【科學時報】北京理工大學：中國電動汽車從這里駛出
發(fā)布日期：2008-10-14 編輯：系統(tǒng)管理員 審核： 閱讀次數：
作者：崔雪芹 來源：2008年10月13日A1版
2000年，在全國科博會上，北京理工大學展出了自主研制的電動公交車。
剛剛過去的2008年北京奧運會，不僅是一屆首次由發(fā)展中國家舉辦的世界性體育盛會，也成為中國展示國家和民族綜合競爭力的歷史性舞臺。
為彰顯“綠色奧運、科技奧運、人文奧運”理念，北京市兌現(xiàn)了自己的承諾，在2008年北京奧運會上實現(xiàn)了電動汽車的規(guī)?；瘧茫度肓?0輛純電動大客車，做到了奧林匹克公園核心區(qū)內的零排放。
而這50輛純電動大客車在奧運會上的應用，與北京理工大學機械與車輛工程學院密不可分。這些電動車上幾乎所有關鍵技術都出自北京理工大學。
被譽為“造車教授”的北京理工大學副校長孫逢春教授以“一種電動車輛動力系統(tǒng)關鍵技術產品及其應用”的發(fā)明榮獲國家技術發(fā)明獎二等獎。他領導的電動汽車研究開發(fā)團隊研制開發(fā)了我國電動汽車的多項第一：第一輛電動大型豪華客車，第一輛電動公交客車，第一輛低地板電動客車……為實現(xiàn)“綠色奧運、科技奧運、人文奧運”的理念，孫逢春和他的團隊為北京奧運會、為我國汽車工業(yè)的發(fā)展默默地貢獻著自己的力量。
汽車工業(yè)未來的方向
目前，汽車有害排放已成為世界性大氣污染的重要來源，城市中60%的一氧化碳、50%的氮氧化合物、30%的碳氫化合物污染均來源于機動車的尾氣排放，同時城市中80%的噪音污染也由交通車輛造成。加上全球石化能源面臨供應短缺，節(jié)能減排已成為刻不容緩的頭等大事，尋找新型能源替代傳統(tǒng)燃料成為發(fā)展方向。
孫逢春介紹說，和傳統(tǒng)燃油汽車相比，全部或部分由電能驅動電機作為動力系統(tǒng)的電動汽車有不可比擬的優(yōu)越性：零排放或超低排放、低噪聲和低熱輻射。在環(huán)境日益惡化的今天，電動汽車意義尤其重大。
說起純電動客車，北京市民并不陌生，早在7年前，兩輛電動客車就在北京公交121線路開展了示范運行工作。2005年，在完成車輛設計、制造、公告、空載路試、綜合路況測試等各種準備工作的基礎上，由北京公共交通控股集團有限公司為主承擔了121路市內電動公交專線試驗示范運行。
該項目組建了國內第一支商業(yè)化環(huán)境下運行的純電動公交車隊，共計14輛裝載鉛酸電池的11米電動公交車投入運行，采用和傳統(tǒng)燃油公交車混編的運行模式。2005年6月21日開始正式載客運行。此后又陸續(xù)有9輛鋰離子電池電動低地板公交客車進行運行測試。2007年在完成奧運用電動客車開發(fā)后，再次投入5輛在奧運期間服務的電動客車車型，開展了各種工況下的示范運行考核工作。
為配合示范運行工作的展開，在121公交線總站建成了完善的電動車輛地面配套基礎設施，其中包括：為車輛提供能量補充的充電站及充電監(jiān)控網絡；對車輛進行遠程實時監(jiān)控、運行數據自動化采集、記錄和分析的電動汽車智能化管理系統(tǒng)；車輛日常維護、保養(yǎng)的綜合服務體系。
目前，示范運行的車輛累計行駛總里程超過50萬公里，運行的實測數據以及車隊管理人員、車輛駕駛人員和眾多乘客的反饋意見表明：電動車輛主要技術性能完全可以滿足北京城市工況需要，達到或等同于傳統(tǒng)燃油車輛；由于消除了發(fā)動機噪聲、尾氣零排放以及平穩(wěn)的起步停車等，使得電動汽車在乘坐舒適度方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)燃油汽車。
