電動滑板車的移動解決方案參考設(shè)計

電動滑板車（e-scooters）正迅速成為一種比步行更快、更方便的交通方式。它們也比私家車更便宜、更環(huán)保，是短途旅行的理想選擇，例如從公共交通站的最后一英里通勤。預(yù)計2020-2030年電動滑板車市場規(guī)模將以 7.7% 的復(fù)合年增長率增長，目前進(jìn)入電動滑板車市場的潛力巨大。

瑞薩電子為電動滑板車開發(fā)了交鑰匙移動解決方案參考設(shè)計，該電動滑板車為 1600W 電機(jī)供電并配備 48V 鋰離子電池組。此電動滑板車參考是生產(chǎn)最終滑板車設(shè)計的起始解決方案。設(shè)計中使用的主要功能組件是瑞薩組件，使解決方案的集成變得更加容易。該系統(tǒng)具有啟動軟件以加快上市時間。

踏板車解決方案的最大速度為 5000 rpm。該解決方案具有無線充電選項，可傳輸 60W 功率為電池充電。手機(jī)應(yīng)用程序用于與踏板車進(jìn)行通信。

鋰離子電池具有更高的能量密度并且比鉛酸電池更輕。它們對環(huán)境更安全，更換頻率更低。48V 電機(jī)設(shè)計提供更大的扭矩和更好的電源效率。與 24V 或 36V 解決方案相比，這可以帶來更好的加速和更長的運(yùn)行時間。

圖 1 – 48V 移動解決方案

系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。系統(tǒng)有兩個主板。一塊板有一個電池前端管理器、一個充電器和一個中央 MCU。另一塊板監(jiān)控電機(jī)狀態(tài)并調(diào)節(jié)驅(qū)動電機(jī)的信號。該系統(tǒng)有兩個可選板 - 一個可用于擴(kuò)展系統(tǒng)功能的藍(lán)牙?板和一個用于非接觸式充電的無線電源傳輸選項。

該系統(tǒng)有一個輸入連接器，該連接器接受一個 24V 電源適配器，用于通過ISL81601升降壓控制器為電池組充電。該控制器在負(fù)載下具有高效率和恒流特性。該控制器具有輸入和輸出電流監(jiān)視器以及過壓和過流檢查系統(tǒng)安全和狀態(tài)。帶有ISL84051多路復(fù)用器的ISL28214運(yùn)算放大器用于調(diào)節(jié)從 ISL81601 到 MCU 的輸入和輸出電流檢測信號。MCU 監(jiān)控這些信號，作為對系統(tǒng)的冗余和診斷檢查。

ISL94216監(jiān)控電池組健康狀況和系統(tǒng)狀態(tài)。ISL94216 是一款 16 芯電池前端 （BFE） 集成電路。BFE 掃描電池組的極端電壓、電流、溫度和開路狀況。在檢測到任何先前條件后，BFE 可以通過集成的 FET 控制驅(qū)動器電路自動斷開系統(tǒng)的電源。該系統(tǒng)設(shè)計支持多達(dá) 14 節(jié)電池組。帶有 CRC_CITT16 X25 錯誤檢查的 SPI 通信用于與 MCU 通信。

RX23T MCU 作為系統(tǒng)的中央控制器。RX23T 專門用于驅(qū)動具有同步三相測量和用于電機(jī)換向的精確脈沖寬度調(diào)制 （PWM） 定時器的單電機(jī)解決方案。RX23T 具有 GPIO 并支持 SPI 和 I2C 串行通信協(xié)議。這些外圍設(shè)備用于監(jiān)視和控制系統(tǒng)的其余部分。

電機(jī)控制和逆變器板具有一個帶有獨立相電流感應(yīng) （ ISL28191 ）的 3 相逆變器，用于監(jiān)控電機(jī)失速等極端條件。單獨的相電流測量還可以實現(xiàn)無傳感器電機(jī)控制或不同類型的控制回路。HIP2211是一款高頻半橋 NMOS FET 驅(qū)動器，可調(diào)節(jié)來自 MCU 的 PWM 信號以驅(qū)動逆變器各相的柵極。該驅(qū)動器具有 100V 的工作范圍，使其能夠適應(yīng)電機(jī)瞬態(tài)和其他惡劣條件。

除了電流感應(yīng)外，電機(jī)控制和逆變器板還可以監(jiān)控每相電壓，從而進(jìn)行反電動勢計算。該板具有用于包含傳感器的電機(jī)的霍爾連接。電路板和系統(tǒng)支持油門和剎車連接。

ISL80410 LDO 為電路板的驅(qū)動器和條件電路供電 。

該系統(tǒng)有一個利用RX23W單芯片藍(lán)牙 MCU 的藍(lán)牙? 選項。在該系統(tǒng)中，RX23W（服務(wù)器）通過藍(lán)牙通信用作移動應(yīng)用程序（客戶端）的連接。RX23T 定期向 RX23W 發(fā)送系統(tǒng)狀態(tài)。然后 RX23W 使用藍(lán)牙 5.0 協(xié)議將狀態(tài)傳輸?shù)揭苿討?yīng)用程序。移動應(yīng)用程序可以通過傳輸?shù)?RX23W 來打開和關(guān)閉滑板車。系統(tǒng)中包含無線選項允許功能擴(kuò)展。

使用P9415進(jìn)行無線充電還有一個替代方案。P9415 是一款無線接收器，可將耦合信號整流為 20V。兩個接收器并聯(lián)使用，可將輸出功率提升至最大 60W。無線電力傳輸選項有利于機(jī)械疲勞和連接簡單性很重要的應(yīng)用。

該系統(tǒng)的主要優(yōu)點是它采用模塊化設(shè)計方法，允許針對各種其他應(yīng)用調(diào)整不同的模塊。代碼的結(jié)構(gòu)也是模塊化的。這允許用戶挑選對最終應(yīng)用最有利的功能塊。這有助于縮短上市時間。

該解決方案包含一個電池管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持帶充電器的鋰離子電池、用于電機(jī)控制的 1600W 逆變器動力傳動系統(tǒng)、容量為 60W 的無線充電器以及用于診斷和控制的藍(lán)牙連接。這些模塊可適用于割草機(jī)、清潔器、電動工具、電動自行車、手推車、漫游車、移動電源等應(yīng)用。瑞薩電子的客戶將獲得完整的硬件和軟件參考設(shè)計，以協(xié)助和加速他們的開發(fā)。

審核編輯：郭婷