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訪(fǎng)海格客車(chē)新能源汽車(chē)研究所所長(cháng)、研究員級高級工程師張衛林
剛剛過(guò)去的2015年新能源客車(chē)的銷(xiāo)量增長(cháng)可以用瘋狂來(lái)形容，動(dòng)輒就是百分之幾百的增長(cháng)，來(lái)自中汽協(xié)的統計數據顯示，全年共銷(xiāo)售新能源客車(chē)106928輛。在這場(chǎng)盛宴中，海格客車(chē)表現搶眼，全年新能源客車(chē)訂單超12000輛。海格新能源客車(chē)大放異彩，既得益于政府的強力助推，更來(lái)自于企業(yè)自身在新能源客車(chē)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20萬(wàn)元的海格客車(chē)新能源汽車(chē)研究所所長(cháng)、研究員級高級工程師張衛林。
說(shuō)起張衛林，也許有些人不太熟悉，但歐陽(yáng)明高恐怕是每一個(gè)搞新能源汽車(chē)的人都知曉的國內頂級專(zhuān)家之一。長(cháng)期從事發(fā)動(dòng)機系統研究的張衛林，改行研究新能源汽車(chē)近一年后，決定報考清華大學(xué)歐陽(yáng)明高的博士生。2013年10月，歐陽(yáng)明高帶著(zhù)相關(guān)的教授、副教授二三十人對張衛林進(jìn)行了一場(chǎng)特殊的面試。在聽(tīng)取了張衛林的詳細闡述后，歐陽(yáng)老師說(shuō)：“你不用考試了，可以來(lái)上學(xué)吧?！?/span>
張衛林在新能源汽車(chē)領(lǐng)域進(jìn)行了怎樣的研究打動(dòng)了歐陽(yáng)教授？他對新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)又有哪些真知灼見(jiàn)?！督煌ńㄔO與管理》雜志記者不久前專(zhuān)訪(fǎng)了張衛林所長(cháng)。
掌握規律 厘清節能減排必然趨勢
自1834年世界第一輛電動(dòng)汽車(chē)誕生以來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)歷了漫長(cháng)的發(fā)展過(guò)程。中國早在2001年就把新能源汽車(chē)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(lái)大發(fā)展則是2009年2月推出《關(guān)于開(kāi)展節能與新能源汽車(chē)示范推廣試點(diǎn)工作的通知》，國家財政投入真金白銀補貼購買(mǎi)新能源汽車(chē)?！皬?009年到2012年，2013年到2015年，國家的財政補貼已經(jīng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段。從2016年到2020年則是第三期。從現在來(lái)看，國家補貼政策的節奏和步伐，還有技術(shù)引導的方向是正確的?！睆埿l林說(shuō)。
在傳統發(fā)動(dòng)機領(lǐng)域有著(zhù)長(cháng)期研究的張衛林看來(lái)，機動(dòng)車(chē)從單一的傳統能源走向新能源是節能減排發(fā)展的必然趨勢，這個(gè)趨勢也是符合自然規律的。為什么呢？因為從目前來(lái)看電機是能夠較好地實(shí)現能源雙向傳遞的動(dòng)力系統。對于機動(dòng)車(chē)的運行來(lái)說(shuō)，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(guò)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，電機是最好的選擇之一。汽車(chē)向前行駛的時(shí)候，電機可以給車(chē)前進(jìn)動(dòng)力；當剎車(chē)的時(shí)候，電機變成發(fā)電機，收集制動(dòng)能量，動(dòng)能變成電能儲存起來(lái)。
張衛林說(shuō)，制動(dòng)能量回收是新能源汽車(chē)最主要的節能方式之一。除此之外，汽車(chē)節能還有怠速停機，就是車(chē)輛進(jìn)站，或者是等紅綠燈的時(shí)候發(fā)動(dòng)機熄火，這個(gè)時(shí)間可以根據整車(chē)控制策略來(lái)設置；第三就是發(fā)動(dòng)機的高效工作。車(chē)輛行駛是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，有時(shí)候需要大功率，有時(shí)候需要小功率。如何來(lái)調節發(fā)動(dòng)機功率呢？最容易實(shí)現的就是用電機進(jìn)行輔助，當發(fā)動(dòng)機功率不足的時(shí)候，電機變成驅動(dòng)電機助發(fā)動(dòng)機一把。發(fā)動(dòng)機動(dòng)力小的時(shí)候也不一定節能，可以把驅動(dòng)電機變成發(fā)電機，讓發(fā)動(dòng)機一方面驅動(dòng)一方面帶動(dòng)發(fā)電機發(fā)電，這個(gè)時(shí)候功率提高，發(fā)動(dòng)機長(cháng)期在高效區工作，反而還節能，這種模式也需要電機來(lái)進(jìn)行調節。第四就是整車(chē)的控制策略。這四大方面對節能貢獻最大，基本要占到80%以上。
