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訪海格客車新能源汽車研究所所長、研究員級(jí)高級(jí)工程師張衛(wèi)林
剛剛過去的2015年新能源客車的銷量增長可以用瘋狂來形容，動(dòng)輒就是百分之幾百的增長，來自中汽協(xié)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全年共銷售新能源客車106928輛。在這場盛宴中，海格客車表現(xiàn)搶眼，全年新能源客車訂單超12000輛。海格新能源客車大放異彩，既得益于政府的強(qiáng)力助推，更來自于企業(yè)自身在新能源客車技術(shù)上的不斷成熟，這個(gè)帶頭人就是不久前被蘇州金龍重獎(jiǎng)20萬元的海格客車新能源汽車研究所所長、研究員級(jí)高級(jí)工程師張衛(wèi)林。
說起張衛(wèi)林，也許有些人不太熟悉，但歐陽明高恐怕是每一個(gè)搞新能源汽車的人都知曉的國內(nèi)頂級(jí)專家之一。長期從事發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)研究的張衛(wèi)林，改行研究新能源汽車近一年后，決定報(bào)考清華大學(xué)歐陽明高的博士生。2013年10月，歐陽明高帶著相關(guān)的教授、副教授二三十人對(duì)張衛(wèi)林進(jìn)行了一場特殊的面試。在聽取了張衛(wèi)林的詳細(xì)闡述后，歐陽老師說：“你不用考試了，可以來上學(xué)吧。”
張衛(wèi)林在新能源汽車領(lǐng)域進(jìn)行了怎樣的研究打動(dòng)了歐陽教授？他對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)又有哪些真知灼見。《交通建設(shè)與管理》雜志記者不久前專訪了張衛(wèi)林所長。
掌握規(guī)律 厘清節(jié)能減排必然趨勢
自1834年世界第一輛電動(dòng)汽車誕生以來，電動(dòng)汽車經(jīng)歷了漫長的發(fā)展過程。中國早在2001年就把新能源汽車研究項(xiàng)目列入國家“十五”期間的“863”重大科技課題，而真正迎來大發(fā)展則是2009年2月推出《關(guān)于開展節(jié)能與新能源汽車示范推廣試點(diǎn)工作的通知》，國家財(cái)政投入真金白銀補(bǔ)貼購買新能源汽車?！皬?009年到2012年，2013年到2015年，國家的財(cái)政補(bǔ)貼已經(jīng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段。從2016年到2020年則是第三期。從現(xiàn)在來看，國家補(bǔ)貼政策的節(jié)奏和步伐，還有技術(shù)引導(dǎo)的方向是正確的。”張衛(wèi)林說。
在傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域有著長期研究的張衛(wèi)林看來，機(jī)動(dòng)車從單一的傳統(tǒng)能源走向新能源是節(jié)能減排發(fā)展的必然趨勢，這個(gè)趨勢也是符合自然規(guī)律的。為什么呢？因?yàn)閺哪壳皝砜措姍C(jī)是能夠較好地實(shí)現(xiàn)能源雙向傳遞的動(dòng)力系統(tǒng)。對(duì)于機(jī)動(dòng)車的運(yùn)行來說，尤其是城市工況，很多時(shí)候都在制動(dòng)，制動(dòng)的能量通過磨擦發(fā)熱被消耗掉，如何把這部分能量回收再利用，就需要有一個(gè)雙向可逆的裝置，電機(jī)是最好的選擇之一。汽車向前行駛的時(shí)候，電機(jī)可以給車前進(jìn)動(dòng)力；當(dāng)剎車的時(shí)候，電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，收集制動(dòng)能量，動(dòng)能變成電能儲(chǔ)存起來。
張衛(wèi)林說，制動(dòng)能量回收是新能源汽車最主要的節(jié)能方式之一。除此之外，汽車節(jié)能還有怠速停機(jī)，就是車輛進(jìn)站，或者是等紅綠燈的時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，這個(gè)時(shí)間可以根據(jù)整車控制策略來設(shè)置；第三就是發(fā)動(dòng)機(jī)的高效工作。車輛行駛是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，有時(shí)候需要大功率，有時(shí)候需要小功率。如何來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)功率呢？最容易實(shí)現(xiàn)的就是用電機(jī)進(jìn)行輔助，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)功率不足的時(shí)候，電機(jī)變成驅(qū)動(dòng)電機(jī)助發(fā)動(dòng)機(jī)一把。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力小的時(shí)候也不一定節(jié)能，可以把驅(qū)動(dòng)電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，讓發(fā)動(dòng)機(jī)一方面驅(qū)動(dòng)一方面帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，這個(gè)時(shí)候功率提高，發(fā)動(dòng)機(jī)長期在高效區(qū)工作，反而還節(jié)能，這種模式也需要電機(jī)來進(jìn)行調(diào)節(jié)。第四就是整車的控制策略。這四大方面對(duì)節(jié)能貢獻(xiàn)最大，基本要占到80%以上。
