Как подобрать контроллер для электровелосипеда

Как выбрать контроллер для электровелосипеда, какие контроллеры бывают и в чём их разница?

Прежде чем ответить на этот вопрос, давайте разберёмся, зачем вообще нужен контроллер.

Для чего электровелосипеду контроллер

Наверняка почти каждый любознательный представитель мужской половины человечества в детстве имел дело с моторчиками, установленными в детских игрушках, например, электрических машинках или лодках.

Эти моторчики представляли собой двигатели постоянного тока. Для вращения к ним достаточно было подключить батарейку, и направление вращения менялось в зависимости от полярности подключения.

В том случае обмотки ротора (вращающейся части электродвигателя) подключаются к источнику питания по очереди через пару графитовых щёток, таким образом ротор приводится во вращение.

В электровелосипедах же используются бесщёточные моторы, а точнее трёхфазные асинхронные двигатели, которым недостаточно просто подать напряжение питания от батареи. На первый взгляд кажется, что всё только усложнилось, но дело вот в чём.

Во-первых, двигатели постоянного тока имеют узел, который требует обслуживания и периодического ремонта — это как раз те самые щётки и коллектор, по которому они скользят.

Во-вторых, КПД этих двигателей ниже, а вес больше. В третьих, они имеют ограниченный диапазон скоростей вращения. Всех этих недостатков трёхфазные асинхронные двигатели лишены.

Но последним требуется контроллер — устройство, обеспечивающее коммутацию обмоток строго по определённому алгоритму.

В зависимости от типа двигателя (с датчиками положения ротора или без) от контроллера к двигателю идёт либо только три силовых провода, либо к ним добавляются 5 или 6 тонких проводов.

Силовые провода — это те, которые непосредственно подключены к обмоткам двигателя. А тонкие (слаботочные) провода — это провода питания и сигналов с датчиков положения.

На фото силовые провода (синий, зелёный и жёлтый) спрятаны в стеклоармированных трубках, а слаботочные видны: синий, зелёный и жёлтый — это сигналы с датчиков положения, красный и чёрный — это питание датчиков, а белый — с датчика температуры, который спрятан под платой ближе к обмоткам.

Как правильно выбрать контроллер для электровелосипеда

Контроллер управления – важный узел в оснащении электровелосипеда. Он выполняет функции мозгового центра е-байка, координирует работу электромотора и аккумуляторной батареи, регулирует крутящий момент и защищает двигатель от перегрузок. Именно контроллер отвечает за включение и выключение электроники, регулировку скорости, круиз-контроль, рекуперативное торможение и другие возможности в работе электровелосипеда.

Без этого связующего звена невозможно даже запустить мотор или подключить его напрямую к аккумулятору. Мотор-колесо имеет 3 фазных провода, а АКБ – 2 полюса. Поэтому соединить их в единую электросистему можно только с использованием контроллера. Именно он создает в обмотке статора электродвигателя вращающееся магнитное поле, по получаемым сигналам отслеживает положение ротора и управляет работой мотора.

Виды и подвиды

Классификация контроллеров управления по основным критериям приведена в таблице:

Принцип связи с электромотором

Модели, работающие с установленными в моторе датчиками.

Они отслеживают положение ротора по сигналам, получаемым от датчиков Холла.

Модели, функционирующие без датчиков.

Они определяют положение ротора по противо-ЭДС.

Сочетают возможности устройств предыдущих типов – могут работать и с датчиками, и без них.

Форма выходного сигнала

Выдающие сигнал с прямоугольным графиком (меандр).

Бюджетные модели. Обеспечивают высокие скорости вращения, но из-за микровибраций обмоток электромотор работает с повышенным шумом (с характерным звуком вращения мотор-колеса).

Выдающие синусоидальный сигнал.

При их использовании двигатель работает тихо, но с меньшей максимальной скоростью (если сравнивать с меандровым контроллером при идентичном вольтаже батареи).

Выдающие сигналы в форме сглаженного меандра или модифицированной синусоиды.

Тип реакции на сигналы ручки газа

Модели, управляющие скоростью, крутящим моментом или мощностью мотора.

