Perché i circuiti di avviamento non sono protetti?

Nella maggior parte delle auto e dei camion, un cavo spesso collega la batteria direttamente all'avviatore (solenoide). Perché questi circuiti non hanno alcun tipo di protezione da sovracorrente?

È una pratica accettata in tutto il settore automobilistico. Ecco due standard separati che esentano specificamente i circuiti di avviamento dalla protezione da sovracorrente. (Questi sono entrambi per moto d'acqua dove le conseguenze sono ancora maggiori; non puoi allontanarti da un incendio in mare.)

Ogni conduttore di uscita senza messa a terra da una batteria di accumulo deve avere un interruttore automatico o un fusibile ripristinati manualmente, senza intervento, a meno che il conduttore di uscita si trovi nel circuito di alimentazione principale dalla batteria a un motore di avviamento del motore.

Questi sono solo esempi; Non ho dubbi che organizzazioni come SAE e ABYC abbiano disposizioni simili nei loro standard. Milioni di veicoli sono cablati in questo modo.

Tutti i circuiti, ad eccezione dell'alimentazione principale dalla batteria al motorino di avviamento e ai motori di guida ad azionamento elettrico, devono essere dotati di protezione elettrica contro sovraccarichi e cortocircuiti (devono essere installati fusibili o interruttori automatici).

Chiedo la logica ingegneristica alla base di queste esenzioni. Anche se il cavo è molto più spesso degli avvolgimenti di avviamento, un guasto meccanico o un impatto potrebbero comunque creare un corto a terra. La corrente risultante può facilmente superare i 500A ed è sufficiente per saldare acciaio spesso.

Comprendo che lo starter richiede molta più corrente di qualsiasi altro circuito, ma sicuramente è stata trovata una soluzione economica, come un collegamento fusibile. O mi sbaglio?

Ecco alcune possibili ragioni che non hanno senso per me:

• Il cavo è così spesso (rispetto alla dimensione della batteria) che non ha bisogno di protezione. L'avviatore brucerà o la batteria esploderà prima che il cavo si sciolga. Anche se questo può essere vero dal punto di vista della "protezione del filo", credo che questo sia un motivo ancora più forte per la protezione da sovracorrente sul circuito di avviamento ... per proteggere l'intero veicolo.

• Il rischio di un guasto in questo circuito è estremamente improbabile. È vero che gli avviatori sono dispositivi robusti e cavi spessi hanno una maggiore resistenza meccanica. Tuttavia, i guasti sono ancora possibili e si verificano di volta in volta nel mondo reale. Inoltre, l'impatto di un guasto in questo circuito può essere catastrofico, con conseguente perdita totale del veicolo o morte. Quindi mi aspetterei che la gravità del problema travolgesse la (probabilmente) bassa probabilità in un'analisi della modalità di fallimento.

Modifica per i futuri lettori: la maggior parte delle risposte si concentra sulla disponibilità. Questo è molto importante, ma un motivo secondario associato alla scelta di un fusibile come dispositivo di protezione. Un interruttore attenuerebbe il rischio di rimanere bloccati a causa di un disturbo fastidioso. (Qualcuno ha menzionato la possibile perdita di sterzo, ma tutti i veicoli di produzione tra cui Infiniti Q50 hanno ancora un backup meccanico.) Fortunatamente c'è una risposta concisa che spiega perché nemmeno un interruttore o un collegamento fusibile non sarebbero adatti.

È utile cercare di proteggere un circuito con un fusibile solo se c'è abbastanza spazio tra la corrente di funzionamento e la corrente di guasto, per garantire che il fusibile non si bruci durante il normale funzionamento e che si bruci in condizioni di guasto.

Sfortunatamente, una volta incluse tutte le tolleranze, non è possibile scegliere il livello attuale che è garantito per evitare lo sgancio fastidioso e avere comunque ragionevoli possibilità di funzionare, ad esempio se il motorino di avviamento viene bloccato. Un motorino di avviamento convenzionale è avvolto in serie, al fine di assorbire una corrente molto elevata all'avvio.

