Dlaczego obwody rozruchowe nie są chronione?

W większości samochodów osobowych i ciężarowych gruby kabel łączy akumulator bezpośrednio z rozrusznikiem (elektromagnes). Dlaczego te obwody nie mają żadnego zabezpieczenia nadprądowego?

Jest to przyjęta praktyka w branży motoryzacyjnej. Oto dwa oddzielne standardy, które wyraźnie zwalniają obwody rozruchowe z zabezpieczenia nadprądowego. (Oba dotyczą jednostek pływających, których konsekwencje są jeszcze większe; nie można odejść od ognia na morzu).

Każdy nieuziemiony przewód wyjściowy z akumulatora musi mieć ręcznie resetowany, wyzwalający wyłącznik automatyczny lub bezpiecznik, chyba że przewód wyjściowy znajduje się w głównym obwodzie zasilania od akumulatora do silnika rozruchowego silnika.

To tylko przykłady; Nie mam wątpliwości, że organizacje takie jak SAE i ABYC mają podobne przepisy w swoich standardach. W ten sposób podłączono miliony pojazdów.

Wszystkie obwody, z wyjątkiem głównego zasilania z akumulatora do rozrusznika i napędzanych elektrycznie silników sterujących, powinny być wyposażone w elektryczne zabezpieczenie przed przeciążeniem i zwarciem (tzn. Należy zainstalować bezpieczniki lub wyłączniki).

Proszę o uzasadnienie techniczne tych wyjątków. Mimo że kabel jest znacznie grubszy niż uzwojenia rozrusznika, awaria mechaniczna lub uderzenie mogą nadal powodować zwarcie do masy. Wynikowy prąd może łatwo przekroczyć 500 A i wystarcza do spawania grubej stali.

Rozumiem, że rozrusznik wymaga znacznie większego prądu niż jakikolwiek inny obwód, ale z pewnością można znaleźć opłacalne rozwiązanie - takie jak topliwy łącznik. Czy się mylę?

Oto kilka możliwych przyczyn, które nie mają dla mnie sensu:

• Kabel jest tak gruby (w stosunku do rozmiaru baterii), że nie wymaga ochrony. Rozrusznik się pali lub akumulator eksploduje, zanim kabel się stopi. Chociaż z pewnością może to być prawda z punktu widzenia „ochrony przewodu”, uważam, że jest to jeszcze silniejszy powód ochrony nadprądowej w obwodzie rozrusznika… w celu ochrony całego pojazdu.

• Ryzyko uszkodzenia w tym obwodzie jest bardzo mało prawdopodobne. Prawdą jest, że rozruszniki są solidnymi urządzeniami, a grube kable mają większą wytrzymałość mechaniczną. Jednak awarie są nadal możliwe i zdarzają się od czasu do czasu w prawdziwym świecie. Ponadto wpływ awarii w tym obwodzie może być katastrofalny, prowadząc do całkowitej utraty pojazdu lub śmierci. Dlatego spodziewam się, że dotkliwość problemu przytłoczy (co prawda) niskie prawdopodobieństwo w analizie trybu awarii.

Edycja dla przyszłych czytelników: większość odpowiedzi dotyczy dostępności. To bardzo ważne, ale wtórny powód związany z wyborem bezpiecznika jako urządzenia ochronnego. Wyłącznik ograniczy ryzyko utknięcia z powodu uciążliwej usterki. (Ktoś wspomniał o możliwej utracie sterowania, ale wszystkie pojazdy produkcyjne, w tym Infiniti Q50, nadal mają mechaniczną kopię zapasową.) Na szczęście istnieje zwięzła odpowiedź, która wyjaśnia, dlaczego nawet przerywacz lub topliwy łącznik nie byłby odpowiedni.

Próbowanie ochrony obwodu za pomocą bezpiecznika ma sens tylko wtedy, gdy istnieje wystarczająca wolna przestrzeń między prądem roboczym a prądem zwarciowym, aby mieć pewność, że bezpiecznik nie przepali się podczas normalnej pracy i przepali się w warunkach awarii.

Niestety, po uwzględnieniu wszystkich tolerancji, nie ma poziomu prądu, który można wybrać, co gwarantuje uniknięcie uciążliwego wyzwalania i nadal ma uzasadnioną szansę na działanie, na przykład w przypadku zablokowania rozrusznika. Konwencjonalny rozrusznik jest uzwojony szeregowo, aby pobierać bardzo duży prąd podczas rozruchu.