Возможность настройки рабочих параметров

С возможностью Bluetooth соединения и настройки рабочих параметров.

Без возможности настройки рабочих характеристик.

Производятся для внутреннего рынка Китая. У них нет большого набора функций. Такие модели просто дают возможность ехать на электротяге. Обычно они 2-режимные, с возможностью работы с датчиками Холла и без них.

Производятся в Китае для экспорта. Предусматривают возможность подключения дисплея и беспроводного управления по Bluetooth.

Производятся в Германии и США.

Как выбрать контроллер для электровелосипеда?

При выборе контроллера управления нужно учитывать характеристики электромотора и АКБ электровелосипеда, прежде всего – их напряжение и максимальный ток. Также играет роль номинальная мощность двигателя и расположение в нем датчиков Холла (при их наличии) – через 60 или 120°. Характеристики контроллеров указываются в их маркировке. Главный совет при выборе – обратить внимание на рекомендованные производителем рабочие характеристики и сопоставить их с техническими параметрами мотора и АКБ.

Контроллеры для е-байков производятся в широко диапазоне мощности – от 350 до 2000 Вт и выше. Если мощность не указана, ее можно рассчитать, умножив максимальные значения силы тока и напряжения. Что касается вольтажа и величины батарейного тока, для электромотора на 350 Вт подойдет контроллер 36 В, 15 А. Для мотора на 1000 Вт рекомендуется купить и установить контроллер вольтажом 48 В, рассчитанный на силу тока 30, 35 или 40 А.

Вопрос совместимости

Контроллер, созданный для использования с АКБ вольтажом 36 В, недопустимо подключать к батареям большего вольтажа. Вначале нужно проверить, рассчитаны ли на подобные нагрузки силовые транзисторы и конденсаторы, находящиеся внутри устройства. Возможно, придется заменить и резистор в делителе напряжения. Более гибкие в этом плане универсальные модели с расширенным диапазоном входного напряжения: 48–72 В, 24–100 В и т.п.

О токе и мощности

Контроллер выполняет функции понижающего преобразователя. Это значит, что фазный ток, который проходит по обмоткам электромотора, может быть в разы больше тока, поступающего к контроллеру от аккумулятора. Так, при наличии электромотора с номинальной мощностью 1 кВт можно кратковременно получать величины до 2–2,5 кВт. Но это возможно только при наличии подходящего контроллера управления. А чтобы избежать перегрева мотора, важно реализовать постоянный контроль температуры.

Дополнительные функции

Печатные платы многих контроллеров имеют широкий функционал, который обычно реализован частично. Но во многих случаях есть возможность вывести провода под решение дополнительных задач. Например, можно вывести провод для заднего хода, круиз-контроля, рекуперации, отдельного питания светотехники и других функций. При покупке контроллера в интернет-магазине VoltBikes его функционал может быть расширен по запросу, с учетом пожеланий заказчика.

Электрификация велосипеда. Как определиться с выбором необходимых комплектующих?

Для начала вам нужен велосипед. Возможно он у вас уже есть. Но если нет, то выбирать велосипед, на наш взгляд, нужно по принципу — какой более удобен и больше всего нравится лично вам. И уже этот велосипед оценивать на возможность переделки в электрический

Велосипед обязательно должен быть в полностью исправном, технически хорошем состоянии. Особенно это касается тормозов

Обычно электрифицировать возможно любой велосипед, но на некоторые нестандартные велосипеды оборудование бывает установить проблематично и более затратно. Стандартными можно считать распространенные скоростные и односкоростные велосипеды в низком и среднем ценовых сегментах. В последнее время также популярны стали Фэтбайки (велосипеды на широких колесах), они также пригодны для электрификации

Теперь нужно определиться, для чего вам нужен электровелосипед, где вы планируете его использовать? Какая нужна максимальная скорость, пробег и мощность? И уже исходя из этих вводных данных выбирать подходящие комплектующие

