¿Por qué no están protegidos los circuitos de arranque?

Question

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

Es una práctica aceptada en toda la industria automovilística. Aquí hay dos normas separadas que eximen específicamente a los circuitos de arranque de la protección contra sobrecorrientes. (Ambas son para las embarcaciones en las que las consecuencias son aún mayores; no puedes alejarte de un incendio en el mar).

Cada conductor de salida no conectado a tierra de una batería de almacenamiento debe tener un disyuntor o fusible de reajuste manual y sin disparos, a menos que el conductor de salida esté en el circuito principal de alimentación de la batería a un motor de arranque.

Estos son sólo ejemplos; no tengo ninguna duda de que organizaciones como SAE y ABYC tienen disposiciones similares en sus normas. Millones de vehículos están cableados de esta manera.

Todos los circuitos, excepto el suministro principal de la batería al motor de arranque y los motores de dirección de accionamiento eléctrico, deben estar provistos de protección eléctrica contra la sobrecarga y el cortocircuito, (es decir, los fusibles o interruptores de circuito deben ser instalado).

Estoy pidiendo la lógica de la ingeniería detrás de estas exenciones. Aunque el cable es mucho más grueso que los bobinados del motor de arranque, un fallo mecánico o un impacto podría crear un cortocircuito a tierra. La corriente resultante puede exceder fácilmente los 500A y es suficiente para soldar acero grueso.

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

Aquí hay algunas posibles razones 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. Aunque esto puede ser cierto desde el punto de vista de "proteger el cable", creo que es una razón aún más fuerte para la protección de sobrecorriente en el circuito de arranque... para proteger todo el vehículo.

• El riesgo de un fallo en este circuito es extremadamente improbable. Es cierto que los arrancadores son dispositivos robustos y los cables gruesos tienen más fuerza mecánica. Sin embargo, los fallos son todavía posibles, y ocurren de vez en cuando en el mundo real. Además, el impacto de un fallo en este circuito puede ser catastrófico, llevando a la pérdida total del vehículo o a la muerte. Por lo tanto, esperaría que la gravedad del problema abrume la (admitámoslo) baja probabilidad en un análisis de modo de falla.

Edita para futuros lectores: La mayoría de las respuestas se centran en la disponibilidad. Eso es muy importante, pero una razón secundaria unida a la elección de un fusible como dispositivo de protección. Un fusible mitigaría el riesgo de quedar varado debido a un fallo molesto. (Alguien mencionó la posible pérdida de la dirección, pero todos los vehículos de producción, incluyendo el Infiniti Q50, todavía tienen respaldo mecánico). Afortunadamente hay una respuesta concisa que explica por qué ni siquiera un interruptor o un fusible sería adecuado.

Answer 1

Sólo tiene sentido tratar de proteger un circuito con un fusible si hay suficiente espacio entre la corriente de operación y la corriente de falla, para asegurar que el fusible no se fundirá en el funcionamiento normal, y se fundirá en condiciones de falla.

Desafortunadamente, una vez que se han incluido todas las tolerancias, no hay ningún nivel actual que se pueda elegir que esté garantizado para evitar tropiezos molestos y que aún tenga una posibilidad razonable de funcionar, si el motor de arranque se bloquea, por ejemplo. Un motor de arranque convencional es enrollado en serie, para poder tirar de una corriente muy alta en el arranque.

Answer 2

El hecho de que se funda un fusible de potencia en el circuito que va al arrancador del motor puede provocar un grave problema de seguridad, especialmente en los sistemas marinos en los que la incapacidad de arrancar el motor puede significar una capacidad de navegación limitada o nula. En los coches, puede significar no poder arrancar en una situación de emergencia. Algunos coches solían tenerlo. Una vez terminé la parte trasera de un viejo Toyota en medio de una curva de la autopista que tenía una y la mujer que conducía quemó ese fusible tratando de volver a arrancar su coche después de que se parara, lo que mató todo su sistema eléctrico, incluyendo sus luces de emergencia, faros, etc. Cuando mi esposa quiso comprar un Toyota años después, le pregunté si todavía lo tenían, y me aseguraron que lo habían eliminado porque era una responsabilidad de seguridad para ellos.

Answer 3

Trabajé en la electrónica del automóvil durante varios años. Desde el punto de vista de la seguridad, no se trata de "proteger el vehículo", sino de "proteger a la persona". Normalmente la persona será el conductor u ocupante, pero a veces la persona puede ser un peatón (piense en las colisiones y las zonas de deformación), un transeúnte (evitando las explosiones del tanque de combustible) o incluso el personal de emergencia (los vehículos eléctricos no deben exponer altos voltajes que podrían matar a los rescatistas).

