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创新模组化电源系统设计提升骑乘体验
[作者 Vicor]   2023年11月20日 星期一 浏览人次: [1478]

「首次在加利福尼亚州伍德赛德的天际线大道上骑乘後,我确信电动摩托车将产生巨大商机。这种摩托车给人一种无限扭力的动感,没有振动、没有噪音,也不会产生热量,感觉非常神奇。」


这是Lightning Motorcycles公司创始人、执行长Richard Hatfield的体验,该公司保持着电动摩托车的极速驾驶世界记录,时速超过215英里。该公司位於加州San Carlos,於2007年成立,与电动汽车先锋特斯拉仅隔几条街。San Carlos 当时是电动汽车开发协作的中心。



图一 : Lightning Motorcycles公司以超过215英里的时速行驶,保持着电动摩托车的极速驾驶世界纪录。
图一 : Lightning Motorcycles公司以超过215英里的时速行驶,保持着电动摩托车的极速驾驶世界纪录。

打破电动摩托车极速驾驶世界记录

上世纪90年代末,Hatfield协助保时捷开发了一辆电动汽车叁加美国的一项赛事,开始在电动汽车领域崭露头角。作为一名终身摩托车手,他将目光投向了利用相同的技术制造摩托车上。早期,锂电池是极为稀缺的奢侈品,但到了 2005年,已经能够采购到首批磷酸铁锂电池,以及工业变频驱动整流器和感应马达。根据最初的设计方案,Hatfield开发了电动摩托车早期原型,之後为其下一辆摩托车配备了特斯拉马达,Lightning就此诞生。


Hatfield表示:「我们把它带到波利维亚盐滩,打破了保持35年之久的速度记录。除了在El Mirage乾湖床创下的211.7极速记录外,我们目前仍保持着由南加州速度测试协会(SCTA)认可的、时速215.962英里的Bonneville记录。随後,我们叁加首届美国摩托车协会(AMA)零排放公路赛车系列比赛,获得了北美冠军。」


不久後,Hatfield生产第一辆量产Lightning摩托车LS-218。随着速度和公路赛车的奖杯越来越多,Hatfield增强了Lightning的工程技术实力。



图二 : 电动摩托车每次充电後最少应该以每小时70英里的速度行驶100英里,如今Lightning摩托车充电一次即可行驶170多英里,10分钟内可充电至80%。
图二 : 电动摩托车每次充电後最少应该以每小时70英里的速度行驶100英里,如今Lightning摩托车充电一次即可行驶170多英里,10分钟内可充电至80%。

「这就是我们的规范模式。」他表示:「从一开始,我们就认为,要让电动摩托车成为一项引人注目的业务,我们必须提供与最好的内燃机摩托车相当或超过它们的性能和体验。」


他做到了。2013 年,Lightning叁加了派克峰国际爬山赛车「冲上云霄」公开赛。Hatfield的LS-218电动摩托车在整个比赛中脱颖而出,以超过最快燃油摩托车20多秒的傲人成绩赢得了比赛。


打造独特的电动骑乘体验

从第一天起,Lightning的目标就是提供独一无二的电动骑乘体验。这在很大程度上可以归结为缓解客户的两大顾虑:续航里程和充电时间。Hatfield透露,一开始,打造一辆能以每小时70英里的速度行驶100英里的摩托车极具挑战性。如今,Lightning摩托车充电一次即可行驶170多英里,10分钟内可充电至80%。


根据Hatfield介绍,Lightning的最新电池组用矽阳极替代典型的石墨阳极,可提供每公斤300瓦时的功率密度,超过了大多数电动汽车OEM厂商所能实现的功率密度。此外,矽阳极电池充电非常快速,能够在很短的时间内持续充电超过100千瓦,而竞争对手的电动摩托车还只能达到20千瓦。


电池组的使用寿命也普遍超过了大多数电动摩托车的使用寿命。即使是使用寿命较短的电池,也能进行800到1000次、从0到100的充放循还。此外,Lightning电池也是模组化的、可升级,这就意味着,当更好技术出现时,可在该摩托车上更换新电池。


电源模组轻松实现最隹化性能

随着Lightning摩托车变得越来越复杂,车上的电子产品需要在不增加重量的情况下增大功率。在一辆极其精巧、轻便的车辆中管理电气杂讯一直充满着挑战。Lightning从早期阶段开始,就一直在其所有产品中采用Vicor DC-DC电源模组,Hatfield把此一决定归因於这些模组高可靠性、低杂讯、高功率密度及便捷的热管理。


Lightning使用Vicor DC-DC转换器为摩托车的12V控制电子元件、照明系统、仪表板仪表以及各种感测器供电。Lightning开始主要使用DCM4623TC8G16F0T00进行商业生产。


DCM4623的输入范围很宽,完全可以支援来自通用电池化学反应的不同电压。例如它提供了灵活性,可在电压为200至400V的磷酸铁锂电池组和镍锰钴或镍钴氧化铝之间切换,後者的电压通常在250至420V之间。



图三 : Lightning使用Vicor DCM电源模组将高压电池降压转换为12V,为摩托车的各种控制电子装置供电。DCM4623是一款高功率密度的轻量级,低成本DC-DC转换器,可从范围很广的高压输入产生清洁的12V电源。
图三 : Lightning使用Vicor DCM电源模组将高压电池降压转换为12V,为摩托车的各种控制电子装置供电。DCM4623是一款高功率密度的轻量级,低成本DC-DC转换器,可从范围很广的高压输入产生清洁的12V电源。

早期曾遭遇的问题是如何连接电池并将其电压应用於DCM。这个问题是所有DC-DC转换器都面临的问题:电池开关时的暂态电压变易(V/μs)非常快,根本无法连接并立即应用电池的400V电压。此外,还有将电池与传动器及马达等各种负载连接起来的机械继电器,其杂讯可能会损坏DC-DC转换器等电子元件。为了解决这两个问题,Vicor设计「预充电」电路和输入滤波器,有助於在开关时稳定运行。


随着电源系统的发展,Vicor在满足Lightning技术需求方面发挥了重要作用。


迈进未来

Hatfield计画重返加州南部的El Mirage乾湖床,看看其团队能否打破Lightning 团队之前创造的记录。此外,他们还希??叁加在玻利维亚乌尤尼盐沼举行的比赛,乌尤尼盐沼是世界上最大的盐滩,海拔12000英尺,面积近4000平方英里。迄今已有15支世界精英车队应邀叁加这项全球极速挑战赛。


对於Hatfield而言,创记录虽然很重要,但最令他感到满足的是骑电动摩托车所产生的诗一般的意境。「这种感觉确实更高级。无需变速装置、无需换挡,在整个功率范围内有无限的扭矩。」Hatfield表示:「我们的客户大多都是终身摩托车手,由於有了Lightning的体验,他们便不再那麽热衷於燃油摩托车了。」


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