15
| 本文作者： 李永生 | 2016-01-14 11:40 |
【編者按】今年的CES上，FF展示了首臺概念車，雷鋒網邀請了知名車企工程師李永生來解讀下FF廠這款概念車型中所采用的VPA，以此來窺探其技術路線。由于FF這款車透露出的消息不多，所以本文也只是作者作為業內人士的一種觀察思考。如果你也是汽車行業內的人士，可盡情來交流探討。
美國Faraday Future（以下簡稱FF）公司在2015年接受了樂視的巨額投資，對標特斯拉，因而該公司的動向在中國備受關注。在今年的美國CES展上，FF展示了第一款電動概念車Zero1，同時公布了Variable Platform Architecture（VPA）的技術方案。有些媒體把VPA譯為“變量平臺架構”，但是譯為“可變平臺架構”似乎更為合適。
FF的VPA技術究竟是什么？
FF副總裁Sampson對于VPA技術方案相當自信。據雷鋒網報道，這一方案在底盤上采用的是電池串，與特斯拉使用一整塊大電池相比，更具靈活性，可根據實際需要增減電池串。因此，底盤可以自由伸縮，電機驅動組成的模塊可以根據車型的軸距來前后滑動，工程師可以此來設計不同的汽車車型，比如轎車、跨界車和SUV皮卡。因為這種底盤設計，FF有三種電機的安裝方式：前電機驅動、后電機驅動以及雙電機驅動。
其實，對于汽車技術有所了解的人來說，VPA這一技術看上去是相當熟悉的。
（FF可自由伸縮底盤）
傳統汽車的產品開發依據平臺化理念，從一個基本產品平臺衍生出不同的車型。根據驅動輪的位置不同，車型可以分為前輪驅動、后輪驅動以及四輪驅動。根據使用特點不同，可以分為轎車，跨界車與SUV等。這樣做可以節約開發時間，降低開發成本，并且由于在以后的生產中有很多零部件可以共用，還可以大幅降低生產成本。
FF的VPA技術顯然是從傳統汽車的平臺化開發理念衍生而來，并且以調整電池模塊的多少，以及電機的相對位置來實現類似于傳統汽車的驅動方式。
再說電池數量的增減，這也是電動汽車常用的設計。通過多個電池的串聯或并聯，可以改善電動車的續航里程或者動力性能。FF所做到的，就是把久已存在的平臺理念與電池增減結合起來，并且把這種方案做為一種新技術命名為VPA。
在電動車上實現類似于傳統汽車的驅動方式這種做法是很有必要的，也是理所當然的。這樣做的第一個優勢是可以繼續使用或者略加修改繼續使用傳統汽車成熟的底盤控制技術，如ABS、EBD、ESP、TCS、4WD、4WS、ABC等等，不必重新研發適用于電動車的底盤控制技術。另外一個優勢就是可以為電動車的駕駛人提供傳統汽車的駕駛體驗。
VPA技術不是在電動車上實現類似傳統汽車驅動方式的唯一途徑。
可以設想，即使使用一塊電池，也可以通過改變電池大小或形狀，以及驅動電機的位置來實現類似傳統汽車的驅動方式。
當然，在電動汽車上實現傳統的汽車驅動方式將會遇到一定的挑戰。這種挑戰是一種傳統的挑戰，可以從傳統汽車技術上吸取經驗。但是對于FF，這不是唯一的挑戰，也不是最重要的挑戰。
因為VPA技術，FF要比特斯拉面臨不同的或者說更多一種挑戰，這種更為關鍵的挑戰是由VPA技術電池的數量可增減這一技術特征帶來的。
FF首先要面對的是電池技術這一挑戰，主要是每塊電池的一致性方面。
使用多個電池模塊組成一個電池組，最好是各個電池模塊及整個電池組的充、放電特征要完全一致，這就需要控制品質的一致性。每一個電池具有自己的特征，完全實現一致性對于電池廠家來說是個很大的挑戰。如果不同特征的電池模塊使用相同的充放電控制電壓或電流，會造成這些參數可能不符合某些電池的特征，易于損壞，而一個電池損壞之后，可能出現多米諾骨牌式的電池損壞，影響電池壽命。