在北京奧運會上，共有55輛純電動大客車投入使用。
奧運會上完美亮相
事實上，電動汽車在奧運會上的亮相與應用，不僅是突出北京奧運會特色的問題，更是在發(fā)展城市交通、節(jié)能減排、降低環(huán)境污染等方面具有重大戰(zhàn)略意義的一次嘗試。
在奧運中心區(qū)使用電動汽車建立直接零排放區(qū)域，電動客車被選定為專用車型，為奧運會提供24小時不間斷服務，充分體現(xiàn)人文、科技、綠色奧運的理念。
在北京奧運會上，北京市最終共投入了55輛純電動大客車，分別在奧運村內環(huán)線、北部賽區(qū)內部環(huán)線以及媒體村內環(huán)線和場館中心區(qū)4條線路上提供24小時服務。
這是一項歷史上規(guī)模最大、技術水平最高的電動汽車工程，面臨著技術路線、運營模式等多方面的問題。為實現(xiàn)奧林匹克公園核心區(qū)內的零排放，專家們攻克了種種技術難關，最終研制出奧運電動客車。
在電池技術方面，孫逢春和他的團隊提出并組織實施了電動公交客車電池組租賃創(chuàng)新應用模式，構建了電池組自動快速更換、網絡化控制電池集中分箱充電站、運行遠程調度、監(jiān)控與故障診斷等系統(tǒng)。同時，北京理工大學還組織近30家客車和零部件研究開發(fā)和生產的科研院所和企業(yè)合作，實施了科技奧運電動客車工程，實現(xiàn)了中央和奧組委領導提出的中心區(qū)零排放電動客車在兩個奧運會服務期間“零故障”的目標。
為保障奧運期間電動客車運行的能源供給，在奧運中心區(qū)規(guī)劃建設面積為5000平方米的電動汽車充電站，該充電站在國際上規(guī)模最大、充電機數量最多，在奧運期間為電動客車提供24小時充電、動力電池更換服務以及相應的整車和電池維護保養(yǎng)服務。
在奧運用電動客車生產方面，可謂是層層把關，即使是經過檢測合格的零部件，在整車安裝全部結束后，還要再經過一道關。這個奧運電動汽車電器檢測設備就站了最后一道關口上，由它把關能在幾秒鐘內發(fā)現(xiàn)問題，并給出修檢方案。
為了解決安全和持續(xù)供電兩大難題，作為電動客車唯一的能源，動力電池生產從原材料就開始嚴格地精挑細選，在實驗室里經過物理、化學十多項檢測，最后在經過大約500噸的擠壓不爆炸的測試合格后，才能進入生產線生產。
奧運會結束后，這些大客車被作為北京專線旅游車，開始承擔新的任務。奧組委交給的任務完成了，以北京理工大學為主的項目團隊技術專家們并沒有滿足于此，他們要把這套電動汽車的新技術運用到生活中去，服務老百姓，并已經開始著手電動環(huán)衛(wèi)車的研發(fā)。
新開發(fā)的電動環(huán)衛(wèi)車有灑水車、垃圾清運車和掃路車三種車型，環(huán)衛(wèi)車大部分在夜間和清晨工作，電動汽車低嗓音的特點尤其適合環(huán)衛(wèi)工作，此外，電動環(huán)衛(wèi)車也必須滿足能夠長期使用，適合走街串巷，車型美觀的要求。電動環(huán)衛(wèi)車將率先在北京西城區(qū)和天安門地區(qū)使用。
