Controlador para patinetes elétricos: para que serve, como funciona e como escolher o ideal

Em uma scooter elétrica, falamos muito sobre a bateria e o motor. No entanto, existe um terceiro componente, mais discreto, que decide quase tudo: o controlador. É ele quem, a cada instante, controla a energia que a bateria envia ao motor. A aceleração, a frenagem elétrica, a velocidade máxima, o aquecimento e grande parte das falhas passam por ele.

Este guia explica o que um controlador faz, como interpretar suas características sem ser enganado, e qual a ordem de considerações antes de substituí-lo.

O papel do controlador, em uma única imagem

Uma bateria fornece corrente contínua: dois fios, um positivo e um negativo, com uma tensão relativamente estável. Um motor de scooter, por outro lado, é um motor "sem escovas" de três fios, que são chamados de as três fases. Para que ele gire, é necessário fazer circular a corrente nesses três fios alternadamente, no momento certo e com a intensidade correta, milhares de vezes por segundo.

O controlador executa exatamente essa função. No interior, interruptores eletrônicos abrem e fecham muito rapidamente para cortar a corrente da bateria e distribuí-la entre as três fases. Um pequeno computador controla esses interruptores, ajustando-os de acordo com o que você solicita através do acelerador, a posição do motor e tudo o que o controlador monitora.

Além disso, o controlador desempenha outras funções:

• `a frenagem elétrica: ela faz com que o motor funcione como um dínamo, o que diminui a velocidade da roda e retorna um pouco de energia para a bateria;`
• `as proteções`: ele reduz ou interrompe a potência se a temperatura, a do motor ou a tensão da bateria ultrapassarem os limites estabelecidos;
• `A comunicação com o display: A velocidade, o nível da bateria, os modos de condução e os códigos de erro são exibidos nele.`

Os números importantes e como interpretá-los

A tensão: a tensão da bateria totalmente carregada

Uma bateria de scooter é composta por células de lítio conectadas em série. Cada célula tem, em média, cerca de 3,6 V e atinge 4,2 V quando totalmente carregada. A bateria é identificada pela sua tensão média, também chamada de tensão nominal, mas é a tensão máxima de carga que o controlador deve suportar.

É importante considerar uma margem de segurança: durante a frenagem elétrica, a tensão pode ultrapassar a tensão da bateria. Por exemplo, um controlador especificado para 100V pode aceitar uma bateria de 72V (84V com carga total), aproveitando essa margem. Um controlador especificado para "72V" sem mais detalhes deve ser verificado: ele realmente suporta 84V e as picos de tensão durante a frenagem?

Duas correntes distintas: bateria e fase

Este é um ponto que a maioria das especificações confunde. Um controlador possui dois limites de corrente:

• o corrente da bateria, ou seja, a corrente que ela fornece. Multiplicada pela tensão, ela indica a potência realmente consumida;
• o corrente de fase, aquela que é enviada para o motor. É ela que gera o torque, ou seja, a força na partida e em subidas.

Por que essas duas correntes não são iguais? Em baixas velocidades, o motor precisa de uma pequena tensão, mas de uma corrente alta para produzir torque. O controlador, nesse caso, age como um transformador: ele converte tensão em corrente. No momento da partida, a corrente de fase pode ser muito maior do que a corrente da bateria, sem que a bateria forneça mais energia. É isso que permite uma aceleração forte sem descarregar a bateria rapidamente.

Como exemplo, nossos controladores RageLink X400 Dual são especificados com 400A de corrente por fase e 250A de corrente da bateria por motor: o primeiro número indica a potência, enquanto o segundo indica a capacidade que a bateria deve ser capaz de fornecer.

Os watts: um cálculo, não uma promessa

A potência elétrica extraída da bateria é calculada de forma simples: tensão multiplicada pela corrente da bateria. Um controlador limitado a 50A em uma bateria de 72V consome, no máximo, 72 × 50 = 3600W. Em uma scooter com dois motores e dois controladores, a potência total é a soma dos dois.

Este cálculo é frequentemente mais informativo do que a potência em watts indicada no motor, que geralmente se refere a uma potência contínua, ou seja, aquela que o motor pode manter por um longo período sem superaquecer, e não à potência máxima.

Onde quadrada ou onda senoidal

Existem duas maneiras principais de fazer um motor sem escovas (brushless) funcionar. A primeira, chamada de "onda quadrada" (ou trapezoidal), alimenta as fases em etapas: é simples e robusta, mas o motor é mais barulhento e um pouco menos suave em baixas velocidades. A segunda, frequentemente chamada de controle vetorial ou FOC (para "Field Oriented Control"), varia a corrente continuamente, em forma de seno. O motor é mais silencioso, mais progressivo e, geralmente, tem um rendimento melhor.