Начнем с выбора мотора. Наиболее распространенным видом моторов в электротранспорте являются мотор-колеса. Мотор-колесо — это колесо с заспицованным внутри мотором, которое устанавливается вместо обычного колеса велосипеда

О типах моторов, их выборе и преимуществах мы писали подробно в отдельной статье, поэтому вам стоит прочитать и ее тоже

Вкратце скажу здесь, что мотор-колеса бывают редукторные и с прямым приводом. Если вам не нужна скорость выше 50 км/ч, то ваш выбор — редукторное мотор-колесо. Если нужна скорость более 50 км/ч — вам нужно мотор-колесо с прямым приводом. Если хотите узнать подробнее о типах электромоторов, то прочтите статью, о который мы упомянули выше

В этой статье речь будет идти о редукторных моторах, так как примерно в 70-80% случаев для переоборудования применяется именно этот тип электродвигателей

Если вам нужен электровелосипед как помощник, чтобы он вам помогал при кручении педалей или при подъеме в гору — то стоит рассматривать мотор мощностью 250-350w. Если же вы планируете в основном ездить, как на мопеде, то есть только на ручке газа — нужно выбирать мотор мощностью 500w и более

Обычно 500w считается универсальным вариантом и подходит для большинства задач. Такой мотор обеспечит хорошую динамику разгона и увереннее будет держать скорость на подъемах. При весе более 100кг или езде по лесу/пересеченной местности также рекомендуется выбирать мотор мощностью 500w и более. Если же вы хотите заезжать в подъемы без снижения скорости, стремительно набирать скорость со старта, в целом иметь запас по мощности и в бюджете вы не ограничены — то стоит рассматривать моторы мощностью 750-1000w. Речь идет именно о редукторных моторах

В нашей статье про моторы мы рекомендуем выбирать задний мотор, если конструкция велосипеда это позволяет

Существует заблуждение, что передний мотор проще установить или снять. Но на самом деле особой разницы в простоте установки нет, для переднего мотора вам обязательно понадобятся усилители дропаутов, которые несколько затруднят снятие мотора

О том, что такое усилители дропаутов, вы можете прочитать в другой нашей статье

Хочу выделить исключения, в которых лучше присмотреться к установке переднего мотора:

1. У вас вес более 100 кг или на багажнике планируется возить тяжелые грузы

В этом случае вы можете столкнуться с проблемой постоянной поломки спиц на заднем колесе, ведь вся основная нагрузка приходится именно на него. Чтобы избежать этой проблемы, рекомендуется устанавливать мотор вперед. Переднее колесо слабо нагружено, поэтому поломка спиц у передних моторов встречается крайне редко

2. Вы планируете эксплуатировать электровелосипед зимой

В этом случае однозначно стоит рассматривать передний мотор. Пробуксовка и занос заднего колеса чревата потерей управления и падением. Бонусом вы получаете как бы полный привод, когда у вас задействованы оба колеса. Спереди работает мотор, а заднее вы вращаете при помощи педалей

3. У вас велосипед с дорогой трансмиссией, в которую не хочется вмешиваться и вы планируете использовать маломощный мотор. Либо конструкция велосипеда исключает установку заднего мотора. Например, если на велосипеде установлена планетарная втулка или ножной тормоз

Что значит «мотор под трещотку и мотор под кассету»?

Трещотка и кассета — это набор задних звездочек. Они отличаются, в первую очередь, по типу крепления. Поэтому на мотор под трещотку нельзя установить кассету и наоборот

Как узнать, трещотка или кассета установлена на велосипеде?

