontró en una situación incierta, porque el resultado podría haber sido un movimiento sin control del vehículo. Con la situación legal en los Estados Unidos, este parecía el mejor enfoque.

Durante el desarrollo, hablamos con ingenieros de Volvo y descubrimos que tenían un enfoque completamente diferente. El caso de seguridad de Volvo es que, a menos que pueda probar que es categóricamente inseguro que el vehículo continúe moviéndose, no debe detener el vehículo. Puede reducir la velocidad a la que corre, o reducir la potencia disponible, pero el vehículo no debedetener. ¿Por qué? Porque si su automóvil se detiene en un invierno escandinavo, tiene aproximadamente 2 horas antes de morir congelado. El caso de seguridad de Volvo dijo que era preferible tener algún riesgo de colisiones de baja velocidad y baja potencia si el vehículo desarrolla una falla, y aceptar que esto sucederá con mayor frecuencia con consecuencias en su mayoría no fatales, en comparación con el menor. riesgo frecuente de que el vehículo se corte en situaciones definitivamente fatales. Además, el conductor aún puede tomar medidas para mitigar la falla apagando el encendido, incluso si el automóvil ya no responde correctamente al control electrónico del acelerador, los frenos y la selección de velocidades.

Un fusible en el circuito de arranque sigue la misma lógica. ¿Cuál es el peor de los casos sin fusible? Respuesta: el cableado o la batería se sobrecalienta y se produce un incendio en el compartimento del motor que se extiende al resto del automóvil. Por lo general, el voltaje de la batería caerá antes de que las cosas se pongan demasiado mal. El conductor puede mitigar ese escenario al no girar continuamente durante períodos prolongados. También pueden mitigar esa falla porque hay un mamparo resistente al fuego entre el motor y el compartimiento de pasajeros, lo que les da tiempo suficiente para escapar del vehículo. Incluso en el caso de que el bloqueo central falle bloqueado y las ventanas eléctricas cierren, un martillo de escape de emergencia hace que sea trivial romper ventanas y escapar. (Usted hacer tener uno, justo lo contrario, comprar uno? - Son baratos.) La situación tiene defensa en profundidad.

Sin embargo, ¿cuál es el peor de los casos con un fusible? Bueno, no puedes arrancar el motor cuando lo necesitas. En un automóvil, eso podría dejarlo varado, y estamos en el escenario de "congelación hasta la muerte en 2 horas". En un bote, estás completamente atrapado.

Los automóviles tienen advertencias de no usar el motor de arranque más de x segundos y esperar xx segundos para evitar que la batería se sobrecaliente y gasee. Como tal, la clasificación CCA debe exceder la carga, por lo que con un diseño adecuado de batería y cable, no es posible un corto a menos que se produzca un error humano (deje caer la llave en los terminales de la batería o ignore la advertencia de seguridad en el uso de arranque sostenido> 1 minuto bajo carga pesada). En esta situación la temperatura del motor de arranque será alta y luego aumentará la resistencia y la batería se agotará rápidamente pero no provocará un incendio. Si una batería falla con cortocircuito interno, se descargará automáticamente y el riesgo de incendio por chispas cerca de H2 es posible pero de riesgo relativamente bajo

Los fusibles no son adecuados ya que agregan ESR, reducen la capacidad de CCA, lo que es una pérdida de rendimiento de arranque en climas fríos. Prefiere que el motor se sobrecaliente en la dirección del motor que quemar el fusible al conducir. En resumen, los fusibles cortos (juego de palabras) reducen la fiabilidad y la seguridad.

Los autos eléctricos son diferentes y con denritas que ponen en riesgo los cortos internos, por lo que la fusión es obligatoria con la detección de temperatura.

Los automóviles y los camiones tienen cortafuegos y el lugar relativamente seguro para quedarse si la protección del circuito impide el arranque y no todos viven en Escandinavia, donde la congelación en un automóvil inamovible es una preocupación.

Hay interruptores automáticos que se pueden ubicar fácilmente en el espacio que ofrece un automóvil o camión que se pueden restablecer sin solicitar servicio. Si los cortocircuitos del solenoide del motor de arranque se cierran y el motor de arranque permanece enganchado y funcionando, a menos que el conductor pueda oír (poco probable) que el motor de arranque funcione (a diferencia de un segundo acoplamiento después de que arranque el motor), la batería se agota rápidamente y el vehículo deja de funcionar de todos modos. Por lo tanto, el argumento de que el circuito protege evita que el vehículo arranque no se acumula, una vez que la batería se descarga por debajo de cierto punto, el vehículo dejará de funcionar de todos modos.

El cable de gran calibre no impide un incendio eléctrico, el cable no se quema pero los accesorios conectados a ellos pueden y lo harán. Tome su accesorio típico y mire el conector y luego compárelo con un cable de 4 awg o 0 ga. No es el cable el que se incendiará.

La protección del circuito puede prevenir el incendio y también reducir el daño a los accesorios. Un motor de arranque atascado para funcionar porque un solenoide fundido cerrado no va a durar mucho tiempo tratando de mantener el motor funcionando a 2500-3000 rpm o más. Mucho peor daño puede ocurrir además de un arrancador dañado. Si bien la protección de circuito es por seguridad, el beneficio adicional de la protección de accesorios no debe descartarse en una visión estrecha del diseño.

Es un pensamiento interesante. La especificación de amperios de arranque de una batería es de 7,2 V después de 30 segundos, por lo que la corriente de cortocircuito puede superar fácilmente los 1000 A, pero esta corriente disminuye rápidamente a medida que pasan los segundos. Supongo que los cables que van al motor de arranque pueden ser demasiado gruesos para calentarse lo suficiente como para encender un fuego con una batería estándar. Además, los cables están en el compartimiento del motor y no pasan por nada que pueda derretirse. Si el relé de arranque se engancha, para cuando el motor de arranque se sobrecaliente y se cortocircuite, la corriente de cortocircuito original de la batería estará muy por debajo de lo que podría causar daños.

Ha habido otras buenas respuestas, como el costo de beneficio y la incapacidad de tener un fusible que sea lo suficientemente pequeño como para proteger el circuito y no quemarse durante un arranque más largo.