Почему цепи стартера не защищены?

В большинстве легковых и грузовых автомобилей толстый кабель соединяет аккумулятор непосредственно со стартером (соленоидом). Почему в этих цепях нет защиты от перегрузки по току?

Это общепринятая практика в автомобильной промышленности. Вот два отдельных стандарта, которые специально освобождают цепи стартера от перегрузки по току. (Они оба для водного транспорта, где последствия еще больше; вы не можете уйти от огня в море.)

Каждый незаземленный выходной проводник от аккумуляторной батареи должен иметь ручной сброс, автоматический выключатель без отключения или предохранитель, если только выходной проводник не находится в главной цепи питания от батареи к двигателю, проворачивающему двигатель.

Это всего лишь примеры; Я не сомневаюсь, что такие организации, как SAE и ABYC, имеют аналогичные положения в своих стандартах. Миллионы автомобилей подключены таким образом.

Все цепи, кроме основного источника питания от аккумулятора к стартеру и электродвигателям рулевого управления, должны быть снабжены электрической защитой от перегрузки и короткого замыкания (т.е. должны быть установлены предохранители или автоматические выключатели).

Я прошу логическое обоснование этих исключений. Даже если кабель намного толще обмоток стартера, механический отказ или удар могут привести к короткому замыканию на землю. Результирующий ток может легко превысить 500 А и этого достаточно для сварки толстой стали.

Я понимаю, что стартер требует гораздо больше тока, чем любая другая цепь, но, безусловно, может быть найдено экономически эффективное решение, такое как плавкая вставка. Или я ошибаюсь?

Вот несколько возможных причин, которые не имеют смысла для меня:

• Кабель настолько толстый (относительно размера батареи), что не нуждается в защите. Стартер сгорит или аккумулятор взорвется до того, как кабель расплавится. Хотя это, безусловно, может быть справедливо с точки зрения «защиты провода», я считаю, что это еще более веская причина для защиты от перегрузки по току в цепи стартера ... для защиты всего транспортного средства.

• Риск неисправности в этой цепи крайне маловероятен. Это правда, что стартеры - это прочные устройства, а толстые кабели обладают большей механической прочностью. Однако неудачи все еще возможны, и время от времени случаются в реальном мире. Кроме того, воздействие отказа в этой цепи может быть катастрофическим, что приведет к полной потере транспортного средства или смерти. Поэтому я ожидаю, что серьезность проблемы сокрушит (по общему признанию) низкую вероятность в анализе режима отказа.

Редактировать для будущих читателей: большинство ответов сосредоточены на доступности. Это очень важно, но является вторичной причиной, связанной с выбором предохранителя в качестве защитного устройства. Прерыватель уменьшит риск быть застрявшим из-за неприятной ошибки. (Кто-то упомянул о возможной потере рулевого управления, но все серийные автомобили, включая Infiniti Q50, все еще имеют механическую резервную копию.) К счастью, есть краткий ответ, объясняющий, почему не подходит даже прерыватель или плавкая вставка.

Есть смысл пытаться защитить цепь с помощью предохранителя, если имеется достаточный запас между рабочим током и током короткого замыкания, чтобы гарантировать, что предохранитель не перегорит в нормальном режиме, а сработает в условиях неисправности.

К сожалению, после того, как вы включили все допуски, вы не сможете выбрать текущий уровень, который гарантированно предотвратит нежелательное отключение и все же будет иметь достаточные шансы на работу, например, в случае блокировки стартера. Обычный стартер имеет последовательную намотку, чтобы при пуске тянуть очень большой ток.

Перегорание предохранителя в цепи, идущей к пускателю двигателя, может привести к серьезной проблеме безопасности, особенно в морских системах, где невозможность запуска двигателя может означать ограниченные возможности навигации или их отсутствие. На автомобилях это может означать невозможность запуска в чрезвычайной ситуации. Некоторые автомобили имели его. Однажды, когда я вернулся, закончил старую Тойоту в середине поворота на автостраде, на которой был один, и женщина-водитель взорвала этот предохранитель, пытаясь перезапустить ее машину после того, как она заглохла, что убило всю ее электрическую систему, включая ее аварийные огни, фары и т.д. Когда Моя жена хотела купить Тойоту несколько лет спустя, я спросил, есть ли у них это, они заверили меня, что покончили с этим, потому что это было для них обязанностью по безопасности.

Я работал в автомобильной электронике в течение ряда лет. С точки зрения безопасности, вы не пытаетесь «защитить автомобиль», вы пытаетесь «защитить человека». Обычно человек будет водителем или пассажиром, но иногда он может быть пешеходом (например, столкновения и зоны смятия), наблюдателем (избегая взрывов топливного бака) или даже аварийными бригадами (электромобили должны не подвергать воздействию высокого напряжения, которое может привести к гибели спасатели).

Большинство проблем безопасности не имеют универсально хорошего решения. Вы получаете компромисс, и вы выбираете наименее худший вариант. Существуют формальные методы, такие как FMEA или FTA, которые позволяют количественно оценить это, так что, если что-то пойдет не так, вы сможете доказать, что следовали наилучшей практике.

Наиболее распространенная проблема, которую вы имеете, это компромисс между отказоустойчивостью и доступностью. Если ваша первая реакция на какую-либо проблему - остановить автомобиль и заставить водителя вызвать эвакуатор, это может показаться хорошей идеей и самым безопасным решением. Я работал над гибридным электромобилем для Ford, где программное обеспечение действительно использовало этот подход, когда оказалось в неопределенной ситуации, потому что результатом могло быть неуправляемое движение транспортного средства. С правовой ситуацией в США это казалось лучшим подходом.

