Kontroler električnog romobila: čemu služi, kako radi, kako ga odabrati

Kod električnog romobila puno se govori o bateriji i motoru. Ipak, postoji treći, diskretniji dio koji odlučuje o gotovo svemu: kontroler. On je taj koji u svakom trenutku dozira energiju koju baterija šalje u motor. Ubrzanje, električno kočenje, maksimalna brzina, zagrijavanje i dobar dio kvarova ovise o njemu.

Ovaj vodič objašnjava što kontroler radi, kako čitati njegove karakteristike bez upadanja u zamke i kojim redoslijedom razmišljati prije njegove zamjene.

Uloga kontrolera, ukratko

Baterija daje istosmjernu struju: dvije žice, plus i minus, napon koji je prilično stabilan. Motor romobila je motor „bez četkica” s tri žice, koje nazivamo tri faze. Da bi se okretao, struja mora prolaziti kroz te tri žice naizmjence, u pravom trenutku i s pravim intenzitetom, tisućama puta u sekundi.

Kontroler obavlja upravo taj posao. Unutra se nalaze elektronički prekidači koji se vrlo brzo otvaraju i zatvaraju kako bi isprekidali struju iz baterije i rasporedili je između tri faze. Malo računalo upravlja tim prekidačima na temelju onoga što tražite od gasa, položaja motora i svega onoga što kontroler nadzire.

Usput, kontroler obavlja i druge zadatke:

• električno kočenje: tjera motor da radi kao dinamo, što usporava kotač i vraća malo energije u bateriju;
• zaštite: smanjuje ili prekida napajanje ako njegova temperatura, temperatura motora ili napon baterije izađu iz predviđenih granica;
• komunikacija sa zaslonom: brzina, razina baterije, načini vožnje i kodovi pogrešaka dolaze od njega.

Brojke koje su važne i kako ih čitati

Napon: onaj pri punoj bateriji

Baterija romobila sastoji se od litijskih ćelija spojenih u seriju. Svaka ćelija vrijedi oko 3,6 V u prosjeku i 4,2 V kada je potpuno napunjena. Bateriju označavamo njezinim prosječnim, tzv. nazivnim naponom, ali kontroler mora podnijeti napon pri punom punjenju.

Potrebna je i margina: pri električnom kočenju napon raste iznad napona baterije. Kontroler deklariran na 100 V, na primjer, prihvaća bateriju od 72 V (84 V pri punom punjenju) s marginom. Kontroler deklariran na „72 V” bez dodatnih pojašnjenja treba provjeriti: podnosi li stvarno 84 V i vršne vrijednosti pri kočenju?

Dvije različite struje: baterija i faza

Ovo je točka koju većina specifikacija miješa. Kontroler ima dvije granice struje:

• struja baterije, ona koju povlači iz baterije. Pomnožena s naponom, daje stvarno potrošenu snagu;
• fazna struja, ona koju šalje u motor. Ona stvara okretni moment, dakle snagu pri pokretanju i na uzbrdici.

Zašto te dvije struje nisu jednake? Pri malim brzinama motoru treba samo mali napon, ali velika struja za stvaranje okretnog momenta. Kontroler tada djeluje kao transformator: mijenja napon za struju. Pri pokretanju, fazna struja može biti puno veća od struje baterije, a da baterija ne daje više. To omogućuje snažno ubrzanje bez trenutnog pražnjenja baterije.

Na primjer, naši kontroleri RageLink X400 Dual deklarirani su na 400 A fazne struje i 250 A struje baterije po motoru: prva brojka govori o snazi, druga o tome što baterija mora moći isporučiti.

Watti: izračun, a ne obećanje

Električna snaga koja se povlači iz baterije jednostavno se izračunava: napon × struja baterije. Kontroler ograničen na 50 A na bateriji od 72 V troši najviše 72 × 50 = 3 600 W. Na romobilu s dva motora i dva kontrolera, zbrajamo oba.

Ovaj izračun često govori više od brojke u wattima napisane na motoru, koja općenito označava kontinuiranu snagu, onu koju može dugo održavati bez pregrijavanja, a ne vršnu snagu.

Kvadratni ili sinusni val

Postoje dva glavna načina pokretanja motora bez četkica. Prvi, tzv. kvadratni val (ili trapezoidni), napaja faze u koracima: jednostavan je i robustan, ali motor je bučniji i malo manje gladak pri malim brzinama. Drugi, često nazivan vektorsko upravljanje ili FOC (za „Field Oriented Control”), mijenja struju kontinuirano, u sinusnom obliku. Motor je tiši, progresivniji, a učinkovitost je općenito bolja.

