Controlador para patinetas eléctricas: ¿para qué sirve, cómo funciona y cómo elegirlo?

En un patinete eléctrico, se habla mucho de la batería y del motor. Sin embargo, hay un tercer componente, más discreto, que decide casi todo: el controlador. Es él quien, en cada momento, regula la energía que la batería envía al motor. La aceleración, el frenado eléctrico, la velocidad máxima, el sobrecalentamiento y una buena parte de las averías dependen de él.

Esta guía explica qué hace un controlador, cómo interpretar sus características sin dejarse engañar, y en qué orden se debe pensar antes de reemplazarlo.

El papel del controlador, en una imagen

Una batería proporciona corriente continua: dos cables, uno positivo y uno negativo, con un voltaje relativamente estable. Un motor de patinete, por su parte, es un motor "sin escobillas" de tres cables, que se conocen como las tres fases. Para que gire, es necesario hacer circular la corriente en estos tres cables de forma alternada, en el momento preciso y con la intensidad correcta, miles de veces por segundo.

El controlador realiza precisamente esa función. En su interior, interruptores electrónicos se abren y cierran muy rápidamente para cortar la corriente de la batería y distribuirla entre las tres fases. Un pequeño procesador controla estos interruptores en función de lo que se solicita a través del acelerador, la posición del motor y todo lo que el controlador monitoriza.

Además, el controlador realiza otras funciones:

• el frenado eléctrico: hace que el motor funcione como un dínamo, lo que ralentiza la rueda y devuelve una pequeña cantidad de energía a la batería;
• las protecciones: reduce o interrumpe la potencia si la temperatura del motor, la temperatura del sistema o el voltaje de la batería superan los límites establecidos;
• la comunicación con el panel de control: la velocidad, el nivel de batería, los modos de conducción y los códigos de error provienen de él.

Las cifras importantes y cómo interpretarlas

La tensión: la tensión de la batería completamente cargada

Una batería de patinete está compuesta por celdas de litio conectadas en serie. Cada celda tiene un voltaje promedio de aproximadamente 3,6 V y alcanza los 4,2 V cuando está completamente cargada. La batería se identifica por su voltaje promedio, conocido como voltaje nominal, pero es el voltaje de carga completa el que el controlador debe soportar.

Además, es necesario tener un margen de seguridad: durante el frenado eléctrico, la tensión puede superar la del voltaje de la batería. Por ejemplo, un controlador especificado para 100 V puede aceptar una batería de 72 V (84 V con carga completa) gracias a este margen. Un controlador que indique simplemente "72 V" sin más detalles debe ser verificado: ¿realmente soporta 84 V y los picos de voltaje que se producen durante el frenado?

Dos tipos diferentes de corriente: la corriente de la batería y la corriente de fase

Este es un punto que la mayoría de las especificaciones confunden. Un controlador tiene dos límites de corriente:

• el corriente de la batería, es decir, la que extrae de la batería. Multiplicada por el voltaje, proporciona la potencia realmente consumida;
• el corriente de fase, la que envía al motor. Es esta corriente la que genera el par, es decir, la fuerza necesaria para arrancar y para subir cuestas.

¿Por qué estas dos corrientes no son iguales? A baja velocidad, el motor solo necesita una pequeña tensión, pero una corriente alta para producir par. El controlador actúa entonces como un transformador: intercambia tensión por corriente. Al arrancar, la corriente de fase puede ser mucho mayor que la corriente de la batería, sin que la batería proporcione más energía. Esto permite una aceleración potente sin agotar la batería de inmediato.

Como ejemplo, nuestros controladores RageLink X400 Dual están diseñados para un máximo de 400 amperios de corriente por fase y 250 amperios de corriente de batería por motor: el primer número indica la potencia, mientras que el segundo indica la capacidad que la batería debe ser capaz de proporcionar.

Los vatios: un cálculo, no una promesa

La potencia eléctrica que se extrae de la batería se calcula de forma sencilla: voltaje por corriente de la batería. Un controlador limitado a 50 A en una batería de 72 V consume como máximo 72 × 50 = 3600 W. En un patinete con dos motores y dos controladores, se suman las potencias de ambos.

Este cálculo suele ser más informativo que la cifra en vatios que se indica en el motor, la cual generalmente representa una potencia continua, es decir, la que el motor puede mantener durante mucho tiempo sin sobrecalentarse, y no la potencia máxima.

Onda cuadrada u onda sinusoidal

Existen dos formas principales de hacer funcionar un motor sin escobillas. La primera, conocida como de onda cuadrada (o trapezoidal), alimenta las fases por etapas: es simple y robusta, pero el motor es más ruidoso y un poco menos suave a baja velocidad. La segunda, a menudo llamada control vectorial o FOC (por "Field Oriented Control"), varía la corriente de forma continua, en forma de seno. El motor es más silencioso, más progresivo, y la eficiencia es generalmente mejor.

