Řídicí jednotka pro elektrický skútr: k čemu slouží, jak funguje a jak ji vybrat

U elektrických koloběžek se často mluví o baterii a motoru. Nicméně, existuje třetí, méně zřejmá součástka, která rozhoduje o téměř všem: ovladač. Právě on, v každém okamžiku, reguluje energii, kterou baterie dodává motoru. Zrychlení, elektrické brzdění, maximální rychlost, zahřívání a velká část poruch souvisí s ním.

Tento návod vysvětluje, co řídicí jednotka (kontrolér) dělá, jak číst její specifikace, abyste se nenechali zmást, a v jakém pořadí byste měli přemýšlet, než se rozhodnete ji vyměnit.

Role řadiče, zobrazeno na jednom obrázku

Baterie dodává stejnosměrný proud: dva vodiče, jeden kladný a jeden záporný, s přibližně stabilním napětím. Motor elektrické koloběžky je motor s "bezkomutátorovým" uspořádáním, který má tři vodiče, označované jako tři fáze. Aby se motor otáčel, je nutné, aby proud proudil střídavě těmito třemi vodiči, ve správný okamžik a se správnou intenzitou, tisícekrát za sekundu.

Řídicí jednotka přesně plní tuto funkci. Uvnitř se nacházejí elektronické spínače, které se velmi rychle otevírají a zavírají, aby odebíraly proud z baterie a rozdělovaly ho mezi tři fáze. Malý počítač řídí tyto spínače na základě informací, které obdrží z plynové páčky, polohy motoru a všeho, co řídicí jednotka monitoruje.

Mimochodem, tento ovladač plní i další funkce:

• Elektrické brzdění: Funguje tak, že motor se chová jako dynamo, což zpomaluje kolo a vrací část energie zpět do baterie;
• ochranné funkce: snižuje nebo omezuje výkon, pokud teplota, teplota motoru nebo napětí baterie překročí nastavené limity;
• Komunikace s displejem: Rychlost, úroveň nabití baterie, jízdní režimy a chybové kódy pocházejí od něj.

Důležitá čísla a jak je interpretovat

Napětí: napětí plně nabité baterie

Baterie pro koloběžku se skládá z lithium-iontových článků, které jsou zapojeny do série. Každý článek má průměrné napětí přibližně 3,6 V a při plném nabití dosahuje 4,2 V. Baterie je označována podle svého nominálního napětí, což je průměrné napětí, ale řídicí jednotka musí být schopna zvládnout napětí při plném nabití.

Ještě je potřeba počítat s rezervou: při brzdění elektromotorem se napětí zvyšuje nad hodnotu napětí baterie. Například, regulátor (controller) určený pro 100 V akceptuje baterii 72 V (84 V při plném nabití) s určitou rezervou. Regulátor označený jako "72 V" bez dalších specifikací by měl být ověřen: skutečně zvládne 84 V a napěťové špičky při brzdění?

Dva různé typy problémů: problém s baterií a problém s fázovým napětím

Toto je bod, který většina uživatelů často zaměňuje. Řídicí jednotka má dvě omezení proudu:

• proud baterie, proud, který odebírá z baterie. Pokud se vynásobí napětím, získáme skutečně spotřebovaný výkon;
• proud do fáze, proud, který je dodáván do motoru. Právě tento proud vytváří točivý moment, tedy sílu při rozjezdu a při jízdě do kopce.

Proč tyto dva proudy nejsou stejné? Při nízké rychlosti motor potřebuje pouze nízké napětí, ale vysoký proud, aby vyvinul točivý moment. Řídicí jednotka v tomto případě funguje jako transformátor: vyměňuje napětí za proud. Při startu může být proud v jednotlivých fázích motoru výrazně vyšší než proud odebíraný z baterie, aniž by baterie dodávala více energie. To umožňuje rychlou akceleraci, aniž by se baterie okamžitě vybila.

Jako příklad, naše kontrolery RageLink X400 Dual jsou specifikovány s proudem 400 A na fázi a 250 A proudu z baterie na motor: první číslo udává výkon, zatímco druhé číslo určuje, jaký proud musí být schopen dodat baterie.

Wattáž: výpočet, nikoli slib

Výkon elektrický odebíraný z baterie se vypočítá jednoduše: napětí krát proud baterie. Řídicí jednotka (controller) s omezením na 50 A u baterie o napětí 72 V odebírá maximálně 72 × 50 = 3 600 W. U koloběžky se dvěma motory a dvěma řídicími jednotkami se tyto hodnoty sečtou.

Tento výpočet je často informativnější než hodnota ve wattech uvedená na motoru, která obvykle označuje trvalý výkon, tedy výkon, který motor dokáže udržet po delší dobu bez přehřívání, a nikoli maximální výkon.

Čtvercová vlna nebo sinusoida

Existují dva hlavní způsoby, jak pohánět bezkartáčový motor. První, tzv. pulzní (nebo lichoběžníková), napájí fáze po jednotlivých krocích: je to jednoduché a robustní, ale motor je hlučnější a při nízkých rychlostech je jeho chování o něco méně plynulé. Druhý, často nazývaný vektorové řízení nebo FOC (pro „Field Oriented Control“), mění proud plynule, v sinusové vlně. Motor je tišší, má plynulejší odezvu a obecně je jeho účinnost lepší.

