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創新模組化電源系統設計提升騎乘動感體驗
[作者 Vicor]   2023年11月20日 星期一 瀏覽人次: [1236]

「首次在加利福尼亞州伍德賽德的天際線大道上騎乘後,我確信電動摩托車將產生巨大商機。這種摩托車給人一種無限扭力的動感,沒有振動、沒有噪音,也不會產生熱量,感覺非常神奇。」


這是Lightning Motorcycles公司創始人、執行長Richard Hatfield的體驗,該公司保持著電動摩托車的極速駕駛世界記錄,時速超過215英里。該公司位於加州San Carlos,於2007年成立,與電動汽車先鋒特斯拉僅隔幾條街。San Carlos 當時是電動汽車開發協作的中心。



圖一 : Lightning Motorcycles公司以超過215英里的時速行駛,保持著電動摩托車的極速駕駛世界紀錄。
圖一 : Lightning Motorcycles公司以超過215英里的時速行駛,保持著電動摩托車的極速駕駛世界紀錄。

打破電動摩托車極速駕駛世界記錄

上世紀90年代末,Hatfield協助保時捷開發了一輛電動汽車參加美國的一項賽事,開始在電動汽車領域嶄露頭角。作為一名終身摩托車手,他將目光投向了利用相同的技術製造摩托車上。早期,鋰電池是極為稀缺的奢侈品,但到了 2005年,已經能夠採購到首批磷酸鐵鋰電池,以及工業變頻驅動整流器和感應馬達。根據最初的設計方案,Hatfield開發了電動摩托車早期原型,之後為其下一輛摩托車配備了特斯拉馬達,Lightning就此誕生。


Hatfield表示:「我們把它帶到波利維亞鹽灘,打破了保持35年之久的速度記錄。除了在El Mirage乾湖床創下的211.7極速記錄外,我們目前仍保持著由南加州速度測試協會(SCTA)認可的、時速215.962英里的Bonneville記錄。隨後,我們參加首屆美國摩托車協會(AMA)零排放公路賽車系列比賽,獲得了北美冠軍。」


不久後,Hatfield生產第一輛量產Lightning摩托車LS-218。隨著速度和公路賽車的獎盃越來越多,Hatfield增強了Lightning的工程技術實力。



圖二 : 電動摩托車每次充電後最少應該以每小時70英里的速度行駛100英里,如今Lightning摩托車充電一次即可行駛170多英里,10分鐘內可充電至80%。
圖二 : 電動摩托車每次充電後最少應該以每小時70英里的速度行駛100英里,如今Lightning摩托車充電一次即可行駛170多英里,10分鐘內可充電至80%。

「這就是我們的規範模式。」他表示:「從一開始,我們就認為,要讓電動摩托車成為一項引人注目的業務,我們必須提供與最好的內燃機摩托車相當或超過它們的性能和體驗。」


他做到了。2013 年,Lightning參加了派克峰國際爬山賽車「沖上雲霄」公開賽。Hatfield的LS-218電動摩托車在整個比賽中脫穎而出,以超過最快燃油摩托車20多秒的傲人成績贏得了比賽。


打造獨特的電動騎乘體驗

從第一天起,Lightning的目標就是提供獨一無二的電動騎乘體驗。這在很大程度上可以歸結為緩解客戶的兩大顧慮:續航里程和充電時間。Hatfield透露,一開始,打造一輛能以每小時70英里的速度行駛100英里的摩托車極具挑戰性。如今,Lightning摩托車充電一次即可行駛170多英里,10分鐘內可充電至80%。


根據Hatfield介紹,Lightning的最新電池組用矽陽極替代典型的石墨陽極,可提供每公斤300瓦時的功率密度,超過了大多數電動汽車OEM廠商所能實現的功率密度。此外,矽陽極電池充電非常快速,能夠在很短的時間內持續充電超過100千瓦,而競爭對手的電動摩托車還只能達到20千瓦。


電池組的使用壽命也普遍超過了大多數電動摩托車的使用壽命。即使是使用壽命較短的電池,也能進行800到1000次、從0到100的充放循還。此外,Lightning電池也是模組化的、可升級,這就意味著,當更好技術出現時,可在該摩托車上更換新電池。


電源模組輕鬆實現最佳化性能

隨著Lightning摩托車變得越來越複雜,車上的電子產品需要在不增加重量的情況下增大功率。在一輛極其精巧、輕便的車輛中管理電氣雜訊一直充滿著挑戰。Lightning從早期階段開始,就一直在其所有產品中採用Vicor DC-DC電源模組,Hatfield把此一決定歸因於這些模組高可靠性、低雜訊、高功率密度及便捷的熱管理。


Lightning使用Vicor DC-DC轉換器為摩托車的12V控制電子元件、照明系統、儀表板儀表以及各種感測器供電。Lightning開始主要使用DCM4623TC8G16F0T00進行商業生產。


DCM4623的輸入範圍很寬,完全可以支援來自通用電池化學反應的不同電壓。例如它提供了靈活性,可在電壓為200至400V的磷酸鐵鋰電池組和鎳錳鈷或鎳鈷氧化鋁之間切換,後者的電壓通常在250至420V之間。



圖三 : Lightning使用Vicor DCM電源模組將高壓電池降壓轉換為12V,為摩托車的各種控制電子裝置供電。DCM4623是一款高功率密度的輕量級,低成本DC-DC轉換器,可從範圍很廣的高壓輸入產生清潔的12V電源。
圖三 : Lightning使用Vicor DCM電源模組將高壓電池降壓轉換為12V,為摩托車的各種控制電子裝置供電。DCM4623是一款高功率密度的輕量級,低成本DC-DC轉換器,可從範圍很廣的高壓輸入產生清潔的12V電源。

早期曾遭遇的問題是如何連接電池並將其電壓應用於DCM。這個問題是所有DC-DC轉換器都面臨的問題:電池開關時的暫態電壓變易(V/μs)非常快,根本無法連接並立即應用電池的400V電壓。此外,還有將電池與傳動器及馬達等各種負載連接起來的機械繼電器,其雜訊可能會損壞DC-DC轉換器等電子元件。為了解決這兩個問題,Vicor設計「預充電」電路和輸入濾波器,有助於在開關時穩定運行。


隨著電源系統的發展,Vicor在滿足Lightning技術需求方面發揮了重要作用。


邁進未來

Hatfield計畫重返加州南部的El Mirage乾湖床,看看其團隊能否打破Lightning 團隊之前創造的記錄。此外,他們還希望參加在玻利維亞烏尤尼鹽沼舉行的比賽,烏尤尼鹽沼是世界上最大的鹽灘,海拔12000英呎,面積近4000平方英里。迄今已有15支世界精英車隊應邀參加這項全球極速挑戰賽。


對於Hatfield而言,創記錄雖然很重要,但最令他感到滿足的是騎電動摩托車所產生的詩一般的意境。「這種感覺確實更高級。無需變速裝置、無需換擋,在整個功率範圍內有無限的扭矩。」Hatfield表示:「我們的客戶大多都是終身摩托車手,由於有了Lightning的體驗,他們便不再那麼熱衷於燃油摩托車了。」


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