Elektro-Roller-Controller: Wofür er dient, wie er funktioniert und wie man ihn auswählt

Bei einem E-Scooter spricht man oft über den Akku und den Motor. Dennoch ist es ein drittes, weniger offensichtliches Bauteil, das fast alles bestimmt: der Controller. Er dosiert in jedem Moment die Energie, die der Akku an den Motor weiterleitet. Beschleunigung, elektrische Bremsung, maximale Geschwindigkeit, Überhitzung und ein großer Teil der Ausfälle hängen damit zusammen.

Diese Anleitung erklärt, was ein Controller macht, wie man seine technischen Daten richtig interpretiert, um nicht getäuscht zu werden, und in welcher Reihenfolge man über einen Austausch nachdenken sollte.

Die Funktion des Controllers, in einem Bild zusammengefasst

Eine Batterie liefert Gleichstrom: zwei Leitungen, eine Plus- und eine Minusleitung, mit einer relativ stabilen Spannung. Ein Motor für E-Scooter ist ein sogenannter "bürstenloser" Motor mit drei Leitungen, die man die drei Phasen nennt. Damit er sich dreht, muss der Strom in diesen drei Leitungen nacheinander, zum richtigen Zeitpunkt und mit der richtigen Intensität fließen, und das tausende Male pro Sekunde.

Der Controller erledigt genau diese Aufgabe. Im Inneren öffnen und schließen elektronische Schalter sehr schnell, um den Strom der Batterie zu unterbrechen und ihn auf die drei Phasen zu verteilen. Ein kleiner Computer steuert diese Schalter basierend darauf, was Sie über den Gashebel anfordern, die Position des Motors und alles, was der Controller überwacht.

Nebenbei übernimmt der Controller weitere Aufgaben:

• `Die elektrische Bremsung: Sie lässt den Motor wie eine Dynamomaschine arbeiten, wodurch sich das Rad verlangsamt und ein Teil der Energie an den Akku zurückgeführt wird;`
• `die Schutzfunktionen: Er reduziert oder unterbricht die Leistung, wenn die Temperatur, die des Motors oder die Batteriespannung außerhalb der vorgesehenen Grenzen liegen;`
• `Die Kommunikation mit dem Display: Geschwindigkeit, Batteriestand, Fahrmodi und Fehlercodes werden von diesem Gerät übertragen.`

Die wichtigsten Zahlen und wie man sie interpretiert

Die Spannung: die Spannung eines voll aufgeladenen Akkus

Ein Akku für Elektroroller besteht aus Lithium-Zellen, die in Reihe geschaltet sind. Jede Zelle hat im Durchschnitt eine Spannung von etwa 3,6 V und erreicht bei voller Ladung 4,2 V. Der Akku wird durch seine durchschnittliche Spannung, die sogenannte Nennspannung, gekennzeichnet, aber es ist die maximale Ladespannung, die das Steuergerät aushalten muss.

Es ist außerdem ein Sicherheitsspielraum erforderlich: Beim elektrischen Bremsen steigt die Spannung über die Batteriespannung hinaus. Ein Controller, der beispielsweise für 100 V ausgelegt ist, akzeptiert einen 72-V-Akku (84 V bei voller Ladung) mit einem gewissen Spielraum. Ein Controller, der lediglich mit "72 V" angegeben ist, ohne weitere Details, sollte überprüft werden: Unterstützt er tatsächlich 84 V und die Spannungsspitzen beim Bremsen?

Zwei unterschiedliche Ströme: Batterie- und Phasenstrom

Hier ist der Punkt, den die meisten Beschreibungen verwechseln. Ein Controller hat zwei Stromgrenzen:

• der Batteriestrom, also der Strom, den er aus der Batterie zieht. Multipliziert mit der Spannung ergibt er die tatsächlich verbrauchte Leistung;
• der Phasenstrom, also der Strom, den er an den Motor liefert. Dieser Strom erzeugt das Drehmoment, also die Kraft beim Anfahren und beim Bergauffahren.