Moderní výkonnostní regulátory fungují téměř všechny v režimu FOC. Pro jezdce je rozdíl nejvíce patrný v plynulosti rozjezdu a přesnosti ovládání plynu.

Senzory nebo bez senzorů?

Pro správné načasování přenosu proudu musí řídicí jednotka znát polohu rotoru motoru. Existují dvě možnosti:

• s senzory: Většina motorů pro koloběžky má tři senzory, tzv. "Hallovy senzory" (pět tenkých drátů vedle tří silnějších fázových drátů). Řídicí jednotka zná polohu motoru i v klidovém stavu, což zajišťuje plynulý a bezproblémový rozjezd;
• bez senzoru : Řídicí jednotka odvozuje polohu motoru na základě napětí, které motor generuje při otáčení. Je to velmi efektivní při jízdě, ale náročnější při rozjezdu z úplného zastavení.

Vadný senzor nebo špatně zasunutý konektor způsobují typické problémy: motor trhá, váhá při startu nebo se rozjede pouze tehdy, pokud koloběžku tlačíte.

Měl by být použit jeden nebo dva ovladače?

Koloběžka s dvěma motory má často dva kontroléry, jeden pro přední kolo a jeden pro zadní kolo, přičemž výrobci je někdy označují písmeny (kontrolér A a kontrolér B). Nejsou vždy zaměnitelné: jeden může mít propojení s displejem, zatímco druhý ne.

Existují také dvojité ovladače, které řídí dva motory v jednom pouzdře, například RageLink X400 Dual. Stačí jedno pouzdro, které je potřeba umístit, zapojit a nastavit, a obě kola jsou řízena společně.

Jak vybrat ovladač, v pořadí důležitosti:

Výměna ovladače za výkonnější model je lákavá. Nicméně, ovladač je pouze jeden z prvků celého systému: nemůže odebírat více proudu z baterie, než je schopna dodat, ani poslat do motoru více, než je motor schopen zpracovat, aniž by se přehříval. V našem servisu postupujeme následovně.

1. Napětí baterie. Řídicí jednotka musí akceptovat napětí při plném nabití, a to s rezervou.
2. Co baterie dokáže poskytnout. Maximální proud, který může poskytnout systém řízení baterie (BMS), a kvalita článků určují maximální výkon. Pokud je tento limit překročen, baterie se buď vypne, nebo se rychle opotřebuje. Prohlédněte si naše baterie pro elektrické koloběžky, přičemž verze "Performance" jsou navrženy pro vyšší výkon.
3. Co motor dokáže unést. Proud fáze se přeměňuje na točivý moment, ale také na teplo v motoru. Větší nebo lépe chlazený motor zvládne vyšší zátěž. Prohlédněte si naše motory pro elektrické koloběžky.
4. Umístění a chlazení. Řídicí jednotka, která se přehřívá, snižuje svůj výkon, aby se ochránila. Musí být upevněna na povrchu, který odvádí teplo.
5. `Připojení.` Snímače motoru, akcelerátor, brzda, displej: každý konektor musí odpovídat správnému místu, případně musí být správně upraven.
6. Nastavení. Nastavitelný ovladač umožňuje přizpůsobit proud baterii a motoru. Problém je, že je potřeba vědět, jak to udělat.

A nezapomínejme na zbytek stroje: větší výkon vyžaduje odpovídající brzdy a pneumatiky.

Poruchy, které se vyskytují (nebo se zdají, že se vyskytují) u řídicí jednotky

• Koloběžka se zastavuje, když se prudce zrychluje: Většinou je to baterie (nebo její BMS – Battery Management System), která se chrání, protože jí je vyžadován příliš velký proud, a ne samotný ovladač.
• `Motor se zadrhává nebo škube: vadný Hallův senzor, špatně zasunutá konektorka senzoru, nebo poškožený fázový kabel.`
• Výkon klesá po několika minutách: ochrana proti přehřátí řadiče nebo motoru.
• Zobrazuje se chybový kód: označuje skupinu chyb (motor, senzor, napětí, komunikace), které je nutné interpretovat podle výrobce displeje.
• Řídicí jednotka se skutečně přehřála/poškodila: mohlo dojít k proniknutí vody, zkratu na fázích, nebo k brzdění pomocí elektrického systému s baterií, která byla již plně nabitá, což způsobilo přetížení řídicí jednotky, která neměla dostatečnou rezervu napětí.

Rychlost a zákony: co je třeba vědět

Ve Francii musí být elektrické koloběžky určené pro provoz na veřejných silnicích konstruovány tak, aby jejich maximální rychlost byla omezena na 25 km/h. Výkonnější regulátor nic na tomto pravidlu nemění: na silnici zůstává koloběžka omezená. Výkon se měří na závodních okruzích nebo na soukromém pozemku, kde se pohybuje náš závodní tým.

Naše řadiče RageLink

Připravujeme vlastní řadu ovladačů: RageLink. Tyto ovladače, navržené naším vývojovým oddělením v Lyonu a vyráběné v našich dílnách ve Francii, mají proudový výkon od 400 do 2000 A, pracují při napětí 100 V a jsou konfigurovány, aktualizovány a zabezpečeny prostřednictvím aplikace pro mobilní telefon. Zatím nejsou v prodeji: můžete se zapsat do seznamu zájemců a budete informováni jako první.