Projekt: Entwicklung unseres Vektorcontrollers für Elektroscooter
In uns entstand die Idee, einen eigenen Vektorcontroller zur Steuerung eines dreiphasigen BLDC-Motors zu entwickeln.
Da Elektromobilität, insbesondere E-Scooter, immer mehr an Popularität gewinnt, wurde die Entscheidung getroffen, den Controller speziell für einen E-Scooter zu konzipieren.
Ziel: Umsetzung der FOC-Steuerung
Die Hauptidee bestand darin, eine Unterstützung der Vektorregelung (FOC) zu realisieren und Funktionen wie Rekuperationsbremse, Tempomat, den Modus „Fußgänger-Assistent“ – ein System, das hilft, den Scooter neben sich zu schieben – und vieles mehr zu integrieren.
In der zweiten Phase unseres Projekts erhielt das Gerät eine vollständige Mensch-Maschine-Schnittstelle, umgesetzt durch ein farbiges LCD-Display sowie Bluetooth- und NFC-Module.
Bluetooth wird zur Verbindung mit dem Smartphone verwendet, während NFC zur Benutzererkennung, Authentifizierung über eine NFC-Karte und Diebstahlschutzfunktionen dient.
Der Inverter befindet sich derzeit in der Testphase – und hat sich bisher sehr gut bewährt. Das Display befindet sich aktuell in der Entwicklungsphase.
Grundlage: STM32-Mikrocontroller und DRV8323-Treiber
Hier möchten wir kurz auf die Komponentenbasis der Inverterplatine eingehen:
Für komplexe mathematische Berechnungen wird ein Hochleistungs-Mikrocontroller des Unternehmens STMicroelectronics (STM32) eingesetzt, der über ein hardwarebasiertes CORDIC-Modul verfügt, das die hardwaremäßige Berechnung trigonometrischer Funktionen ermöglicht, die für die Vektorregelung notwendig sind.
Darüber hinaus ist der Mikrocontroller mit einem Hochgeschwindigkeits-ADC mit Oversampling-Funktion ausgestattet, die eine hardwareseitige Mittelwertbildung des Eingangssignals gewährleistet. Eine besonders wichtige Rolle in jedem Inverter spielt die Steuerung der Leistungstransistoren.
Leistungsstufe und Schutzmechanismen
Eine entscheidende Rolle in jedem Inverter spielt das System zur Ansteuerung der Leistungstransistoren.
In unserem Fall fiel die Wahl auf den DRV8323-Treiber, der nicht nur sechs Kanäle zur Ansteuerung der Transistoren, sondern auch drei integrierte Operationsverstärker zur Strommessung sowie einen integrierten DC-DC-Abwärtswandler enthält.
Der Treiber unterstützt die SPI-Schnittstelle, über die verschiedene Parameter eingestellt werden können, zum Beispiel die Öffnungs- und Schließströme der Transistoren – ein entscheidender Faktor für die Anstiegszeit (dU/dt). Außerdem verfügt das System über eine konfigurierbare DESAT-Schutzfunktion, die ebenfalls über SPI eingestellt wird.
Leiterplattendesign und elektromagnetische Verträglichkeit
Besonderes Augenmerk wurde auf das Leiterplattendesign gelegt.
Bei der Arbeit von Schaltnetzteilen spielt sie eine entscheidende Rolle für die Zuverlässigkeit und elektromagnetische Verträglichkeit des Geräts.
Daher entschieden wir uns, eine vierlagige Leiterplatte zu verwenden, was die Abschirmung und Stabilität der Schaltung erheblich verbessert hat.
Mensch-Maschine-Schnittstelle und zukünftige Funktionen
Das Display des Controllers zeigt alle wichtigen Betriebsparameter an: aktuelle Geschwindigkeit, Temperatur, Betriebsmodus sowie Energieverbrauch oder Energierückgewinnung in die Batterie.
Der Bluetooth-Modul stellt die Verbindung zwischen dem Controller und dem Smartphone her, während NFC für eine komfortable Benutzeridentifikation dient – beispielsweise, wenn das Fahrzeug von einem Kind genutzt wird – und zugleich als elektronischer Schlüssel zum Schutz vor unbefugtem Zugriff dient.
In Zukunft ist die Integration eines GPS-Moduls geplant, das neue Möglichkeiten eröffnet: Standortverfolgung des E-Scooters, Zeitsynchronisation, Anzeige der Geschwindigkeit über GPS, Speicherung der zurückgelegten Strecke und vieles mehr.
Auf dieser Seite halten wir Sie über den Fortschritt unseres Projekts auf dem Laufenden.
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