El controlador del motor es uno de los componentes más importantes de una bicicleta eléctrica o e-bike. Es un dispositivo electrónico que gestiona el funcionamiento de un motor eléctrico. También se conecta a todas las demás partes principales de una bicicleta eléctrica, incluida la batería, los frenos, los sensores, el acelerador y el motor.
El controlador del motor actúa como el cerebro de la bicicleta eléctrica y controla las funciones de los componentes eléctricos de la bicicleta eléctrica. Por eso es esencial seleccionar el controlador de motor ideal para la aplicación. En este artículo, analizaremos las especificaciones clave de un controlador de motor de bicicleta eléctrica y cómo seleccionar el correcto.
El controlador del motor de la bicicleta eléctrica
Un controlador de motor de bicicleta eléctrica, también llamado controlador de bicicleta eléctrica y controlador de velocidad eléctrico, es responsable de gestionar las funciones críticas de la bicicleta. Actúa como un eje central que conecta la batería, el motor, el acelerador, la pantalla, el sistema de asistencia al pedaleo, los sensores y otros componentes eléctricos.
El controlador del motor determina la velocidad de la bicicleta eléctrica recibiendo señales del acelerador o del sistema de asistencia al pedaleo y controlando la potencia suministrada al motor. También puede garantizar la seguridad limitando la velocidad máxima de la bicicleta eléctrica y apagando el motor cuando se presionan los frenos.
¡Esto no es todo! El controlador del motor también gestiona funciones adicionales como frenado regenerativo, interfaces de comunicación, gestión de pantalla y otras. El controlador se coloca en una funda protectora sellada y puede montarse tal cual o fijarse al cuadro de la bicicleta, según el diseño de la bicicleta eléctrica.
El papel del controlador del motor.
El controlador del motor es responsable de gestionar varias funciones críticas de una bicicleta eléctrica. Toma información de un componente eléctrico de la bicicleta y, en función de esa información, determina qué devolver a otro componente. De esta forma controla el funcionamiento general de la bicicleta eléctrica.
Las funciones que gestiona el controlador del motor de una bicicleta eléctrica son las siguientes:
Regulación de potencia: el controlador del motor considera la entrada del ciclista y el nivel de asistencia elegido al determinar cuánta potencia eléctrica suministrar al motor eléctrico. Esto garantiza que el motor reciba la cantidad ideal de potencia para diversos escenarios de conducción y grados de asistencia.
Protección contra sobrevoltaje y bajo voltaje: El controlador del motor monitorea el voltaje de la batería continuamente, protegiendo el motor contra bajo y sobrevoltaje. Apaga inmediatamente el motor si el voltaje alcanza la carga máxima o cae por debajo de un umbral establecido.
Control de velocidad: El controlador del motor controla la velocidad de la bicicleta eléctrica interpretando señales de sensores de asistencia al pedaleo, acelerador u otros sensores de velocidad. Mantiene una velocidad constante de la bicicleta según la intervención del ciclista y el nivel de asistencia elegido por el ciclista.
Control de dirección: El controlador del motor gestiona la dirección del motor eléctrico, permitiendo que la bicicleta eléctrica avance o retroceda.
Gestión de la batería: El controlador del motor monitorea el nivel de carga de la batería, protegiéndola contra situaciones que podrían acortar su vida útil, como una descarga profunda o una sobrecarga. El controlador optimiza la eficiencia energética gestionando el flujo de energía hacia y desde la batería.
Protección contra sobrecorriente: el controlador reduce el flujo de corriente al motor si consume más energía. El controlador protege el transistor de efecto de campo (FET) y los devanados del motor.
Integración de sensores: el controlador del motor se conecta a varios sensores de la bicicleta eléctrica, como sensores de pedal, velocidad, par, etc. Para brindar una experiencia de conducción suave y receptiva, evalúa los datos de los sensores y modifica el rendimiento del motor en tiempo real.
Interfaz de usuario: el controlador del motor gestiona la interfaz de usuario de una bicicleta eléctrica, donde los ciclistas pueden ajustar la configuración y almacenar datos (como la velocidad, la duración de la batería y la distancia recorrida).
Interfaces de comunicación: el controlador del motor gestiona interfaces de comunicación como USB o Bluetooth para actualizaciones de firmware, personalización e integración con dispositivos o aplicaciones externos.
Gestión térmica: el controlador del motor monitorea la temperatura del motor para evitar el sobrecalentamiento. Implementa medidas de protección térmica, como reducir la potencia de salida si la temperatura sube demasiado.
Detección y protección de fallas : El controlador del motor reconoce y reacciona ante fallas o defectos en el sistema, implementando medidas de seguridad para proteger el motor, el controlador u otras partes de la bicicleta eléctrica contra fallas o daños.
Frenado regenerativo: Al frenar, el motor eléctrico funciona como un generador para transformar la energía cinética en energía eléctrica, que posteriormente es redirigida a la batería.
Tipos de controlador de motor de bicicleta eléctrica
Existen varios tipos de controladores de bicicletas eléctricas, según la bicicleta, su motor y otras características (como el frenado regenerativo).
