O controlador do motor é um dos componentes mais importantes de uma bicicleta elétrica ou e-bike. É um dispositivo eletrônico que gerencia o funcionamento de um motor elétrico. Ele também se conecta a todas as outras partes principais de uma bicicleta elétrica, incluindo bateria, freios, sensores, acelerador e motor.
O controlador do motor atua como o cérebro da e-bike, controlando as funções dos componentes elétricos da e-bike. É por isso que é essencial selecionar o controlador de motor ideal para a aplicação. Neste artigo, discutiremos as principais especificações de um controlador de motor de e-bike e como selecionar o correto.
O controlador do motor da e-bike
Um controlador de motor de e-bike — também chamado de controlador de e-bike elétrica e controlador de velocidade elétrico — é responsável por gerenciar as funções críticas da bicicleta. Ele atua como um hub central, que conecta a bateria, o motor, o acelerador, o display, o sistema de assistência ao pedal, os sensores e outros componentes elétricos.
O controlador do motor determina a velocidade da e-bike recebendo sinais do acelerador ou do sistema de pedal assistido e controlando a potência fornecida ao motor. Também pode garantir a segurança limitando a velocidade máxima da e-bike e desligando o motor quando os freios são pressionados.
Isso não é tudo! O controlador do motor também gerencia recursos adicionais como frenagem regenerativa, interfaces de comunicação, gerenciamento de display e outros. O controlador é colocado em uma caixa protetora selada e pode ser montado como está ou preso no quadro da bicicleta, dependendo do design da bicicleta elétrica.
O papel do controlador do motor
O controlador do motor é responsável por gerenciar diversas funções críticas de uma e-bike. Ele recebe entrada de um componente elétrico da bicicleta e, com base nessa entrada, determina o que retornar para outro componente. Dessa maneira, ele controla o funcionamento geral da e-bike.
As funções que o controlador do motor de uma e-bike gerencia são as seguintes:
Regulação de energia: O controlador do motor considera a entrada do ciclista e o nível de assistência escolhido ao determinar quanta energia elétrica dar ao motor elétrico. Isso garante que o motor receba a quantidade ideal de energia para vários cenários de pilotagem e graus de assistência.
Proteção contra sobretensão e baixa tensão: O controlador do motor monitora a tensão da bateria continuamente, protegendo o motor contra baixa e sobretensão. Ele desliga imediatamente o motor se a tensão atingir carga total ou cair abaixo de um limite definido.
Controle de velocidade: O controlador do motor controla a velocidade da e-bike interpretando sinais de sensores de assistência ao pedal, acelerador ou outros sensores de velocidade. Ele mantém uma velocidade consistente da bike com base na entrada do ciclista e no nível de assistência escolhido por ele.
Controle de direção: O controlador do motor gerencia a direção do motor elétrico, permitindo que a e-bike se mova para frente ou para trás.
Gerenciamento de bateria: O controlador do motor monitora o nível de carga da bateria, protegendo contra situações que podem encurtar sua vida útil, como descarga profunda ou sobrecarga. O controlador otimiza a eficiência energética gerenciando o fluxo de energia de e para a bateria.
Proteção contra sobrecorrente: O controlador reduz o fluxo de corrente para o motor se ele consome mais energia. O controlador protege o transistor de efeito de campo (FET) e os enrolamentos do motor.
Integração de sensores: O controlador do motor se conecta a vários sensores da e-bike, como pedal, velocidade, sensores de torque, etc. Para proporcionar uma experiência de pilotagem suave e responsiva, ele avalia os dados do sensor e modifica o desempenho do motor em tempo real.
Interface de usuário: O controlador do motor gerencia a interface do usuário de uma e-bike — onde os ciclistas podem ajustar as configurações e armazenar dados (como velocidade, duração da bateria e distância percorrida).
Interfaces de comunicação: O controlador do motor gerencia interfaces de comunicação como USB ou Bluetooth para atualizações de firmware, personalização e integração com dispositivos ou aplicativos externos.
Gerenciamento termal: O controlador do motor monitora a temperatura do motor para evitar superaquecimento. Ele implementa medidas de proteção térmica, como redução da saída de energia caso a temperatura fique muito alta.
Detecção e proteção de falhas: O controlador do motor reconhece e reage a avarias ou defeitos no sistema, implementando medidas de segurança para proteger o motor, o controlador ou outras peças da e-bike contra falhas ou danos.
Frenagem regenerativa: Na frenagem, o motor elétrico funciona como gerador para transformar energia cinética em energia elétrica, que é posteriormente redirecionada para a bateria.
Tipos de controlador de motor de bicicleta elétrica
Existem vários tipos de controladores de e-bike, dependendo da bicicleta e do seu motor e de outras características (como a travagem regenerativa).
