15
| 本文作者：李永生 | 2016-01-14 11:40 |
【编者按】今年的CES上，FF展示了首台概念车，雷锋网邀请了知名车企工程师李永生来解读下FF厂这款概念车型中所采用的VPA，以此来窥探其技术路线。由于FF这款车透露出的消息不多，所以本文也只是作者作为业内人士的一种观察思考。如果你也是汽车行业内的人士，可尽情来交流探讨。
美国Faraday Future（以下简称FF）公司在2015年接受了乐视的巨额投资，对标特斯拉，因而该公司的动向在中国备受关注。在今年的美国CES展上，FF展示了第一款电动概念车Zero1，同时公布了Variable Platform Architecture（VPA）的技术方案。有些媒体把VPA译为“变量平台架构”，但是译为“可变平台架构”似乎更为合适。
FF的VPA技术究竟是什么？
FF副总裁Sampson对于VPA技术方案相当自信。据雷锋网报道，这一方案在底盘上采用的是电池串，与特斯拉使用一整块大电池相比，更具灵活性，可根据实际需要增减电池串。因此，底盘可以自由伸缩，电机驱动组成的模块可以根据车型的轴距来前后滑动，工程师可以此来设计不同的汽车车型，比如轿车、跨界车和SUV皮卡。因为这种底盘设计，FF有三种电机的安装方式：前电机驱动、后电机驱动以及双电机驱动。
其实，对于汽车技术有所了解的人来说，VPA这一技术看上去是相当熟悉的。
（FF可自由伸缩底盘）
传统汽车的产品开发依据平台化理念，从一个基本产品平台衍生出不同的车型。根据驱动轮的位置不同，车型可以分为前轮驱动、后轮驱动以及四轮驱动。根据使用特点不同，可以分为轿车，跨界车与SUV等。这样做可以节约开发时间，降低开发成本，并且由于在以后的生产中有很多零部件可以共用，还可以大幅降低生产成本。
FF的VPA技术显然是从传统汽车的平台化开发理念衍生而来，并且以调整电池模块的多少，以及电机的相对位置来实现类似于传统汽车的驱动方式。
再说电池数量的增减，这也是电动汽车常用的设计。通过多个电池的串联或并联，可以改善电动车的续航里程或者动力性能。FF所做到的，就是把久已存在的平台理念与电池增减结合起来，并且把这种方案做为一种新技术命名为VPA。
在电动车上实现类似于传统汽车的驱动方式这种做法是很有必要的，也是理所当然的。这样做的第一个优势是可以继续使用或者略加修改继续使用传统汽车成熟的底盘控制技术，如ABS、EBD、ESP、TCS、4WD、4WS、ABC等等，不必重新研发适用于电动车的底盘控制技术。另外一个优势就是可以为电动车的驾驶人提供传统汽车的驾驶体验。
VPA技术不是在电动车上实现类似传统汽车驱动方式的唯一途径。
可以设想，即使使用一块电池，也可以通过改变电池大小或形状，以及驱动电机的位置来实现类似传统汽车的驱动方式。
当然，在电动汽车上实现传统的汽车驱动方式将会遇到一定的挑战。这种挑战是一种传统的挑战，可以从传统汽车技术上吸取经验。但是对于FF，这不是唯一的挑战，也不是最重要的挑战。
因为VPA技术，FF要比特斯拉面临不同的或者说更多一种挑战，这种更为关键的挑战是由VPA技术电池的数量可增减这一技术特征带来的。
FF首先要面对的是电池技术这一挑战，主要是每块电池的一致性方面。
使用多个电池模块组成一个电池组，最好是各个电池模块及整个电池组的充、放电特征要完全一致，这就需要控制品质的一致性。每一个电池具有自己的特征，完全实现一致性对于电池厂家来说是个很大的挑战。如果不同特征的电池模块使用相同的充放电控制电压或电流，会造成这些参数可能不符合某些电池的特征，易于损坏，而一个电池损坏之后，可能出现多米诺骨牌式的电池损坏，影响电池寿命。