如果采用適用于性能最差的電池特征的充放電參數，將會造成整車性能的下降或者充電時間延長。特斯拉采用一整塊電池，在很大程度上回避了這一問題。為了對多個電池的使用進行優化管理，這就要使用電池管理系統了。
（FF電池組）
FF要面對的下一個挑戰是電池管理系統技術挑戰。
電池管理系統是集監測、控制與管理為一體的、復雜的計算機軟硬件測控系統。
首先需要解決的核心問題就是電池充電量的估算問題，電動汽車電池最佳的充電量范圍是30%~70%，這是為了保證電池壽命和整體的能量效率。行駛過程中，電池的放電和充電都是脈沖工作模式，大的電流脈沖很可能會造成電池過充電（超過80%）深放電（小于20%）甚至過放電（小于0%），因此電動汽車的控制系統一定要及時掌握對電池的充電狀態，并能夠做出及時準確的調整，這樣電池管理系統才能根據電池容量決定電池的充放電電流，從而實施控制。
根據各只電池容量的不同識別電池組中各電池間的性能差異，并以此做出均衡充電控制和電池是否損壞的判斷，確保電池組的整體性能良好，延長電池組的壽命。
準確和可靠地獲得電池充電狀態是電池管理系統中最基本和最首要的任務，在此基礎上才能對電動汽車用電進行管理，特別是防止電池的過充電及過放電。
充電狀態是不能直接得到的，只能通過電池特性，包括電壓、電流、電池內阻、溫度等參數來推斷，這是一個復雜的并不明確對應的關系。而是一個經驗公式，隨著電池的不同而不同。并且，這不能在電池工廠中來實現，只能在使用電動車的過程中來實現。
總起來說，電動車電池管理系統要實現以下功能：
1、在行駛過程中采集每塊電池的電壓和溫度、充放電電流及電池組總電壓等。由于電池組中的每塊電池在使用中的性能和狀態不一致，因而對每塊電池的電壓、電流和溫度數據都要進行檢測。根據上述數據，準確估測電池充電狀態，使電池的充電量值保持在30%~70%。
2、當蓄電池電量或能量過低需要充電時，及時報警，以防止電池過放電而損害電池的使用壽命；當電池組的溫度過高，非正常工作時，及時報警，以保證蓄電池正常工作。
3、通過風扇等冷卻系統和熱電阻加熱裝置使電池處于正常工作溫度范圍內，防止過冷或過熱影響電池使用與壽命。
4、一致性補償功能。當電池之間有差異時，有一定措施進行補償，保證電池組性能更強，并有一定的手段來顯示性能不良的電池位置，以便修理替換。為了保證每個電池都可以單獨充電，需要設計有旁路分流電路，這樣可以減緩電池老化的進度。
在電動汽車上實現電池管理的難點和關鍵在于如何根據采集的每塊電池的電壓、溫度和充放電電流的歷史數據，建立確定每塊電池剩余能量的較精確的數學模型，即準確估計每塊電池的電量狀態。而這個數學模型對于每個電池都是不同的，這就又回到了電池的一致性方面。
顯然，多塊電池的電池管理系統要比單塊電池管理系統要復雜多了。多塊電池要建立來自于經驗的電池管理系統，需要更長的時間。而建立這一系統的過程，也是電池壽命受損的過程。
因為采用多個電池的靈活性帶來一系列的挑戰，相信FF已經進行過權衡，并且已經有了相應的技術措施，在電池管理系統技術上已經有了突破。不過，FF并沒有在CES上公布其電池管理技術。
這次在CES上公布的Zero1只是一款概念車，還不是用于研發定型的工程樣車，更不是研發定型后準備進行量產的試裝車，而FF已經準備在拉斯維加斯北部建設300萬平方英尺的新工廠了。FF的當務之急是拿出一款符合市場要求的，可以量產的車型。汽車行業存在對新車型保密的傳統，相信FF已經有了在工廠中進行生產的車型，這才應該是FF副總裁自信心的來源。
當然，VPA對于FF公司來說，也是很重要的，相當于宣示了FF未來的技術路線，可以給顧客與投資人一個明確的承諾，在此基礎上進行技術積累與品牌傳播。
雷峰網原創文章，未經授權禁止轉載。詳情見轉載須知。