有序發(fā)展 把握國家技術(shù)引導方向
“國家通過(guò)財政補貼來(lái)引導新能源汽車(chē)技術(shù)走向的總體方向是對的，先是混合動(dòng)力，然后是插電式、燃料電池，將來(lái)是純電動(dòng)、燃料電池。雖然大家對這些技術(shù)可能還有爭議，但不可否認的是推動(dòng)了我國新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，確立了我國在世界新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中的地位?！睆埿l林說(shuō)，“電控、電機已經(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林看來(lái)，新能源汽車(chē)中難度最大的還是混合動(dòng)力，因為是雙動(dòng)力，要解決的問(wèn)題最多，而純電動(dòng)反而簡(jiǎn)單。
在補貼第一期，海格著(zhù)力解決混合動(dòng)力的基礎控制策略，包括電機的控制、制動(dòng)能量回收、怠速停機、高壓和電容的安全控制等。第二期，重點(diǎn)解決儲能問(wèn)題。因為要求純電行駛30公里，實(shí)現的途徑多種多樣，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(méi)問(wèn)題，利用電容來(lái)收集制動(dòng)能量，利用電池的能量來(lái)保證純電行駛；第二種是適合快充的長(cháng)壽命的純電池結構，這也是我們用得比較多的。主要采用多元復合鋰電池，因為它的循環(huán)壽命滿(mǎn)充滿(mǎn)放能達到8千到一萬(wàn)次?！睆埿l林說(shuō)。
張衛林進(jìn)一步解釋說(shuō)，超級電容儲能過(guò)程是物理反應而非化學(xué)反應，電能通過(guò)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(lái)；最大的好處是循環(huán)壽命可達百萬(wàn)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(méi)辦法實(shí)現發(fā)動(dòng)機調節，電容的成本還十分昂貴。海格采用16度電多元復合鋰電池，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)現了發(fā)動(dòng)機調節需求。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(guò)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(chē)使用過(guò)程中的安全問(wèn)題是重中之重，也是全社會(huì )關(guān)注的焦點(diǎn)。
“海格客車(chē)在提升新能源客車(chē)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計的客車(chē)企業(yè)，配合新型阻燃隔熱材料，通過(guò)多次試驗驗證，萬(wàn)一發(fā)生起火燃燒，高壓艙內900度高溫燒30分鐘，高壓獨立艙外鋼板的溫度不會(huì )超過(guò)140度，足夠乘客逃生?！睆埿l林說(shuō)，“為了保證艙內溫度，我們還專(zhuān)門(mén)布置了一個(gè)獨立空調冷卻。里面設有溫度感應器，采集電池、電容等溫度，通過(guò)整車(chē)控制器自動(dòng)開(kāi)啟?！?。
借助傳統發(fā)動(dòng)機水冷卻的思路，從2016年開(kāi)始，海格新能源客車(chē)的電池將采用全新的冷卻循環(huán)系統，這又是行業(yè)首創(chuàng )?！澳壳?，這個(gè)系統正在海南做測試。我是前天晚上回來(lái)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(cháng)電池的使用壽命?！睆埿l林說(shuō)。
未雨綢繆 研究商業(yè)運營(yíng)解決方案
從2016~2020年國家補貼退坡機制來(lái)看，購買(mǎi)端的財政補貼退出是必然趨勢，市場(chǎng)會(huì )不會(huì )再次出現2013年上半年那種突然停止的現象？新能源汽車(chē)如何才能真正實(shí)現商業(yè)化運營(yíng)？