Во время разработки мы поговорили с инженерами Volvo и обнаружили, что у них совершенно другой подход. Случай безопасности Volvo заключается в том, что если вы не докажете, что транспортное средство продолжать движение категорически небезопасно, вы не должны останавливать его. Вы можете уменьшить скорость, с которой он работает, или уменьшить доступную мощность, но автомобиль не долженстоп. Почему? Потому что, если ваша машина отключается в скандинавскую зиму, у вас есть около 2 часов, прежде чем вы замерзнете до смерти. В обосновании безопасности Volvo говорится, что было бы предпочтительнее иметь некоторый риск столкновений на малой скорости и малой мощности, если в транспортном средстве возникла неисправность, и признать, что это будет происходить чаще, в основном с нефатальными последствиями, по сравнению с менее частый риск отключения транспортного средства в определенных смертельных ситуациях. Кроме того, водитель по-прежнему может предпринять некоторые действия для смягчения неисправности путем выключения зажигания, даже если автомобиль больше не реагирует на электронное управление акселератором, тормозами и выбором передач.

Предохранитель в цепи стартера следует тому же обоснованию. Какой наихудший сценарий без предохранителя? Ответ: проводка или аккумулятор перегреваются, и вы получаете пожар в моторном отсеке, который распространяется на остальную часть автомобиля. Обычно напряжение батареи падает до того, как все станет плохо. Водитель может смягчить этот сценарий, не вращая непрерывно в течение длительных периодов. Они также могут смягчить эту неисправность, поскольку между двигателем и пассажирским салоном установлена ​​огнестойкая переборка, что дает им достаточно времени для выхода из транспортного средства. Даже в случае, если центральный замок не блокируется, а электростеклоподъемники закрываются, молоток аварийного отключения делает тривиальным разбивать окна и убегать. (Вы делаете один, право Если нет, то купить - они дешевы.) Положение имеет защиту в глубину.

Каков наихудший сценарий с предохранителем? Ну, вы не можете запустить двигатель, когда вам нужно. В машине, которая может оставить вас в затруднительном положении - и мы находимся в сценарии «замерзания за 2 часа». На лодке вы совершенно застряли.

Автомобили предупреждают, что не следует использовать стартер дольше, чем х секунд, и подождите хх секунд, чтобы предотвратить перегрев и газообразование аккумулятора. Таким образом, номинальное значение CCA должно превышать нагрузку, поэтому при адекватной конструкции батареи и кабеля короткое замыкание невозможно, если только не произойдет человеческая ошибка (бросьте гаечный ключ на клеммы батареи или не обращайте внимания на предупреждение о безопасности при длительном использовании> 1 минуты стартера при большой нагрузке.) В этой ситуации температура стартера будет высокой, а затем увеличится сопротивление, и батарея быстро разрядится, но не вызовет возгорания. Если аккумулятор выйдет из строя из-за короткого замыкания, он саморазрядится, и возможен пожар от искр вблизи H2, но относительно низкий риск

Предохранители не подходят, так как они добавляют ESR, уменьшают емкость CCA, что является потерей пусковых характеристик в холодную погоду. Вы бы предпочли перегрев рулевого двигателя, чем перегорание предохранителя во время движения. Таким образом, короткие (предназначенные для каламбура) предохранители снижают надежность и безопасность.

Электронные автомобили отличаются друг от друга и с денитри рискуют внутренними шортами, поэтому слияние является обязательным при измерении температуры.

У легковых и грузовых автомобилей есть брандмауэры и относительно безопасное место для проживания, если защита цепи препятствует запуску, и не все живут в Скандинавии, где опасно замерзание в неподвижном автомобиле.

Существуют автоматические выключатели, которые могут быть легко размещены в пространстве, предоставленном легковым или грузовым автомобилем, и могут быть сброшены без необходимости обслуживания. Если короткое замыкание соленоида стартера закрыто, и стартер остается включенным и работающим, если водитель не слышит (маловероятно) работающий стартер (в отличие от второго включения после запуска двигателя), батарея быстро разряжается, и транспортное средство в любом случае прекращает движение. Поэтому аргумент, что схема защищает, предотвращает запуск транспортного средства, не суммируется, как только батарея разряжается ниже определенной точки, транспортное средство в любом случае перестанет работать.

Провод большого калибра не исключает возгорания, провод не горит, но подключенные к ним аксессуары могут и будут. Возьмите свой типичный аксессуар, посмотрите на разъем, а затем сравните его с кабелем 4 AWG или 0 GA. Это не кабель, который загорится.

Защита от замыкания может предотвратить пожар, а также уменьшить повреждение аксессуаров. Стартер остановился, потому что закрытый плавкий предохранитель соленоида не будет длиться долго, пытаясь не отставать от двигателя, работающего на 2500-3000 об / мин или более. Гораздо худший урон может случиться помимо поврежденного стартера В то время как защита .cirxuit для безопасности, дополнительное преимущество защиты аксессуаров не должно сбрасываться со счетов в узком представлении дизайна.

Это интересная мысль. Амплитуда проворачивания ампер-заряда батареи составляет 7,2 В через 30 секунд, поэтому ток короткого замыкания может легко превысить 1000 А, но этот ток быстро падает с течением времени. Я предполагаю, что провода, идущие к пускателю, могут быть слишком толстыми, чтобы иметь возможность достаточно нагреться, чтобы начать пожар со стандартной батареей. Кроме того, провода находятся в моторном отсеке и не могут быть расплавлены. Если реле стартера сработает, к тому времени, как стартер перегреется и закроется, первоначальный ток короткого замыкания аккумулятора будет значительно ниже, что может причинить вред.

Были и другие хорошие ответы, такие как стоимость, чтобы извлечь выгоду, и неспособность иметь плавкий предохранитель, который был бы достаточно маленьким, чтобы защитить цепь и не перегореть во время более длительного запуска.