Вы можете определить это воспользовавшись картинками ниже. Кассету от трещотки можно отличить, во первых, визуально. Во вторых, по количеству звезд

Если звезд не более 7 шт — скорее всего у вас трещотка. Если 8 шт и более — скорее всего это кассета

Продолжим. На скорость влияет в первую очередь напряжение батареи, а не мощность мотора, как многие думают. Здесь все просто:

Если вам нужна скорость до 30 км/ч, то вам подойдет батарея с напряжением 36v. Если вам нужна скорость около 40км/ч — вам нужна батарея с напряжением 48v

Это два стандартных типа напряжения в легком электротранспорте. По нашему мнению, безопасной на электровелосипеде можно считать скорость в диапазоне от 30 до 40км/ч (во многих странах действует ограничение максимальной скорости для электротранспорта в 25 км/ч). Более высокая скорость уже опасна. Не забывайте, что велосипед — не автомобиль и не мотоцикл, он не рассчитан на высокие скорости. Управляемость электровелосипеда на больших скоростях крайне низкая, а тормозной путь очень большой

На пробег влияет емкость батареи, которая указывается в Ампер-часах (Ah/Ач). Например, для пробега на одном заряде только на ручке газа без помощи педалей 20-30км достаточно батареи емкостью 10Ah. Для пробега 30-50км — 13-15Ah, для пробега 40-60км — 16-19Ah

Чем больше емкость — тем выше пробег. С помощью педалей можно проезжать значительно больше, все зависит от того, насколько сильно вы будете помогать педалями

Пробег на одном заряде может сильно разниться от множества факторов: скорость движения, общий вес, мощность мотора, подъемы, ветер и прочее. Об этом нужно помнить. Рекомендуем выбирать емкость батареи хотя бы с небольшим запасом.

Раз уж речь зашла о батарее, то стоит упомянуть и другие критерии их выбора. Хочу отметить, что батарея самый важный и дорогой компонент электровелосипеда, поэтому к ее выбору нужно отнестись внимательнее всего!

На данный момент в легком электротранспорте примерно в 90% случаев применяются Литий-ионные (Li ion) аккумуляторы, обычно это форм-факторы 18650 и 21700. Они имеют небольшой вес, высокую энергоемкость, не требуют специфических требований эксплуатации или зарядки и относительно безопасны при правильной эксплуатации. Поэтому на теме выбора химии мы в этой статье останавливаться не будем

При выборе батареи в первую очередь нужно обращать внимание на ее качество. А именно на качество используемых аккумуляторов (элементов) и качество сборки. Причиной возгорания Li ion батарей часто является именно их неправильная, непрофессиональная сборка. Поэтому батареи нужно приобретать только в проверенных местах у ответственных производителей и продавцов

Обычно батареи продаются в съемных пластиковых корпусах, это наиболее удобный и практичный вариант. Такую батарею обычно можно легко закрепить на велосипеде, вы всегда можете снять ее с велосипеда за секунду (например для зарядки), она стильно выглядит и имеет защиту от влаги и внешних повреждений. В таких корпусах используется очень прочный пластик, поэтому не стоит переживать, что корпус сломается

Корпуса бывают разных видов и форм, с разными креплениями. Одни крепятся в раму, другие имеют крепление на подседельный штырь или багажник. Мы рекомендуем выбирать батарею в корпусе с креплением в раму, если конструкция велосипеда это позволяет. Это самый распространенный и наиболее зарекомендовавший себя вариант

Если же корпус вам не подходит по каким либо причинам, то батарею можно приобрести без корпуса. В этом случае она скорее всего будет защищена текстолитом и термоусадкой, вам остается разместить ее в сумке или придумать другой способ ее крепления на велосипеде

К плюсам можно отнести то, что батарею без корпуса можно изготовить любой формы. Это значит, что вы можете заказать батарею нужных вам размеров и формы. Это актуально, если у велосипеда нестандартная рама. Из минусов — такую батарею нужно как-то грамотно и безопасно разместить на велосипеде, чтобы она не была подвержена вибрациям и ударам. Сумки обычно не имеют влагозащиту и со временем подвержены износу, кроме того большинство сумок не может обеспечить надежную фиксацию и достаточную жесткость, из сумки может быть проблематично достать батарею при необходимости. Мы считаем этот вариант непрактичным

Кроме напряжения и емкости, у батарей есть куда более важный параметр, о котором тем не менее никто не говорит и не указывает этот параметр в описании к батареям — это токоотдача батареи. Иными словами, способность батареи отдавать мощность. Косвенно этот параметр связан с емкостью батареи. Чем выше емкость —тем обычно больше батарея может отдавать мощности

На практике это означает, что вы не можете использовать батарею емкостью 10Ач с мотором мощностью 1000w, потому что такая батарея попросту не сможет отдать нужную мощность, которая необходима мотору для нормальной работы. У батареи просядет напряжение, она начнет нагреваться, так как будет работать на пике своих возможностей и в итоге просто сработает защита от перегрузки

Ниже мы даем примерную рекомендацию, батарею с какой емкостью нужно выбрать под мотор с определенной мощностью:

Для зарядки батареи вам обязательно понадобится зарядное устройство

Ручка газа. Что это и как выбрать?