Sin embargo, la mayoría de los problemas de seguridad no tienen una solución universalmente buena. Lo que obtienes es una compensación, y eliges la opción menos mala. Existen métodos formales como el FMEA o el FTA que te permiten cuantificar esto, de modo que si las cosas van mal puedes probar que has seguido las mejores prácticas.

El problema más común que tiene es el equilibrio entre la tolerancia a los fallos y la disponibilidad. Si su primera reacción ante cualquier problema es detener el auto 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, en el que el software adoptó este enfoque cuando se encontró en una situación incierta, porque el resultado podría haber sido un movimiento del vehículo no controlado. Con la situación legal en los EE.UU., este parecía el mejor enfoque.

Durante el desarrollo, hablamos con los ingenieros de Volvo y descubrimos que tenían un enfoque completamente diferente. El caso de la seguridad de Volvo es que a menos que puedas probar que es categóricamente inseguro que el vehículo siga en movimiento, usted no debe Detenga el vehículo. Puedes reducir la velocidad a la que corre, o reducir la potencia disponible, pero el vehículo no debe Deténgase. ¿Por qué? Porque si tu coche se avería en un invierno escandinavo, tienes 2 horas antes de morir congelado. El caso de seguridad de Volvo decía que era preferible tener algún riesgo de colisiones a baja velocidad y baja potencia si el vehículo desarrolla una avería, y aceptar que esto ocurrirá más frecuentemente con consecuencias mayormente no fatales, comparado con el riesgo menos frecuente de que el vehículo se pare en situaciones definitivamente fatales. Además, el conductor todavía puede tomar alguna medida para mitigar la falla apagando el encendido, incluso si el auto ya no responde adecuadamente al control electrónico del acelerador, los frenos y la selección de la marcha.

Un fusible en el circuito de arranque sigue el mismo razonamiento. ¿Cuál es el peor de los casos sin un 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 coche. Normalmente el voltaje de la batería caerá antes de que las cosas se pongan muy feas. El conductor puede mitigar ese escenario no dando vueltas continuamente por largos períodos. También puede mitigar esa falla porque hay un mamparo resistente al fuego entre el motor y el compartimento de pasajeros, lo que les da tiempo suficiente para escapar del vehículo. Incluso en el caso de que falle el cierre centralizado y las ventanas motorizadas se cierren, un martillo de escape de emergencia hace que sea trivial romper las ventanas y escapar. (Usted hacer tienen uno, ¿verdad? Si no, compra uno - son baratos.) La situación tiene una defensa a fondo.

Pero, ¿cuál es el peor de los casos con un fusible? Bueno, no puedes encender el motor cuando lo necesitas. En un auto, eso podría dejarte varado - y estamos en el escenario de "morir congelado en 2 horas". En un barco, estás completamente atascado.

Answer 4

Los coches tienen advertencias de no usar el motor de arranque más de x segundos y esperar xx segundos para evitar el sobrecalentamiento de la batería y el gas. Como la clasificación de la CCA debe exceder la carga, así que con un diseño adecuado de batería y cable, un cortocircuito no es posible a menos que haya un error humano (una llave de caída a través de los terminales de la batería o ignorar la advertencia de seguridad en > 1 minuto de uso sostenido del arrancador bajo una carga pesada). En esta situación, la temperatura del motor de arranque será alta y luego aumentará la resitencia y la batería se agotará rápidamente pero no causará un incendio. Si una batería falla con un cortocircuito interno, se autodescargará y el riesgo de incendio por chispas cerca de H2 es posible pero el riesgo es relativamente bajo

Los fusibles no son adecuados ya que añaden ESR , reducen la capacidad de CCA que es una pérdida de rendimiento de arranque en tiempo frío. Prefieres que se sobrecaliente la dirección asistida a que se funda el fusible cuando conduces. Así que en resumen (juego de palabras) los fusibles reducen la fiabilidad y la seguridad.

Los coches eléctricos son diferentes y con los denritos arriesgando los pantalones cortos internos, por lo que la fusión es obligatoria con la detección de temperatura.

Answer 5

Es un pensamiento interesante. La especificación de los amperios de arranque de una batería está en 7,2V después de 30 segundos, por lo que la corriente de cortocircuito puede ser fácilmente de más de 1000A, pero esta corriente baja rápidamente a medida que pasan los segundos. Especulo que los cables que van al arrancador pueden ser en realidad demasiado gruesos para poder calentarse lo suficiente para iniciar un incendio con una batería estándar. Además, los cables están en el compartimento del motor y no pasan por nada más que pueda derretirse. Si el relé del motor de arranque se activa, para cuando el motor de arranque se sobrecaliente y se apague, la corriente de cortocircuito original de la batería estará muy por debajo de lo que podría causar daños.

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