Elscooter-kontroller: Vad den används till, hur den fungerar och hur man väljer rätt

På en elscooter pratar man mycket om batteriet och motorn. Men det är en tredje komponent, mer diskret, som avgör nästan allt: styrenheten. Det är den som, i varje ögonblick, reglerar energin som batteriet skickar till motorn. Accelerationen, den elektriska bromsen, den maximala hastigheten, värmen och en stor del av felen går via den.

Den här guiden förklarar vad en styrenhet gör, hur man tolkar dess specifikationer utan att bli vilseledd, och vilken ordning man bör tänka i innan man byter ut den.

Kontrollerns funktion, illustrerad

Ett batteri levererar likström: två ledningar, en positiv och en negativ, med en relativt stabil spänning. En elscootermotor är en "borstlös" motor med tre ledningar, som kallas de tre faserna. För att motorn ska rotera måste strömmen ledas genom dessa tre ledningar i tur och ordning, vid rätt tidpunkt och med rätt intensitet, tusentals gånger per sekund.

Styrenheten utför exakt den här funktionen. Inuti finns elektroniska omkopplare som öppnas och stängs mycket snabbt för att avbryta strömmen från batteriet och fördela den mellan de tre faserna. En liten dator styr dessa omkopplare baserat på vad du begär via gasreglaget, motorns position och allt annat som styrenheten övervakar.

Under tiden utför styrenheten även andra uppgifter:

• Den elektriska bromsen: Den får motorn att fungera som en dynam, vilket saktar ner hjulet och skickar tillbaka en del energi till batteriet;
• `skydden : de minskar eller stänger av effekten om temperaturen på styrenheten, motorn eller batterispänningen överskrider de fördefinierade gränserna;`
• Kommunikation med displayen: Hastighet, batterinivå, körlägen och felkoder kommer från den.

De viktigaste siffrorna, och hur man tolkar dem

Spänningen: den som visas när batteriet är fullt

Ett batteri för en elscooter består av litiumceller som är seriekopplade. Varje cell har en genomsnittlig spänning på cirka 3,6 V och en spänning på 4,2 V när den är fulladdad. Batteriet betecknas vanligtvis med sin genomsnittliga spänning, kallad nominell spänning, men det är den maximala spänningen som styrenheten måste klara av.

Det är också viktigt att ha en viss marginal: vid bromsning med elmotor stiger spänningen över batteriets nominella spänning. Till exempel kan en styrenhet som är specificerad för 100 V acceptera ett 72 V-batteri (84 V vid full laddning) med en viss marginal. En styrenhet som är specificerad för "72 V" utan ytterligare information bör kontrolleras: klarar den verkligen 84 V och spänningstopparna vid bromsning?

Två olika strömkretsar: batteri och fas

Det är en punkt som de flesta beskrivningar blandar ihop. En styrenhet har två strömlimiter:

• strömmen från batteriet, den som dras från batteriet. Multiplicerad med spänningen ger den den faktiska effekt som förbrukas;
• strömmen i fasen, den som den skickar till motorn. Det är den som skapar vridmomentet, alltså kraften vid start och i uppförsbackar.

Varför är inte dessa två strömmar lika? Vid låga hastigheter behöver motorn bara en liten spänning, men en hög ström för att producera vridmoment. Styrsystemet fungerar då som en transformator: det omvandlar spänning till ström. Vid start kan strömmen till varje fas därför vara betydligt högre än strömmen från batteriet, utan att batteriet levererar mer. Detta möjliggör en kraftig acceleration utan att batteriet urladdas för snabbt.

Som ett exempel, våra RageLink X400 Dual-styrenheter är specificerade med 400 A ström per fas och 250 A batteriström per motor: det första värdet indikerar kraften, medan det andra värdet anger vad batteriet måste kunna leverera.

Wattantal: en beräkning, inte ett löfte

Den elektriska effekten som dras från batteriet beräknas enkelt: spänning × batteriström. En styrenhet som är begränsad till 50 A på ett 72 V-batteri förbrukar maximalt 72 × 50 = 3600 W. På en elscooter med två motorer och två styrenheter adderas värdena för båda.

Denna beräkning är ofta mer informativ än det wattantal som anges på motorn, vilket vanligtvis representerar en kontinuerlig effekt – den effekt motorn kan leverera under lång tid utan att överhettas – och inte den maximala effekten.

