Kontroler hulajnogi elektrycznej: do czego służy, jak działa i jak go wybrać

W przypadku hulajnóg elektrycznych, często mówi się o baterii i silniku. Jednakże, istnieje trzeci, mniej oczywisty element, który decyduje o niemal wszystkim: kontroler. To on, w każdej chwili, reguluje ilość energii, którą bateria przekazuje do silnika. Przyspieszenie, hamowanie elektryczne, prędkość maksymalna, przegrzewanie i wiele awarii są z nim powiązane.

Ten przewodnik wyjaśnia, czym jest kontroler, jak odczytywać jego specyfikacje, aby nie dać się oszukać, oraz w jakiej kolejności należy rozważyć kwestie przed jego wymianą.

Rola kontrolera, w skrócie

Bateria dostarcza prąd stały: dwa przewody, jeden dodatni i jeden ujemny, przy napięciu w miarę stabilnym. Silnik hulajnogi jest natomiast silnikiem "bezszczotkowym" z trzema przewodami, które nazywane są trzema fazami. Aby silnik się obracał, prąd musi przepływać przez te trzy przewody naprzemiennie, w odpowiednim momencie i z odpowiednią intensywnością, tysiące razy na sekundę.

Sterownik wykonuje dokładnie tę funkcję. Wewnątrz znajdują się elektroniczne przełączniki, które bardzo szybko się otwierają i zamykają, aby odcinać prąd z akumulatora i rozprowadzać go między trzema fazami. Mały komputer steruje tymi przełącznikami w zależności od tego, co żądacie za pomocą przepustnicy, pozycji silnika oraz wszystkich danych, które sterownik monitoruje.

Oprócz tego, kontroler pełni również inne funkcje:

• Hamowanie elektryczne: Działa ono na zasadzie wykorzystania silnika jako generatora, co spowalnia koło i pozwala na odzyskanie niewielkiej ilości energii, która jest następnie przekazywana do akumulatora;
• ochrony: zmniejsza lub odcina moc, jeśli temperatura, temperatura silnika lub napięcie akumulatora wykraczają poza dopuszczalne wartości;
• Komunikacja z wyświetlaczem: prędkość, poziom naładowania baterii, tryby jazdy oraz kody błędów są wyświetlane na nim.

Kluczowe dane i sposób ich interpretacji

Napięcie: napięcie akumulatora w pełni naładowanego

Bateria hulajnogi elektrycznej składa się z ogniw litowo-jonowych połączonych szeregowo. Każde ogniwo ma średnio około 3,6 V, a po pełnym naładowaniu osiąga około 4,2 V. Bateria jest oznaczana napięciem średnim, zwanym napięciem nominalnym, ale to napięcie przy pełnym naładowaniu musi wytrzymać kontroler.

Należy również uwzględnić pewien zapas: podczas hamowania elektrycznego, napięcie może wzrosnąć powyżej napięcia akumulatora. Na przykład, kontroler o nominalnym napięciu 100 V może współpracować z akumulatorem 72 V (84 V przy pełnym naładowaniu), pozostawiając pewien margines. Kontroler oznaczony jako "72 V" bez dodatkowych informacji powinien być sprawdzony: czy rzeczywiście obsługuje 84 V i czy wytrzymuje skoki napięcia podczas hamowania?

Dwa różne rodzaje problemów: bateria i fazowanie

W większości instrukcji ten punkt jest przedstawiany w sposób niejasny. Kontroler posiada dwie granice prądu:

• Prąd pobierany z akumulatora, czyli prąd, który urządzenie pobiera z akumulatora. Pomnożony przez napięcie, daje on rzeczywistą moc zużywaną;
• Prąd fazowy, czyli prąd, który jest dostarczany do silnika. To on generuje moment obrotowy, czyli siłę potrzebną do ruszania i jazdy pod górę.

Dlaczego te dwa prądy nie są równe? Przy niskiej prędkości, silnik potrzebuje tylko niewielkiego napięcia, ale dużego prądu, aby wytworzyć moment obrotowy. Kontroler w tym momencie działa jak transformator: wymienia napięcie na prąd. Podczas startu, prąd fazowy może być znacznie wyższy niż prąd pobierany z akumulatora, bez konieczności pobierania większej energii z akumulatora. To właśnie umożliwia silne przyspieszenie bez nagłego zużycia energii z akumulatora.

Przykładowo, nasze kontrolery RageLink X400 Dual są zaprojektowane do pracy z prądem fazowym wynoszącym 400 A i prądem baterii wynoszącym 250 A na silnik: pierwsza wartość odnosi się do mocy, a druga do tego, co bateria musi być w stanie dostarczyć.

Moc (w watach): obliczenie, a nie obietnica

Moc elektryczna pobierana z akumulatora jest obliczana w prosty sposób: napięcie pomnożone przez prąd akumulatora. Kontroler ograniczony do 50 A przy napięciu akumulatora 72 V pobiera maksymalnie 72 × 50 = 3600 W. W przypadku hulajnogi z dwoma silnikami i dwoma kontrolerami, należy zsumować wartości dla obu kontrolerów.

Obliczenia te często dają bardziej czytelny obraz niż wartość podana w watach na silniku, która zazwyczaj odnosi się do mocy ciągłej, czyli takiej, którą silnik może utrzymywać przez długi czas bez przegrzewania, a nie do mocy maksymalnej.

