Контролер за електрически тротинетки: за какво служи, как работи и как да го изберете

При електрическите тротинетки често се говори за батерията и мотора. Въпреки това, има и друг, по-малко забележим компонент, който определя почти всичко: контролерът. Той регулира, във всеки един момент, енергията, която батерията подава към мотора. Ускорението, спирачката, максималната скорост, прегряването и голяма част от проблемите са свързани с него.

Това ръководство обяснява какво представлява контролерът, как да се разчетат неговите характеристики, без да се попадна на подвеждаща информация, и какъв ред да следвате, преди да решите да го замените.

Ролята на контролера, представена с една снимка

Една батерия осигурява постоянен ток: два проводника, един положителен и един отрицателен, с приблизително стабилно напрежение. Моторът на електрически тротинетки, от друга страна, е "безчетков" мотор с три проводника, които се наричат три фази. За да се върти, е необходимо токът да циркулира последователно през тези три проводника, в правилния момент и с правилната интензивност, хиляди пъти в секунда.

Контролерът изпълнява точно тази функция. Вътре в него, електронни превключватели се отварят и затварят много бързо, за да прекъсват тока от батерията и да го разпределят между трите фази. Един малък компютър управлява тези превключватели в зависимост от това, което изисквате от дросела, от позицията на мотора и от всички данни, които контролерът следи.

В същото време, контролерът изпълнява и други функции:

• електрическата спирачка: тя кара двигателя да работи като динамо, което забавя колелото и връща малко енергия обратно към батерията;
• защитите : той намалява или прекъсва захранването, ако температурата му, тази на двигателя или напрежението на батерията надвишат определените граници;
• комуникацията с дисплея: скоростта, нивото на батерията, режимите на работа и кодовете за грешки се показват на него.

Важните числа и как да ги интерпретираме

Напрежението: това е напрежението на напълно заредена батерия

Батерията на електрически тротинетки се състои от литиеви клетки, свързани последователно. Всяка клетка има средно напрежение около 3,6 V и достига 4,2 V, когато е напълно заредена. Батерията се определя по своето номинално напрежение, което е средната стойност, но контролерът трябва да издържа на напрежението при пълно зареждане.

Необходимо е също да имаме запас: при спиране с електрическа система, напрежението се повишава над това на батерията. Например, контролер, предназначен за 100 V, може да работи с батерия от 72 V (84 V при пълно зареждане), като има запас. Контролер, обозначен като "72 V" без допълнителни уточнения, трябва да бъде проверен: наистина ли поддържа 84 V и пиковите напрежения при спиране?

Два различни типа захранване: батерия и фазов

Това е моментът, който повечето описания объркват. Един контролер има две ограничения за тока:

• токът на батерията, който тя отдава. Умножен по напрежението, той дава действителната консумирана мощност;
• токът на фазата, който се подава към двигателя. Този ток е отговорен за създаването на въртящия момент, което означава силата при стартиране и при изкачване.

Защо тези два тока не са равни? При ниска скорост, двигателят се нуждае само от малко напрежение, но от голям ток, за да генерира въртящ момент. Контролерът в този случай действа като трансформатор: той обменя напрежение за ток. При стартиране, токът във фазата може да бъде много по-висок от тока на батерията, без батерията да осигурява повече енергия. Това позволява бързо ускорение, без батерията да се изтощи рязко.

Като пример, нашите контролери RageLink X400 Dual са проектирани да работят с 400 ампера фазов ток и 250 ампера ток от батерията за всеки двигател: първото число показва мощността, а второто – това, което батерията трябва да може да осигури.

Ватовете: изчисление, а не обещание

Мощността, която се черпи от батерията, се изчислява лесно: напрежение, умножено по токът на батерията. Контролер, ограничен до 50 A при батерия от 72 V, консумира максимум 72 × 50 = 3600 W. При електрически тротинетки с два двигателя и два контролера, стойностите се сумират.

Този изчисление често е по-информативно от стойността във ватове, посочена на двигателя, която обикновено обозначава номиналната мощност, т.е. мощността, която двигателят може да поддържа продължително време, без да прегрее, а не максималната мощност.

Квадратен сигнал или синусоидален сигнал

Има два основни начина за задвижване на безчетков двигател. Първият, наречен "импулсен" (или "трапецоидален"), захранва фазите на стъпки: това е просто и надеждно, но двигателят е по-шумен и малко по-малко плавен при ниски скорости. Вторият, често наричан "векторно управление" или FOC (съкращение от "Field Oriented Control"), променя тока непрекъснато, в синусоидална форма. Двигателят е по-тих, по-плавен и обикновено има по-висока ефективност.

