Vicor DC-DC模塊助力Tritek Power旅行電動自行車電池包發揮最大效能

中國曾經被稱為自行車王國,幾乎每個中國人都熟悉自行車,而以電池作為驅動力的自行車通常屬于交通工具。那么,旅行電動自行車又是什么呢?

旅行電動自行車不是交通工具,而是休閑娛樂和運動健身器材。它以人力驅動為主,電力驅動為輔。當下,旅行電動自行車正在興起,代表著健康生活新時尚。電動助力讓騎手在上坡的時候輕松愜意,并極大地擴展了騎手的行駛里程。同時,像山地自行車或公路自行車一樣,旅行電動自行車十分輕便,讓騎手可以輕松騎行和拿放,給我們帶來十足的樂趣而不是痛苦的負擔。

聽起來是不是很簡單?然而,制造出稱心如意的旅行電動自行車并不容易。旅行電動自行車的這些特點要求其動力系統必須具備尺寸小、重量輕的特點,同時還有盡可能地擴展續航里程。也就是說,制造商必須從最輕最小的部件中榨取出最多的能量。

作為旅行電動自行車備用電池的領先供貨商,位于中國深圳的泰科動力(Tritek Power)諳熟其中的奧秘。據泰科動力總經理李昌彪先生介紹,旅行電動電動自行車市場增長很快,當前在歐洲的接受程度比較高。泰科動力給一家位于西班牙的自行車制造商供貨,這是德國老牌汽車發動機廠商Mahler于2018年下旬收購的一家公司。我們知道,歐洲市場對產品的質量要求十分苛刻。泰科動力生產的旅行電動自行車備用電池包完全符合客戶對小尺寸、高效率、高可靠性和電磁兼容等標準的嚴苛要求,目前尚無其他廠商能與之競爭。據介紹,泰科動力的備用電池包重量僅2斤多一點,但可以提供近30公里的額外里程。

說到這里,有些讀者可能不以為然:選用高能量密度的電池不就可以了嗎?實際上,電池包的設計生產沒有那么簡單。舉個例子:大馬力的汽車就一定跑得更快嗎?如果沒有一款高效的變速箱,汽車發動機輸出的動力會大打折扣,這樣的汽車不見得跑得過發動機更小,但變速箱更高效、重量更輕的車子。

同樣,電池包也需要高效的功率轉換器件。李先生介紹說,與交流驅動的電動摩托車不同,旅行電動自行車的電機以直流電驅動。雖然鋰離子電池輸出的是直流電,但隨著電池電量和外界環境的變化,電池的輸出電壓并不十分穩定,所以我們需要一個DC-DC轉換器來為電機提供穩定的電壓。一款優秀的DC-DC轉換器不僅要有穩定的輸出,其轉換效率還要足夠高,這樣才能保證電池電量得到充分利用。他說,泰科動力的電池包總體效率可高達90%,比其他廠商的產品高出5%到10%,其中優秀的DC-DC轉換器功不可沒。

優秀的DC-DC轉換器不僅能提升電池電量的利用率,而且能減少電池包的熱耗散,這樣電池包對散熱的要求就會降低,避免了散熱片的使用,從而進一步降低電池包的尺寸和重量。

泰科動力最終選擇的是美國Vicor公司的 PI3741 DC-DC電源轉換模塊。他們也曾采用其他廠商的方案進行過實驗,但客戶對結果卻不太滿意。選用 PI3741 后,泰科動力的電池包產品順利通過了工況下的功能測試,以及電磁兼容、抗沖擊、防水等各項性能的認證。

李先生介紹說, PI3741 最突出的的特點就是高效率,是備選方案中效率最高的。它的輸入電壓范圍是30V至42V,輸出電壓為42V,非常適合旅行電動自行車備用電池包的輸出轉換。由于效率高、散熱少,電池包的熱管理設計變得更加簡單。由于使用了更少的元器件,電池包的可靠性也得以提升。

據Vicor公司技術支持工程師余訓龍先生介紹, PI3741 之所以具有出色的高效率是因為它采用了Vicor公司專有的片上零電壓開關(ZVS)技術。我們知道,要想讓電源轉換方案的整體尺寸更小,我們就必須提高開關電源的頻率,而隨之而來的通常是開關損耗的上升。ZVS技術讓開關過程中的電壓為零,即所謂軟開關,這樣開關過程中的硅損耗便降了下來。

軟開關技術本身并非Vicor獨有,但只有Vicor將ZVS拓撲集成到了芯片之中,實現了高轉換效率下的高集成度,減少了外部元件數量,縮小了方案尺寸,并提高了產品的可靠性。

余先生介紹說,Vicor提供給泰科動力的 PI374 1模塊以LGIZ形式封裝,更便于散熱,尺寸僅為10毫米 x 14毫米 x 2.5毫米,轉換效率可高達96%,比競品高出兩個百分點。他說,Vicor的產品一向以高質量見長, PI3741 的次品率僅為兩三個ppm。此外, PI3741 具備很低的EMI輻射,這些都為客戶的終端產品滿足歐美嚴苛的質量認證提供了幫助。

好了,旅行電動自行車、備用電池包和DC-DC轉換器的故事就講到這里。雖然2020年這個春夏限制了人們遠足的步伐,但陰云終將散去,明天的陽光會更加美好。那時,旅行電動自行車會載著更多熱愛生活的人們享受大自然的恩賜和新技術的便利。