Moderni kontroleri visokih performansi gotovo svi rade u FOC-u. Za vozača se razlika osjeti uglavnom u glatkoći pokretanja i preciznosti gasa.

Sa senzorima ili bez njih

Kako bi poslao struju u pravom trenutku, kontroler mora znati gdje se nalazi rotor motora. Dva su rješenja:

• sa senzorima: većina motora za romobile ima tri senzora, tzv. „Hall efekt” (pet tankih žica pored tri debele fazne žice). Kontroler zna položaj motora čak i u mirovanju, što daje snažno pokretanje bez trzanja;
• bez senzora: kontroler zaključuje položaj motora na temelju napona koji on proizvodi dok se okreće. To je vrlo učinkovito tijekom vožnje, ali osjetljivije pri pokretanju iz potpunog mirovanja.

Neispravan senzor ili loše umetnut konektor proizvodi tipične simptome: motor koji trza, oklijeva pri pokretanju ili kreće tek ako pogurate romobil.

Jedan ili dva kontrolera?

Romobil s dva motora često ima dva kontrolera, jedan za prednji i jedan za stražnji kotač, koje proizvođači ponekad razlikuju slovom (kontroler A i kontroler B). Nisu uvijek zamjenjivi: jedan može nositi vezu sa zaslonom, a drugi ne.

Postoje i dvostruki kontroleri, koji upravljaju dvama motorima u jednom kućištu, poput RageLink X400 Dual. Samo jedno kućište za smjestiti, spojiti i podesiti, a oba kotača se upravljaju zajedno.

Kako odabrati kontroler, redom

Zamjena kontrolera radi boljih performansi je primamljiva. Ali kontroler je samo jedna karika: ne može iz baterije izvući više struje nego što ona daje, niti poslati u motor više nego što on podnosi bez pregrijavanja. Redoslijed razmišljanja u radionici je sljedeći.

1. Napon baterije. Kontroler mora prihvatiti napon pri punom punjenju, s marginom.
2. Što baterija može isporučiti. Maksimalna struja njezinog sustava upravljanja (BMS) i kvaliteta ćelija postavljaju strop. Iznad toga, baterija se isključuje ili brzo troši. Pogledajte naše baterije za romobile, čije su Performance verzije napravljene da isporučuju više.
3. Što motor može podnijeti. Fazna struja se pretvara u okretni moment, ali i u toplinu u motoru. Veći ili bolje hlađen motor podnosi više. Pogledajte naše motore za električne romobile.
4. Prostor i hlađenje. Kontroler koji se grije smanjuje svoju snagu kako bi se zaštitio. Mora biti pričvršćen na površinu koja odvodi toplinu.
5. Priključci. Senzori motora, gas, kočnica, zaslon: svaki konektor mora odgovarati ili biti uredno prilagođen.
6. Podešavanje. Podesivi kontroler omogućuje prilagodbu struje bateriji i motoru. Još treba znati kako to učiniti.

I ne treba zaboraviti ostatak stroja: više snage zahtijeva kočnice i gume koje to mogu pratiti.

Kvarovi koji dolaze (ili se čine da dolaze) od kontrolera

• Romobil se gasi pri snažnom ubrzanju: najčešće se baterija (ili njezin BMS) štiti jer od nje tražite previše struje, a ne kontroler.
• Motor trza ili poskakuje: neispravan Hall senzor, loše umetnut konektor senzora ili oštećena fazna žica.
• Snaga pada nakon nekoliko minuta: toplinska zaštita kontrolera ili motora.
• Prikazuje se kod pogreške: označava obitelj kvarova (motor, senzor, napon, komunikacija), koje treba tumačiti prema marki zaslona.
• Kontroler je stvarno izgorio: voda, kratki spoj na fazama ili električno kočenje s već punom baterijom na kontroleru bez margine napona.

Brzina i zakon: što treba znati

U Francuskoj, električni romobil koji se kreće javnom cestom mora biti tvornički ograničen na 25 km/h. Snažniji kontroler ne mijenja ništa u tom pravilu: na cesti stroj ostaje ograničen. Performanse se mjere na stazi ili na privatnom terenu, gdje vozi naš trkaći tim.

Naši RageLink kontroleri

Pripremamo vlastitu liniju kontrolera: RageLink. Dizajnirani u našem projektnom uredu u Lyonu i proizvedeni u našim radionicama u Francuskoj, kreću se od 400 do 2000 A fazne struje, na 100 V, a podešavaju se, ažuriraju i zaključavaju putem aplikacije na telefonu. Još nisu u prodaji: možete se prijaviti na listu čekanja kako biste prvi saznali.