Warum sind Starterkreise nicht geschützt?

Bei den meisten PKWs und LKWs verbindet ein dickes Kabel die Batterie direkt mit dem Anlasser (Magnet). Warum haben diese Schaltkreise keinen Überstromschutz?

Es ist eine anerkannte Praxis in der gesamten Kraftfahrzeugindustrie. Hier sind zwei separate Normen aufgeführt, die Starterkreise speziell vom Überstromschutz ausnehmen. (Diese sind beide für Wasserfahrzeuge, bei denen die Folgen noch größer sind; Sie können nicht von einem Feuer auf See weggehen.)

Jeder nicht geerdete Ausgangsleiter einer Speicherbatterie muss über einen manuell zurückgesetzten, störungsfreien Leistungsschalter oder eine Sicherung verfügen, es sei denn, der Ausgangsleiter befindet sich im Hauptstromkreis von der Batterie zu einem Motorstartmotor.

Dies sind nur Beispiele; Ich habe keinen Zweifel daran, dass Organisationen wie SAE und ABYC ähnliche Bestimmungen in ihren Standards haben. Millionen von Fahrzeugen sind auf diese Weise verkabelt.

Alle Stromkreise mit Ausnahme der Hauptversorgung von der Batterie zum Anlasser und den elektrisch angetriebenen Lenkmotoren sollten mit einem elektrischen Schutz gegen Überlastung und Kurzschluss versehen sein (dh Sicherungen oder Leistungsschalter sollten installiert sein).

Ich frage nach den technischen Gründen für diese Ausnahmen. Obwohl das Kabel viel dicker als die Starterwicklungen ist, kann ein mechanischer Fehler oder Aufprall dennoch einen Masseschluss verursachen. Der resultierende Strom kann leicht 500 A überschreiten und reicht aus, um dicken Stahl zu schweißen.

Ich verstehe, dass der Anlasser weitaus mehr Strom benötigt als jeder andere Stromkreis, aber es könnte sicherlich eine kostengünstige Lösung gefunden werden - beispielsweise eine Schmelzverbindung. Oder irre ich mich?

Hier sind einige mögliche Gründe, die für mich keinen Sinn ergeben:

• Das Kabel ist so dick (im Verhältnis zur Größe des Akkus), dass es keinen Schutz benötigt. Der Anlasser brennt oder die Batterie explodiert, bevor das Kabel schmilzt. Dies mag unter dem Gesichtspunkt des "Schutzes des Kabels" sicherlich zutreffen, aber ich glaube, dass dies ein noch stärkerer Grund für den Überstromschutz auf der Starterschaltung ist ... um das gesamte Fahrzeug zu schützen.

• Das Risiko eines Fehlers in dieser Schaltung ist äußerst unwahrscheinlich. Es ist wahr, dass Starter robuste Geräte sind und dicke Kabel eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen. Es sind jedoch immer noch Fehler möglich, die in der realen Welt von Zeit zu Zeit auftreten. Darüber hinaus kann die Auswirkung eines Ausfalls in dieser Schaltung katastrophal sein und zum Totalverlust des Fahrzeugs oder zum Tod führen. Daher würde ich erwarten, dass die Schwere des Problems die (zugegebenermaßen) geringe Wahrscheinlichkeit einer Fehlermodusanalyse überwältigt.

Bearbeiten für zukünftige Leser: Die meisten Antworten konzentrieren sich auf die Verfügbarkeit. Das ist sehr wichtig, aber ein sekundärer Grund, der mit der Wahl einer Sicherung als Schutzeinrichtung verbunden ist. Ein Unterbrecher würde das Risiko verringern, aufgrund eines Störfehlers gestrandet zu sein. (Jemand erwähnte den möglichen Lenkungsverlust, aber alle Serienfahrzeuge, einschließlich des Infiniti Q50, verfügen immer noch über eine mechanische Sicherung.) Glücklicherweise gibt es eine kurze Antwort, die erklärt, warum selbst ein Unterbrecher oder eine Schmelzverbindung nicht geeignet wäre.

Es macht nur Sinn, einen Stromkreis mit einer Sicherung zu schützen, wenn zwischen dem Betriebsstrom und dem Fehlerstrom genügend Spielraum besteht, um sicherzustellen, dass die Sicherung im normalen Betrieb nicht durchbrennt und unter Fehlerbedingungen durchbrennt.

Wenn Sie alle Toleranzen berücksichtigt haben, können Sie leider kein aktuelles Niveau auswählen, das garantiert störende Auslösungen verhindert und dennoch eine angemessene Arbeitschance bietet, falls der Anlasser beispielsweise blockiert ist. Ein herkömmlicher Anlasser ist in Reihe gewickelt, um beim Start einen sehr hohen Strom zu ziehen.