Warum sind diese beiden Ströme nicht gleich? Bei niedriger Geschwindigkeit benötigt der Motor nur eine geringe Spannung, benötigt aber einen hohen Strom, um Drehmoment zu erzeugen. Der Controller fungiert dann wie ein Transformator: Er tauscht Spannung gegen Strom. Beim Anfahren kann der Phasenstrom daher deutlich höher sein als der Batteriestrom, ohne dass die Batterie mehr Leistung liefert. Dies ermöglicht eine hohe Beschleunigung, ohne die Batterie sofort zu entladen.

Als Beispiel: Unsere RageLink X400 Dual-Controller sind mit einem Phasenstrom von 400 A und einem Batteriestrom von 250 A pro Motor angegeben: Die erste Zahl gibt die Leistung an, die zweite, was die Batterie liefern muss.

Die Watt-Angaben: Eine Berechnung, keine Garantie

Die elektrische Leistung, die aus dem Akku entnommen wird, lässt sich einfach berechnen: Spannung multipliziert mit dem Strom des Akkus. Ein Controller, der auf 50 A begrenzt ist, verbraucht bei einem 72-V-Akku maximal 72 × 50 = 3600 W. Bei einem E-Scooter mit zwei Motoren und zwei Controllern addiert man die Werte beider Controller.

Diese Berechnung ist oft aussagekräftiger als die in Watt angegebene Leistung, die normalerweise eine kontinuierliche Leistung angibt, also die, die der Motor lange Zeit ohne Überhitzung liefern kann, und nicht die Spitzenleistung.

Rechteckwelle oder Sinuswelle

Es gibt zwei Hauptmethoden, um einen bürstenlosen Motor anzutreiben. Die erste, die sogenannte Rechteckwellen- (oder Trapezwellen-)Ansteuerung, versorgt die Phasen in diskreten Schritten: Sie ist einfach und robust, aber der Motor ist lauter und bei niedrigen Geschwindigkeiten etwas weniger sanft. Die zweite, oft als Vektorregelung oder FOC (für „Field Oriented Control“) bezeichnet, variiert den Strom kontinuierlich in einer Sinusform. Der Motor ist leiser, sanfter und hat in der Regel einen besseren Wirkungsgrad.

Moderne Performance-Controller arbeiten heutzutage fast alle mit FOC (Field-Oriented Control). Für den Fahrer macht sich der Unterschied vor allem in der Sanftheit des Anfahrens und der Präzision der Beschleunigung bemerkbar.

Sensoren vorhanden oder nicht?

Um den Strom zum richtigen Zeitpunkt zu liefern, muss der Controller wissen, wo sich der Rotor des Motors befindet. Es gibt zwei Lösungen:

• mit Sensoren: Die meisten E-Scooter-Motoren verfügen über drei sogenannte "Hall-Sensoren" (fünf dünne Drähte neben den drei dickeren Phasenleitern). Der Controller kennt die Position des Motors auch im Stillstand, was einen ruckfreien und sanften Start ermöglicht
• ohne Sensor : Der Controller leitet die Position des Motors aus der Spannung ab, die dieser beim Drehen erzeugt. Das ist sehr effizient während der Fahrt, aber etwas schwieriger beim Anfahren aus dem Stillstand.

Ein defekter Sensor oder eine schlecht sitzende Verbindung kann typische Symptome verursachen: Der Motor ruckelt, zögert beim Anfahren oder startet nur, wenn man den Roller anschiebt.

Ein oder zwei Controller?

Ein Elektroroller mit zwei Motoren hat oft zwei Controller, einen für das Vorderrad und einen für das Hinterrad, die die Hersteller manchmal durch einen Buchstaben unterscheiden (Controller A und Controller B). Sie sind nicht immer austauschbar: einer kann die Verbindung zum Display haben, während der andere dies nicht tut.

Es gibt auch Doppelcontroller, die zwei Motoren in einem einzigen Gehäuse steuern, wie beispielsweise der RageLink X400 Dual. Ein einzelnes Gehäuse muss untergebracht, verkabelt und eingestellt werden, und beide Räder werden gemeinsam gesteuert.

Wie wählt man den richtigen Controller aus, in der richtigen Reihenfolge?