如果采用适用于性能最差的电池特征的充放电参数，将会造成整车性能的下降或者充电时间延长。特斯拉采用一整块电池，在很大程度上回避了这一问题。为了对多个电池的使用进行优化管理，这就要使用电池管理系统了。
（FF电池组）
FF要面对的下一个挑战是电池管理系统技术挑战。
电池管理系统是集监测、控制与管理为一体的、复杂的计算机软硬件测控系统。
首先需要解决的核心问题就是电池充电量的估算问题，电动汽车电池最佳的充电量范围是30%~70%，这是为了保证电池寿命和整体的能量效率。行驶过程中，电池的放电和充电都是脉冲工作模式，大的电流脉冲很可能会造成电池过充电（超过80%）深放电（小于20%）甚至过放电（小于0%），因此电动汽车的控制系统一定要及时掌握对电池的充电状态，并能够做出及时准确的调整，这样电池管理系统才能根据电池容量决定电池的充放电电流，从而实施控制。
根据各只电池容量的不同识别电池组中各电池间的性能差异，并以此做出均衡充电控制和电池是否损坏的判断，确保电池组的整体性能良好，延长电池组的寿命。
准确和可靠地获得电池充电状态是电池管理系统中最基本和最首要的任务，在此基础上才能对电动汽车用电进行管理，特别是防止电池的过充电及过放电。
充电状态是不能直接得到的，只能通过电池特性，包括电压、电流、电池内阻、温度等参数来推断，这是一个复杂的并不明确对应的关系。而是一个经验公式，随着电池的不同而不同。并且，这不能在电池工厂中来实现，只能在使用电动车的过程中来实现。
总起来说，电动车电池管理系统要实现以下功能：
1、在行驶过程中采集每块电池的电压和温度、充放电电流及电池组总电压等。由于电池组中的每块电池在使用中的性能和状态不一致，因而对每块电池的电压、电流和温度数据都要进行检测。根据上述数据，准确估测电池充电状态，使电池的充电量值保持在30%~70%。
2、当蓄电池电量或能量过低需要充电时，及时报警，以防止电池过放电而损害电池的使用寿命；当电池组的温度过高，非正常工作时，及时报警，以保证蓄电池正常工作。
3、通过风扇等冷却系统和热电阻加热装置使电池处于正常工作温度范围内，防止过冷或过热影响电池使用与寿命。
4、一致性补偿功能。当电池之间有差异时，有一定措施进行补偿，保证电池组性能更强，并有一定的手段来显示性能不良的电池位置，以便修理替换。为了保证每个电池都可以单独充电，需要设计有旁路分流电路，这样可以减缓电池老化的进度。
在电动汽车上实现电池管理的难点和关键在于如何根据采集的每块电池的电压、温度和充放电电流的历史数据，建立确定每块电池剩余能量的较精确的数学模型，即准确估计每块电池的电量状态。而这个数学模型对于每个电池都是不同的，这就又回到了电池的一致性方面。
显然，多块电池的电池管理系统要比单块电池管理系统要复杂多了。多块电池要建立来自于经验的电池管理系统，需要更长的时间。而建立这一系统的过程，也是电池寿命受损的过程。
因为采用多个电池的灵活性带来一系列的挑战，相信FF已经进行过权衡，并且已经有了相应的技术措施，在电池管理系统技术上已经有了突破。不过，FF并没有在CES上公布其电池管理技术。
这次在CES上公布的Zero1只是一款概念车，还不是用于研发定型的工程样车，更不是研发定型后准备进行量产的试装车，而FF已经准备在拉斯维加斯北部建设300万平方英尺的新工厂了。FF的当务之急是拿出一款符合市场要求的，可以量产的车型。汽车行业存在对新车型保密的传统，相信FF已经有了在工厂中进行生产的车型，这才应该是FF副总裁自信心的来源。
当然，VPA对于FF公司来说，也是很重要的，相当于宣示了FF未来的技术路线，可以给顾客与投资人一个明确的承诺，在此基础上进行技术积累与品牌传播。
雷峰网原创文章，未经授权禁止转载。详情见转载须知。
