电动滑板车的移动解决方案参考设计

电动滑板车（e-scooters）正迅速成为一种比步行更快、更方便的交通方式。它们也比私家车更便宜、更环保，是短途旅行的理想选择，例如从公共交通站的最后一英里通勤。预计2020-2030年电动滑板车市场规模将以 7.7% 的复合年增长率增长，目前进入电动滑板车市场的潜力巨大。

瑞萨电子为电动滑板车开发了交钥匙移动解决方案参考设计，该电动滑板车为 1600W 电机供电并配备 48V 锂离子电池组。此电动滑板车参考是生产最终滑板车设计的起始解决方案。设计中使用的主要功能组件是瑞萨组件，使解决方案的集成变得更加容易。该系统具有启动软件以加快上市时间。

踏板车解决方案的最大速度为 5000 rpm。该解决方案具有无线充电选项，可传输 60W 功率为电池充电。手机应用程序用于与踏板车进行通信。

锂离子电池具有更高的能量密度并且比铅酸电池更轻。它们对环境更安全，更换频率更低。48V 电机设计提供更大的扭矩和更好的电源效率。与 24V 或 36V 解决方案相比，这可以带来更好的加速和更长的运行时间。

图 1 – 48V 移动解决方案

系统框图如图 1 所示。系统有两个主板。一块板有一个电池前端管理器、一个充电器和一个中央 MCU。另一块板监控电机状态并调节驱动电机的信号。该系统有两个可选板 - 一个可用于扩展系统功能的蓝牙®板和一个用于非接触式充电的无线电源传输选项。

该系统有一个输入连接器，该连接器接受一个 24V 电源适配器，用于通过ISL81601升降压控制器为电池组充电。该控制器在负载下具有高效率和恒流特性。该控制器具有输入和输出电流监视器以及过压和过流检查系统安全和状态。带有ISL84051多路复用器的ISL28214运算放大器用于调节从 ISL81601 到 MCU 的输入和输出电流检测信号。MCU 监控这些信号，作为对系统的冗余和诊断检查。

ISL94216监控电池组健康状况和系统状态。ISL94216 是一款 16 芯电池前端 （BFE） 集成电路。BFE 扫描电池组的极端电压、电流、温度和开路状况。在检测到任何先前条件后，BFE 可以通过集成的 FET 控制驱动器电路自动断开系统的电源。该系统设计支持多达 14 节电池组。带有 CRC_CITT16 X25 错误检查的 SPI 通信用于与 MCU 通信。

RX23T MCU 作为系统的中央控制器。RX23T 专门用于驱动具有同步三相测量和用于电机换向的精确脉冲宽度调制 （PWM） 定时器的单电机解决方案。RX23T 具有 GPIO 并支持 SPI 和 I2C 串行通信协议。这些外围设备用于监视和控制系统的其余部分。

电机控制和逆变器板具有一个带有独立相电流感应 （ ISL28191 ）的 3 相逆变器，用于监控电机失速等极端条件。单独的相电流测量还可以实现无传感器电机控制或不同类型的控制回路。HIP2211是一款高频半桥 NMOS FET 驱动器，可调节来自 MCU 的 PWM 信号以驱动逆变器各相的栅极。该驱动器具有 100V 的工作范围，使其能够适应电机瞬态和其他恶劣条件。

除了电流感应外，电机控制和逆变器板还可以监控每相电压，从而进行反电动势计算。该板具有用于包含传感器的电机的霍尔连接。电路板和系统支持油门和刹车连接。

ISL80410 LDO 为电路板的驱动器和条件电路供电 。

该系统有一个利用RX23W单芯片蓝牙 MCU 的蓝牙® 选项。在该系统中，RX23W（服务器）通过蓝牙通信用作移动应用程序（客户端）的连接。RX23T 定期向 RX23W 发送系统状态。然后 RX23W 使用蓝牙 5.0 协议将状态传输到移动应用程序。移动应用程序可以通过传输到 RX23W 来打开和关闭滑板车。系统中包含无线选项允许功能扩展。

使用P9415进行无线充电还有一个替代方案。P9415 是一款无线接收器，可将耦合信号整流为 20V。两个接收器并联使用，可将输出功率提升至最大 60W。无线电力传输选项有利于机械疲劳和连接简单性很重要的应用。

该系统的主要优点是它采用模块化设计方法，允许针对各种其他应用调整不同的模块。代码的结构也是模块化的。这允许用户挑选对最终应用最有利的功能块。这有助于缩短上市时间。

该解决方案包含一个电池管理系统，该系统支持带充电器的锂离子电池、用于电机控制的 1600W 逆变器动力传动系统、容量为 60W 的无线充电器以及用于诊断和控制的蓝牙连接。这些模块可适用于割草机、清洁器、电动工具、电动自行车、手推车、漫游车、移动电源等应用。瑞萨电子的客户将获得完整的硬件和软件参考设计，以协助和加速他们的开发。

审核编辑：郭婷