Autodesconexión del motor de arranque de la unión con la batería de servicio, en caso de colisión

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En este artículo vamos a abordar los sistemas de autodesconexión del motor de arranque de la unión con la batería de servicio, en caso de colisión.

El automóvil actualmente cuenta con muchos equipamientos para reducir todo lo posible los daños físicos en caso de colisión; actuación de la estructura de la carrocería y sistemas de retención y protección de los ocupantes son los más trascendentes en relación a la seguridad pasiva secundaria, que actúa durante el accidente.

Un aspecto muy importante es evitar que se produzca un incendio por los efectos de la colisión, y este artículo trata de un detalle íntimamente relacionado; la conexión entre la batería de servicio y el motor de arranque.

Antes de la seguridad pasiva secundaria ha intervenido la seguridad activa o primaria para tratar de evitar la colisión, y después la seguridad pasiva terciaria, que engloba la evacuación y asistencia de los ocupantes tras el accidente.

Lo que vamos a ver en este artículo se incluye en la seguridad pasiva secundaria y también llega a afectar a la terciaria.

Las explicaciones se desarrollan sobre automóviles con motor térmico, en los híbridos (motor térmico y eléctrico) sería aplicable a la batería de servicio, pues las baterías de propulsión tienen sus propios sistemas de protección.

Se van a utilizar automóviles con implantación de motor longitudinal delantero y propulsión (tracción trasera), y en un caso con disposición transaxle que se comenta al utilizarlo.

Al final del artículo se indican otros en el blog relacionados.

Circuito eléctrico, batería, fusibles y motor de arranque

El circuito eléctrico del automóvil tiene muchos componentes, de los que vamos a incluir en este artículo los necesarios para desarrollar su tema.

Se ven en la imagen estos elementos del circuito eléctrico del automóvil:

Batería:

Es un almacén de electricidad para suministrarla al motor de arranque durante la puesta en marcha del motor térmico (gasolina, gas o diésel), y también si se utilizan consumidores eléctricos con el motor parado

Motor de arranque:

Utiliza la electricidad de la batería para la puesta en marcha del motor térmico
En el sistema “stop & start” tiene un trabajo adicional, previsto en su diseño

Cableado eléctrico:

Transmite la electricidad entre los componentes del circuito

Consumidores eléctricos:

Son los que utilizan la electricidad para su funcionamiento, se ven en el detalle bombillas

“Masa”:

Los elementos eléctricos necesitan dos conexiones para funcionar, llegada de electricidad (positivo) y salida (negativo), ambas salen y retornan de la batería
Se evita duplicar el cableado eléctrico aprovechando que la carrocería del automóvil es metálica y conduce la electricidad
El retorno de electricidad se hace por la carrocería, lo que implica que los elementos eléctricos tienen un cable de llegada de electricidad (positivo) y el retorno (negativo) se hace por su conexión con la carrocería, es la “masa”
Hay automóviles en los que la masa es la llegada de electricidad (positivo a masa) y el retorno es mediante cableado a la batería, en los coches que vamos a ver es a la inversa, la masa es el retorno de electricidad (negativo a masa)

Caja de fusibles:

Los fusibles son tramos cortos de cableado más finos que el del circuito al que protegen
En caso de cortocircuito, comunicación entre llegada de corriente y masa, el aumento de temperatura por la intensidad de electricidad lo quema, cortando el circuito y evitando riesgos de incendio
Los fusibles están agrupados en una, dos o más cajas situadas en el interior del habitáculo y delante o detrás, en este coche hay una caja de fusibles en el habitáculo y otra delante próxima a la batería
En el detalle inferior izquierdo se ve la llegada de electricidad a un caja de fusibles, pasa por el fusible de menor sección que el cableado y llega a una bombilla de un faro que se enciende.
En el detalle inferior de la derecha, por alguna razón, podría ser un accidente, se comunica el cable de llegada de electricidad a la bombilla con la masa haciendo que toda la intensidad de la batería pase por el fusible, que al quemarse corta el circuito evitando que pueda provocarse un incendio en el recorrido del cable de conexión con la bombilla al faro.
El motor de arranque necesita gran cantidad de intensidad de electricidad para poder poner en marcha el motor térmico del automóvil, por lo que su conexión con la batería requiere un cable de mucha sección
Si se produjese un cortocircuito entre la llegada de electricidad al motor de arranque y masa, el aumento de temperatura sería sumamente elevado con evidentes riesgos de incendio al quemarse su funda aislante y sus efectos sobre elementos próximos
Cómo se puede evitar es el tema de este artículo

Posiciones de la batería, motor de arranque y cableado de conexión

Se representan dos automóviles, identificados como 1 y 2 en los que la posición de la batería es diferente:

Automóvil 1:

El motor de arranque está a un lado del motor térmico y la batería se sitúa detrás, en el maletero
Se ve el cableado de conexión entre la batería y el motor de arranque y sus respectivas conexiones a la carrocería del automóvil, masa
El recorrido desde la batería al motor de arranque precisa cableado de largo recorrido, pasando por zonas en las que puede haber materiales combustibles si se produce una chispa o conato de incendio
Intercalar un fusible en el cable entre batería y motor de arranque exige mucha sección, lo que no impide mucho aumento de intensidad hasta que se quema en caso de cortocircuito, con los inherentes riesgos de incendio
Habrá que valorar otra solución que luego veremos

Automóvil 2:

La batería está delante y próxima al motor de arranque, por lo que el cableado de conexión de gran sección tiene corto recorrido y el riesgo de incendio es menor, pero no desaparece
Con un fusible de algo menos sección que el cableado entre batería y motor de arranque se podría proteger en caso de cortocircuito con masa
Se ve seguidamente esta aplicación

Autodesconexión del motor de arranque

Protección del cableado entre motor de arranque y batería de corto recorrido

La implantación técnica en este automóvil, que es el mismo de la siguiente diapositiva, es de motor longitudinal delantero y propulsión (tracción trasera), en disposición transaxle.

Lo que implica que la caja de cambios está junto al diferencial en el eje trasero motriz.

El embrague puede estar, como en este caso al lado del motor o de la caja de cambios.

En este automóvil la batería está cerca del motor de arranque y se representa en situación normal, sin accidente:

El cableado de conexión entre batería y motor de arranque es de corto recorrido.
Se intercala en una parte del cableado entre motor de arranque y batería, lo más próximo a esta, un fusible de menos sección que el cable, pero como tiene que funcionar con intensidades muy altas, la sección es bastante superior a los cableados del circuito eléctrico en general y proporcional al fusible.
En la imagen se representa la batería con su conexión a masa, el cableado al motor de arranque con el fusible de protección, el motor de arranque con su conexión a masa y detalle del fusible ente batería y motor de arranque en correcto estado.

Protección del cableado entre motor de arranque y batería de corto recorrido; colisión

Se ve el mismo automóvil de la anterior imagen en situación de colisión frontal:

La colisión ha deformado la zona delantera provocando contacto entre el cable de llegada de electricidad de la batería al motor de arranque con masa, cortocircuito.
El paso de toda la intensidad de la batería a masa aumenta la temperatura del fusible que se quema cortando el paso de la electricidad, se ha reducido el riesgo de incendio.
En el detalle inferior izquierdo se ve el fusible del motor de arranque fundido, y a la derecha en transparencia está el fusible en buen estado para comparar.

Evitar que se produzca un cortocircuito durante la colisión se engloba en la seguridad pasiva secundaria.

Si se produce el incendio las consecuencias derivan hacia la seguridad pasiva terciaria, pues afecta a la evacuación y asistencia de los ocupantes.

Protección del cableado entre motor de arranque y batería de largo recorrido

La batería en este coche está detrás, en el maletero, y el motor de arranque delante al lado del motor térmico y se representa en situación normal, sin colisión:

El cableado de conexión entre batería y motor de arranque necesario tiene largo recorrido, y pasa por zonas que pueden estar fabricadas con materiales sensibles a altas temperaturas e incluso que llegan a arder relativamente fácil si hay chispa o conato de incendio.
Muy próximo a la batería se intercala en el cableado de gran sección que va al motor de arranque un desconectador
Es un sistema que se comporta más o menos como un interruptor de alta intensidad.
En esta imagen está conectado permitiendo el paso de la electricidad, se resalta en la imagen inferior ampliada.

Protección del cableado entre motor de arranque y batería de largo recorrido; colisión

Es el mismo coche de la anterior diapositiva, en este caso sometido a una colisión frontal:

La deformación de la zona delantera para absorber energía y proteger el habitáculo ha hecho que el cable de llegada de electricidad al motor de arranque se comunique con masa, cortocircuito.
La colisión es detectada por un sistema mecánico de inercia o pirotécnico, en este caso similar al que hace funcionar los pretensores de los cinturones de seguridad, haciendo que el desconectador haga su función cortando el paso de electricidad al motor de arranque.
La protección es bastante mayor que con el fusible, pues entra en acción en caso de accidente sin que suba en exceso la intensidad por el cortocircuito.
En las imágenes inferiores se representa el desconectador, a la derecha cortando el paso de electricidad y a la izquierda en transparencia conectado.
Para recuperar la conexión según el sistema utilizado será necesario rearmarlo o ser sustituido, generalmente requiere paso por el taller.

Este sistema de protección es bastante más eficiente que el fusible si el cableado entre motor de arranque y batería es de largo recorrido al estar ambos elementos separados.

Otros enlaces

Sistema de activación del borne pirotécnico de la batería de BMW