Avere un colpo di fusibile di potenza sul circuito che sta per avviarsi il motore può comportare un serio problema di sicurezza, specialmente nei sistemi marini in cui l'incapacità di avviare il motore può significare capacità di navigazione limitate o assenti. Sulle auto, può significare non essere in grado di iniziare in una situazione di emergenza. Alcune macchine lo avevano. Una volta ho terminato una vecchia Toyota nel mezzo di una curva dell'autostrada che ne aveva una e l'autista donna ha fatto esplodere quella miccia tentando di riavviare la sua auto dopo che si è fermata, il che ha ucciso tutto il suo sistema elettrico tra cui le sue luci di emergenza, i fari ecc. mia moglie voleva comprare una Toyota anni dopo, ho chiesto se lo avevano ancora, mi hanno assicurato che l'hanno eliminata perché era una responsabilità per la sicurezza per loro.

Ho lavorato nell'elettronica automobilistica per diversi anni. Da un punto di vista della sicurezza, non stai cercando di "proteggere il veicolo", stai cercando di "proteggere la persona". Di solito la persona sarà il guidatore o l'occupante, ma a volte la persona può essere un pedone (pensa a collisioni e zone di accartocciamento), un passante (evitando le esplosioni del serbatoio del carburante) o persino squadre di emergenza (i veicoli elettrici non devono esporre ad alte tensioni che potrebbero uccidere i soccorritori).

La maggior parte dei problemi di sicurezza non ha una soluzione universalmente buona. Quello che ottieni è un compromesso e scegli l'opzione meno peggiore. Esistono metodi formali come FMEA o FTA che ti consentono di quantificare questo, in modo che se le cose vanno male, puoi dimostrare di aver seguito le migliori pratiche.

Il problema più comune che hai è il compromesso tra tolleranza agli errori e disponibilità. Se la tua prima reazione a qualsiasi problema è quella di fermare l'auto e costringere il conducente a chiamare un camion di recupero, questa inizialmente può sembrare una buona idea e la soluzione più sicura. Ho lavorato su un veicolo elettrico ibrido per Ford, in cui il software ha effettivamente adottato questo approccio quando si è trovato in una situazione incerta, perché il risultato avrebbe potuto essere un movimento senza comandi del veicolo. Con la situazione legale negli Stati Uniti, questo sembrava l'approccio migliore.

Durante lo sviluppo, abbiamo parlato con gli ingegneri di Volvo e abbiamo scoperto che avevano un approccio completamente diverso. Il caso di sicurezza di Volvo è che, a meno che non sia possibile dimostrare che è categoricamente pericoloso per il veicolo continuare a muoversi, non è necessario arrestarlo. È possibile ridurre la velocità a cui gira o ridurre la potenza disponibile, ma il veicolo non devefermare. Perché? Perché se la tua auto si rompe in un inverno scandinavo, hai circa 2 ore prima di congelarti a morte. Il caso di sicurezza di Volvo ha affermato che era preferibile avere un certo rischio di collisioni a bassa velocità e bassa potenza se il veicolo sviluppa un guasto e accettare che ciò accadrà più frequentemente con conseguenze per lo più non fatali, rispetto ai meno frequente rischio di fuoriuscita del veicolo in situazioni decisamente fatali. Inoltre, il conducente può comunque intervenire per mitigare l'errore spegnendo l'accensione, anche se l'automobile non risponde più correttamente al controllo elettronico dell'acceleratore, dei freni e della selezione delle marce.

Un fusibile nel circuito di avviamento segue la stessa logica. Qual è lo scenario peggiore senza miccia? Risposta: il cablaggio o la batteria si surriscaldano e si ottiene un incendio nel vano motore che si diffonde al resto dell'auto. Di solito la tensione della batteria cala prima che le cose peggiorino. Il guidatore può mitigare quello scenario non avviando continuamente per periodi prolungati. Possono anche mitigare quel guasto perché c'è una paratia resistente al fuoco tra il motore e l'abitacolo, dando loro il tempo sufficiente per sfuggire al veicolo. Anche nel caso in cui la chiusura centralizzata non riesca a bloccarsi e le finestre motorizzate non si chiudano, un martello di emergenza rende banale rompere le finestre e fuggire. ( Ne hai uno, giusto? In caso contrario, comprane uno - sono economici.) La situazione ha una difesa in profondità.

Qual è lo scenario peggiore con una miccia? Bene, non è possibile avviare il motore quando è necessario. In un'auto, questo potrebbe lasciarti bloccato - e siamo nello scenario "congelamento a morte in 2 ore". Su una barca, sei completamente bloccato.

