Por que os circuitos iniciais não estão protegidos?

Na maioria dos carros e caminhões, um cabo grosso conecta a bateria diretamente ao motor de partida (solenóide). Por que esses circuitos não têm nenhum tipo de proteção contra sobrecorrente?

É uma prática aceita em todo o setor de veículos automotores. Aqui estão dois padrões separados que isentam especificamente os circuitos de partida da proteção contra sobrecorrente. (Estes são para embarcações onde as consequências são ainda maiores; você não pode se afastar de um incêndio no mar.)

Cada condutor de saída não aterrado de uma bateria de armazenamento deve ter um disjuntor ou fusível sem reinicialização manual, a menos que o condutor de saída esteja no circuito principal de alimentação de energia da bateria até o motor em marcha.

Estes são apenas exemplos; Não tenho dúvidas de que organizações como a SAE e a ABYC têm disposições semelhantes em seus padrões. Milhões de veículos são conectados dessa maneira.

Todos os circuitos, exceto a alimentação principal da bateria, o motor de partida e os motores de direção acionados eletricamente, devem receber proteção elétrica contra sobrecarga e curto-circuito (por exemplo, fusíveis ou disjuntores devem ser instalados).

Estou pedindo a lógica da engenharia por trás dessas isenções. Embora o cabo seja muito mais grosso que os enrolamentos de partida, uma falha ou impacto mecânico ainda pode criar um curto-circuito no solo. A corrente resultante pode facilmente exceder 500A e é suficiente para soldar aço espesso.

Entendo que o motor de partida exige muito mais corrente do que qualquer outro circuito, mas certamente uma solução econômica pode ser encontrada - como um link fusível. Ou estou enganado?

Aqui estão algumas razões possíveis que não fazem sentido para mim:

• O cabo é tão grosso (em relação ao tamanho da bateria) que não precisa de proteção. O motor de partida queimará ou a bateria explodirá antes que o cabo derreta. Embora isso possa certamente ser verdade do ponto de vista de "proteger o fio", acredito que esse seja um motivo ainda mais forte para a proteção contra sobrecorrente no circuito de partida ... para proteger todo o veículo.

• O risco de uma falha neste circuito é extremamente improvável. É verdade que os iniciantes são dispositivos robustos e os cabos grossos têm mais resistência mecânica. No entanto, falhas ainda são possíveis e ocorrem de tempos em tempos no mundo real. Além disso, o impacto de uma falha neste circuito pode ser catastrófico, levando à perda total do veículo ou à morte. Portanto, eu esperaria que a gravidade do problema sobrecarregasse a (reconhecidamente) baixa probabilidade em uma análise do modo de falha.

Editar para futuros leitores: a maioria das respostas se concentra na disponibilidade. Isso é muito importante, mas um motivo secundário associado à escolha de um fusível como dispositivo de proteção. Um disjuntor reduziria o risco de ficar preso devido a uma falha incômoda. (Alguém mencionou a possível perda de direção, mas todos os veículos de produção, incluindo o Infiniti Q50, ainda têm backup mecânico.) Felizmente, há uma resposta concisa que explica por que nem mesmo um disjuntor ou link fusível seria adequado.

Só vale a pena tentar proteger um circuito com um fusível se houver espaço suficiente entre a corrente de operação e a corrente de falha, para garantir que o fusível não queime em operação normal e que exploda em condições de falha.

Infelizmente, depois de incluir todas as tolerâncias, não há um nível atual que você possa escolher, o que é garantido para evitar disparos incômodos e ainda ter uma chance razoável de funcionar, caso o motor de partida seja bloqueado, por exemplo. Um motor de partida convencional é enrolado em série, a fim de puxar uma corrente muito alta na partida.

A existência de um fusível elétrico no circuito que liga o motor de partida pode resultar em um sério problema de segurança, especialmente em sistemas marítimos em que a incapacidade de dar partida no motor pode significar recursos de navegação limitados ou inexistentes. Nos carros, pode significar não conseguir iniciar em uma situação de emergência. Alguns carros costumavam ter isso. Uma vez, na traseira, encerrei um Toyota velho no meio de uma curva de estrada que tinha uma e a motorista do carro explodiu o fusível tentando reiniciar o carro depois que ele parou, o que matou todo o sistema elétrico, incluindo as luzes de perigo, os faróis etc. minha esposa queria comprar um Toyota anos depois, perguntei se eles ainda o tinham; eles me garantiram que o haviam descartado porque era uma responsabilidade de segurança para eles.

Trabalhei em eletrônica automotiva por vários anos. Do ponto de vista da segurança, você não está tentando "proteger o veículo", está tentando "proteger a pessoa". Geralmente, a pessoa será o motorista ou ocupante, mas às vezes a pessoa pode ser um pedestre (pense em colisões e zonas de deformação), um espectador (evitando explosões no tanque de combustível) ou até equipes de emergência (os veículos elétricos não precisam expor altas tensões que podem matar socorristas).

A maioria dos problemas de segurança não possui uma solução universalmente boa. O que você recebe é uma troca e você escolhe a pior opção. Existem métodos formais, como FMEA ou TLC, que permitem quantificar isso, para que, se as coisas derem errado, você possa provar que seguiu as melhores práticas.

O problema mais comum que você tem é a compensação entre tolerância a falhas e disponibilidade. Se a sua primeira reação a qualquer problema for parar o carro e forçar o motorista a chamar um caminhão de recuperação, isso pode parecer inicialmente uma boa idéia e a solução mais segura. Eu trabalhei em um veículo elétrico híbrido para a Ford, onde o software realmente adotou essa abordagem quando se encontrava em uma situação incerta, porque o resultado poderia ter sido um movimento não controlado do veículo. Com a situação legal nos EUA, essa parecia a melhor abordagem.

