El-scooter controller: Hvad den bruges til, hvordan den fungerer, og hvordan man vælger den

På en elektrisk scooter taler man meget om batteriet og motoren. Men det er en tredje komponent, der er mere diskret, som afgør næsten alt: controlleren. Det er den, der øjeblik for øjeblik regulerer den energi, som batteriet sender til motoren. Acceleration, elektronisk bremsning, maksimal hastighed, opvarmning og mange af de tekniske problemer er relateret til den.

Denne guide forklarer, hvad en controller gør, hvordan man læser dens specifikationer uden at blive misledt, og hvilken rækkefølge man bør overveje, før man beslutter sig for at udskifte den.

Controllerens funktion, illustreret i et enkelt billede

Et batteri leverer jævnstrøm: to ledninger, en positiv og en negativ, med en relativt stabil spænding. En elscootermotor er en "børsteløs" motor med tre ledninger, som kaldes de tre faser. For at motoren skal rotere, skal strømmen ledes gennem disse tre ledninger i rækkefølge, på det rigtige tidspunkt og med den korrekte intensitet, tusindvis af gange i sekundet.

Controlleren udfører præcis denne funktion. Indeni åbner og lukker elektroniske kontakter meget hurtigt for at afbryde strømmen fra batteriet og fordele den mellem de tre faser. En lille computer styrer disse kontakter baseret på, hvad du beder om via speederen, motorens position og alt det, som controlleren overvåger.

Undervejs udfører controlleren også andre opgaver:

• Elektrisk bremsning: Den får motoren til at fungere som en generator, hvilket bremser hjulet og sender en smule energi tilbage til batteriet;
• `beskyttelsen : den reducerer eller afbryder strømmen, hvis temperaturen på systemet, motorens temperatur eller batterispændingen overskrider de foruddefinerede grænser;`
• Kommunikation med displayet: Hastighed, batteriniveau, køretilstande og fejlkoder kommer fra denne enhed.

De vigtige tal, og hvordan man fortolker dem

Spændingen: den spænding, som batteriet har, når det er fuldt opladet

Et batteri til en elektrisk scooter består af lithiumceller, der er forbundet i serie. Hver celle har en gennemsnitlig spænding på omkring 3,6 V og en spænding på 4,2 V, når den er fuldt opladet. Batteriet betegnes ud fra dets nominelle spænding, som er den gennemsnitlige spænding, men det er den maksimale spænding, som styreenheden skal kunne håndtere.

Derudover skal der være en sikkerhedsmargin: Ved elektrisk bremsning stiger spændingen over batteriets spænding. For eksempel accepterer en controller, der er specificeret til 100 V, et 72 V batteri (84 V ved fuld opladning) med en vis margin. En controller, der er angivet til "72 V" uden yderligere præcisering, bør kontrolleres: Understøtter den virkelig 84 V og spændingsspidserne ved bremsning?

To forskellige strømveje: batteri og fase

Det er det punkt, som de fleste specifikationer forveksler. En controller har to strømbegrænsninger:

• den batteristrøm, altså den strøm, der trækkes fra batteriet. Når den ganges med spændingen, giver det den faktiske effekt, der forbruges;
• den fase-strøm, den strøm, som den sender til motoren. Det er denne strøm, der skaber drejningsmomentet, og dermed kraften ved start og op ad bakke.

Hvorfor er disse to strømme ikke ens? Ved lave hastigheder har motoren kun brug for en lav spænding, men en høj strøm for at producere moment. Controlleren fungerer i dette tilfælde som en transformator: den udveksler spænding mod strøm. Ved opstart kan strømmen i fasen derfor være meget højere end batteristrømmen, uden at batteriet leverer mere. Dette muliggør en kraftig acceleration uden at tømme batteriet hurtigt.

Som et eksempel, vores RageLink X400 Dual-controllere er specificeret med en strøm på 400A pr. fase og 250A batteristrøm pr. motor: det første tal angiver motorens kraft, mens det andet tal angiver, hvad batteriet skal kunne levere.

Wattforbruget: en beregning, ikke et løfte

Den elektriske effekt, der trækkes fra batteriet, beregnes simpelt: spænding gange batteristrøm. En controller, der er begrænset til 50 A på et 72 V batteri, forbruger maksimalt 72 × 50 = 3600 W. På en elscooter med to motorer og to controllere, lægges de to værdier sammen.

Denne beregning er ofte mere informativ end det angivne watt-tal på motoren, som generelt angiver en kontinuerlig effekt, altså den effekt motoren kan levere over længere tid uden at overophede, og ikke den maksimale effekt.

Sinuskurve eller firkantbølge

Der er to hovedmåder at få en børsteløs motor til at køre på. Den første, kaldet "kvadratbølge" (eller "trapezformet"), forsyner faserne i intervaller: den er simpel og robust, men motoren er mere støjende og lidt mindre jævn ved lave hastigheder. Den anden, ofte kaldet "vektorstyring" eller FOC (for "Field Oriented Control"), varierer strømmen kontinuerligt i en sinusform. Motoren er mere støjsvag, mere progressiv, og effektiviteten er generelt bedre.