Der Austausch des Controllers, um die Leistung zu steigern, ist verlockend. Aber der Controller ist nur ein Bauteil: Er kann nicht mehr Strom aus einer Batterie ziehen, als sie liefern kann, noch mehr Leistung an einen Motor senden, als dieser ohne Überhitzung verträgt. Die Vorgehensweise des Werkstattteams ist wie folgt.

1. `Die Batteriespannung. Der Controller muss die maximale Spannung der Batterie akzeptieren, mit einem gewissen Spielraum.`
2. Was der Akku leisten kann. Der maximale Strom, den sein Batteriemanagementsystem (BMS) bereitstellt, und die Qualität der Zellen bestimmen die Leistungsgrenze. Darüber hinaus schaltet der Akku ab oder verschleißt schnell. Sehen Sie sich unsere Akkus für E-Scooter an, wobei die Performance-Varianten für höhere Leistung ausgelegt sind.
3. Was der Motor aushalten kann. Der Phasenstrom wird in Drehmoment, aber auch in Wärme im Motor umgewandelt. Ein größerer oder besser gekühlter Motor verträgt mehr. Sehen Sie sich unsere Elektro-Roller-Motoren an.
4. `Platz und Kühlung. Ein Controller, der sich erwärmt, reduziert seine Leistung, um sich selbst zu schützen. Er muss auf einer Oberfläche befestigt werden, die Wärme ableitet.`
5. `Die Anschlüsse. Motordrehzahlmesser, Gaspedal, Bremse, Display: Jeder Anschluss muss korrekt sein oder entsprechend angepasst werden.`
6. `Die Einstellung. Ein einstellbarer Controller ermöglicht es, die Ströme an Batterie und Motor anzupassen. Allerdings muss man wissen, wie man das macht.`

Und man darf den Rest des Fahrzeugs nicht vergessen: Mehr Leistung erfordert entsprechende Bremsen und Reifen, die der Leistung angemessen sind.

Defekte, die (oder die scheinbar von) dem Controller ausgehen

• `Der Roller bremst ab, wenn man stark beschleunigt: Meistens ist es die Batterie (oder ihr Batteriemanagementsystem, BMS), die sich schützt, weil sie zu viel Strom abfordert, und nicht der Controller.`
• `Der Motor ruckelt oder stottert: defekter Hallsensor, schlecht eingesteckter Sensorkabel oder beschädigtes Phasenleiterkabel.`
• `Die Leistung nimmt nach wenigen Minuten ab: thermischer Schutz des Controllers oder des Motors.`
• `Ein Fehlercode wird angezeigt:` Er weist auf eine Familie von Fehlern hin (Motor, Sensor, Spannung, Kommunikation), die je nach Hersteller des Displays interpretiert werden müssen.
• Der Controller ist tatsächlich durchgebrannt: Wasser, Kurzschluss in den Phasen oder elektrisches Bremsen mit einem bereits voll geladenen Akku bei einem Controller ohne Spannungsspeicher.

Geschwindigkeit und Gesetz: Was Sie wissen müssen

In Frankreich muss ein Elektroscooter, der auf öffentlichen Straßen fährt, konstruktionsbedingt auf 25 km/h begrenzt sein. Ein leistungsstärkerer Controller ändert nichts an dieser Regelung: Auf der Straße bleibt das Fahrzeug weiterhin limitiert. Die Leistung wird auf der Rennstrecke oder auf Privatgelände gemessen, wo unser Rennteam unterwegs ist.

Unsere RageLink-Controller

Wir entwickeln unsere eigene Reihe von Controllern: RageLink. Diese Controller werden von unserem Entwicklungsteam in Lyon entworfen und in unseren Werkstätten in Frankreich hergestellt. Sie haben eine Stromstärke von 400 bis 2000 A pro Phase, arbeiten mit 100 V und können über eine Smartphone-App konfiguriert, aktualisiert und gesperrt werden. Sie sind noch nicht im Verkauf erhältlich: Sie können sich für eine Warteliste anmelden, um als Erster informiert zu werden.