Iskra przy podłączaniu akumulatora: rola kondensatorów kontrolera

Iskra, która strzela podczas podłączania dużego akumulatora do hulajnogi, nie jest usterką: to ładowanie w ułamku sekundy kondensatorów umieszczonych na wejściu kontrolera. Te kondensatory są niezbędne do działania kontrolera. Iskra natomiast nie jest: z czasem niszczy złącza i osłabia kondensatory. Oto co robią, dlaczego wywołują tę iskrę i jak o nie zadbać.

Dlaczego kontroler potrzebuje kondensatorów

Kontroler nie pobiera stałego prądu z akumulatora. Jego tranzystory przełączają się dziesiątki tysięcy razy na sekundę: przy każdym przełączeniu prąd żądany na wejściu gwałtownie zmienia się z jednej wartości na drugą. Ten posiekany prąd nazywany jest prądem tętniącym.

Przewody wychodzące z akumulatora mają induktancję: przeciwstawiają się szybkim zmianom prądu. Bez lokalnego rezerwuaru każde przełączenie powodowałoby spadek lub wzrost napięcia na zaciskach tranzystorów, z pikami, które mogłyby je zniszczyć. Kondensatory, przylutowane jak najbliżej mostka tranzystorowego, dostarczają te impulsy i pochłaniają powroty. Z perspektywy akumulatora zapotrzebowanie staje się prawie ciągłe.

Ten przewodnik jest uzupełnieniem naszej wizyty wewnątrz kontrolera silnika i elektroniki mocy, która przedstawia mostek tranzystorowy i inne jego komponenty.

Co powoduje nagrzewanie się i starzenie kondensatora

Rzeczywisty kondensator nie jest idealny: posiada niewielką rezystancję wewnętrzną, zwaną ESR (zastępczą rezystancją szeregową). Prąd tętniący, który przez niego przepływa, wytwarza w nim ciepło proporcjonalne do kwadratu tego prądu. Karty katalogowe podają zatem, oprócz pojemności i napięcia, maksymalny dopuszczalny prąd tętniący.

W kontrolerach hulajnóg znajdziemy przede wszystkim kondensatory elektrolityczne aluminiowe, czasem połączone z kondensatorami ceramicznymi lub foliodowymi. Elektrolityczne zawierają ciekły elektrolit, który powoli paruje, tym szybciej, im są cieplejsze. Z czasem ich pojemność spada, a ESR rośnie: filtrują gorzej i bardziej się nagrzewają, co tworzy błędne koło.

Trzy elementy decydują o ich żywotności:

• temperatura: kondensator przyklejony do gorącego radiatora lub zamknięty bez dostępu powietrza starzeje się znacznie szybciej;
• prąd tętniący, który zależy od prądu żądanego przez silnik i sposobu przełączania kontrolera;
• margines napięcia: kondensator używany blisko swojego napięcia znamionowego, z nałożonymi pikami hamowania, cierpi bardziej niż kondensator z dużym zapasem.

Kondensator u kresu żywotności może się napuchnąć (wypukła góra), przeciekać lub po prostu przepuszczać więcej tętnień, co objawia się losowymi błędami i uszkodzeniami tranzystorów.

Iskra przy podłączaniu – wyjaśnienie

W spoczynku, przy odłączonym kontrolerze, kondensatory są puste. W momencie, gdy złącze akumulatora styka się, zostają one bezpośrednio połączone ze źródłem o napięciu kilkudziesięciu woltów. Pusty kondensator w pierwszej chwili zachowuje się prawie jak zwarcia.

Prąd udarowy jest wtedy ograniczony jedynie przez rezystancję obwodu: ogniw, BMS, przewodów, złącza i samych kondensatorów. W mocnym akumulatorze wszystkie te rezystancje są małe, właśnie po to, aby przepuścić dużo prądu. Prąd udarowy osiąga więc bardzo wysokie wartości w bardzo krótkim czasie, a łuk elektryczny strzela między zbliżającymi się do siebie częściami złącza.

Im wyższe napięcie akumulatora i im większa całkowita pojemność kontrolera, tym silniejsza iskra. Hulajnoga z dwoma kontrolerami sumuje kondensatory obu.

Dlaczego iskra niszczy złącza

Łuk elektryczny miejscowo topi metal. Przy każdym podłączeniu pozostawia małe kratery i czarne osady na powierzchniach styków złącza. Rzeczywista powierzchnia styku maleje, rezystancja złącza rośnie i nagrzewa się ono silniej przy dużym prądzie. Po wielu podłączeniach wżerowe i poczerniałe złącze akumulatora może rozgrzać się do tego stopnia, że zmiękczy swój plastik.

Uderzenie prądu męczy również kondensatory i w niektórych układach może wywołać zabezpieczenie przeciwzwarciowe BMS, który wówczas odłącza akumulator przy wpięciu. Nasz przewodnik kable i złącza mocy wyjaśnia, jak dobierać i konserwować te złącza, a nasz przewodnik na temat wstępnego ładowania i systemu przeciwiskrowego przedstawia rozwiązania eliminujące łuk.

Długość przewodów a tętnienia

Im dłuższe są przewody między akumulatorem a kontrolerem, tym większa ich induktancja i tym bardziej kondensatory muszą samodzielnie dostarczać impulsów prądowych. Zewnętrzny akumulator połączony długim przewodem lub kontroler zamontowany z dala od akumulatora zwiększa obciążenie tych kondensatorów. Dobre praktyki:

• skrócenie przewodów akumulatora do minimum;
• trzymanie przewodu dodatniego i ujemnego obok siebie, a nawet skręcenie ich, aby zmniejszyć induktancję pętli;
• gdy wydłużenie jest nieuniknione, zasięgnięcie porady specjalisty: niektóre układy dodają pojemność jak najbliżej kontrolera.

Od strony silnika przewody fazowe nie przechodzą przez kondensatory, ale muszą być dokręcone i dobrze połączone: taka jest rola odpowiednio dobranych złączy fazowych, takich jak wtyki bananowe AMASS 8 mm, które montujemy w naszych silnikach MHS, MHT, XHS i XHT.