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elektrotechnik:komponenten_eines_pedelecantriebes

Zusammenstellung der Komponenten eines Pedelecantriebes

Motor

Kommuntierungsart

Bürstenloser Gleichstrommotor

häufigste Bauart im Bereich Pedelec. Damit sich der Motor dreht, müssen die drei Motorphasen über den Controller passend zur Rotorlage bestromt werden.

Bürstenmotor

Die Kommutierung passiert über Bürsten die den Strom auf einen „Schleifring“ (Kommutator) übertragen. Der Motor läuft durch einfaches Anlegen einer Gleichspannung.

Bauart

Direktläufer

Der Motor sitzt in der Nabe des Laufrades und hat kein Getriebe und keinen mechanischen Freilauf. Durch den fehlenden Freilauf kann er rekuperieren.

Getriebenabenmotor

Der Motor sitzt in der Nabe des Laufrades und hat ein Untersetzungsgetriebe, meist auch einen Freilauf

Mittelmotor

Der Motor sitzt im Tretlagerbereich des Rades und treibt das Kettenblatt an. Vorteil: Die Schaltung des Rades kann genutzt werden, um den Motor in einem günstigen Drehzahlbereich zu betreiben.

Controller

Kommutierung

Der Controller muß ein zur Lage des Rotors passendes Magnetfeld erzeugen um den Motor zum drehen zu bewegen. Die Rotorlage kann durch Hallsensoren im Motor erfasst werden, oder sensorlos durch Indukionseffekte.

Blockkommutierung

Die einfachste Art der BLDC Ansteuerung. Über eine elektrische Umdrehung des Motors werden nur 6 Phasenzustände angesteuert. Dabei werden immer nur zwei Phasen bestromt, eine Phase „floated“. Dadurch passt das erzeugte Feld aber auch nur 6x pro Umdrehung wirklich zur Rotorlage. Das führt zu einem „rauhen“, geräuschvollen Lauf. Die floatende Phase kann zur Lageerkennung genutzt werden, so daß eine sensorlose Ansteuerung in Blockkommutierung leicht zu realisieren ist.

Sinuskommutierung

Hier werden immer alle drei Phasen gleichzeitig bestromt, so daß ein sinusförmiger Phasenstromverlauf entsteht. Die Lage des Rotors kann hier nicht mehr so leicht sensorlos ermittelt werden.

Sinuskommutierung mit FOC

Eine besondere Art der Sinuskommutierung. Hier wird die „Vorzündung“ der Kommutierung so eingestellt, daß möglichst wenig Verlustwärme und möglichst viel Drehmoment erzeugt wird. Sensorloses FOC ist die „Königsklasse“ der Ansteuerung.

Ansteuerungart

Es gibt verschiedene „Philosphien“ wie der Fahrer dem System mitteilt, ob und wie stark der Motor drehen soll. Die Charakteristik kann oftmals durch „Parametrieren“ des Controllers beeinflusst werden. Zur Parametrierung gehen die Hersteller verschiedene Wege. z.B. per Kabel und PC, per Display und/oder per Smartphone App.

Daumengas

Der Motor wird über einen Gasgriff, wie beim Motorrad, angesteuert.

Geschwindigkeitsstufen

Am Display wird eine Geschwindigkeitsstufe voreingestellt. Sobald sich die Pedale vorwärts drehen, wird diese Geschwindigkeit vom Motor angefahren. (Erforderlich: PAS) Bei einigen Controllern (ohne Display) werden die Stufen durch einen Drei-Stufen-Schalter angewählt. Der Fahrer kann die Geschwindigkeit durch seine Eigenleistung nicht beeinflussen. Wenn er stärker tritt, sinkt nur die Stromaufnahme des Motors, die Geschwindigkeit bleibt gleich.

Stromstufen

Am Display wird eine Stromstufe voreingestellt. Sobald sich die Pedale drehen, gibt der Motor zur menschlichen Leistung unabhängig von der Geschwindigkeit eine konstante elektrische Leistung dazu (P=U*I). Bei den sogenannten „Torque-Simulation“ Controllern wird der Strom proportional zu der Kadenz hochgefahren, ab einer Grenzkadenz wird der Strom dann konstant auf dem Sollwert gehalten. (Erforderlich : PAS) Der Fahrer kann durch seine Eigenleistung die Geschwindigkeit beeinflussen, aber nur nach oben. Zum langsamer werden muß eine niedrigere Stufe gewählt werden. Bei leichten Fahrern, guten Reifen/Straßenbelag, kann ggf. schon die kleinste Stufe reichen, um das Rad in der Ebene auf 25 km/h zu beschleunigen.

Proportional zur Fahrerleistung

Am Display wird die „Verstärkung“ der menschlichen Leistung voreingestellt. Über einen Drehmomentsensor wird die menschliche Leistung erfasst (Phuman= 2*Pi * Drehmoment * Kadenz), der Motor gibt proportional dazu Leistung ab. (U*I = Faktor * Phuman) (Erforderlich: Drehmomentsensor). Alle höherpreisigen Fertigpedelecs (Bosch, Brose, Shimano, Yamaha, Panasonic, BionX….) arbeiten nach dieser Philosophie. Im Nachrüstbereich ist das nicht der Standard, es gibt inzwischen aber auch Nachrüst-Systeme mit Drehmomentsensor.

