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海格新能源高速发展的技术推手 ——访海格客车新能源汽车研究所所长、研究员级高级工程师张卫林
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海格新能源高速发展的技术推手 ——访海格客车新能源汽车研究所所长、研究员级高级工程师张卫林

来源:
发布时间:
2016/01/25 19:15
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刚刚过去的2015年新能源客车的销量增长可以用疯狂来形容,动辄就是百分之几百的增长,来自中汽协的统计数据显示,全年共销售新能源客车106928辆。在这场盛宴中,海格客车表现抢眼,全年新能源客车订单超12000辆。海格新能源客车大放异彩,既得益于政府的强力助推,更来自于企业自身在新能源客车技术上的不断成熟,这个带头人就是不久前被苏州金龙重奖20万元的海格客车新能源汽车研究所所长、研究员级高级工程师张卫林。

说起张卫林,也许有些人不太熟悉,但欧阳明高恐怕是每一个搞新能源汽车的人都知晓的国内顶级专家之一。长期从事发动机系统研究的张卫林,改行研究新能源汽车近一年后,决定报考清华大学欧阳明高的博士生。2013年10月,欧阳明高带着相关的教授、副教授二三十人对张卫林进行了一场特殊的面试。在听取了张卫林的详细阐述后,欧阳老师说:“你不用考试了,可以来上学吧。”

张卫林在新能源汽车领域进行了怎样的研究打动了欧阳教授?他对新能源汽车产业又有哪些真知灼见?《交通建设与管理》杂志记者不久前专访了张卫林所长。

海格客车新能源汽车研究所所长、研究员级高级工程师张卫林

掌握规律 厘清节能减排必然趋势

自1834年世界第一辆电动汽车诞生以来,电动汽车经历了漫长的发展过程。中国早在2001年就把新能源汽车研究项目列入国家“十五”期间的“863”重大科技课题,而真正迎来大发展则是2009年2月推出《关于开展节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知》,国家财政投入真金白银补贴购买新能源汽车。“从2009年到2012年,2013年到2015年,国家的财政补贴已经经历了两个阶段。从2016年到2020年则是第三期。从现在来看,国家补贴政策的节奏和步伐,还有技术引导的方向是正确的。”张卫林说。

在传统发动机领域有着长期研究的张卫林看来,机动车从单一的传统能源走向新能源是节能减排发展的必然趋势,这个趋势也是符合自然规律的。为什么呢?因为从目前来看电机是能够较好地实现能源双向传递的动力系统。对于机动车的运行来说,尤其是城市工况,很多时候都在制动,制动的能量通过磨擦发热被消耗掉,如何把这部分能量回收再利用,就需要有一个双向可逆的装置,电机是最好的选择之一。汽车向前行驶的时候,电机可以给车前进动力;当刹车的时候,电机变成发电机,收集制动能量,动能变成电能储存起来。

张卫林说,制动能量回收是新能源汽车最主要的节能方式之一。除此之外,汽车节能还有怠速停机,就是车辆进站,或者是等红绿灯的时候发动机熄火,这个时间可以根据整车控制策略来设置;第三就是发动机的高效工作。车辆行驶是一个动态的过程,有时候需要大功率,有时候需要小功率。如何来调节发动机功率呢?最容易实现的就是用电机进行辅助,当发动机功率不足的时候,电机变成驱动电机助发动机一把。发动机动力小的时候也不一定节能,可以把驱动电机变成发电机,让发动机一方面驱动一方面带动发电机发电,这个时候功率提高,发动机长期在高效区工作,反而还节能,这种模式也需要电机来进行调节。第四就是整车的控制策略。这四大方面对节能贡献最大,基本要占到80%以上。

海格客车新能源汽车研究所所长、研究员级高级工程师张卫林

有序发展 把握国家技术引导方向

“国家通过财政补贴来引导新能源汽车技术走向的总体方向是对的,先是混合动力,然后是插电式、燃料电池,将来是纯电动、燃料电池。虽然大家对这些技术可能还有争议,但不可否认的是推动了我国新能源汽车产业的发展,确立了我国在世界新能源汽车产业中的地位。”张卫林说,“电控、电机已经基本成熟,最大瓶颈就是电池,包括几个方面,一是成本、二是安全性、三是循环寿命。”在张卫林看来,新能源汽车中难度最大的还是混合动力,因为是双动力,要解决的问题最多,而纯电动反而简单。

在补贴第一期,海格着力解决混合动力的基础控制策略,包括电机的控制、制动能量回收、怠速停机、高压和电容的安全控制等。第二期,重点解决储能问题。因为要求纯电行驶30公里,实现的途径多种多样,比较有代表性的主要有两种。“第一种是电容+电池,电池的循环寿命不够,电容的循环寿命没问题,利用电容来收集制动能量,利用电池的能量来保证纯电行驶;第二种是适合快充的长寿命的纯电池结构,这也是我们用得比较多的。主要采用多元复合锂电池,因为它的循环寿命满充满放能达到8千到一万次。”张卫林说。