Uderzenie bezpiecznika mocy w obwód, który prowadzi do rozrusznika silnika, może spowodować poważne problemy z bezpieczeństwem, szczególnie w systemach morskich, w których niemożność uruchomienia silnika może oznaczać ograniczone lub brak możliwości nawigacji. W samochodach może to oznaczać brak możliwości uruchomienia w sytuacji awaryjnej. Niektóre samochody go miały. Kiedyś z tyłu skończyłem starą Toyotę na środku drogi szybkiego ruchu, która miała jednego, a kierowca wysadził ten bezpiecznik, próbując ponownie uruchomić samochód po jego zgaśnięciu, co spowodowało śmierć jej całego układu elektrycznego, w tym świateł awaryjnych, reflektorów itp. moja żona chciała kupić Toyotę wiele lat później, zapytałam, czy nadal ją mają, zapewniła mnie, że się jej pozbyła, ponieważ była to dla nich odpowiedzialność za bezpieczeństwo.

Przez kilka lat pracowałem w elektronice samochodowej. Z punktu widzenia bezpieczeństwa nie próbujesz „chronić pojazdu”, próbujesz „chronić osobę”. Zwykle osoba ta będzie kierowcą lub pasażerem, ale czasami może to być pieszy (np. Kolizje i strefy zgniotu), obserwator (unikający wybuchów w zbiorniku paliwa) lub nawet ekipy ratownicze (pojazdy elektryczne nie muszą wystawiać na wysokie napięcie, które mogłoby zabić ratownicy).

Większość problemów związanych z bezpieczeństwem nie ma jednak ogólnie dobrego rozwiązania. Otrzymujesz kompromis i wybierasz najgorszą opcję. Istnieją formalne metody, takie jak FMEA lub FTA, które umożliwiają oszacowanie tego, aby w razie niepowodzenia można udowodnić, że postępowałeś zgodnie z najlepszymi praktykami.

Najczęstszym problemem, jaki masz, jest kompromis między odpornością na uszkodzenia a dostępnością. Jeśli pierwszą reakcją na jakikolwiek problem jest zatrzymanie samochodu i zmuszenie kierowcy do wezwania ciężarówki ratunkowej, może to początkowo wydawać się dobrym pomysłem i najbezpieczniejszym rozwiązaniem. Pracowałem nad hybrydowym pojazdem elektrycznym dla Forda, w którym oprogramowanie rzeczywiście przyjęło to podejście, gdy znalazło się w niepewnej sytuacji, ponieważ rezultatem mógł być nieprzewidziany ruch pojazdu. W sytuacji prawnej w USA wydawało się to najlepszym rozwiązaniem.

Podczas opracowywania rozmawialiśmy z inżynierami Volvo i stwierdziliśmy, że mieli oni zupełnie inne podejście. Przypadek bezpieczeństwa Volvo polega na tym, że dopóki nie udowodnisz , że dalsza jazda pojazdu jest kategorycznie niebezpieczna, nie możesz go zatrzymać. Możesz zmniejszyć prędkość, przy której on działa, lub zmniejszyć dostępną moc, ale pojazd nie może tego zrobićzatrzymać. Dlaczego? Ponieważ jeśli twój samochód zgaśnie podczas skandynawskiej zimy, masz około 2 godzin, zanim zamarzniesz na śmierć. W przypadku bezpieczeństwa Volvo powiedziano, że lepiej byłoby mieć ryzyko kolizji przy niskiej prędkości i niskiej mocy, jeśli pojazd ma awarię, i zaakceptować, że będzie to miało miejsce częściej, z konsekwencjami o zasadniczym skutku śmiertelnym, w porównaniu do mniej częste ryzyko wycięcia pojazdu w sytuacjach zdecydowanie śmiertelnych. Ponadto kierowca może podjąć pewne działania w celu złagodzenia usterki poprzez wyłączenie zapłonu, nawet jeśli samochód nie reaguje prawidłowo na elektroniczne sterowanie przyspieszeniem, hamulcami i wyborem biegu.

Bezpiecznik w obwodzie rozrusznika ma takie samo uzasadnienie. Jaki jest najgorszy scenariusz bez bezpiecznika? Odpowiedź: przewody lub akumulator przegrzewają się, aw kabinie silnika pali się ogień, który rozprzestrzenia się na resztę samochodu. Zwykle napięcie akumulatora spada, zanim sprawy staną się zbyt złe. Kierowca może złagodzić ten scenariusz, nie obracając w sposób ciągły przez dłuższy czas. Mogą również złagodzić tę usterkę, ponieważ między silnikiem a kabiną pasażerską znajduje się ognioodporna przegroda, dająca im wystarczająco dużo czasu na ucieczkę z pojazdu. Nawet w przypadku, gdy centralny zamek nie powiedzie się, a elektrycznie sterowane okna nie zostaną zamknięte, awaryjny młot ewakuacyjny sprawia, że ​​wybicie okien i ucieczka jest banalne. (Można zrobić masz, rację Jeśli nie kupić? - Są tanie). Sytuacja uległa głębokiej obrony.