Съвременните контролери за висока производителност работят почти всички във FOC (Field-Oriented Control). За водача, разликата се усеща най-вече в плавността при потегляне и в прецизността на контролера за ускорение.

Сензори или без сензори?

За да подаде ток в правилния момент, контролерът трябва да знае позицията на ротора на двигателя. Има две решения:

• с датчици : повечето мотори за електрически тротинетки имат три датчика, наречени "датчици на Хол" (пет тънки жици, които се намират до трите по-дебели фазови жици). Контролерът знае позицията на мотора, дори когато е спрян, което осигурява плавно и без прекъсване стартиране;
• без сензор (sensorless): контролерът определя позицията на мотора въз основа на напрежението, което той генерира при въртене. Това е много ефективно при движение, но е по-сложно при стартиране от спряло положение.

Неизправен сензор или неправилно поставена връзка могат да причинят типични симптоми: моторът може да прекъсва, да се колебае при стартиране или да не се включва, освен ако не се бута електрическият скутер.

Един или два контролера?

Електрическите тротинетки с два мотора често имат два контролера, по един за предния и за задния мотор, като производителите понякога ги различават с букви (контролер A и контролер B). Те не винаги са взаимозаменяеми: единият може да има връзка с дисплея, а другият – не.

Съществуват и двойни контролери, които управляват два мотора в едно устройство, като например RageLink X400 Dual. Само едно устройство трябва да бъде монтирано, свързано и конфигурирано, а двете колела се управляват едновременно.

Как да изберем контролер, в какъв ред?

Смяната на контролера с цел подобряване на производителността може да бъде изкушаваща. Но контролерът е само един елемент: той не може да извлича повече ток от батерията, отколкото тя може да осигури, нито да подава към двигателя повече, отколкото той може да понесе, без да прегрее. Последователността на разсъжденията в сервиза е следната.

1. Напрежението на батерията. Контролерът трябва да приема напрежението при пълно зареждане, с определен запас.
2. Какво може да осигури батерията. Максималният ток, който нейната система за управление (BMS) позволява, и качеството на клетките определят максималния капацитет. Над тази граница, батерията може да се изключи или да се износи бързо. Вижте нашите батерии за електрически тротинетки, като версиите Performance са създадени да осигуряват по-висок ток.
3. Какво може да издържи двигателят. Токът във фазата се превръща в въртящ момент, но също и в топлина в двигателя. По-голям или по-добре охладен двигател може да поеме повече. Вижте нашите двигатели за електрически тротинетки.
4. Мястото и охлаждането. Контролерът, който се нагрява, намалява мощността си, за да се предпази. Той трябва да бъде монтиран на повърхност, която отвежда топлината.
5. `Свързванията.` Сензори на мотора, газ, спирачка, дисплей: всяка връзка трябва да съответства или да бъде правилно адаптирана.
6. Регулирането. Регулируем контролер позволява адаптиране на токовете към батерията и двигателя. Но е необходимо да знаете как да го направите.

И не трябва да забравяме останалата част от машината: по-голямата мощност изисква подходящи спирачки и гуми, които да отговарят на това.

Проблемите, които възникват (или изглежда, че възникват) от контролера

• Скутерът спира, когато се ускорява бързо: най-често причината е батерията (или нейната система за управление на батерията - BMS), която се предпазва, защото й се изисква твърде голям ток, а не контролерът.
• `Моторът прекъсва или работи неравномерно : дефектен сензор Hall, неправилно поставена връзка на сензора или повреден фазов проводник.`
• Мощността намалява след няколко минути: защита от прегряване на контролера или на мотора.
• Появява се код за грешка: той указва група от дефекти (мотор, сензор, напрежение, комуникация), които трябва да бъдат интерпретирани според производителя на дисплея.
• Контролерът е изгорял напълно: това може да се дължи на вода, късо съединение във фазите или спиране с електрическа спирачка, когато батерията е вече напълно заредена, при контролер, който няма достатъчен резерв на напрежение.

Скорост и законодателство: какво трябва да знаете

Во Франция, електрическите тротинетки, които се движат по обществени пътища, трябва да бъдат фабрично ограничени до 25 км/ч. По-мощен контролер не променя това правило: на пътя, устройството остава с ограничена скорост. Производителността се измерва на писта или на частна земя, където се движи нашият отбор за състезания.

Нашите контролери RageLink

Подготвяме собствена гама от контролери: RageLink. Проектирани от нашия отдел за научно-изследователска дейност в Лион и произведени в нашите цехове във Франция, те предлагат ток от 400 до 2000 A на фаза, при 100 V, и могат да бъдат конфигурирани, актуализирани и заключени чрез приложение на телефон. Те все още не са в продажба: можете да се регистрирате в списъка с чакащи, за да бъдете информирани първи.