利用Vicor技术实现电影拍摄的碳中和

ReVolt Holdings 公司的电源解决方案采用 Vicor 电源转换器，能够提供清洁、可移动的不间断电源

电影行业历来将“便利性”置于“可持续性”之上，使用便携式柴油发电机为现代电影制作所需的庞大供电系统供电。这些基于内燃机的发电设备如今在好莱坞制片中极为普遍，从数码摄像机、巨型灯阵到先进的运动控制设备及生活营地设施等，无不依赖其供电。

然而，这种依赖正对环境造成日益严重的危害。《时代》杂志指出，一个大型电影制片场的二氧化碳排放量，相当于 650 户美国家庭一年的碳排放总量。这一惊人的数字促使人们彻底反思娱乐行业的发电方式。

在接受《电力电子新闻》独家专访时，ReVolt Holdings 公司创始人兼首席执行官 JD Schwalm 分享了他们所开发的颠覆性技术。这项技术正彻底改变电影行业为本地及外景片场供电的传统模式。

对零碳排放电源解决方案的迫切需求

传统柴油发电机的噪声和污染问题，早已不止是环保问题。一台 10 千瓦柴油发电机产生的背景噪声约为 75 分贝，相当于一台吹叶机的噪声水平；而其二氧化碳排放量相当于一辆汽油车在 12 小时内行驶 225 英里（约 362 公里）。

由于噪声和空气污染，发电机必须放置在距离拍摄现场 1000 英尺（约 300 米）以外。这不仅需要铺设大量电缆，还增加了材料成本、电缆输电损耗以及耗费人力的安装过程。

ReVolt 的移动电源架构

ReVolt 提出了一项创新构想：将整个电影拍摄现场转变为可搭载在移动平台上的直流微电网。JD Schwalm 于 2020 年创立公司后，迅速与亚马逊米高梅影业、苹果影业、索尼影业、华纳兄弟探索公司及其旗下 HBO 等顶级娱乐巨头建立了合作关系。

ReVolt 的移动电源平台提供多种规格，以满足不同规模的拍摄需求。小型 WeVolt的储能容量为 17.5 千瓦时，持续输出功率为 14 千瓦，其性能可媲美家用发电机，适用于特定吊装场景。

Mule 平台远比其他平台庞大沉重，其重达 8500 磅，储能容量为 210 千瓦时，并支持以 480V、208V、240V 和 110V 四种不同电压持续输出 120 千瓦电力。

这种灵活的输出设计使您能够灵活调配这些拖车式发电机——它们原本就是外景地及摄影棚后勤区的主要电力基础设施。

持续电力合成技术的创新

ReVolt 技术的重大创新在于其独有的能力：在为不断变化的负载持续供电的同时实现同步充放电。这解决了电池供电系统长期面临的一个根本难题。

传统柴油发电机只要持续加油，理论上可不间断运行，而电池系统则无法做到这一点。ReVolt 于 2024 年获得了两项解决此问题的专利，另有三项专利申请正在审批中。

当被问及在截然不同的负载情况下，如何通过拓扑结构和控制机制实现这种双向功率流动时，Schwalm 表示：“我们的电池管理系统持续监测电池单元参数。”一个大型 DC 电池组为多台并联运行的逆变器供电，形成一个交流微电网。这些逆变器为负载提供稳定的电网级三相输出功率。另一组由独立电池组供电的并联逆变器，具备相同的控制功能，既分摊负载，同时也从外部电源取电，为电池组充电。

该系统配备多层级先进监测功能。Schwalm 解释道：“每台逆变器实时监测 DC 母线电压和电流，以及三相 AC 负载的电压、电流、相位角及功率因数。一个独立的模块化电能表分别测量每相的输出电压、电流和相位角，以及中性线的电流。而一个定制设计的能源管理系统（EMS）通过 CAN 母线、Modbus 和以太网，对每个部件进行监控。”

确保供电品质

输送到精密电影拍摄设备的电力品质是一项至关重要的性能指标。柴油发电机输出的“脏电”天然存在不稳定的问题，这意味着在连接数字灯光控制器和运动控制系统之前，需要额外配备电源过滤设备。而 ReVolt 的电池供电架构可生成具有稳定电压特性的纯正弦波形，因此不再需要这些电源调节措施。