Jaki jest najgorszy scenariusz z bezpiecznikiem? Nie możesz uruchomić silnika, kiedy jest to konieczne. W samochodzie może to spowodować, że utkniesz w martwym punkcie - i jesteśmy w scenariuszu „zamarznięcia na śmierć za 2 godziny”. Na łodzi całkowicie utknąłeś.

Samochody mają ostrzeżenia, aby nie używać rozrusznika dłużej niż x sekund i czekać xx sekund, aby zapobiec przegrzaniu akumulatora i gazowi. W związku z tym ocena CCA musi przekraczać obciążenie, więc przy odpowiedniej konstrukcji akumulatora i kabla zwarcie nie jest możliwe, chyba że wystąpi błąd ludzki (upuszczenie klucza na zaciskach akumulatora lub zignorowanie ostrzeżenia dotyczącego bezpieczeństwa przy dłuższym użytkowaniu rozrusznika przez> 1 minutę pod dużym obciążeniem). W tej sytuacji temperatura rozrusznika będzie wysoka, a następnie zwiększy się rezystancja, a akumulator rozładuje się szybko, ale nie spowoduje pożaru. Jeśli akumulator ulegnie awarii z wewnętrznym zwarciem, rozładuje się samoczynnie i możliwe jest ryzyko pożaru iskrami w pobliżu H2, ale ryzyko jest stosunkowo niskie

Bezpieczniki nie są odpowiednie, ponieważ dodają ESR, zmniejszają pojemność CCA, co jest utratą początkowej wydajności w niskich temperaturach. Wolisz przegrzanie układu kierowniczego napędzanego silnikiem niż przepalenie bezpiecznika podczas jazdy. Krótko mówiąc (bezpieczniki), bezpieczniki zmniejszają niezawodność i bezpieczeństwo.

Samochody elektryczne są różne, a denryci ryzykują zwarciem wewnętrznym, więc łączenie jest obowiązkowe przy wykrywaniu temperatury.

Samochody i ciężarówki mają zapory ogniowe i stosunkowo bezpieczne miejsce, w którym można się zatrzymać, jeśli ochrona obwodu uniemożliwia start i nie wszyscy mieszkają w Skandynawii, gdzie zamarznięcie na śmierć w nieporuszalnym samochodzie jest problemem.

Istnieją wyłączniki automatyczne, które można łatwo zlokalizować w przestrzeni zapewnianej przez samochód lub ciężarówkę, którą można zresetować bez wezwania serwisu. Jeżeli zwarcie elektromagnesu rozrusznika jest zamknięte, a rozrusznik pozostaje włączony i działa, chyba że kierowca usłyszy (mało prawdopodobne) uruchomienie rozrusznika (w przeciwieństwie do drugiego włączenia po uruchomieniu silnika) akumulator szybko się rozładowuje, a pojazd i tak przestaje działać. Dlatego argument, że obwód chroni przed uruchomieniem pojazdu, nie sumuje się, gdy akumulator rozładuje się poniżej określonego punktu, pojazd i tak przestanie działać.

Drut o dużej grubości nie wyklucza pożaru elektrycznego, drut nie pali się, ale podłączone do niego akcesoria mogą i będą. Weź typowe akcesorium i spójrz na złącze, a następnie porównaj je z kablem 4 AWG lub 0 GA. To nie kabel się zapali.

Zabezpieczenie obwodu może zapobiec pożarowi, a także zmniejszyć uszkodzenie akcesoriów. Rozrusznik utknął, aby uruchomić, ponieważ zamknięty bezpiecznik elektromagnesu nie będzie trwał długo, aby nadążyć za silnikiem pracującym przy 2500-3000 obr / min lub więcej. Znacznie gorsze obrażenia mogą wystąpić poza uszkodzonym rozrusznikiem. Podczas gdy ochrona obwodu jest bezpieczna, dodatkowej korzyści ochrony akcesoriów nie należy lekceważyć w wąskim ujęciu projektu.

To ciekawa myśl. Specyfikacja wzmacniacza rozruchowego akumulatora wynosi 7,2 V po 30 sekundach, więc prąd zwarciowy może łatwo przekroczyć 1000 A, ale prąd ten szybko spada wraz z upływem sekund. Spekuluję, że przewody prowadzące do rozrusznika mogą być zbyt grube, aby nagrzać się na tyle, aby rozpalić ogień przy użyciu standardowej baterii. Ponadto przewody znajdują się w komorze silnika i nie przechodzą przez nic innego, co mogłoby się stopić. Jeśli przekaźnik rozrusznika włączy się, do momentu nagrzania i zwarcia silnika rozrusznika, pierwotny prąd zwarciowy akumulatora będzie znacznie poniżej tego, co może spowodować uszkodzenie.

Pojawiły się inne dobre odpowiedzi, takie jak korzyść kosztowa i niemożność posiadania bezpiecznika, który byłby wystarczająco mały, aby chronić obwód i nie wypalił się podczas dłuższego rozruchu.