Aqui estão alguns dos controladores de motor disponíveis para e-bikes:
Controladores de assistência de pedal (PAS): Esses controladores auxiliam com sensores de pedal com base na entrada de pedalada do ciclista. Os ciclistas podem selecionar entre vários níveis, dependendo do tipo de suporte que gostariam ao pedalar.
Controladores baseados em acelerador: Esses controladores permitem que os pilotos regulem diretamente a potência e a velocidade do motor de uma bicicleta elétrica, apertando manualmente um acelerador que lembra uma motocicleta. Isto proporciona um método de controle mais direto, permitindo aos usuários ajustar a velocidade da bicicleta sem pedalar.
Controladores PAS e acelerador combinados: Alguns sistemas de e-bike vêm com controles de aceleração e assistência ao pedal, dando aos ciclistas a opção de como gostariam de operar a e-bike.
Controladores de sensor de torque: Esses controladores calculam a força entregue aos pedais e oferecem assistência com base no esforço do ciclista. Ao modificar os níveis de assistência em resposta aos esforços de pedalada do ciclista, os controladores de sensor de torque fornecem uma experiência de pedalada mais responsiva e natural.
Controladores de acionamento intermediário: Esses controladores são montados no meio do suporte inferior de uma bicicleta elétrica e distribuem a energia de maneira eficaz. Eles podem lidar com vários terrenos enquanto mantêm o equilíbrio.
Controladores de motor de cubo: Esses controladores são para e-bikes com motores de cubo embutidos na roda (dianteira ou traseira). Eles regulam o torque, a velocidade e o fornecimento de energia da bicicleta para o motor do cubo.
Os seguintes controladores de motor podem ser usados com base no motor da e-bike.
Controladores de motor CC com escovas: Esses controladores têm uma conexão e ímãs permanentes. Eles exigem um conjunto de chaves para alterar a corrente que vai para o motor e são fáceis de operar. A maioria das opções de e-mobilidade usa controladores de motor escovados, como pedelecs, e-bikes, scooters, bicicletas elétricas e outros EVs leves.
Controladores de motor CC sem escovas: Os motores BLDC são mais comumente usados em e-bikes. Esses motores são designs sem escovas de ímã permanente. Normalmente, eles são confiáveis, eficientes e fáceis de operar e fazer manutenção. Há fases controladas por um conjunto de chaves no conjunto de seis. Pelo menos dois transistores (chave/MOSFET) por fase são incluídos com controladores sem escovas. Alguns controladores BLDC também vêm com sensores hall, que fornecem feedback sobre a posição do rotor para controlar a sequência de comutação. Um motor BLDC depende do tempo preciso dos pulsos de corrente nos enrolamentos do motor para gerar rotação contínua. Os sensores hall auxiliam na determinação de quando alternar a corrente nos enrolamentos do motor.
Outros tipos de controladores de motor disponíveis para bicicletas elétricas são os seguintes.
Controladores de alto torque: Esses controladores produzem maior torque e são ideais para aplicações que exigem mais potência, incluindo bicicletas elétricas de carga ou off-road.
Controladores inteligentes: Conectividade Bluetooth e Wi-Fi são exemplos de opções de conectividade integradas que vêm em controladores inteligentes. Elas permitem que os usuários se conectem a um aplicativo de smartphone para monitoramento, personalização e mais funções.
Controladores programáveis por firmware: Controladores sofisticados permitem que os usuários personalizem fatores de desempenho como aceleração, velocidade máxima e outros aspectos atualizando o firmware.
Controladores de frenagem regenerativa: Esses controladores transformam energia cinética em energia elétrica durante a frenagem, melhorando a economia de energia e prolongando a vida útil da bateria.
Especificações do controlador do motor
Estas são as especificações técnicas importantes de um controlador de motor de e-bike.
- Tensão nominal: Isto indica a faixa de voltagem que o controlador pode suportar. Deve corresponder à voltagem da bateria da e-bike.
- Classificação atual: Isso indica a corrente máxima que o controlador pode suportar. É crucial para determinar a potência e a compatibilidade com o motor da bicicleta elétrica.
- Potência: Isso é determinado pela multiplicação das classificações de tensão e corrente. Representa a potência máxima que o controlador pode fornecer ao motor.
- Tipo de motor: Isto indica o tipo de motor para o qual o controlador foi projetado (ou seja, para um motor BLDC ou CC com escovas).
- Modos de operação: Isso indica os modos de operação disponíveis, como assistência ao pedal, somente aceleração ou uma combinação de ambos.
- Método de controle: Esta é a estratégia de controle que o controlador usa, como modulação por largura de pulso (PWM), controle orientado a campo (FOC) ou outros algoritmos de controle.
- Eficiência: Isso especifica a eficiência do controlador (ou seja, quão bem ele converte energia elétrica da bateria em energia mecânica no motor).