有序發(fā)展 把握國家技術(shù)引導(dǎo)方向
“國家通過財(cái)政補(bǔ)貼來引導(dǎo)新能源汽車技術(shù)走向的總體方向是對(duì)的，先是混合動(dòng)力，然后是插電式、燃料電池，將來是純電動(dòng)、燃料電池。雖然大家對(duì)這些技術(shù)可能還有爭議，但不可否認(rèn)的是推動(dòng)了我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，確立了我國在世界新能源汽車產(chǎn)業(yè)中的地位?！睆埿l(wèi)林說，“電控、電機(jī)已經(jīng)基本成熟，最大瓶頸就是電池，包括幾個(gè)方面，一是成本、二是安全性、三是循環(huán)壽命?！痹趶埿l(wèi)林看來，新能源汽車中難度最大的還是混合動(dòng)力，因?yàn)槭请p動(dòng)力，要解決的問題最多，而純電動(dòng)反而簡單。
在補(bǔ)貼第一期，海格著力解決混合動(dòng)力的基礎(chǔ)控制策略，包括電機(jī)的控制、制動(dòng)能量回收、怠速停機(jī)、高壓和電容的安全控制等。第二期，重點(diǎn)解決儲(chǔ)能問題。因?yàn)橐蠹冸娦旭?0公里，實(shí)現(xiàn)的途徑多種多樣，比較有代表性的主要有兩種。“第一種是電容+電池，電池的循環(huán)壽命不夠，電容的循環(huán)壽命沒問題，利用電容來收集制動(dòng)能量，利用電池的能量來保證純電行駛；第二種是適合快充的長壽命的純電池結(jié)構(gòu)，這也是我們用得比較多的。主要采用多元復(fù)合鋰電池，因?yàn)樗难h(huán)壽命滿充滿放能達(dá)到8千到一萬次?！睆埿l(wèi)林說。
張衛(wèi)林進(jìn)一步解釋說，超級(jí)電容儲(chǔ)能過程是物理反應(yīng)而非化學(xué)反應(yīng)，電能通過物理方法儲(chǔ)存在電容里，充放電效率高，沖進(jìn)去的電95%以上都能釋放出來；最大的好處是循環(huán)壽命可達(dá)百萬次，最大短板是儲(chǔ)能非常有限，16塊超級(jí)電容有效存電量只有0.6度電，因?yàn)殡娞?，沒辦法實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)，電容的成本還十分昂貴。海格采用16度電多元復(fù)合鋰電池，既降低了成本，又保證了純電行駛30公里的考核要求，還實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)需求。海格新能源目前采取了最先進(jìn)的“電量保持型”控制策略，通過充分利用回收制動(dòng)能，使電池的電量始終保持在初始水平，省去了頻繁充電的煩勞。
新能源汽車使用過程中的安全問題是重中之重，也是全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。
“海格客車在提升新能源客車安全方面做了很多工作，我們是目前唯一一家采用高壓艙獨(dú)立封閉設(shè)計(jì)的客車企業(yè)，配合新型阻燃隔熱材料，通過多次試驗(yàn)驗(yàn)證，萬一發(fā)生起火燃燒，高壓艙內(nèi)900度高溫?zé)?0分鐘，高壓獨(dú)立艙外鋼板的溫度不會(huì)超過140度，足夠乘客逃生。”張衛(wèi)林說，“為了保證艙內(nèi)溫度，我們還專門布置了一個(gè)獨(dú)立空調(diào)冷卻。里面設(shè)有溫度感應(yīng)器，采集電池、電容等溫度，通過整車控制器自動(dòng)開啟?！?。
借助傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)水冷卻的思路，從2016年開始，海格新能源客車的電池將采用全新的冷卻循環(huán)系統(tǒng)，這又是行業(yè)首創(chuàng)。“目前，這個(gè)系統(tǒng)正在海南做測試。我是前天晚上回來的，海南是31度氣溫，電池的最高溫度是38度。只要把溫度控制在40度以下，電池就很安全，還能極大地延長電池的使用壽命?！睆埿l(wèi)林說。
未雨綢繆 研究商業(yè)運(yùn)營解決方案
從2016~2020年國家補(bǔ)貼退坡機(jī)制來看，購買端的財(cái)政補(bǔ)貼退出是必然趨勢，市場會(huì)不會(huì)再次出現(xiàn)2013年上半年那種突然停止的現(xiàn)象？新能源汽車如何才能真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營？
