مقدمه ای بر کنترلر وسایل نقلیه الکتریکی ,

احتمال بسیار زیادی وجود دارد که این سوال قبلاً به ذهن شما خطور کرده باشد. ما می‌دانیم که خودرو الکتریکی با باتری کار می‌کند که دارای انرژی DC (مستقیم) هستند و موتورهایی داریم که با AC سه فاز کار می‌کنند. هر دوی اینها با هم، چگونه کار خواهند کرد؟ این کار توسط کنترلر انجام می‌شود، از یک دوچرخه معمولی تا یک خودروی تسلا Roadster، هر وسیله نقلیه برقی دارای کنترلر مخصوص به خود است که ولتاژ DC را از باتری به سطح مناسبی برای کار موتورها تبدیل می‌کند. همچنین سرعت موتور را کنترل می‌کند. کنترلر تمام ورودی‌های کاربر مانند میزان دریچه یا پدال گاز، فشار ترمز، حالت رانندگی و غیره را از کاربر دریافت می‌کند و بر این اساس سرعت موتور را کنترل می‌کند. اگر موتورها عضله ماشین در نظر گرفته شوند، کنترلر مغز آن است. کنترلر اغلب یک اصطلاح عمومی است.

کنترلر موتور دو عملکرد مهم را انجام می‌دهد:
1- ولتاژ مستقیم (DC) پک باتری را به جریان متناوب (AC) 3 فاز برای سیم پیچ های موتور تبدیل می‌کند که در غیر این صورت موتور نمی‌تواند بچرخد.
2- می‌تواند به طور مداوم ولتاژ موتور را از 0 ولت تا بیشینه ولتاژ پک باتری در پاسخ به سیگنال دسته یا پدال گاز کاربر، سنسورهای پدال و محدودیت های مختلف جریان تنظیم کند.کنترلر موتور می‌تواند ولتاژ موتور را به مقداری بین صفر و ولتاژ باتری کاهش دهد. اگر پک باتری 48 ولتی دارید، ولتاژی که موتور می‌بیند ممکن است تنها 10-12 ولت در سرعت های پایین، 25 ولت در سرعت های متوسط، و تنها زمانی که به سرعت نهایی دوچرخه نزدیک می‌شوید، به 48 ولت برسد. اگر پک باتری 48 ولتی دارید و فقط با 50 درصد دریچه گاز حرکت می‌کنید، موتور 24 ولت را می‌بیند و دقیقاً همان عملکردی را که با باتری 24 ولتی در پدال گاز کامل انجام می‌دهید، خواهید داشت.
تغییر ولتاژ موتور از طریق کنترلر است که می‌توانید هنگام دوچرخه سواری، توان خروجی موتور را تنظیم و تعدیل کنید، که این عملکرد برای کنترل یک وسیله نقلیه برقی بسیار ضروری است. کسانی که اطلاعات الکترونیکی دارند باید بدانند که کنترلر شبیه به یک مبدل افزاینده DC به DC کارآمد عمل می‌کند. در حالی که ولتاژ موتور را کاهش می‌دهد، به طور همزمان جریان را با همان نسبت افزایش می‌دهد. شما می‌توانید جریان 48 ولت و 10 آمپر از باتری به کنترلر موتور و جریان 24 ولت و 20 آمپر از کنترل کننده به موتور داشته باشید.کنترلرهای موتور معمولاً محدوده ولتاژ خاصی دارند که در آن کار می‌کنند، و همچنین دارای محدودیت جریان هستند که حداکثر آمپری را که از پک باتری می‌کشند را تعیین می‌کند. یک کنترلر موتور جریان پایین ممکن است برای 14 آمپر درجه بندی شود، به این معنی که تنها حداکثر 14 آمپر را از پک باتری می‌کشد. هنگامی که موتور تلاش می‌کند جریان بیشتری از این بکشد، کنترلر به طور خودکار ولتاژ ارائه شده به موتور را کاهش می‌دهد تا جریان باتری را در حد مجاز نگه دارد.
اگر از یک کنترلر آمپر پایین (مثلاً 48 ولت 15 آمپر) برای راه اندازی یک هاب موتور بزرگ (مثلاً 1000 وات) استفاده می‌کنید، سیستم ظاهراً به خوبی کار می‌کند، اما شما تقریباً به اندازه توان موتور از موتور قدرت دریافت نخواهید کرد. برعکس، اگر از یک کنترلر با جریان بالا (مثلاً 48 ولت 30 آمپر) برای راه اندازی یک هاب موتور با اندازه کوچک و توان پایین (مانند 350 وات) استفاده می‌کنید، در این صورت خطر گرم شدن بیش از حد و آسیب رساندن به موتور یا از بین بردن دنده های داخلی یا کلاچ وجود دارد. زیرا طبق فرمان کنترلر، موتور همیشه در بیشینه حد توانایی کار می‌کند.