Estos son algunos de los controladores de motor disponibles para bicicletas eléctricas:
Controladores de asistencia al pedaleo (PAS): estos controladores ayudan con sensores de pedal según la entrada de pedaleo del ciclista. Los ciclistas pueden seleccionar entre varios niveles según el tipo de apoyo que deseen al andar en bicicleta.
Controladores basados en el acelerador: estos controladores permiten a los ciclistas regular directamente la potencia y la velocidad del motor de una bicicleta eléctrica apretando manualmente un acelerador que se asemeja a una motocicleta. Esto proporciona un método de control más directo, permitiendo a los usuarios ajustar la velocidad de la bicicleta sin pedalear.
Controladores combinados de PAS y acelerador: algunos sistemas de bicicletas eléctricas vienen con controles de asistencia de pedaleo y aceleración, lo que brinda a los ciclistas la opción de cómo les gustaría operar la bicicleta eléctrica.
Controladores de sensores de par: estos controladores calculan la fuerza entregada a los pedales y brindan asistencia en función del esfuerzo del ciclista. Al modificar los niveles de asistencia en respuesta a los esfuerzos de pedaleo del ciclista, los controladores con detección de torque brindan una experiencia de pedaleo más natural y con mayor capacidad de respuesta.
Controladores de transmisión media: estos controladores están montados en el medio del pedalier de una bicicleta eléctrica y distribuyen la energía de manera efectiva. Pueden manejar varios terrenos mientras mantienen el equilibrio.
Controladores de motor de buje: estos controladores son para bicicletas eléctricas con motores de buje integrados en la rueda (delantera o trasera). Regulan el par, la velocidad y la entrega de potencia de la bicicleta al motor del cubo.
Se pueden utilizar los siguientes controladores de motor según el motor de la bicicleta eléctrica.
Controladores de motores DC con escobillas: Estos controladores tienen una conexión e imanes permanentes. Requieren un conjunto de interruptores para cambiar la corriente que va al motor y son fáciles de operar. La mayoría de las opciones de movilidad eléctrica utilizan controladores de motor con escobillas, como pedelecs, bicicletas eléctricas, scooters, bicicletas eléctricas y otros vehículos eléctricos ligeros.
Controladores de motores de CC sin escobillas: los motores BLDC se utilizan con mayor frecuencia en bicicletas eléctricas. Estos motores son diseños sin escobillas de imanes permanentes. Por lo general, son confiables, eficientes y fáciles de operar y mantener. Hay fases controladas por un conjunto de interruptores en el conjunto de seis. Con los controladores sin escobillas se incluyen al menos dos transistores (conmutador/MOSFET) por fase. Algunos controladores BLDC también vienen con sensores Hall, que brindan retroalimentación sobre la posición del rotor para controlar la secuencia de conmutación. Un motor BLDC se basa en la sincronización precisa de los pulsos de corriente en los devanados del motor para generar una rotación continua. Los sensores Hall ayudan a determinar cuándo alternar la corriente en los devanados del motor.
Otros tipos de controladores de motor disponibles para bicicletas eléctricas son los siguientes.
Controladores de alto par: estos controladores producen mayor par y son ideales para aplicaciones que requieren más potencia, incluidas bicicletas de carga eléctricas o todoterreno.
Controladores inteligentes: la conectividad Bluetooth y Wi-Fi son ejemplos de opciones de conectividad integradas que vienen con los controladores inteligentes. Permiten a los usuarios conectarse a una aplicación de teléfono inteligente para monitoreo, personalización y más funciones.
Controladores programables por firmware: los controladores sofisticados permiten a los usuarios personalizar factores de rendimiento como la aceleración, la velocidad máxima y otros aspectos mediante la actualización del firmware.
Controladores de frenado regenerativo: Estos controladores transforman la energía cinética en energía eléctrica durante el frenado, mejorando el ahorro de energía y extendiendo la vida útil de la batería.
Especificaciones del controlador de motores
Estas son las especificaciones técnicas importantes de un controlador de motor de bicicleta eléctrica.
- Voltaje nominal: indica el rango de voltaje que puede manejar el controlador. Debe coincidir con el voltaje de la batería de la bicicleta eléctrica.
- Clasificación actual: esto indica la corriente máxima que el controlador puede manejar. Es fundamental determinar la potencia y la compatibilidad con el motor de la bicicleta eléctrica.
- Potencia: Esto se determina multiplicando las clasificaciones de voltaje y corriente. Representa la potencia máxima que el controlador puede proporcionar al motor.
- Tipo de motor: esto indica el tipo de motor para el que está diseñado el controlador (es decir, para un motor BLDC o de CC con escobillas).
- Modos de funcionamiento: esto indica los modos de funcionamiento disponibles, como asistencia de pedaleo, solo aceleración o una combinación de ambos.
- Método de control: esta es la estrategia de control que utiliza el controlador, como modulación de ancho de pulso (PWM), control orientado a campo (FOC) u otros algoritmos de control.
- Eficiencia: Esto especifica la eficiencia del controlador (es decir, qué tan bien convierte la energía eléctrica de la batería en energía mecánica en el motor).