“純電動客車關鍵技術及在公交系統(tǒng)中的應用”成果獲2008年度國家科技進步獎二等獎。研制的系列純電動公交客車自2001年起在北京應用，完成了世界大運會綠色服務車隊任務。目前，純電動客車在北京121公交線、金融街、長安街和天津、山東等地示范和推廣運用，純電動環(huán)衛(wèi)車已在北京天安門和西城區(qū)使用，并逐漸推廣到全市。產生了重要的節(jié)能減排社會經濟效益和國內國際影響，2005年國際電動汽車協(xié)會授予北京市電動汽車推廣應用獎(全球3個獲獎城市之一)。
孫逢春因此獲得何梁何利科學與技術創(chuàng)新獎、GM中國科技成就獎和中國汽車工業(yè)優(yōu)秀科技人才獎。在國內首次出版了《電動汽車——21世紀的重要交通工具》等著作；在該領域申報發(fā)明專利18項(授權2項)。
自主研發(fā)
從2002年奧運電動客車項目正式落戶北理工后，由孫逢春帶領的自主研發(fā)電動車團隊開始了整車優(yōu)化設計以及充電站基礎設施建設工作。如今，50輛技術完全實現(xiàn)自主的奧運電動示范車項目已圓滿交付使用。
在國家“863”計劃涉及的200多家新能源汽車研發(fā)單位中，像北理工一樣擔負起整車研發(fā)任務的科研單位或企業(yè)僅有6家，與清華大學、一汽集團等關注混合動力車和燃料電池車領域不同，孫逢春及其所在的北理工150人團隊承擔的是“純電動客車開發(fā)”部分，而孫逢春正是課題組組長。
自1992年開始，孫逢春就與電動車研發(fā)結下不解之緣。1996年的一天，孫逢春等人接到了一份來自香港的訂單，客戶愿意以200多萬元的單價訂購數輛電動車。誰料當時美國合作方竟為每套系統(tǒng)索價高達10萬美元，香港訂單就此流產。這件事讓孫逢春堅定了自主化研究方向，并開始組建自主研發(fā)電動車團隊。
此后僅3年時間，第一輛電動車樣車于1999年問世，此時恰逢北京申辦奧運會。時任北京市長、北京奧申委主席的劉淇作出承諾，“2008年奧運會期間將在奧運中心區(qū)使用零排放電動車”。當時中國被認為是世界七個污染最嚴重國家之一。此時，北理工團隊的電動客車研發(fā)已實現(xiàn)了完全自主化，電機和電池成組應用兩大關鍵核心技術已全部突破。
2005年，隨著121路電動公交車駛向北京街頭，純電動客車項目正式開始產業(yè)化發(fā)展。
突破多項關鍵技術
電動車輛不完全依賴石油、平衡大中城市電網峰谷負荷等突出優(yōu)點，隨著鋰離子電池等高能動力電池的技術突破和產業(yè)化，電動車輛已成為交通領域節(jié)能減排和技術革命的發(fā)展方向和主題之一，具有重大社會經濟和國防效益。同時，純電動車也是燃料電池和混合動力車輛的共有基礎性技術。
自1992年，孫逢春一直從事電動車輛系統(tǒng)集成、核心關鍵技術的理論研究與技術攻關，主持了國家“863”計劃電動汽車重大專項純電動客車研究開發(fā)、北京科技奧運純電動客車重大專項及其產業(yè)化與推廣應用，總裝備部混合動力坦克裝甲車輛電傳動總體與關鍵技術等多項重大項目的研制開發(fā)工作，取得了開創(chuàng)性的理論與技術創(chuàng)新成果。
一是電驅動系統(tǒng)理論研究與技術開發(fā)。孫逢春等人提出了具有原創(chuàng)性的續(xù)流增磁驅動電機及控制的理論和方法，導出了系統(tǒng)的狀態(tài)方程。該發(fā)明的核心是將電機增磁繞組接入續(xù)流回路中，利用在驅動電機及其控制回路中形成的續(xù)流電流對電機進行增磁，增磁不需要消耗電能，達到低速增磁控制提高轉矩和高速自動弱磁控制恒功率的目的，使其輸出特性滿足電動車輛對動力的理想需求。他們與包頭電機廠合作，開發(fā)的電機及其控制器系統(tǒng)，其額定效率達92%、高效轉速工作范圍達84%以上。