Sinusvåg eller fyrkantvåg

Det finns två huvudsakliga sätt att driva en borstlös motor. Den första, kallad pulsbreddsmodulering (PWM) eller trapezoidal styrning, matar faserna i steg: det är enkelt och robust, men motorn är mer bullrig och lite mindre smidig vid låga hastigheter. Den andra, ofta kallad vektorstyrning eller FOC (för "Field Oriented Control"), varierar strömmen kontinuerligt, i en sinusform. Motorn är tystare, mer progressiv, och verkningsgraden är generellt bättre.

De senaste prestandastyrningarna fungerar nästan alla med FOC-teknik. För en förare märks skillnaden främst i hur smidigt den startar och hur exakt gasreglaget fungerar.

Sensorer eller ingen sensorer?

För att skicka ström till motorn vid rätt tidpunkt måste styrenheten veta var rotorn befinner sig. Det finns två lösningar:

• med sensorer: De flesta elscootermotorer har tre sensorer, så kallade "Hall-sensorer" (fem tunna ledare bredvid de tre tjockare fasledarna). Styrsystemet känner till motorns position även när den står stilla, vilket ger en jämn och mjuk start utan ryck
• utan sensorer : Styrsystemet beräknar motorns position baserat på spänningen som motorn genererar när den roterar. Detta är mycket effektivt under körning, men kan vara mer känsligt vid start från stillastående.

En defekt sensor eller en dåligt fastsatt kontakt kan ge upphov till typiska symptom: motorn rycker, tvekar vid start eller startar bara om man trycker ner sparkcykeln.

En eller två styrenheter?

En elscooter med dubbla motorer har ofta två styrenheter, en för framhjulet och en för bakhjulet, som tillverkarna ibland skiljer åt med en bokstav (styrenhet A och styrenhet B). De är inte alltid utbytbara: den ena kan ha anslutningen till displayen, medan den andra inte har det.

Det finns också dubbla styrenheter, som styr två motorer i en enda enhet, till exempel RageLink X400 Dual. Bara en enhet att montera, koppla in och justera, och båda hjulen styrs tillsammans.

Hur väljer man en styrenhet, i rätt ordning?

Att byta styrenhet för att få bättre prestanda kan vara lockande. Men styrenheten är bara en komponent: den kan inte dra mer ström från batteriet än vad batteriet kan leverera, och den kan inte skicka mer ström till motorn än vad motorn klarar av utan att överhettas. Verkstadens tankegång är följande.

1. Batteriets spänning. Styrsystemet måste kunna hantera batteriets fulla spänning, med en viss marginal.
2. Vad batteriet kan leverera. Den maximala strömmen som batteriets styrsystem (BMS) tillåter och kvaliteten på cellerna sätter gränsen. Överstiger man denna gräns, stängs batteriet av eller slits ut snabbt. Se våra batterier för elscootrar, varav de "Performance"-versionerna är designade för att leverera högre ström.
3. Vad motorn klarar av. Strömmen i fasen omvandlas till vridmoment, men också till värme i motorn. En större eller bättre kylt motor klarar av mer. Se våra elscootermotorer.
4. Placering och kylning. En styrenhet som blir varm minskar sin effekt för att skydda sig. Den måste monteras på en yta som leder bort värmen.
5. `Anslutningar.` Motor-sensorer, gasreglage, broms, display: varje anslutning måste vara korrekt, eller anpassas på ett lämpligt sätt.
6. `Inställningen. En justerbar styrenhet möjliggör anpassning av strömmen till batteriet och motorn. Men det krävs kunskap för att göra det.`

Och man får inte glömma resten av maskinen: mer kraft kräver lämpliga bromsar och däck.

Felen som uppstår (eller som verkar komma från) styrenheten

• Elscootern stannar när man gasar på ordentligt: Oftast är det batteriet (eller dess BMS - Battery Management System) som skyddar sig eftersom man kräver för mycket ström, inte styrenheten.
• `Motorn hackar eller rycker: felaktig Hallsensor, dåligt fastsatt sensorplint, eller skadad fasledning.`
• Effekten minskar efter några minuter: termisk skydd för styrenheten eller motorn.
• En felkod visas: den indikerar en grupp av fel (motor, sensor, spänning, kommunikation) och måste tolkas beroende på tillverkaren av displayen.
• Styrenheten har verkligen brunnit ut: vatten, kortslutning i faserna, eller elektronisk bromsning med ett batteri som redan är fullt på en styrenhet utan tillräckligt spänningsmärke.