Los controladores de rendimiento más recientes funcionan casi todos con tecnología FOC. Para un usuario, la diferencia se nota principalmente en la suavidad de la aceleración y la precisión del control.

Sensores o sin sensores

Para enviar la corriente en el momento preciso, el controlador debe saber la posición del rotor del motor. Existen dos soluciones:

• con sensores: la mayoría de los motores de patinete tienen tres sensores llamados "de efecto Hall" (cinco cables finos junto a los tres cables gruesos de fase). El controlador conoce la posición del motor incluso cuando está detenido, lo que proporciona un arranque suave y sin tirones;
• sin sensor : el controlador deduce la posición del motor a partir de la tensión que este produce al girar. Es muy eficaz durante la conducción, pero más delicado al arrancar desde parado.

Un sensor defectuoso o un conector mal conectado pueden provocar síntomas típicos: el motor puede fallar, dudar al arrancar o no funcionar a menos que se impulse la patineta.

¿Un o dos controladores?

Una patineta con doble motor suele tener dos controladores, uno para la rueda delantera y otro para la rueda trasera, que a veces los fabricantes distinguen con una letra (controlador A y controlador B). No siempre son intercambiables: uno puede tener la conexión con el display y el otro no.

También existen controladores dobles, que controlan dos motores en una sola carcasa, como el RageLink X400 Dual. Solo hay que alojar, cablear y configurar una única carcasa, y ambas ruedas se controlan de forma conjunta.

¿Cómo elegir un controlador, en orden de importancia?

Cambiar de controlador para mejorar el rendimiento puede ser tentador. Sin embargo, el controlador es solo un componente: no puede extraer más corriente de una batería de la que ésta proporciona, ni enviar a un motor más de lo que este puede soportar sin sobrecalentarse. El enfoque que adoptamos en el taller es el siguiente.

1. La tensión de la batería. El controlador debe aceptar la tensión con la batería completamente cargada, con un margen de seguridad.
2. Lo que la batería puede ofrecer. La corriente máxima que puede proporcionar su sistema de gestión (el BMS) y la calidad de las celdas establecen el límite. Superar este límite puede provocar que la batería se desconecte o se desgaste rápidamente. Consulte nuestras baterías para patinetes eléctricos, cuyas versiones "Performance" están diseñadas para ofrecer una mayor capacidad de descarga.
3. Lo que el motor puede soportar. La corriente de fase se transforma en par, pero también en calor dentro del motor. Un motor más grande o con mejor refrigeración puede soportar más. Consulte nuestros motores para patinetes eléctricos.
4. La ubicación y la refrigeración. Un controlador que se calienta reduce su potencia para protegerse. Debe estar montado en una superficie que permita la disipación del calor.
5. `Las conexiones. Sensores del motor, acelerador, freno, display: cada conector debe corresponder, o ser adaptado correctamente.`
6. El ajuste. Un controlador ajustable permite adaptar las corrientes a la batería y al motor. Sin embargo, es necesario saber cómo hacerlo.

Y no hay que olvidar el resto de la máquina: más potencia requiere frenos y neumáticos adecuados.

Las averías que se originan (o parecen originarse) en el controlador

• La patineta eléctrica se apaga al acelerar a fondo: lo más común es que la batería (o su BMS) se proteja porque se le exige demasiada corriente, y no el controlador.
• `El motor tose o se tranca : sensor Hall defectuoso, conector del sensor mal conectado, o cable de fase dañado.`
• La potencia disminuye después de unos minutos: protección térmica del controlador o del motor.
• Se muestra un código de error: indica una familia de fallos (motor, sensor, tensión, comunicación), que debe interpretarse según la marca del display.
• El controlador se ha quemado realmente: agua, cortocircuito en las fases, o frenado eléctrico con una batería ya completamente cargada en un controlador que no tiene margen de voltaje.

Velocidad y legislación: lo que debe saber

En Francia, un patinete eléctrico que circula por la vía pública debe estar limitado por diseño a 25 km/h. Un controlador más potente no cambia nada a esta regla: en la carretera, el vehículo sigue estando limitado. El rendimiento se mide en circuito o en terreno privado, donde circula nuestra escuela de carreras.

Nuestros controladores RageLink

Estamos preparando nuestra propia gama de controladores: RageLink. Diseñados por nuestro departamento de ingeniería en Lyon y fabricados en nuestras instalaciones en Francia, tienen una corriente de fase que va de 400 a 2000 A, operan a 100 V, y se configuran, actualizan y bloquean a través de una aplicación en el teléfono. Todavía no están a la venta: puede inscribirse en la lista de espera para ser notificado primero.