Moderne performance-controllere fungerer næsten alle i FOC-tilstand. For en fører mærkes forskellen primært i den blødere acceleration og den mere præcise styring.

Sensorer eller uden sensorer?

For at sende strømmen på det rigtige tidspunkt, skal styreenheden vide, hvor rotoren i motoren befinder sig. Der er to løsninger:

• med sensorer: De fleste el-scootermotorer har tre sensorer, der kaldes "Hall-effekt" sensorer (fem tynde ledninger udover de tre tykke faseledninger). Controlleren kender motorens position, selv når den er i stilstand, hvilket giver en jævn og problemfri start
• uden sensor : Controlleren beregner motorens position ud fra spændingen, som motoren genererer, når den roterer. Dette er meget effektivt under kørsel, men mere udfordrende ved start fra stilstand.

En defekt sensor eller en dårligt fastgjort kontakt kan forårsage typiske symptomer: motoren hakker, den tøver ved opstart eller den starter kun, hvis man skubber på scooteren.

Skal der bruges én eller to controllere?

En el-scooter med to motorer har ofte to controllere, en til forhjulet og en til baghjulet, som producenterne nogle gange adskiller med et bogstav (controller A og controller B). De er ikke altid udskiftelige: den ene kan have forbindelsen til displayet, mens den anden ikke har det.

Der findes også dobbeltcontrollere, som styrer to motorer i én enkelt enhed, som f.eks. RageLink X400 Dual. Kun én enhed skal monteres, tilsluttes og justeres, og begge hjul styres samlet.

Hvordan vælger man en controller, i den rigtige rækkefølge?

Det er fristende at skifte controller for at opnå bedre ydeevne. Men controlleren er kun en del af systemet: den kan ikke trække mere strøm fra batteriet, end batteriet kan levere, og den kan heller ikke sende mere strøm til motoren, end motoren kan håndtere uden at blive overophedet. Vores tilgang i værkstedet er som følger.

1. Batterispændingen. Controlleren skal kunne acceptere batterispændingen ved fuld opladning, med en vis sikkerhedsmargin.
2. Hvad batteriet kan levere. Den maksimale strøm, som batteristyringssystemet (BMS) tillader, og kvaliteten af cellerne, sætter grænsen. Over denne grænse vil batteriet enten afbryde strømmen eller slides hurtigt. Se vores batterier til el-scootere, hvor "Performance"-versionerne er designet til at levere mere strøm.
3. Hvad motoren kan klare. Strømmen i fasen omdannes til moment, men også til varme i motoren. En større eller bedre kølet motor kan håndtere mere. Se vores motorer til elektriske scootere.
4. `Placering og køling. En controller, der bliver for varm, reducerer sin ydeevne for at beskytte sig selv. Den skal monteres på en overflade, der kan lede varme væk.`
5. `Tilslutninger. Motorfølere, gas, bremse, display: Hver kontakt skal matche, eller være korrekt tilpasset.`
6. Justeringen. En justerbar controller giver mulighed for at tilpasse strømmen til batteriet og motoren. Men det kræver, at man ved, hvordan man gør det.

Og man må ikke glemme resten af maskinen: mere kraft kræver passende bremser og dæk.

Fejl, der opstår (eller som ser ud til at opstå) i controlleren

• Elscooteren stopper, når man accelererer kraftigt: Ofte er det batteriet (eller dets BMS - Battery Management System) der beskytter sig, fordi det bliver udsat for for meget strøm, og ikke selve controlleren.
• `Motoren hakker eller går ujævnt : Defekt Hallsensor, dårligt fastgjort sensorstik, eller beskadiget fasekabel.`
• `Ydelsen falder efter et par minutter: termisk beskyttelse af controlleren eller motoren.`
• `En fejlmeddelelse vises : den indikerer en gruppe af fejl (motor, sensor, spænding, kommunikation), som skal fortolkes i forhold til displayets mærke.`
• Controlleren er blevet beskadiget/brændt ud: Dette kan skyldes vand, kortslutning i faserne, eller elektronisk bremsning med et batteri, der allerede er fuldt opladet, på en controller uden tilstrækkelig spændingsmargin.

Hastighed og lovgivning: hvad du skal vide

I Frankrig skal en elektrisk scooter, der kører på offentlige veje, være konstrueret til at have en maksimal hastighed på 25 km/t. En mere kraftfuld controller ændrer ikke noget ved denne regel: på vejen er maskinen stadig begrænset. Ydeevnen måles på racerbane eller på privat grund, hvor vores racehold kører.

Vores RageLink-controllere

Vi udvikler vores egen serie af controllere: RageLink. Disse controllere er designet af vores ingeniørteam i Lyon og produceret i vores egne værksteder i Frankrig. De har en strømstyrke på 400 til 2000 A pr. fase, er 100 V og kan justeres, opdateres og låses via en app på din telefon. De er endnu ikke tilgængelige for salg: du kan tilmelde dig vores venteliste for at blive informeret, når de er klar.