При помощи ручки газа вы управляете скоростью, точно так же, как и на мотоцикле, например. Или на автомобиле, когда вы нажимаете педаль газа. Принцип точно такой же — чем больше вы нажимаете на ручку газа, тем быстрее вы едете

Тип ручки газа выбирается индивидуально. Кому-то удобен и привычен один тип, кому-то другой

LCD дисплеи показывают скорость движения, пробег и время (текущие и общие), уровень заряда батареи — графический и в виде напряжения. Могут информировать о возникших неисправностях

LCD дисплеи более распространены, они бывают разных размеров и формы. Выбираются такие дисплеи по принципу «какой больше нравится» и для которого найдется достаточно места на руле. Если говорить о LCD дисплеях серии КТ — независимо от размера и формы они имеют одинаковый функционал, за некоторым небольшим отличием

Если позволяет бюджет, то мы настоятельно рекомендуем к приобретению LCD дисплей в составе комплекта. Обратите внимание, что определенные контроллеры поддерживают определенные дисплеи, например контроллеры серии КТ работают только с дисплеями серии КТ и не поддерживают другие дисплеи

Тормозные ручки или датчики. Что это такое и зачем нужны?

Тормозные ручки с отключением питания нужны для безопасности. В них встроен провод, который подключается к контроллеру. При нажатии на тормоз питание электровелосипеда прерывается и мотор перестает работать

Не стоит недооценивать важности данного компонента. Случаи бывают разные. С непривычки вы случайно можете нажать на ручку газа из-за чего велосипед может вырваться у вас из рук. Или если вы неопытный ездок — можете растеряться и не успеть среагировать, тем самым попав в ДТП или наехав на идущих рядом пешеходов. Может повредиться и замкнуть проводка при неправильном монтаже, что опять же может вызвать «заедание» газа. Или если вы выбрали режим «круиз» (это когда электровелосипед сам поддерживает определенную скорость) — можете забыть и не успеть среагировать, ведь нажатие на обычные тормоза не гарантируют остановку мотора

Тормозные датчики выполняют точно такую же функцию. Их отличие только в совместимости и способе установки. Датчик и магнит идущий в комплекте просто приклеиваются к родным тормозным ручкам, как показано на картинке ниже

Давайте подведем итог. Для того, чтобы собрать электровелосипед, вам необходимы следующие комплектующие:

Это самый минимум, который вам необходим для того, чтобы переоборудовать обычный велосипед в электрический. Его уже будет возможно эксплуатировать. Но чтобы эксплуатация электровелосипеда стала комфортной и безопасной, вам потребуются те или иные дополнительные комплектующие:

Какой контроллер выбрать для своего железного коня? Этим вопросом задаётся каждый пользователь электротранспорта в любом случае. И выбор этот очень важен. Какими контроллеры бывают?

Будем разбираться. Программирование контроллера (и наличие этой возможности) очень важная вещь. Ведь далеко не всех устраивают заводские настройки. В основном настраивают параметры скорости на различном положении селектора скоростей. Как правило их бывает три. Управление (контроль) движением при нажатии ручки газа контроллер осуществляет ограничением либо скоростью, либо мощностью в % соотношении.