عملکرد کنترلر در یک وسیله نقلیه برقی چیست؟

یک کنترلر موتور، الکترونیک قدرت و عناصر ریز محاسباتی تعبیه شده را ترکیب می‌کند تا به طور موثر انرژی ذخیره شده در باتری های خودروی الکتریکی را به حرکت تبدیل کند.
کنترلر موتور جزء اصلی وسیله است که جریان انرژی از باتری به موتور را کنترل می‌کند.
دریچه یا پدال گاز، نمایشگر، ترمز و سوئیچ‌های کنترل جهت (جلو/عقب) به کنترلر موتور متصل می‌شوند که دستورات این ورودی‌ها را پردازش کرده و سرعت، گشتاور، جهت و در نتیجه توان خروجی موتور را در خودرو کنترل می‌کند.
علاوه بر انتقال انرژی از باتری به موتور برای ایجاد شتاب و حرکت وسیله نقلیه، برخی کنترلر‌های دارای سیستم بازیابی انرژی ترمزی (Regenerative brake) علاوه بر اینکه می‌توانند انرژی را از موتور به باتری‌ها برگردانند، با اعمال ترمز الکتریکی به خودروهای برقی کمک می‌کنند تا به طور موثرتری نسبت به سیستم ترمز مکانیکی اولیه ترمز کنند.
این فناوری که در اصطلاح عامیانه به عنوان «ترمز احیاکننده» شناخته می‌شود، با ذخیره انرژی در باتری‌ها در هر بار ترمزگیری، به افزایش پیمایش خودروی الکتریکی کمک می‌کند.

اجزای کنترلر

کنترلر‌های موتور شامل حداقل 6 ماسفت قدرت، خازن‌های بزرگ ،کانکتورهای دسته گاز، قطع‌کننده‌های ترمز و نمایشگر هستند. مدار کنترلر اغلب در یک جعبه آلومینیومی اکسترود شده قرار می‌گیرد، و به صورت خارجی روی دوچرخه نصب می‌شود یا در جایی داخل شاسی قرار می‌گیرد. همچنین معمول است که کنترلر موتور در داخل هاب موتور یا داخل پایه ریل باتری قرار گیرد. در این حالت، کنترلر در یک دوچرخه برقی جانمایی تمیزتری داشته و با حذف برخی سیم ها و اجزای کمتر قابل مشاهده از دید پنهان است، اما تعمیر یا جایگزینی کنترلر آسیب‌دیده زمانی که به این روش یکپارچه شود، چالش‌برانگیزتر است.

قلب سیستم یک ریزپردازنده (Microprocessor) با سیستم عامل تعبیه شده (embedded firmware) است که به کنترلر موتور اجازه می‌دهد تا وظایف خود را انجام دهد.
بخش الکترونیک قدرت توسط بلوک عناصر قدرت که یک مبدل قدرت دو طرفه است که باعث می‌شود کنترلر انرژی را از باتری به موتور و بالعکس منتقل کند.
بلوک رابط ورودی سایر لوازم و قطعات الکترونیکی وسیله را به هم متصل می‌کند و با کنترلر ارتباط برقرار می‌کند.
بلوک حسگر یا حفاظت تمام مشخصات سیستم مانند باتری، جریان، سرعت موتور و غیره را اندازه گیری می‌کند. کنترلر به دقت تمام این عوامل را کنترل می‌کند. هر گونه نقصی که در سیستم شناسایی شود، محافظت از خود را فعال کرده و از ایمنی خودرو و سرنشینان آن محافظت می‌کند.
یکی از مهم ترین اجزای واحد کنترلر بلوک ارتباطی است که به کنترلر اجازه می‌دهد تا داده ها را با سیستم های خارجی به اشتراک بگذارد.
از طریق بلوک ارتباطی، کنترلر می‌تواند داده ها را ارسال و دریافت کند. همان طور که پیداست آینده تحرک به سمت خودروهای اشتراکی و خودران در حال تغییر است.

انواع کنترلر های مورد استفاده در خودروهای برقی

کنترلر موتور DC جاروبک دار یا براش (DC Series Motor)
کنترلر موتور DC بدون جاروبک یا براشلس (Brushless DC Motor)
کنترلر موتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) (Permanent Magnet Synchronous Motor)
کنترلر موتور‌ سه فاز AC القایی (Three Phase AC Induction Motors)

کنترلر موتور‌ سه فاز القایی (AC Induction)

کنترلر موتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSM)

کنترلر موتور DC بدون جاروبک یا براشلس

کنترلر موتور DC جاروبک دار یا براش