“叼著奶瓶的孩子永遠(yuǎn)也不會(huì)長大！”張衛(wèi)林說，“從海格的實(shí)踐來看，目前能真正實(shí)現(xiàn)即使沒有補(bǔ)貼也能滿足商業(yè)運(yùn)營的估計(jì)是混合動(dòng)力車型，這也是被歐洲目前實(shí)際采用的技術(shù)方案。純電動(dòng)客車為了滿足純電行駛250公里的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)，只能多安裝電池，導(dǎo)致成本居高不下。目前看，電池的成本短期內(nèi)還不可能出現(xiàn)根本性下降，一旦停止補(bǔ)貼，純電動(dòng)新能源客車市場必然會(huì)下滑。燃料電池的產(chǎn)業(yè)化之路還需要更多時(shí)間?！?/span>
毋庸置疑的是，補(bǔ)貼政策助推了新能源客車的快速發(fā)展，但一刀切的方案也限制了創(chuàng)新，不同用途的新能源客車采用不同的技術(shù)解決方案，能實(shí)現(xiàn)更經(jīng)濟(jì)的運(yùn)營。據(jù)《交通建設(shè)與管理》記者調(diào)查，通勤班車，一天兩趟，跑的公里數(shù)不多，完全可以采用磷酸鐵鋰電池+慢充模式。而城市公交車，因?yàn)槎c(diǎn)定線，每天工作時(shí)間長，運(yùn)營里程遠(yuǎn)，最好采用多元復(fù)合鋰電池+快充模式。即使像北京這種特大城市，一條公交線單程行駛也就四五十公里，完全不用裝那么多電池，到站后，利用司機(jī)休息的時(shí)間，15分鐘就可以充滿電，又能滿足下一次的運(yùn)營需求，既省錢，又安全，還提高了實(shí)際載荷，這也是很多公交公司最喜歡的解決方案，也是未來新能源客車從運(yùn)營端補(bǔ)貼實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營一個(gè)行之有效的辦法。
來自蘇州公交的運(yùn)營數(shù)據(jù)顯示：從他們幾年前采用海格混合動(dòng)力新能源公交車至今，平均節(jié)能效果超過27%，維修成本更是大幅降低，多投入的初始采購成本，在車輛的整個(gè)生命周期成本中占比并不大，占大頭的是人工成本和運(yùn)營成本。張衛(wèi)林對(duì)此解釋說，因?yàn)橛辛四芰炕仞佅到y(tǒng)，加上發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)和整車控制策略的不斷改進(jìn)，節(jié)能減排的效果會(huì)越來越好。傳統(tǒng)公交最容易壞的發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)系統(tǒng)、離合器、變速箱、制動(dòng)系統(tǒng)等在混合動(dòng)力新能源公交車上都得到較好的解決，使用壽命大幅提高，保養(yǎng)間隔里程加大。海格混合動(dòng)力公交車在國內(nèi)率先采用同軸直驅(qū)混聯(lián)系統(tǒng)（ISG），離合器要換擋的時(shí)候，對(duì)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，轉(zhuǎn)速差在每分鐘50轉(zhuǎn)以下，才開始離合器嚙合，沒有了以前滑磨損壞的情況，原來傳統(tǒng)柴油車動(dòng)不動(dòng)要換離合器的現(xiàn)象沒有了，最早的一批新能源車到現(xiàn)在已經(jīng)運(yùn)營五六年了，沒有一臺(tái)換過離合器。通過G-BOS采集的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)來看，發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)間達(dá)到30%~36%，這期間都靠電力驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的故障自然也小了很多。傳統(tǒng)公交車每6萬公里肯定要換剎車蹄片，但因?yàn)椴捎昧穗娭苿?dòng)，剎車蹄片壽命也得到極大提高。還有一些日常保養(yǎng)也都省去了，更換的零部件大大減少，使用成本大幅降低。讓廣大用戶買得起，用得了，用得好，對(duì)社會(huì)有益，對(duì)企業(yè)有利，這不就是真正的商業(yè)運(yùn)營嗎？
正是憑借著以張衛(wèi)林為首的技術(shù)團(tuán)隊(duì)的努力，從新能源汽車的基礎(chǔ)研究做起，把握國家技術(shù)引導(dǎo)方向，扎扎實(shí)實(shí)做好安全和節(jié)能控制，回應(yīng)社會(huì)和市場關(guān)切，才迎來海格新能源客車的市場爆發(fā)。從2013年的不足千輛，到2014年的2115輛，再到2015年的12003輛，三年三個(gè)臺(tái)階，一步比一步邁得更遠(yuǎn)，更穩(wěn)健。繁忙的張衛(wèi)林錯(cuò)過了去清華大學(xué)博士深造，但卻收獲了新能源客車技術(shù)研發(fā)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，從幾個(gè)人到幾十人，不斷增長的技術(shù)人才隊(duì)伍是海格新能源客車持續(xù)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)保障。
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