系統(tǒng)被應用到多種電動車輛上，與國內外傳統(tǒng)電驅動系統(tǒng)相比，車輛起步加速和爬坡電流降低近50%，避免了大電流放電對電池的傷害，提高了循環(huán)壽命，整車能耗等水平降低30%以上，使續(xù)駛里程增加，成本降低30%以上?！耙环N電動車輛動力系統(tǒng)關鍵技術產品及其應用”成果獲2004年度國家技術發(fā)明獎二等獎；在該領域獲得發(fā)明專利授權3項，實用新型專利8項，其中“具有自動弱磁調速功能的電動汽車牽引電機控制器”獲中國專利優(yōu)秀獎。
二是實現(xiàn)了純電動客車系統(tǒng)集成、技術開發(fā)與工程化。孫逢春和他的團隊經過多年研究，首次提出了兼容弓網的電—電混合動力電動客車系統(tǒng)集成的新構型，將電動客車分為可快速更換的能源、一體化高效動力傳動、基于總線的整車綜合控制與故障診斷、專用電動化客車底盤、電動化輔助動力和高效電動冷暖空調等子系統(tǒng)。在國際上率先研究動力電池成組應用理論，首次大規(guī)模使用高能鋰離子動力電池組和分散式快速更換電池組方案，開發(fā)了模塊化封裝、能量管理、熱管理、自動快速插接的動力電池箱系統(tǒng)，5～10倍地提高了電池組循環(huán)使用壽命，突破了純電動車輛推廣應用的瓶頸技術和公眾誤區(qū)。攻克了制動能量回收技術，回收能量達15%～22%。與北京京華、北京華德尼奧普蘭、山東中通、安徽安凱等客車企業(yè)合作，研制出具有自主知識產權和國際領先水平的系列純電動客車產品，在國際電動汽車大賽中能耗最低并獲多座獎杯和單項獎。
三是完成了混合動力履帶裝甲車輛電傳動理論研究與技術開發(fā)。孫逢春主持了總裝備部坦克裝甲車輛電傳動總體及關鍵技術重點項目，建立了電傳動系統(tǒng)集成與匹配標定理論，提出了極限直線行駛和轉向驅動控制理論，大大降低了單側電機額定功率。提出了基于轉矩和轉速聯(lián)合控制策略，攻克了電子差速技術難題和雙電機獨立驅動的協(xié)調控制技術，解決了操縱和直線行駛穩(wěn)定性問題，提出并實現(xiàn)了高溫機械與低溫電子部件同艙散熱、排風系統(tǒng)資源共享的冷卻系統(tǒng)方案；發(fā)明了一體化電源平臺系統(tǒng)；研制出電傳動綜合控制、電池能量管理以及方向傳感控制等系統(tǒng)。
他們與國營627廠和國營618廠合作，研制了我國首臺混合動力電傳動履帶裝甲車輛，實現(xiàn)了機電聯(lián)合再生制動和零半徑轉向，車輛標準加速時間、直駛穩(wěn)定性和中心轉向性能也明顯優(yōu)于同類車輛，并新增了隱蔽靜音行駛功能。目前正在履帶輸送車和步兵戰(zhàn)車上應用。
“履帶裝甲車輛電傳動系統(tǒng)關鍵技術”成果獲2007年度國防技術發(fā)明獎二等獎，出版了《混合動力履帶裝甲車輛電傳動技術》專著，在該領域申報發(fā)明專利18項，已授權10項，軟件著作權5項。
此外，孫逢春和他所領導的電動車輛技術開發(fā)中心2008年被批準為電動車輛國家工程實驗室，主持制定了電動汽車驅動電機及控制系統(tǒng)測試技術規(guī)范和測試條件規(guī)范，實驗室被科技部確定為“863”計劃全國電動汽車驅動電機及控制器測試評估基地。
此外，他還建立了一支在電動車輛領域卓有成效的創(chuàng)新團隊，培養(yǎng)了31名博士。孫逢春本人也成為我國首批長江學者特聘教授，曾獲北京市五四獎章、全國優(yōu)秀教師、全國先進工作者等榮譽稱號。
團隊協(xié)作