张卫林进一步解释说,超级电容储能过程是物理反应而非化学反应,电能通过物理方法储存在电容里,充放电效率高,冲进去的电95%以上都能释放出来;最大的好处是循环寿命可达百万次,最大短板是储能非常有限,16块超级电容有效存电量只有0.6度电,因为电太少,没办法实现发动机调节,电容的成本还十分昂贵。海格采用16度电多元复合锂电池,既降低了成本,又保证了纯电行驶30公里的考核要求,还实现了发动机调节需求。海格新能源目前采取了最先进的“电量保持型”控制策略,通过充分利用回收制动能,使电池的电量始终保持在初始水平,省去了频繁充电的烦劳。

新能源汽车使用过程中的安全问题是重中之重,也是全社会关注的焦点。

“海格客车在提升新能源客车安全方面做了很多工作,我们是目前唯一一家采用高压舱独立封闭设计的客车企业,配合新型阻燃隔热材料,通过多次试验验证,万一发生起火燃烧,高压舱内900度高温烧30分钟,高压独立舱外钢板的温度不会超过140度,足够乘客逃生。”张卫林说,“为了保证舱内温度,我们还专门布置了一个独立空调冷却。里面设有温度感应器,采集电池、电容等温度,通过整车控制器自动开启。”。

借助传统发动机水冷却的思路,从2016年开始,海格新能源客车的电池将采用全新的冷却循环系统,这又是行业首创。“目前,这个系统正在海南做测试。我是前天晚上回来的,海南是31度气温,电池的最高温度是38度。只要把温度控制在40度以下,电池就很安全,还能极大地延长电池的使用寿命。”张卫林说。

未雨绸缪 研究商业运营解决方案

从2016~2020年国家补贴退坡机制来看,购买端的财政补贴退出是必然趋势,市场会不会再次出现2013年上半年那种突然停止的现象?新能源汽车如何才能真正实现商业化运营?

“叼着奶瓶的孩子永远也不会长大!”张卫林说,“从海格的实践来看,目前能真正实现即使没有补贴也能满足商业运营的估计是混合动力车型,这也是被欧洲目前实际采用的技术方案。纯电动客车为了满足纯电行驶250公里的补贴标准,只能多安装电池,导致成本居高不下。目前看,电池的成本短期内还不可能出现根本性下降,一旦停止补贴,纯电动新能源客车市场必然会下滑。燃料电池的产业化之路还需要更多时间。”

毋庸置疑的是,补贴政策助推了新能源客车的快速发展,但一刀切的方案也限制了创新,不同用途的新能源客车采用不同的技术解决方案,能实现更经济的运营。据《交通建设与管理》记者调查,通勤班车,一天两趟,跑的公里数不多,完全可以采用磷酸铁锂电池+慢充模式。而城市公交车,因为定点定线,每天工作时间长,运营里程远,最好采用多元复合锂电池+快充模式。即使像北京这种特大城市,一条公交线单程行驶也就四五十公里,完全不用装那么多电池,到站后,利用司机休息的时间,15分钟就可以充满电,又能满足下一次的运营需求,既省钱,又安全,还提高了实际载荷,这也是很多公交公司最喜欢的解决方案,也是未来新能源客车从运营端补贴实现商业运营一个行之有效的办法。

来自苏州公交的运营数据显示:从他们几年前采用海格混合动力新能源公交车至今,平均节能效果超过27%,维修成本更是大幅降低,多投入的初始采购成本,在车辆的整个生命周期成本中占比并不大,占大头的是人工成本和运营成本。张卫林对此解释说,因为有了能量回馈系统,加上发动机调节和整车控制策略的不断改进,节能减排的效果会越来越好。传统公交最容易坏的发动机相关系统、离合器、变速箱、制动系统等在混合动力新能源公交车上都得到较好的解决,使用寿命大幅提高,保养间隔里程加大。海格混合动力公交车在国内率先采用同轴直驱混联系统(ISG),离合器要换挡的时候,对电机和发动机进行调速,转速差在每分钟50转以下,才开始离合器啮合,没有了以前滑磨损坏的情况,原来传统柴油车动不动要换离合器的现象没有了,最早的一批新能源车到现在已经运营五六年了,没有一台换过离合器。通过G-BOS采集的发动机数据来看,发动机停机时间达到30%~36%,这期间都靠电力驱动,发动机的故障自然也小了很多。传统公交车每6万公里肯定要换刹车蹄片,但因为采用了电制动,刹车蹄片寿命也得到极大提高。还有一些日常保养也都省去了,更换的零部件大大减少,使用成本大幅降低。让广大用户买得起,用得了,用得好,对社会有益,对企业有利,这不就是真正的商业运营吗?

正是凭借着以张卫林为首的技术团队的努力,从新能源汽车的基础研究做起,把握国家技术引导方向,扎扎实实做好安全和节能控制,回应社会和市场关切,才迎来海格新能源客车的市场爆发。从2013年的不足千辆,到2014年的2115辆,再到2015年的12003辆,三年三个台阶,一步比一步迈得更远,更稳健。繁忙的张卫林错过了去清华大学博士深造,但却收获了新能源客车技术研发的实际经验,从几个人到几十人,不断增长的技术人才队伍是海格新能源客车持续发展的坚强保障。