Le automobili hanno avvertenze di non usare il motorino di avviamento per più di x secondi e attendere xx secondi per evitare il surriscaldamento e la gassificazione della batteria. Pertanto, la classificazione CCA deve superare il carico, quindi con un adeguato design della batteria e dei cavi, non è possibile un cortocircuito a meno che non si verifichi un errore umano (rilasciare la chiave attraverso i terminali della batteria o ignorare l'avvertenza di sicurezza su> 1 minuto di utilizzo prolungato dell'avviatore sotto carico pesante.) In questa situazione la temperatura del motorino di avviamento sarà alta e quindi aumenterà la resistenza e la batteria si scaricherà rapidamente ma non causerà un incendio. Se una batteria si guasta con un cortocircuito interno, si scaricherà automaticamente e sarà possibile il rischio di incendio da scintille vicino H2 ma un rischio relativamente basso

I fusibili non sono adatti poiché aggiungono ESR, riducono la capacità CCA che è una perdita delle prestazioni di avviamento a basse temperature. Preferiresti avere il surriscaldamento dello sterzo motorizzato piuttosto che il colpo di miccia durante la guida. Quindi, in breve, i fusibili (giochi di parole) riducono l'affidabilità e la sicurezza.

Le auto elettriche sono diverse e con denriti che rischiano i pantaloncini interni, quindi la fusione è obbligatoria con il rilevamento della temperatura.

Auto e camion hanno i firewall e il posto relativamente sicuro dove stare se la protezione del circuito impedisce un avvio e non tutti vivono in Scandinavia, dove il congelamento a morte in un'auto immobile è una preoccupazione.

Ci sono interruttori automatici che possono essere facilmente posizionati nello spazio offerto da un'auto o un camion che possono essere ripristinati senza richiedere assistenza. Se il solenoide del motorino di avviamento si chiude e il motorino di avviamento rimane inserito e in funzione, a meno che il conducente non riesca a sentire (improbabile) il motorino di avviamento (a differenza di un secondo innesto dopo l'avvio del motore), la batteria si scarica rapidamente e il veicolo si ferma comunque. Pertanto, l'argomento secondo cui il circuito protegge impedisce l'avvio del veicolo non si somma, una volta che la batteria si scarica al di sotto di un certo punto, il veicolo smetterà comunque di funzionare.

Il filo di grosso spessore non preclude un incendio elettrico, il filo non brucia ma gli accessori ad essi collegati possono e lo faranno. Prendi il tuo accessorio tipico e guarda il connettore e poi confrontalo con un cavo da 4 awg o 0 ga. Non è il cavo che prenderà fuoco.

La protezione dei circuiti può prevenire l'incendio e anche ridurre i danni agli accessori. Un motorino di avviamento bloccato per funzionare perché un solenoide fuso chiuso non durerà a lungo nel tentativo di tenere il passo con il motore acceso a 2500-3000 giri al minuto o più. Un danno molto peggiore può accadere oltre a un dispositivo di avviamento danneggiato. Mentre la protezione della tuta è per la sicurezza, l'ulteriore vantaggio della protezione degli accessori non dovrebbe essere scontato in una visione ristretta del design.

È un pensiero interessante. La specifica degli ampli di avviamento di una batteria è a 7,2 V dopo 30 secondi, quindi la corrente di corto circuito può essere facilmente superiore a 1000A, ma questa corrente diminuisce rapidamente man mano che passano i secondi. Ho ipotizzato che i fili che vanno all'avviatore potrebbero effettivamente essere troppo spessi per essere in grado di riscaldarsi abbastanza da accendere un fuoco con una batteria standard. Inoltre, i fili si trovano nel vano motore e non passano da nient'altro che potrebbe sciogliersi. Se il relè del motorino di avviamento si blocca, quando il motorino di avviamento si surriscalda e si mette in corto circuito, la corrente di cortocircuito originale della batteria sarà ben al di sotto di ciò che potrebbe causare danni.

Ci sono state altre buone risposte come il costo a beneficio e l'incapacità di avere un fusibile che sarebbe abbastanza piccolo da proteggere il circuito e non bruciarsi durante l'avviamento più lungo.