Ein Durchbrennen der Leistungssicherung auf dem Stromkreis, der zum Motorstarter führt, kann zu einem ernsthaften Sicherheitsproblem führen, insbesondere in Schiffssystemen, in denen die Unfähigkeit, den Motor zu starten, eingeschränkte oder keine Navigationsfähigkeiten bedeuten kann. Bei Autos kann dies bedeuten, dass Sie in einer Notsituation nicht starten können. Einige Autos hatten es früher. Ich habe einmal einen alten Toyota mitten in einer Autobahnkurve hinter mir gelassen, auf der einer war, und die Fahrerin hat diese Zündschnur durchgebrannt, um ihr Auto nach dem Abwürgen neu zu starten, wodurch ihr gesamtes elektrisches System einschließlich ihrer Warnblinkanlage, Scheinwerfer usw. getötet wurde Meine Frau wollte Jahre später einen Toyota kaufen. Ich fragte, ob sie das noch hätten. Sie versicherten mir, dass sie es abschaffen würden, weil es eine Sicherheitsverpflichtung für sie sei.

Ich habe einige Jahre in der Automobilelektronik gearbeitet. Unter Sicherheitsgesichtspunkten versuchen Sie nicht, "das Fahrzeug zu schützen", sondern "die Person zu schützen". Normalerweise ist die Person der Fahrer oder Insasse, aber manchmal kann die Person ein Fußgänger (denken Sie an Kollisionen und Knautschzonen), ein Zuschauer (Vermeidung von Kraftstofftank-Explosionen) oder sogar Notfallmannschaften (Elektrofahrzeuge müssen keine hohen Spannungen aussetzen, die töten könnten) sein Retter).

Die meisten Sicherheitsprobleme haben jedoch keine allgemein gute Lösung. Was Sie erhalten, ist ein Kompromiss, und Sie wählen die am wenigsten schlechteste Option. Es gibt formale Methoden wie FMEA oder FTA, mit denen Sie dies quantifizieren können. Wenn also etwas schief geht, können Sie nachweisen, dass Sie die besten Praktiken befolgt haben.

Das häufigste Problem ist der Kompromiss zwischen Fehlertoleranz und Verfügbarkeit. Wenn Ihre erste Reaktion auf ein Problem darin besteht, das Auto anzuhalten und den Fahrer zu zwingen, einen Bergungslastwagen zu rufen, scheint dies zunächst eine gute Idee und die sicherste Lösung zu sein. Ich habe an einem Hybrid-Elektrofahrzeug für Ford gearbeitet, bei dem die Software diesen Ansatz tatsächlich gewählt hat, als sie sich in einer unsicheren Situation befand, da das Ergebnis eine unbefugte Fahrzeugbewegung gewesen sein könnte. Angesichts der rechtlichen Situation in den USA schien dies der beste Ansatz zu sein.

Während der Entwicklung haben wir mit Ingenieuren von Volvo gesprochen und festgestellt, dass sie einen völlig anderen Ansatz hatten. Der Volvo-Sicherheitsfall lautet: Wenn Sie nicht nachweisen können , dass es für das Fahrzeug kategorisch unsicher ist, sich weiter zu bewegen, dürfen Sie das Fahrzeug nicht anhalten. Sie können die Geschwindigkeit, mit der es fährt, oder die verfügbare Leistung verringern, das Fahrzeug darf dies jedoch nichthalt. Warum? Denn wenn Ihr Auto in einem skandinavischen Winter ausfällt, haben Sie ungefähr 2 Stunden Zeit, bevor Sie erfrieren. In dem Sicherheitsnachweis von Volvo heißt es, dass es vorzuziehen sei, ein gewisses Risiko für Kollisionen mit niedriger Geschwindigkeit und geringer Leistung zu haben, wenn das Fahrzeug einen Fehler entwickelt, und zu akzeptieren, dass dies häufiger mit meist nicht tödlichen Folgen geschieht als im Vergleich zu weniger. häufiges Risiko, dass das Fahrzeug in definitiv tödlichen Situationen ausfällt. Darüber hinaus kann der Fahrer noch einige Maßnahmen ergreifen, um den Fehler durch Ausschalten der Zündung zu beheben, selbst wenn das Fahrzeug nicht mehr richtig auf die elektronische Steuerung von Gaspedal, Bremsen und Gangwahl reagiert.

Eine Sicherung im Starterkreis folgt dem gleichen Grundprinzip. Was ist das Worst-Case-Szenario ohne Sicherung? Antwort: Die Verkabelung oder Batterie überhitzt sich und Sie bekommen ein Feuer im Motorraum, das sich auf den Rest des Autos ausbreitet. Normalerweise fällt die Batteriespannung ab, bevor es zu schlimm wird. Der Fahrer kann dieses Szenario abmildern, indem er längere Zeit nicht kontinuierlich dreht. Sie können diesen Fehler auch abmildern, da sich zwischen Motor und Fahrgastraum eine feuerfeste Trennwand befindet, die ihnen ausreichend Zeit gibt, dem Fahrzeug zu entkommen. Selbst für den Fall, dass die Zentralverriegelung nicht verriegelt und die angetriebenen Fenster nicht geschlossen werden, ist es mit einem Notfluchthammer trivial, Fenster zu zerbrechen und zu entkommen. (Sie tun doch, oder wenn nicht, einen zu kaufen - sie sind billig.) Die Situation hat Verteidigung in der Tiefe.