- Rango de temperatura: el rango de temperatura de funcionamiento dentro del cual el controlador puede funcionar correctamente.
- Tamaño y peso : Las dimensiones físicas y el peso del controlador son fundamentales para su integración en el cuadro de la bicicleta eléctrica.
- Certificaciones: Indican si el controlador cumple con los estándares o certificaciones de la industria, garantizando su seguridad y desempeño.
- Funciones de protección: Los mecanismos de protección como la protección contra sobrecalentamiento, la protección contra sobrecorriente y la protección contra cortocircuitos son importantes para garantizar la seguridad y durabilidad del controlador.
- Frenado regenerativo: esto indica si el controlador admite el frenado regenerativo, permitiendo que el motor actúe como un generador durante el frenado para recargar la batería.
- Interfaces de comunicación : especifica cualquier interfaz de comunicación, como Bluetooth o USB, que permite actualizaciones de firmware, personalización o conectividad con dispositivos externos.
- Interfaz de usuario: Indica la interfaz a través de la cual el piloto puede interactuar con el controlador, ya sea una pantalla, botones o una aplicación de teléfono inteligente.
- Compatibilidad del sensor de asistencia al pedaleo: debe indicar compatibilidad con diferentes sensores de pedal, como sensores de cadencia o torsión.
- Tipo de acelerador: indica el tipo de acelerador que admite el controlador, incluido el agarre giratorio, el acelerador con el pulgar u otras variaciones.
Cómo elegir un controlador de motor de bicicleta eléctrica
Lo primero que hay que tener en cuenta a la hora de elegir un controlador de motor para una bicicleta eléctrica es la tensión y la corriente nominales. La clasificación de voltaje debe coincidir con el voltaje del motor. La potencia nominal del controlador es la potencia nominal multiplicada por la potencia nominal. La potencia nominal debe ser ligeramente superior a la potencia del motor.
Si el controlador es programable, el voltaje del controlador debe coincidir tanto con el del motor como con el de la batería. La potencia puede estar limitada en los controladores programables.
La clasificación actual del controlador es su corriente de fase máxima, que debe ser menor que la corriente de salida de la batería. Luego necesitará ver la corriente nominal máxima del controlador del motor. Generalmente, los controladores de 15 MOSFET tienen una potencia nominal de 40 A, los controladores de 9 MOSFET tienen una potencia nominal de 25 A y los controladores de 6 MOSFET tienen una potencia nominal de 18 A.
El motor se calentará cada vez más si el controlador suministra más corriente de la que puede manejar. La capa de barniz de los cables pierde su calidad a medida que el motor se sobrecalienta. Esto provoca un cortocircuito, lo que hace que el motor se caliente rápidamente y dañe los devanados.
Luego verifique si el tipo de conducción del controlador es cuadrado o sinusoidal. Las ondas sinusoidales tienen menos ruido, lo que aumenta la eficiencia al desplazarse cuesta arriba o transportar objetos pesados en la bicicleta. Estos controladores proporcionan una gestión más consistente y fluida de las operaciones generales. Sin embargo, las ondas sinusoidales son más caras y requieren más potencia. También se limitan a utilizar los motores correspondientes para su funcionamiento.
Los controladores de onda cuadrada son más asequibles y pueden funcionar con diferentes motores. Son eficientes en aceleración y frenada, pero generan más ruido y tienen un control algo vigoroso o desequilibrado. Tampoco son tan eficientes ni tan suaves en colinas o con mucho peso añadido en la bicicleta eléctrica.
El sensor Hall también marca una diferencia significativa cuando se utiliza con controladores de motor BLDC. Estos controladores ofrecen un modo dual en bicicletas eléctricas. El sensor Hall del motor detecta la rotación y el controlador produce un voltaje en respuesta a las entradas del sensor. Con más par al acelerar y menos consumo de energía, este controlador de motor suele ser más confiable.
Además de las especificaciones eléctricas, el tamaño y el peso del controlador del motor son consideraciones importantes y deben coincidir con el diseño de la bicicleta eléctrica. Además, al elegir un controlador de motor, también se deben considerar características como frenado regenerativo, protección contra sobrecalentamiento, protección contra sobrecorriente y protección contra cortocircuitos.
Otras consideraciones del controlador se relacionan con las opciones de interfaz de usuario de una bicicleta eléctrica, las interfaces de comunicación, el tipo de acelerador y la compatibilidad con los sensores de pedal. El tipo de motor admitido por el controlador, la clasificación de corriente-voltaje, el tamaño y el peso del controlador y las características adicionales son generalmente proporcionales al costo. Por lo tanto, se debe seleccionar un controlador de motor dentro del presupuesto deseado y con características ideales.
Conclusión
El controlador del motor de una bicicleta eléctrica es su componente más importante. Los controladores de motor están disponibles en varios tipos y configuraciones y deben coincidir con el diseño, el motor, la batería, la clasificación de voltaje-corriente, el tipo de conducción y los modos de funcionamiento de la bicicleta eléctrica.