Sensoren

PAS

Erfasst die Geschwindigkeit (Kadenz) und Richtung der Kurbelbewegung

Drehmomentsensor

Erfasst das vom Fahrer aufgebrachte Drehmoment und die Kadenz

Bremsabschalter

Schaltet den Motor ab, sobald der Bremshebel gezogen wird. Bei Direktläufern auch zur Aktivierung der Rekuperation verwendet.

Temperatursensor

Erfasst die Temperatur im Motor, der Controller kann bei Gefahr der Überhitzung die Leistung drosseln.

Tachosensor

Genauso wie bei einem normalen Fahrradtacho. Wird zur Ermittlung der Geschwindigkeit bei Mittelmotoren und bei Nabenmotoren mit Freilauf benötigt. Es gibt auch Nabenmotoren, bei dem der Sensor im Motor verbaut ist.

Stufenschalter

Bietet bei Controllern ohne Display die Möglichkeit verschiedene Fahrstufen anzuwählen.

Displays

LED-Display

analoges LED-Display

Das Display erzeugt eine den Stufen entsprechende analoge Spannung, die auf den Gasgriff gelegt wird

digitales LED-Display

Einfaches Display meist nur mit LED-Anzeige von Fahrstufe und Akkustand. Meist drei Tasten zur Bedienung. Das Display sendet wie die LCD-Displays die gewählte Fahrstufe über ein serielles Protokoll an den Controller. Parametriermöglichkeiten ggü. den LCD-Displays meist eingeschränkt

LCD-Display

Display mit LCD-Anzeige von verschiedenen Parametern, wie Fahrstufe, Geschwindigkeit, Leistung, Batteriestand etc. Neben der Fahrstufe kann in der Regel durch Untermenüs eine Parametrierung des Systems (Reifendurchmesser, maximale Geschwindigkeit, Getriebeübersetzung etc) eingestellt werden. Die Bedienung des Displays geschieht durch Tasten, entweder direkt am Display oder an einen Bedienungssatelliten.

Die Kommunikation mit dem Controller läuft über UART oder CAN-Bus. Das verwendete Protokoll ist herstellerspezifisch. Ein Controller von Anbieter A wird sich in der Regel nicht mit dem Display von Anbieter B verstehen. Teilweise gibt es Drittanbieter, die ihre Displays mit Protokollen für verschiedene Controllerhersteller anbieten (siehe Cobi oder Eggrider)

Smartphone-App

Vielfach werden inzwischen von den Herstellern Smartphone-Apps angeboten, die die Funktion des Display über Bluetooth übernehmen, hier ist die Bedienung meist komfortabler und kann z.B. mit Navigationsfunktionen ergänzt werden.

Akkus

Akkus sind heute in der Regel mit Li-Ionen-Zellen der 18650 Bauform (18mm Durchmesser, 65mm Länge) aufgebaut. Der Akku wird hauptsächlich durch die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen (Spannungslage) und der Anzahl der parallel geschalteten Zellen (Kapazität) charakterisiert. Ein 10s4p Akku hat 10 hintereinander geschaltete Blöcke a 4 parallel geschalteter Zellen. Normalerweise sorgt ein sog. BMS (Batterie-Management-System) im Akku dafür, daß die Zellen immer gleichmäßig geladen (balanciert) sind und nicht über- oder unterladen werden. Fertighersteller „verdongeln“ ihre Akkus in der Regel. Das heißt, es gibt eine mehr oder weniger ;-) verschlüsselte Kommunikation zwischen Controller und Akku um sicherzustellen daß nur Original-Akkus verwendet werden können. Mit einem „Fremd“-Akku lässt sich das System nicht einschalten. Bei den üblichen Umbausätzen gibt es diese „Verdongelung“ nicht, es können also Akku und Controller (bei passender Spannungslage) beliebig kombiniert werden.

Funktionsübersicht verschiedener Controller

Die Links sind Beispielhaft, diese Controller werden von verschiedensten, auch deutschen Händlern unter den verschiedensten Markennamen und mit den verschiedensten Optionen verkauft.

Bezeichnung Unterstützte Fahrmodi Unterstützte Displays unterstützte Kommutierungsart ParametrierungsmöglichkeitStecker-Systemweitere Funktionen
Kunteng KT36ZWS alias S06P Stromstufen, Geschwindigkeitsstufen, LCD3, LCD5 Block sensored, Block sensorlessüber LCDJSTVariante mit Lichtausgang erhältlich
Kunteng KT36SVP alias S06S Stromstufen, Geschwindigkeitsstufen, auch für Betrieb mit Drehmomentsensor erhältlich LCD3, LCD5 nur Sinus sensored, vereinfachtes FOCüber LCD, auch als Bluetooth-Variante mit APP erhältlich, App kann Controller nicht ein-und ausschalten!JSTVariante mit Lichtausgang erhältlich
Lishui Stromstufen, Geschwindigkeitsstufen, auch für Betrieb mit Drehmomentsensor erhältlich J-LCD, KM5S und weitere Sinus sensored, Sinus sensorless, „echtes“ FOCüber LCD, auch Bluetooth-Modul mit APP erhältlich, APP kann Controller auch ein-und ausschalten. Es gibt auch Firmwarevarianten, die sich per Kabel und PC parametrieren lassen.JST, HigoVariante mit Lichtausgang erhältlich
elektrotechnik/komponenten_eines_pedelecantriebes.txt · Zuletzt geändert: 2019/12/01 11:03 von Hochsitzcola