Was ist der schlimmste Fall mit einer Sicherung? Nun, Sie können den Motor nicht starten, wenn Sie müssen. In einem Auto könnten Sie dadurch gestrandet sein - und wir befinden uns im Szenario "In 2 Stunden erfrieren". Auf einem Boot stecken Sie völlig fest.

Autos haben Warnungen, den Anlasser nicht länger als x Sekunden zu verwenden und xx Sekunden zu warten, um ein Überhitzen und Begasen der Batterie zu verhindern. Daher muss die CCA-Bewertung die Last überschreiten, sodass bei angemessener Batterie- und Kabelkonstruktion ein Kurzschluss nur möglich ist, wenn ein menschliches Versagen vorliegt (Schlüssel über die Batterieklemmen fallen lassen oder Sicherheitswarnung bei längerer Verwendung des Starters> 1 Minute unter starker Last ignorieren). In dieser Situation Die Temperatur des Anlassers ist hoch und erhöht dann den Widerstand. Die Batterie wird schnell entladen, verursacht jedoch keinen Brand. Wenn eine Batterie mit einem internen Kurzschluss ausfällt, entlädt sie sich selbst und es besteht Brandgefahr durch Funken in der Nähe von H2, aber ein relativ geringes Risiko

Sicherungen sind nicht geeignet, da sie ESR hinzufügen und die CCA-Kapazität verringern, was bei kaltem Wetter zu einem Verlust der Startleistung führt. Sie möchten lieber, dass Ihre motorbetriebene Lenkung überhitzt, als dass die Sicherung beim Fahren durchbrennt. Kurz gesagt (Wortspiel beabsichtigt) Sicherungen verringern die Zuverlässigkeit und Sicherheit.

E-Autos sind unterschiedlich und mit Denriten, die interne Kurzschlüsse riskieren, ist das Verschmelzen bei der Temperaturmessung obligatorisch.

Autos und Lastwagen haben Firewalls und den relativ sicheren Ort, an dem sie bleiben können, wenn der Schutz der Rennstrecke einen Start verhindert und nicht jeder in Skandinavien lebt, wo das Erfrieren in einem unbeweglichen Auto ein Problem darstellt.

Es gibt Leistungsschalter, die sich leicht in dem Raum befinden können, den ein Auto oder LKW bietet und der zurückgesetzt werden kann, ohne dass ein Kundendienst erforderlich ist. Wenn der Kurzschluss des Anlassermagneten geschlossen ist und der Anlasser eingeschaltet bleibt und läuft, es sei denn, der Fahrer kann (unwahrscheinlich) hören, dass der Anlasser läuft (im Gegensatz zu einem zweiten Einschalten nach dem Starten des Motors), wird die Batterie schnell entladen und das Fahrzeug stoppt trotzdem. Daher summiert sich das Argument, dass der Stromkreis das Starten des Fahrzeugs verhindert, nicht auf. Sobald sich die Batterie unter einem bestimmten Punkt entlädt, hört das Fahrzeug ohnehin auf zu fahren.

Schweres Kabel schließt ein elektrisches Feuer nicht aus, das Kabel brennt nicht, aber das daran angeschlossene Zubehör kann und wird. Nehmen Sie Ihr typisches Zubehör, schauen Sie sich den Stecker an und vergleichen Sie ihn mit einem 4-awg- oder 0-ga-Kabel. Es ist nicht das Kabel, das Feuer fängt.

Der Schutz des Stromkreises kann das Feuer verhindern und auch Schäden am Zubehör reduzieren. Ein Anlasser bleibt hängen, weil ein geschlossener Magnet nicht lange hält und versucht, mit dem Motor mit 2500-3000 U / min oder mehr Schritt zu halten. Neben einem beschädigten Anlasser können weitaus schlimmere Schäden auftreten. Während der Schutz des Schutzanzugs der Sicherheit dient, sollte der zusätzliche Vorteil des Zubehörschutzes in einer engen Sicht auf das Design nicht außer Acht gelassen werden.

Es ist ein interessanter Gedanke. Die Anlauf-Ampere-Spezifikation einer Batterie liegt nach 30 Sekunden bei 7,2 V, sodass der Kurzschlussstrom leicht über 1000 A liegen kann. Dieser Strom fällt jedoch im Laufe der Sekunden schnell ab. Ich spekuliere, dass die Kabel zum Anlasser möglicherweise zu dick sind, um heiß genug zu werden, um mit einer Standardbatterie ein Feuer zu entfachen. Außerdem befinden sich die Drähte im Motorraum und führen an nichts anderem vorbei, das schmelzen könnte. Wenn das Anlasserrelais eingerastet bleibt, liegt der ursprüngliche Kurzschlussstrom der Batterie zu dem Zeitpunkt, an dem der Anlasser überhitzt und kurzgeschlossen wird, weit unter dem, was zu Schäden führen kann.

Es gab andere gute Antworten wie Kosten-Nutzen-Verhältnis und die Unfähigkeit, eine Sicherung zu haben, die klein genug wäre, um den Stromkreis zu schützen und beim längeren Anlassen nicht durchzubrennen.