- Faixa de temperatura: A faixa de temperatura operacional dentro da qual o controlador pode funcionar corretamente.
- Tamanho e peso: As dimensões físicas e o peso do controlador são essenciais para a sua integração no quadro da e-bike.
- Certificações: Elas indicam se o controlador está em conformidade com os padrões ou certificações da indústria, garantindo sua segurança e desempenho.
- Recursos de proteção: Os mecanismos de proteção, como proteção contra superaquecimento, proteção contra sobrecorrente e proteção contra curto-circuito, são importantes para garantir a segurança e a durabilidade do controlador.
- Frenagem regenerativa: Isso indica se o controlador suporta frenagem regenerativa, permitindo que o motor atue como um gerador durante a frenagem para recarregar a bateria.
- Interfaces de comunicação: Isso especifica quaisquer interfaces de comunicação, como Bluetooth ou USB, que permitem atualizações de firmware, personalização ou conectividade com dispositivos externos.
- Interface de usuário: Indica a interface através da qual o piloto pode interagir com o controlador, seja um display, botões ou um aplicativo de smartphone.
- Compatibilidade do sensor de assistência ao pedal: Deve indicar compatibilidade com diferentes sensores de pedal, como sensores de cadência ou torque.
- Tipo de acelerador: Indica o tipo de acelerador que o controlador suporta, incluindo punho giratório, acelerador de polegar ou outras variações.
Como escolher um controlador de motor de e-bike
A primeira coisa a considerar ao escolher um controlador de motor para uma bicicleta elétrica é a tensão e a corrente nominal. A classificação de tensão deve corresponder à tensão do motor. A classificação de potência do controlador é a classificação de tensão multiplicada pela classificação de corrente. A potência nominal deve ser ligeiramente superior à potência do motor.
Se o controlador for programável, a voltagem do controlador deve corresponder tanto ao motor quanto à bateria. A potência pode ser limitada em controladores programáveis.
A classificação atual do controlador é sua corrente de fase máxima, que deve ser menor que a corrente de saída da bateria. Então, você precisará ver a classificação de corrente máxima do controlador do motor. Geralmente, os controladores 15-MOSFET são classificados como 40A, os controladores 9-MOSFET são classificados como 25A e os controladores 6-MOSFET são classificados como 18A.
O motor esquentará mais e mais se o controlador fornecer mais corrente do que ele pode suportar. O revestimento de verniz nos fios perde sua qualidade conforme o motor superaquece. Isso causa um curto-circuito, o que faz com que o motor aqueça rapidamente e danifique os enrolamentos.
Em seguida, verifique se o tipo de condução do controlador é quadrado ou senoidal. As ondas senoidais têm menos ruído, aumentando a eficiência ao viajar em subidas ou transportar objetos pesados na bicicleta. Esses controladores oferecem um gerenciamento mais consistente e perfeito das operações gerais. No entanto, as ondas senoidais são mais caras e exigem mais potência. Elas também são limitadas ao uso de motores correspondentes para operação.
Os controladores de onda quadrada são mais acessíveis e podem funcionar com diferentes motores. Eles são eficientes na aceleração e na frenagem, mas geram mais ruído e têm controle um tanto vigoroso ou desequilibrado. Eles também não são tão eficientes ou suaves em subidas ou com muito peso adicional na bicicleta elétrica.
O sensor Hall também faz uma diferença significativa quando usado com controladores de motor BLDC. Esses controladores oferecem um modo duplo em e-bikes. O sensor Hall do motor detecta a rotação, e o controlador produz uma voltagem em resposta às entradas do sensor. Com mais torque na aceleração e menos consumo de energia, esse controlador de motor é normalmente mais confiável.
Além das especificações elétricas, o tamanho e o peso do controlador do motor são considerações importantes e devem corresponder ao design da e-bike. Além disso, ao escolher um controlador do motor, recursos como frenagem regenerativa, proteção contra superaquecimento, proteção contra sobrecorrente e proteção contra curto-circuito também devem ser considerados.
Outras considerações sobre o controlador se relacionam às opções de interface de usuário de uma e-bike, interfaces de comunicação, tipo de acelerador e compatibilidade com sensores de pedal. O tipo de motor suportado pelo controlador, classificação de corrente-tensão, tamanho e peso do controlador e recursos adicionais são geralmente proporcionais ao custo. Portanto, um controlador de motor dentro do orçamento desejado com recursos ideais deve ser selecionado.
Conclusão
O controlador do motor de uma bicicleta elétrica é o seu componente mais importante. Os controladores de motor estão disponíveis em vários tipos e configurações e devem corresponder ao design, motor, bateria, classificação de tensão-corrente, tipo de condução e modos de operação da e-bike.
