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海格新能源高速發(fā)展的技術(shù)推手

商用車之家訊: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,這個帶頭人就是不久前被蘇州金龍重獎20萬元的海格客車新能源汽車研究所所長、研究員級高級工程師張衛(wèi)林。

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訪海格客車新能源汽車研究所所長、研究員級高級工程師張衛(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,動輒就是百分之幾百的增長,來自中汽協(xié)的統(tǒng)計數(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,這個帶頭人就是不久前被蘇州金龍重獎20萬元的海格客車新能源汽車研究所所長、研究員級高級工程師張衛(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搞新能源汽車的人都知曉的國內(nèi)頂級專家之一。長期從事發(fā)動機(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?!?/span>


       張衛(wèi)林在新能源汽車領(lǐng)域進(jìn)行了怎樣的研究打動了歐陽教授?他對新能源汽車產(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。


工作中的張衛(wèi)林.png


掌握規(guī)律  厘清節(jié)能減排必然趨勢


       自1834年世界第一輛電動汽車誕生以來,電動汽車經(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工作的通知》,國家財政投入真金白銀補(bǔ)貼購買新能源汽車?!皬?009年到2012年,2013年到2015年,國家的財政補(bǔ)貼已經(jīng)經(jīng)歷了兩個階段。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?!睆埿l(wèi)林說。


       在傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)領(lǐng)域有著長期研究的張衛(wèi)林看來,機(jī)動車從單一的傳統(tǒng)能源走向新能源是節(jié)能減排發(fā)展的必然趨勢,這個趨勢也是符合自然規(guī)律的。為什么呢?因為從目前來看電機(jī)是能夠較好地實現(xiàn)能源雙向傳遞的動力系統(tǒng)。對于機(jī)動車的運(yùn)行來說,尤其是城市工況,很多時候都在制動,制動的能量通過磨擦發(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。汽車向前行駛的時候,電機(jī)可以給車前進(jìn)動力;當(dāng)剎車的時候,電機(jī)變成發(fā)電機(jī),收集制動能量,動能變成電能儲存起來。


       張衛(wèi)林說,制動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候發(fā)動機(jī)熄火,這個時間可以根據(jù)整車控制策略來設(shè)置;第三就是發(fā)動機(jī)的高效工作。車輛行駛是一個動態(tài)的過程,有時候需要大功率,有時候需要小功率。如何來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)功率呢?最容易實現(xiàn)的就是用電機(jī)進(jìn)行輔助,當(dāng)發(fā)動機(jī)功率不足的時候,電機(jī)變成驅(qū)動電機(jī)助發(fā)動機(jī)一把。發(fā)動機(jī)動力小的時候也不一定節(jié)能,可以把驅(qū)動電機(jī)變成發(fā)電機(jī),讓發(fā)動機(jī)一方面驅(qū)動一方面帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電,這個時候功率提高,發(fā)動機(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。這四大方面對節(jié)能貢獻(xiàn)最大,基本要占到80%以上。


工作中的張衛(wèi)林 (2).png


有序發(fā)展  把握國家技術(shù)引導(dǎo)方向


       “國家通過財政補(bǔ)貼來引導(dǎo)新能源汽車技術(shù)走向的總體方向是對的,先是混合動力,然后是插電式、燃料電池,將來是純電動、燃料電池。雖然大家對這些技術(shù)可能還有爭議,但不可否認(rèn)的是推動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,包括幾個方面,一是成本、二是安全性、三是循環(huán)壽命。”在張衛(wèi)林看來,新能源汽車中難度最大的還是混合動力,因為是雙動力,要解決的問題最多,而純電動反而簡單。


       在補(bǔ)貼第一期,海格著力解決混合動力的基礎(chǔ)控制策略,包括電機(jī)的控制、制動能量回收、怠速停機(jī)、高壓和電容的安全控制等。第二期,重點解決儲能問題。因為要求純電行駛30公里,實現(xiàn)的途徑多種多樣,比較有代表性的主要有兩種?!暗谝环N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,因為它的循環(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,超級電容儲能過程是物理反應(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,最大短板是儲能非常有限,16塊超級電容有效存電量只有0.6度電,因為電太少,沒辦法實現(xiàn)發(fā)動機(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,還實現(xiàn)了發(fā)動機(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,也是全社會關(guān)注的焦點。


       “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立封閉設(shè)計的客車企業(yè),配合新型阻燃隔熱材料,通過多次試驗驗證,萬一發(fā)生起火燃燒,高壓艙內(nèi)900度高溫?zé)?0分鐘,高壓獨立艙外鋼板的溫度不會超過140度,足夠乘客逃生?!睆埿l(wèi)林說,“為了保證艙內(nèi)溫度,我們還專門布置了一個獨立空調(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開啟?!?。


       借助傳統(tǒng)發(fā)動機(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,購買端的財政補(bǔ)貼退出是必然趨勢,市場會不會再次出現(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現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營?


       “叼著奶瓶的孩子永遠(yuǎn)也不會長大!”張衛(wèi)林說,“從海格的實踐來看,目前能真正實現(xiàn)即使沒有補(bǔ)貼也能滿足商業(yè)運(yùn)營的估計是混合動力車型,這也是被歐洲目前實際采用的技術(shù)方案。純電動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,純電動新能源客車市場必然會下滑。燃料電池的產(chǎn)業(yè)化之路還需要更多時間?!?/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,因為定點定線,每天工作時間長,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)貼實現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營一個行之有效的辦法。


       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)林對此解釋說,因為有了能量回饋系統(tǒng),加上發(fā)動機(jī)調(diào)節(jié)和整車控制策略的不斷改進(jìn),節(jié)能減排的效果會越來越好。傳統(tǒng)公交最容易壞的發(fā)動機(jī)相關(guān)系統(tǒng)、離合器、變速箱、制動系統(tǒng)等在混合動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),離合器要換擋的時候,對電機(jī)和發(fā)動機(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)柴油車動不動要換離合器的現(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,沒有一臺換過離合器。通過G-BOS采集的發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)來看,發(fā)動機(jī)停機(jī)時間達(dá)到30%~36%,這期間都靠電力驅(qū)動,發(fā)動機(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,但因為采用了電制動,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,對社會有益,對企業(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,扎扎實實做好安全和節(jié)能控制,回應(yīng)社會和市場關(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,三年三個臺階,一步比一步邁得更遠(yuǎn),更穩(wěn)健。繁忙的張衛(wèi)林錯過了去清華大學(xué)博士深造,但卻收獲了新能源客車技術(shù)研發(fā)的實際經(jīng)驗,從幾個人到幾十人,不斷增長的技術(shù)人才隊伍是海格新能源客車持續(xù)發(fā)展的堅強(qiáng)保障。




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