Os controladores de desempenho mais recentes funcionam quase todos em FOC (Field-Oriented Control). Para um piloto, a diferença é notada principalmente na suavidade da partida e na precisão do acelerador.

Sensores ou sem sensores

Para enviar a corrente no momento certo, o controlador precisa saber a posição do rotor do motor. Existem duas soluções:

• com sensores: a maioria dos motores de scooter possui três sensores, conhecidos como "de efeito Hall" (cinco fios finos ao lado dos três fios grossos de fase). O controlador conhece a posição do motor, mesmo quando está parado, o que proporciona uma partida suave e sem solavancos;
• sem sensor: o controlador deduz a posição do motor a partir da tensão que ele produz ao girar. Isso é muito eficiente durante a condução, mas pode ser mais complicado na partida, quando o veículo está completamente parado.

Um sensor defeituoso ou um conector mal encaixado podem causar sintomas típicos: o motor pode falhar, hesitar ao iniciar ou só funcionar se a scooter for empurrada.

Um ou dois controladores?

Uma scooter com dois motores geralmente possui dois controladores, um para a roda dianteira e outro para a roda traseira, que os fabricantes às vezes distinguem por uma letra (controlador A e controlador B). Eles nem sempre são intercambiáveis: um pode ter a conexão com o display e o outro não.

Existem também controladores duplos, que controlam dois motores em uma única unidade, como o RageLink X400 Dual. Uma única unidade para instalar, conectar e configurar, e as duas rodas são controladas em conjunto.

Como escolher um controlador, na ordem correta

É tentador trocar o controlador para obter um melhor desempenho. No entanto, o controlador é apenas um componente: ele não pode extrair mais corrente de uma bateria do que ela pode fornecer, nem enviar mais energia para um motor do que ele pode suportar sem superaquecer. A ordem de prioridade de análise do nosso serviço técnico é a seguinte.

1. A tensão da bateria. O controlador deve aceitar a tensão com a bateria totalmente carregada, com uma margem de segurança.
2. O que a bateria pode fornecer. A corrente máxima do seu sistema de gerenciamento (o BMS) e a qualidade das células definem o limite. Ultrapassar esse limite pode fazer com que a bateria desligue ou se desgaste rapidamente. Veja nossas baterias para scooters elétricas, cujas versões Performance são projetadas para fornecer maior corrente.
3. **O que o motor pode suportar.** A corrente de fase se transforma em torque, mas também em calor dentro do motor. Um motor maior ou com melhor sistema de refrigeração suporta mais. Veja nossos motores para scooters elétricos.
4. **Localização e refrigeração.** Um controlador que aquece reduz sua potência para se proteger. Ele deve ser fixado em uma superfície que permita a dissipação do calor.
5. **As conexões.** Sensores do motor, acelerador, freio, display: cada conector deve corresponder, ou ser adaptado corretamente.
6. Ajuste. Um controlador ajustável permite adaptar as correntes à bateria e ao motor. No entanto, é preciso saber como fazer isso.

E não podemos esquecer o restante da máquina: mais potência exige freios e pneus adequados.

As falhas que ocorrem (ou que parecem ocorrer) no controlador

• A scooter desliga quando se acelera rapidamente: na maioria das vezes, é a bateria (ou o seu BMS) que se protege porque está a receber muita corrente, e não o controlador.
• `O motor falha ou apresenta solavancos: sensor Hall defeituoso, conector do sensor mal encaixado, ou fio de fase danificado.`
• `A potência diminui após alguns minutos: proteção térmica do controlador ou do motor.`
• Um código de erro é exibido: ele indica uma família de falhas (motor, sensor, tensão, comunicação), que devem ser interpretadas de acordo com a marca do display.
• O controlador queimou de fato: água, curto-circuito nas fases, ou frenagem elétrica com uma bateria já totalmente carregada em um controlador sem margem de tensão.

Velocidade e legislação: o que você precisa saber

Na França, uma scooter elétrica que circula em vias públicas deve ter sua velocidade limitada, por projeto, a 25 km/h. Um controlador mais potente não altera essa regra: na estrada, o veículo continua com essa limitação. O desempenho é medido em circuitos fechados ou em terrenos privados, onde nossa equipe de corrida realiza suas atividades.

Nossos controladores RageLink

Estamos preparando nossa própria linha de controladores: RageLink. Projetados por nosso departamento de engenharia em Lyon e fabricados em nossas oficinas na França, eles variam de 400 a 2000 A de corrente de fase, em 100 V, e podem ser configurados, atualizados e bloqueados através de um aplicativo em um smartphone. Eles ainda não estão à venda: você pode se inscrever na lista de espera para ser notificado primeiro.