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应对电动摩托车电源转换挑战

在全世界寻找化石燃料替代方案的过程中，电动摩托车成了应对环境污染和气候变化问题的重要解决方案之一。

在交通领域，电动摩托车（电动自行车）发展迅速，市场需求不断增加。这些两轮车由电机驱动，无需会排放温室气体的内燃机（ICE）。零尾气排放是电动摩托车帮助保护环境的另一个优势。在全世界寻找化石燃料替代方案的过程中，电动摩托车成了应对环境污染和气候变化问题的重要解决方案之一。

Lightning Motorcycles（Lightning）是最具创新力的电动摩托车制造商之一，专门生产先进的高性能电动摩托车。在本文中，公司首席执行官兼联合创始人 Richard Hatfield 介绍了公司的成立宗旨和过程，重点分析了电力电子工程师在设计这类车辆时面临的挑战。

公司的使命

Lightning 于 2007 年成立于美国加利福尼亚州圣卡洛斯（San Carlos），目标是打造出比燃油摩托车性能更出色、效率更高、骑行体验更佳的两轮电动摩托车。

“16 年前，我们开发出了全世界第一辆锂电池运动摩托车。”Hatfield 说，“对我来说，这辆车的性能和骑行体验改变了我的人生。我决定把电动摩托车做成一种产品，而且要让它给全世界带来积极的影响。”

为了刺激新型电动摩托车的需求，全世界许多国家的政府都设定了非常积极的目标，并推出了奖励措施。他们的目标是在未来几年内将电动摩托车的销量提高 30%。因此，真正的难题在于如何设计出性能足以匹敌甚至超过最好的燃油摩托车的电动摩托车。

这个目标比制造一辆电动汽车更具挑战性，因为摩托车的空间非常有限。在 Lightning 开始应对这一工程挑战之前，电动摩托车的性能普遍低于燃油摩托车。而且，电动摩托车的价格也高得多。

Lightning 目前保持着电动摩托车的陆地最高速度纪录，超过了每小时 215 英里。这项保持了 35 年的速度纪录在波利维尔盐洼（Bonneville Salt Flats）被打破。在这里，一辆电动摩托车加速到了每小时 215.962 英里，打破了之前在 El Mirage 干湖床上创造的每小时 211.7 英里的纪录。

正如 Hatfield 所说，Lightning 的顶级摩托车（图 1）在每小时 70 英里的速度下，高速公路续航里程为 170 英里。它的后轮功率为 180 马力，电机轴扭矩超过 100 英尺磅。此外，使用 24kWh Lightning（闪电）快充系统时，大约 10 分钟即可充电至 80%，而它的性能不亚于许多排量为 1000cc的燃油摩托车。电能由一个 380V 20kWh 的电池组提供，城市/高速综合路况下每次充电的续航里程为 293 英里。

图 1：Strike R 电动摩托车（图片来源：Lightning Motorcycles）。

电源转换挑战

随着 Lightning 的摩托车越来越复杂，公司急需减轻重量而不增加集成电子元件的功率。在紧凑、轻便的车辆中管理电气噪声一直充满挑战。

Lightning 选择使用 Vicor DCM4623 DC-DC 转换器来为其 12V 控制电子元件、照明系统、仪表盘、仪表及各种传感器供电。随后，Lightning 在公司的所有产品中都采用了这种转换器。公司选择 Vicor 生产的电源模块，是因为它们具有卓越的热管理、很高的功率密度和很小的背景噪声。目前，Lightning 电动摩托车的最先进版本拥有超过 170 英里的续航里程，只需 10 分钟即可充电到 80%。

Lightning 电动摩托车上的 12V 传感器、照明系统和仪表都由 Vicor DCM4623 DC-DC 转换器（图 2）供电。这种转换器是一种经济轻便的解决方案，同时兼具很大的功率。Lightning 声称，选择 Vicor DCM™ 系列 DC-DC 转换器，是因为它们提供卓越的热管理，噪音很小，功率密度很高而且非常可靠。

DCM4623 模块提供灵活的热管理方案，这些方案得益于 Vicor ChiP™ 封装技术的热效率和密度优势，以及顶部和底部的极低热阻抗。基于热效率出色的 ChiP 的电源组件使客户能够快速可靠地实施经济高效的电源系统解决方案，同时获得前所未有的系统尺寸、重量和效率优势。

“我们依赖 Vicor 的 DCM 系列 DC-DC 转换器，因为它们的功率密度和效率很高，而占用的空间很小。”Hatfield 说。可用空间对于电动摩托车至关重要。特别是在高性能电动摩托车上，重量是高性能摩托车的宿敌。

Hatfield 说：“我们非常欣赏 Vicor 电源转换器的出色功率密度和可靠性，因为它们帮助我们驱动控制电子元件、VCU、马达 ECU 和电池管理系统。”