При управлении скоростью контроллер «видит» её во время движения и считает в % от максимальной при 100 % значении. Как только показатель скорости достигает предельного от выбранного (заданного) вами в программе прошивки, он отключает газ и искусственно ограничивает набор скорости. Тут всё просто. Контроллер ограничивает подачу Ампер на двигатель на полном нажатии ручки газа. Например, такая схема управления у контроллера Марк 2. Селектор на 3 скорости:

Синусные и с токовым управлением. Контроллеры синусные наиболее распространены в использовании. Особенно в эконом сегменте электротранспорта. Они простые и дешёвые. Выбирают такие по параметрам, указанным на корпусе или по описанию от продавца. Плюс таких контроллеров — это безусловно бесшумность работы. Но учитывая небольшую цену, есть и минусы. В первую очередь речь идёт о не совсем чётком управлении и примитивности. Поэтому выражение «дёшево и сердито» в отношении них как никогда актуально. А применение таковых в аппаратах выше эконом класса, можно охарактеризовать как «на любителя». На конфигах с большой мощностью (от 3000 ватт и более) применять подобные контроллеры как правило специалисты не рекомендуют. Есть синусные контроллеры и сложные, с большим набором функций. Например, от производителя Kelly. Эти контроллеры отличаются тем, что, имея относительно скромные размеры выдают очень высокие показатели силы тока (переваривают большую мощность). Обладая огромным количеством различных функции, эти контроллеры явно нельзя назвать дешёвыми. К тому же надо помнить, что излишняя сложность и «навороченность» имеет свои недостатки. Обслуживать, настраивать и ремонтировать такие изделия крайне тяжело даже специалистам. Даже простое программирование не каждому самостоятельно дано освоить полностью.

Контроллеры с токовым управлением как правило имеют большую цену по сравнению с синусными, обладая схожими мощностными характеристиками. Они уже не являются бесшумными и в процессе работы издают характерный звук напоминающий звук троллейбуса. Однако управление на таких контроллерах более чуткое и приятное. Особенно на старте и позволяет лучше контролировать подачу и силу газа. За что их и любят настоящие ценители электротранспорта. Разумеется, ценовая категория таких изделий бывает разной. И качество токового управления может существенно отличаться у разных производителей и конкретных моделей. Типичные представители токового и синусного управления это всеми известные контроллеры: Инфинион 3 и Инфинион 4. Многие специалисты считают, что Инфинион 3 серии с натяжкой можно назвать токовым. Да он уступает по качеству управления многим аналогам в этом компоненте, однако надо помнить, что это контроллер с доступной ценой. И его соотношение цена=качество является оптимальным.

Встроенные контроллеры это такие, которые находятся непосредственно внутри корпуса двигателя. Яркий пример это набор magic pie от производителя Golden motor. Плюс такого размещения — это экономия места на раме вашего байка и отсутствие лишних разъёмов с проводами. Однако есть и существенные минусы такого расположения. Мотор, его корпус и обмотки сильно греются при нагрузках выше среднего уровня. При выставлении предельно допустимых настроек по току и жёсткой эксплуатации контроллеры не обдуваются встречными потоками воздуха. Часто происходит перегрев и выход из строя. Ремонтировать их сложно, а иногда и вовсе невозможно. А ТТХ у них крайне скромные. Это явно не вариант, для любителей отжигать» на все деньги». Если такие контроллеры сгорают их просто выкидывают и ставят обычный контроллер закрепляя на раме или помещая в отдельный корпус.

Даже если вы выбираете для своего контроллера внешний способ установки «под обдув». При езде против сильного встречного ветра, в гору, снегу или грязи он может сильно нагреваться. Если скажем производителем заявлена предельно допустимая нагрузка в 45 а. никогда не используйте и не снимайте этот максимум. А если устанавливаете контроллер в защитный корпус или кофр вместе с батареей, то используйте ещё меньший ток в настройках, и желательно поставить термодатчик для контроля за температурой в постоянном режиме.

Изначально выбирая изделие по цене смотрите на набор его функций. За что вы хотите или не хотите переплачивать. Нужен ли вам задний ход, стоп сигнал, «душилка», «противоугонка» и электронный тормоз. Устроит ли вас совместимость с обычными бортовыми компьютерами типа цикланалист v3, или вам нужна возможность подключения самых навороченных информационных приборов.