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應對電動摩托車電源轉換挑戰

在全世界尋找化石燃料替代方案的過程中，電動摩托車成了應對環境污染和氣候變化問題的重要解決方案之一。

在交通領域，電動摩托車（電動自行車）發展迅速，市場需求不斷增加。這些兩輪車由電機驅動，無需會排放溫室氣體的內燃機（ICE）。零尾氣排放是電動摩托車幫助保護環境的另一個優勢。在全世界尋找化石燃料替代方案的過程中，電動摩托車成了應對環境污染和氣候變化問題的重要解決方案之一。

Lightning Motorcycles（Lightning）是最具創新力的電動摩托車製造商之一，專門生產先進的高效能電動摩托車。在本文中，公司首席執行官兼聯合創始人 Richard Hatfield 介紹了公司的成立宗旨和過程，重點分析了電力電子工程師在設計這類車輛時面臨的挑戰。

公司的使命

Lightning 於 2007 年成立於美國加利福尼亞州聖卡洛斯（San Carlos），目標是打造出比燃油機車效能更出色、效率更高、騎行體驗更佳的兩輪電動摩托車。

“16 年前，我們開發出了全世界第一輛鋰電池運動機車。”Hatfield 說，“對我來說，這輛車的效能和騎行體驗改變了我的人生。我决定把電動摩托車做成一種產品，而且要讓它給全世界帶來積極的影響。”

為了刺激新型電動摩托車的需求，全世界許多國家的政府都設定了非常積極的目標，並推出了獎勵措施。他們的目標是在未來幾年內將電動摩托車的銷量提高 30%。因此，真正的難題在於如何設計出效能足以匹敵甚至超過最好的燃油機車的電動摩托車。

這個目標比製造一輛電動汽車更具挑戰性，因為機車的空間非常有限。在 Lightning 開始應對這一工程挑戰之前，電動摩托車的效能普遍低於燃油機車。而且，電動摩托車的價格也高得多。

Lightning 目前保持著電動摩托車的陸地最高速度紀錄，超過了每小時 215 英里。這項保持了 35 年的速度紀錄在波利維爾鹽窪（Bonneville Salt Flats）被打破。在這裡，一輛電動摩托車加速到了每小時 215.962 英里，打破了之前在 El Mirage 幹湖床上創造的每小時 211.7 英里的紀錄。

正如 Hatfield 所說，Lightning 的頂級機車（圖 1）在每小時 70 英里的速度下，高速公路續航里程為 170 英里。它的後輪功率為 180 馬力，電機軸扭矩超過 100 英尺磅。此外，使用 24kWh Lightning（閃電）快充系統時，大約 10 分鐘即可充電至 80%，而它的效能不亞於許多排量為 1000cc 的燃油機車。電能由一個 380V 20kWh 的電池組提供，都市/高速綜合路况下每次充電的續航里程為 293 英里。

圖 1:Strike R 電動摩托車（圖片來源：Lightning Motorcycles）。

電源轉換挑戰

隨著 Lightning 的機車越來越複雜，公司急需減輕重量而不新增集成電子元件的功率。在緊湊、輕便的車輛中管理電力雜訊一直充滿挑戰。

Lightning 選擇使用 Vicor DCM4623 DC-DC 轉換器來為其 12V 控制電子元件、照明系統、儀錶盤、儀錶及各種感測器供電。隨後，Lightning 在公司的所有產品中都採用了這種轉換器。公司選擇 Vicor 生產的電源模組，是因為它們具有卓越的熱管理、很高的功率密度和很小的背景雜訊。目前，Lightning 電動摩托車的最先進版本擁有超過 170 英里的續航里程，只需 10 分鐘即可充電到 80%。

Lightning 電動摩托車上的 12V 感測器、照明系統和儀錶都由 Vicor DCM4623 DC-DC 轉換器（圖 2）供電。這種轉換器是一種經濟輕便的解決方案，同時兼具很大的功率。Lightning 聲稱，選擇 Vicor DCM™ 系列 DC-DC 轉換器，是因為它們提供卓越的熱管理，譟音很小，功率密度很高而且非常可靠。

DCM4623 模組提供靈活的熱管理方案，這些方案得益於 Vicor ChiP™ 封裝技術的熱效率和密度優勢，以及頂部和底部的極低熱阻抗。基於熱效率出色的 ChiP的電源組件使客戶能够快速可靠地實施經濟高效的電源系統解決方案，同時獲得前所未有的系統尺寸、重量和效率優勢。

“我們依賴 Vicor 的 DCM 系列 DC-DC 轉換器，因為它們的功率密度和效率很高，而佔用的空間很小。”Hatfield 說。可用空間對於電動摩托車至關重要。特別是在高效能電動摩托車上，重量是高效能機車的宿敵。