Durante o desenvolvimento, conversamos com engenheiros da Volvo e descobrimos que eles tinham uma abordagem completamente diferente. O caso de segurança da Volvo é que, a menos que você possa provar que é categoricamente inseguro para o veículo continuar em movimento, não deve parar o veículo. Você pode reduzir a velocidade na qual ele opera ou reduzir a energia disponível, mas o veículo não devePare. Por quê? Porque, se o seu carro parar no inverno escandinavo, você terá cerca de duas horas antes de congelar até a morte. O caso de segurança da Volvo disse que era preferível ter algum risco de colisão em baixa velocidade e baixa potência se o veículo apresentar uma falha e aceitar que isso acontecerá com mais freqüência, com consequências quase não fatais, em comparação com as menos risco frequente de o veículo parar em situações definitivamente fatais. Além disso, o motorista ainda pode tomar algumas medidas para mitigar a falha desligando a ignição, mesmo que o carro não esteja mais respondendo adequadamente ao controle eletrônico do acelerador, freios e seleção de marchas.

Um fusível no circuito de partida segue a mesma lógica. Qual é o pior cenário sem fusível? Resposta: a fiação ou a bateria superaquece e você recebe um incêndio no compartimento do motor, que se espalha para o resto do carro. Normalmente, a tensão da bateria diminui antes que as coisas fiquem ruins. O motorista pode atenuar esse cenário, não acionando continuamente por longos períodos. Eles também podem atenuar essa falha porque existe uma antepara resistente ao fogo entre o motor e o compartimento dos passageiros, dando-lhes tempo suficiente para escapar do veículo. Mesmo no caso de falha do travamento central, as janelas acionadas e fechadas falham, um martelo de escape de emergência torna trivial quebrar as janelas e escapar. (Você fazer tem um, direito Se não, comprar um? - eles são baratos.) A situação tem defesa em profundidade.

Qual é o pior cenário com um fusível? Bem, você não pode dar partida no motor quando precisar. Em um carro, isso pode deixá-lo preso - e estamos no cenário "morrendo de frio em 2 horas". Em um barco, você está totalmente preso.

Os carros têm avisos para não usar o motor de arranque por mais de x segundos e aguardar xx segundos para evitar que a bateria aqueça demais e gaste. Como tal, a classificação CCA deve exceder a carga, portanto, com um design adequado de bateria e cabo, um curto-circuito não é possível, a menos que seja um erro humano (solte a chave nos terminais da bateria ou ignore o aviso de segurança em> 1 minuto de uso prolongado de partida sob carga pesada). a temperatura do motor de partida será alta e aumentará a resistência e a bateria será drenada rapidamente, mas não causará incêndio. Se uma bateria falhar com curto interno, ela se auto-descarregará e o risco de incêndio por faíscas perto de H2 é possível, mas o risco é relativamente baixo

Os fusíveis não são adequados, pois adicionam ESR, reduzem a capacidade do CCA, que é uma perda do desempenho inicial em clima frio. Você prefere o superaquecimento da direção movida a motor do que o fusível queimar ao dirigir. Então, resumindo (trocadilhos), os fusíveis reduzem a confiabilidade e a segurança.

E-cars são diferentes e com denrites arriscando shorts internos, então a fusão é obrigatória com sensor de temperatura.

Carros e caminhões têm firewalls e o local relativamente seguro para ficar, se a proteção do circuito impedir o início e nem todo mundo mora na Escandinávia, onde o congelamento até a morte em um carro imóvel é uma preocupação.

Existem interruptores de disjuntor que podem ser facilmente localizados no espaço oferecido por um carro ou caminhão que pode ser redefinido sem necessidade de assistência técnica. Se o solenóide do acionador de partida disparar, fechando e o acionador de partida permanecer engatado e funcionando, a menos que o motorista possa ouvir (improvável) o acionador de partida (ao contrário de um segundo acionamento após o acionamento do motor), a bateria descarrega rapidamente e o veículo para de funcionar de qualquer maneira. Portanto, o argumento de que o circuito protege impede que o veículo seja iniciado não aumenta, uma vez que a bateria descarrega abaixo de um certo ponto, o veículo para de funcionar de qualquer maneira.

O fio de bitola pesada não impede um incêndio elétrico, o fio não queima, mas os acessórios conectados a eles podem e devem. Pegue seu acessório típico, observe o conector e compare-o com um cabo de 4 awg ou 0 ga. Não é o cabo que pegará fogo.

A proteção do circuito pode impedir o incêndio e também reduzir os danos aos acessórios. Um acionador de partida travou para funcionar porque um solenóide com fusível fechado não vai durar muito, tentando acompanhar o motor funcionando a 2500-3000 rpms ou mais. Danos muito piores podem acontecer além de uma partida danificada. Embora a proteção de circuitos seja por segurança, os benefícios adicionais da proteção de acessórios não devem ser descontados em uma visão restrita do design.

É um pensamento interessante. A especificação de amperagem da bateria é de 7.2V após 30 segundos, portanto a corrente de curto-circuito pode facilmente ultrapassar 1000A, mas essa corrente diminui rapidamente conforme os segundos passam. Especulo que os fios que vão para o iniciador podem na verdade ser muito grossos para poder esquentar o suficiente para iniciar um incêndio com uma bateria padrão. Além disso, os fios estão no compartimento do motor e não passam por mais nada que possa derreter. Se o relé de partida ficar engatado, no momento em que o motor de partida esquenta e entra em curto, a corrente de curto-circuito original da bateria estará bem abaixo do que pode causar danos.

Houve outras boas respostas, como o custo-benefício e a incapacidade de ter um fusível que fosse pequeno o suficiente para proteger o circuito e não queimar durante uma partida mais longa.