“叼著(zhù)奶瓶的孩子永遠也不會(huì )長(cháng)大！”張衛林說(shuō)，“從海格的實(shí)踐來(lái)看，目前能真正實(shí)現即使沒(méi)有補貼也能滿(mǎn)足商業(yè)運營(yíng)的估計是混合動(dòng)力車(chē)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(chē)為了滿(mǎn)足純電行駛250公里的補貼標準，只能多安裝電池，導致成本居高不下。目前看，電池的成本短期內還不可能出現根本性下降，一旦停止補貼，純電動(dòng)新能源客車(chē)市場(chǎng)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，補貼政策助推了新能源客車(chē)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(chē)采用不同的技術(shù)解決方案，能實(shí)現更經(jīng)濟的運營(yíng)。據《交通建設與管理》記者調查，通勤班車(chē)，一天兩趟，跑的公里數不多，完全可以采用磷酸鐵鋰電池+慢充模式。而城市公交車(chē)，因為定點(diǎn)定線(xiàn)，每天工作時(shí)間長(cháng)，運營(yíng)里程遠，最好采用多元復合鋰電池+快充模式。即使像北京這種特大城市，一條公交線(xiàn)單程行駛也就四五十公里，完全不用裝那么多電池，到站后，利用司機休息的時(shí)間，15分鐘就可以充滿(mǎn)電，又能滿(mǎn)足下一次的運營(yíng)需求，既省錢(qián)，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(lái)新能源客車(chē)從運營(yíng)端補貼實(shí)現商業(yè)運營(yíng)一個(gè)行之有效的辦法。
來(lái)自蘇州公交的運營(yíng)數據顯示：從他們幾年前采用海格混合動(dòng)力新能源公交車(chē)至今，平均節能效果超過(guò)27%，維修成本更是大幅降低，多投入的初始采購成本，在車(chē)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營(yíng)成本。張衛林對此解釋說(shuō)，因為有了能量回饋系統，加上發(fā)動(dòng)機調節和整車(chē)控制策略的不斷改進(jìn)，節能減排的效果會(huì )越來(lái)越好。傳統公交最容易壞的發(fā)動(dòng)機相關(guān)系統、離合器、變速箱、制動(dòng)系統等在混合動(dòng)力新能源公交車(chē)上都得到較好的解決，使用壽命大幅提高，保養間隔里程加大。海格混合動(dòng)力公交車(chē)在國內率先采用同軸直驅混聯(lián)系統（ISG），離合器要換擋的時(shí)候，對電機和發(fā)動(dòng)機進(jìn)行調速，轉速差在每分鐘50轉以下，才開(kāi)始離合器嚙合，沒(méi)有了以前滑磨損壞的情況，原來(lái)傳統柴油車(chē)動(dòng)不動(dòng)要換離合器的現象沒(méi)有了，最早的一批新能源車(chē)到現在已經(jīng)運營(yíng)五六年了，沒(méi)有一臺換過(guò)離合器。通過(guò)G-BOS采集的發(fā)動(dòng)機數據來(lái)看，發(fā)動(dòng)機停機時(shí)間達到30%~36%，這期間都靠電力驅動(dòng)，發(fā)動(dòng)機的故障自然也小了很多。傳統公交車(chē)每6萬(wàn)公里肯定要換剎車(chē)蹄片，但因為采用了電制動(dòng)，剎車(chē)蹄片壽命也得到極大提高。還有一些日常保養也都省去了，更換的零部件大大減少，使用成本大幅降低。讓廣大用戶(hù)買(mǎi)得起，用得了，用得好，對社會(huì )有益，對企業(yè)有利，這不就是真正的商業(yè)運營(yíng)嗎？
正是憑借著(zhù)以張衛林為首的技術(shù)團隊的努力，從新能源汽車(chē)的基礎研究做起，把握國家技術(shù)引導方向，扎扎實(shí)實(shí)做好安全和節能控制，回應社會(huì )和市場(chǎng)關(guān)切，才迎來(lái)海格新能源客車(chē)的市場(chǎng)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)臺階，一步比一步邁得更遠，更穩健。繁忙的張衛林錯過(guò)了去清華大學(xué)博士深造，但卻收獲了新能源客車(chē)技術(shù)研發(fā)的實(shí)際經(jīng)驗，從幾個(gè)人到幾十人，不斷增長(cháng)的技術(shù)人才隊伍是海格新能源客車(chē)持續發(fā)展的堅強保障。
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