Fala prostokątna lub fala sinusoidalna

Istnieją dwa główne sposoby sterowania silnikiem bezszczotkowym. Pierwszy, zwany sterowaniem falą prostokątną (lub trapezoidalną), zasila fazy w równych odstępach czasu: jest to proste i niezawodne, ale silnik jest głośniejszy i nieco mniej płynny przy niskich prędkościach. Drugi, często nazywany sterowaniem wektorowym lub FOC (od "Field Oriented Control"), zmienia natężenie prądu w sposób ciągły, w kształcie sinusoidy. Silnik jest cichszy, bardziej płynny, a jego sprawność jest zazwyczaj wyższa.

Nowoczesne kontrolery wydajności działają w większości przypadków w technologii FOC. Dla kierowcy różnica jest szczególnie odczuwalna w płynności ruszania i precyzji sterowania.

Czujniki, czy bez czujników?

Aby dostarczyć prąd we właściowym momencie, kontroler musi wiedzieć, w jakim położeniu znajduje się rotor silnika. Istnieją dwie możliwości:

• z czujnikami: większość silników do hulajnóg posiada trzy czujniki, zwane „czujnikami Halla” (pięć cienkich przewodów obok trzech grubych przewodów fazowych). Sterownik zna położenie silnika nawet w stanie spoczynku, co zapewnia płynny i bezproblemowy start;
• bez czujników (sensorless): kontroler określa położenie silnika na podstawie napięcia generowanego przez silnik podczas obrotów. Jest to bardzo efektywne podczas jazdy, ale może być bardziej problematyczne przy starcie z zera.

Uszkodzony czujnik lub źle zamontowana wtyczka mogą powodować typowe objawy: nierówna praca silnika, wahania podczas startu lub sytuacja, w której hulajnoga nie odpala, chyba że jest popychana.

Czy potrzebny jest jeden czy dwa kontrolery?

Skuter z dwoma silnikami często posiada dwa kontrolery, jeden dla przedniego koła i jeden dla tylnego koła, a producenci czasami oznaczają je literami (kontroler A i kontroler B). Nie zawsze są one wymienne: jeden może być podłączony do wyświetlacza, a drugi nie.

Istnieją również kontrolery podwójne, które sterują dwoma silnikami w jednej obudowie, takie jak RageLink X400 Dual. Wystarczy zamontować, podłączyć i skonfigurować jedną obudowę, a oba koła są sterowane jednocześnie.

Jak wybrać odpowiedni kontroler, w kolejności priorytetów?

Wymiana kontrolera w celu poprawy wydajności może być kusząca. Jednak kontroler to tylko jeden element układu: nie może on pobierać więcej prądu z akumulatora, niż ten jest w stanie dostarczyć, ani dostarczyć do silnika więcej, niż ten jest w stanie wytrzymać bez przegrzania. Kolejność postępowania w warsztacie jest następująca.

1. Napięcie akumulatora. Kontroler musi akceptować napięcie przy pełnym naładowaniu, z pewnym zapasem.
2. Co bateria może zapewnić. Maksymalny prąd, jaki może dostarczyć, jest ograniczony przez system zarządzania baterią (BMS) oraz jakość ogniw. Przekroczenie tych limitów może spowodować wyłączenie baterii lub jej szybsze zużycie. Zapraszamy do zapoznania się z naszymi bateriami do hulajnóg elektrycznych, w tym z wersjami Performance, które zostały zaprojektowane do dostarczania większej mocy.
3. Co silnik jest w stanie wytrzymać. Prąd fazowy przekształca się w moment obrotowy, ale również w ciepło w silniku. Większy lub lepiej chłodzony silnik jest w stanie wytrzymać większe obciążenia. Zobacz nasze silniki do hulajnóg elektrycznych.
4. `Umiejscowienie i chłodzenie.` Kontroler, który się nagrzewa, zmniejsza swoją moc, aby się chronić. Musi być zamontowany na powierzchni, która odprowadza ciepło.
5. `Podłączenia. Czujniki silnika, przepustnica, hamulec, wyświetlacz: każde złącze musi być odpowiednie lub odpowiednio dostosowane.`
6. Konfiguracja. Regulowany kontroler umożliwia dostosowanie prądów do baterii i silnika. Jednakże, trzeba wiedzieć, jak to zrobić.

Nie można również zapomnieć o pozostałych elementach pojazdu: większa moc wymaga odpowiednich hamulców i opon.

Awarie, które występują (lub wydają się występować) z powodu kontrolera

• Skuter nagle się wyłącza podczas przyspieszania: najczęściej przyczyną jest bateria (lub jej system zarządzania baterią – BMS), która się wyłącza, aby chronić się przed zbyt dużym obciążeniem prądowym, a nie kontroler.
• `Silnik "dławii się" lub pracuje nierówno: uszkodzony czujnik Halla, źle podłączona wtyczka czujnika lub uszkodzony przewód fazowy.`
• **Moc spada po kilku minutach:** ochrona termiczna kontrolera lub silnika.
• Wyświetlany jest kod błędu: wskazuje on na grupę potencjalnych problemów (silnik, czujnik, napięcie, komunikacja), które należy interpretować w zależności od producenta wyświetlacza.
• Kontroler uległ uszkodzeniu: mogło to być spowodowane zalaniem, zwarciem między fazami lub użyciem hamowania elektrycznego przy pełnej baterii w kontrolerze, który nie ma zapasu napięcia.