Schwalm 表示："我们采用三相滤波模块来抵御负载谐波。"这指的是用于滤波和控制输出、使其在负载变化时保持稳定的方法。该系统能够监测三相线路连接不平衡、中性线电流过高或功率因数过低等情况，并在其接近临界状态时向操作人员发出预警。

Schwalm 继续道："我们的能源管理系统采用闭环电压控制，根据负载情况指示逆变器调整电压。"这确保了电压不会出现骤降或骤升，这些波动由快速 PID 控制算法处理。”

采用模块化设计的高密度功率转换

Vicor 的高密度功率转换模块使 ReVolt 能够将其 800 伏牵引电池架构适配到电影拍摄设备所需的各种电压。该系统采用BCM 母线转换器、DCM 隔离转换器和PRM 稳压器，将电力从高压直流主干线分配至受到精密控制的低压电源轨。

BCM4414 模块负责电压转换的第一级，它将 800 V 电池链路转换并隔离为一个可在 48V 电压下提供 35A 电流的配电母线。所有这些功能都集成在一个小巧的 VIA 封装模块（4.35 × 1.4 × 0.37 英寸）内，其功率密度高达 770W/in³。该模块还充当 48V 域的电池仿真器，使 ReVolt 能够在不影响负载瞬态响应速度的前提下减轻辅助电池的重量。

图 ：BCM4414 母线转换器模块。

下游的 DCM 模块负责处理 24V 负载，而 PRM 非隔离升降压稳压器则以接近 96% 的效率在终端使用点创建电压设定值，从而大幅降低散热需求。

当被问及 Vicor 模块相较于其他方案的具体优势时，Schwalm 表示："客户支持以及 Vicor 技术电气工程团队的协助对我们帮助极大。"这些器件因其高效率和紧凑尺寸而展现出明显优势。他补充道："我们不需要并联运行这些设备，而是采用串联方式。我们的散热管理技术能确保这些单元保持低温运行。"

图 ：BCM4414 将 800V 电压转换并隔离为 48V，输出至 35A 母线，DCM3414 则从该母线取电以稳压 24V 负载。BCM4414 还充当电池仿真器，减少了对笨重 48V 电池的需求。

热管理考量

要在极热或极寒的室外环境（例如沙漠直射阳光）下发挥电气系统的全部潜力，就需要采用先进的散热管理技术。ReVolt 自主研发的电池模块采用最利于散热的蜂窝式布局。Schwalm 表示："我们通过特定的电芯排布方式自制电池模块，并利用调速风扇阵列提供的强制风冷实现最佳散热效果。气流被引导通过每个电池组件中定制设计的通道。"

他补充道："热监控系统包含多个温度区域。我们密切监测电芯内部、逆变器、功率级以及 Mule 平台本身的温度。操作人员可以通过手机或我们的网络门户实时查看系统的关键运行指标，实现全天候监控。即使在酷热沙漠的烈日直射下，该系统也能满负荷运行。"Schwalm 强调，即使在最恶劣的环境下，该系统也能保持其额定性能。

电池类型

基于实际运营经验和供应链情况，ReVolt 对电化学储能技术的选择历经演变。该公司最初采用镍锰钴（NMC）化学成分制造锂离子电池，后来转为磷酸铁锂（LFP）配方。Schwalm 表示："我们最初使用锂离子 NMC 化学成分并取得了出色成果，但因供应链和采购环节的问题，我们转而采用磷酸铁锂。磷酸铁锂在热管理和使用寿命方面表现更佳。"

这种模块化系统架构使得快速定位和更换故障部件变得简便。他表示：“我们采用模块化系统架构，能源管理系统就可以轻松定位故障或性能异常的模块。所有系统核心部件均设计为可轻松插拔、维修或更换，从而实现极短的停机时间。”

展望未来的技术进步，Schwalm 表示：“借助 ReVolt 租赁计划，我们能够随时将新一代固态电池等前沿技术引入现役平台，保持技术领先。”