北京理工大學電動車項目成果是產學研合作的典范，參加合作的有大專院校、科研院所、生產企業(yè)和用戶單位。而北京理工大學為此作出了巨大貢獻。
作為項目負責人，孫逢春建立和完善了設計理論與系統(tǒng)集成體系，提出電電混合構型、電池快速更換和分箱集中充電方案，構建了租賃推廣應用模式等。
北京理工大學機械與車輛工程學院汽車實驗室主任林程教授也是重要的項目參與者，他主持了總體設計、解決了匹配標定與試驗、結構輕量化、兼容弓網、可靠性和安全性等關鍵技術。
為了攻克純電動客車發(fā)展瓶頸，項目團隊歷經10余年努力，將主要方向集中在整車能源高效利用、電池成組應用、電動客車應用模式等三條技術主線上，形成了國際領先并具有全部自主知識產權的核心技術群。分別取得了12項理論成果和10余項創(chuàng)新性技術產品成果，申報專利51項，授權專利21項，其中授權發(fā)明專利6項，技術規(guī)范和企業(yè)標準20余項。
如今，項目成果得到推廣并被應用于奧運零排放工程，成為綠色、科技和人文奧運理念的集中體現(xiàn)，對我國節(jié)能減排和汽車科技進步具有重要的示范、推動和輻射作用，產生了良好的社會經濟效益。
不遺余力推動產業(yè)化
在北理工純電動客車技術平臺上，還有幾十家高校和企業(yè)與北理工的整車研發(fā)構成了配套關系。北理工負責整車開發(fā)和技術把關，并委托其他單位進行電機、油泵等部件生產。電動車項目已經初具產業(yè)化運作的雛形，由于研發(fā)過程廣泛涉及上下游各個產業(yè)鏈，電動車產業(yè)化的前景也漸趨明朗。
以50輛奧運電動車為例，由北京京華客車廠依托北理工純電動客車技術平臺生產制造整車，北交大負責電池管理系統(tǒng)和智能調度系統(tǒng)研發(fā)，同時對電池制造等新興產業(yè)的發(fā)展也有推動作用。電池生產商通過電池租賃方式收取費用，電池用盡后還可以回收材料，國家電網建設充電站后可以收取電費。
孫逢春透露，為了連接整個產業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)，未來還可能成立能源公司作為紐帶，可由此獲得發(fā)展新能源車的政府補貼，并平衡各方關系。而此次奧運示范車的營運演練將成為各個環(huán)節(jié)摸索、磨合的良機。
雖然目前電動車整個成本要高于燃油車，但隨著燃油價格不斷上漲，電的成本增量相對較少，兩者一定會有交點，屆時電動車很有可能迅速普及開來。
電動車前景可期，但在孫逢春看來，電動轎車要發(fā)展起來尚需時日。早在十幾年前，孫逢春就提出了“讓開大道、占領兩廂”的我國電動汽車發(fā)展策略。
所謂大道就是轎車，而兩廂則指公交車、客車、工業(yè)用車等多功能車種。在電網改造和充電站建設成本高昂的條件下，后者因為能夠實現(xiàn)集中使用而有更為廣闊的發(fā)展前景。
而在孫逢春撰寫的《北京市電動汽車發(fā)展規(guī)劃及相關政策建議》中，他對電動車產業(yè)化也積極建言：國家和地方兩級財政對購買各類公共交通、公務和公益用電動汽車以及公用基礎設施建設所增加成本（以同類型傳統(tǒng)燃油車及加油站為計算基準）進行足額補貼。盡快出臺電動汽車政府采購辦法，促進各級政府購買各類電動汽車作為公務用車。
孫逢春呼吁研究設立電動汽車發(fā)展專項基金。他說，應多渠道籌措資金，引導車輛研制生產企業(yè)加大在產品技術改進、生產上的資金投入，車輛運營單位要積極籌措車輛購置資金，同時鼓勵社會資金參與基礎設施建設和運營。
