突破多项关键技术 电动车辆不完全依赖石油、平衡大中城市电网峰谷负荷等突出优点,随着锂离子电池等高能动力电池的技术突破和产业化,电动车辆已成为交通领域节能减排和技术革命的发展方向和主题之一,具有重大社会经济和国防效益。同时,纯电动车也是燃料电池和混合动力车辆的共有基础性技术。 自1992年,孙逢春一直从事电动车辆系统集成、核心关键技术的理论研究与技术攻关,主持了国家“863”计划电动汽车重大专项纯电动客车研究开发、北京科技奥运纯电动客车重大专项及其产业化与推广应用,总装备部混合动力坦克装甲车辆电传动总体与关键技术等多项重大项目的研制开发工作,取得了开创性的理论与技术创新成果。 一是电驱动系统理论研究与技术开发。孙逢春等人提出了具有原创性的续流增磁驱动电机及控制的理论和方法,导出了系统的状态方程。该发明的核心是将电机增磁绕组接入续流回路中,利用在驱动电机及其控制回路中形成的续流电流对电机进行增磁,增磁不需要消耗电能,达到低速增磁控制提高转矩和高速自动弱磁控制恒功率的目的,使其输出特性满足电动车辆对动力的理想需求。他们与包头电机厂合作,开发的电机及其控制器系统,其额定效率达92%、高效转速工作范围达84%以上。系统被应用到多种电动车辆上,与国内外传统电驱动系统相比,车辆起步加速和爬坡电流降低近50%,避免了大电流放电对电池的伤害,提高了循环寿命,整车能耗等水平降低30%以上,使续驶里程增加,成本降低30%以上。“一种电动车辆动力系统关键技术产品及其应用”成果获2004年度国家技术发明奖二等奖;在该领域获得发明专利授权3项,实用新型专利8项,其中“具有自动弱磁调速功能的电动汽车牵引电机控制器”获中国专利优秀奖。 二是实现了纯电动客车系统集成、技术开发与工程化。孙逢春和他的团队经过多年研究,首次提出了兼容弓网的电—电混合动力电动客车系统集成的新构型,将电动客车分为可快速更换的能源、一体化高效动力传动、基于总线的整车综合控制与故障诊断、专用电动化客车底盘、电动化辅助动力和高效电动冷暖空调等子系统。在国际上率先研究动力电池成组应用理论,首次大规模使用高能锂离子动力电池组和分散式快速更换电池组方案,开发了模块化封装、能量管理、热管理、自动快速插接的动力电池箱系统,5~10倍地提高了电池组循环使用寿命,突破了纯电动车辆推广应用的瓶颈技术和公众误区。攻克了制动能量回收技术,回收能量达15%~22%。与北京京华、北京华德尼奥普兰、山东中通、安徽安凯等客车企业合作,研制出具有自主知识产权和国际领先水平的系列纯电动客车产品,在国际电动汽车大赛中能耗最低并获多座奖杯和单项奖。 三是完成了混合动力履带装甲车辆电传动理论研究与技术开发。孙逢春主持了总装备部坦克装甲车辆电传动总体及关键技术重点项目,建立了电传动系统集成与匹配标定理论,提出了极限直线行驶和转向驱动控制理论,大大降低了单侧电机额定功率。提出了基于转矩和转速联合控制策略,攻克了电子差速技术难题和双电机独立驱动的协调控制技术,解决了操纵和直线行驶稳定性问题,提出并实现了高温机械与低温电子部件同舱散热、排风系统资源共享的冷却系统方案;发明了一体化电源平台系统;研制出电传动综合控制、电池能量管理以及方向传感控制等系统。 他们与国营627厂和国营618厂合作,研制了我国首台混合动力电传动履带装甲车辆,实现了机电联合再生制动和零半径转向,车辆标准加速时间、直驶稳定性和中心转向性能也明显优于同类车辆,并新增了隐蔽静音行驶功能。目前正在履带输送车和步兵战车上应用。 “履带装甲车辆电传动系统关键技术”成果获2007年度国防技术发明奖二等奖,出版了《混合动力履带装甲车辆电传动技术》专著,在该领域申报发明专利18项,已授权10项,软件著作权5项。 此外,孙逢春和他所领导的电动车辆技术开发中心2008年被批准为电动车辆国家工程实验室,主持制定了电动汽车驱动电机及控制系统测试技术规范和测试条件规范,实验室被科技部确定为“863”计划全国电动汽车驱动电机及控制器测试评估基地。 此外,他还建立了一支在电动车辆领域卓有成效的创新团队,培养了31名博士。孙逢春本人也成为我国首批长江学者特聘教授,曾获北京市五四奖章、全国优秀教师、全国先进工作者等荣誉称号。 团队协作 北京理工大学电动车项目成果是产学研合作的典范,参加合作的有大专院校、科研院所、生产企业和用户单位。而北京理工大学为此作出了巨大贡献。 作为项目负责人,孙逢春建立和完善了设计理论与系统集成体系,提出电电混合构型、电池快速更换和分箱集中充电方案,构建了租赁推广应用模式等。 北京理工大学机械与车辆工程学院汽车实验室主任林程教授也是重要的项目参与者,他主持了总体设计、解决了匹配标定与试验、结构轻量化、兼容弓网、可靠性和安全性等关键技术。 为了攻克纯电动客车发展瓶颈,项目团队历经10余年努力,将主要方向集中在整车能源高效利用、电池成组应用、电动客车应用模式等三条技术主线上,形成了国际领先并具有全部自主知识产权的核心技术群。分别取得了12项理论成果和10余项创新性技术产品成果,申报专利51项,授权专利21项,其中授权发明专利6项,技术规范和企业标准20余项。 如今,项目成果得到推广并被应用于奥运零排放工程,成为绿色、科技和人文奥运理念的集中体现,对我国节能减排和汽车科技进步具有重要的示范、推动和辐射作用,产生了良好的社会经济效益。 不遗余力推动产业化 在北理工纯电动客车技术平台上,还有几十家高校和企业与北理工的整车研发构成了配套关系。北理工负责整车开发和技术把关,并委托其他单位进行电机、油泵等部件生产。电动车项目已经初具产业化运作的雏形,由于研发过程广泛涉及上下游各个产业链,电动车产业化的前景也渐趋明朗。 以50辆奥运电动车为例,由北京京华客车厂依托北理工纯电动客车技术平台生产制造整车,北交大负责电池管理系统和智能调度系统研发,同时对电池制造等新兴产业的发展也有推动作用。电池生产商通过电池租赁方式收取费用,电池用尽后还可以回收材料,国家电网建设充电站后可以收取电费。 孙逢春透露,为了连接整个产业链的各个环节,未来还可能成立能源公司作为纽带,可由此获得发展新能源车的政府补贴,并平衡各方关系。而此次奥运示范车的营运演练将成为各个环节摸索、磨合的良机。 虽然目前电动车整个成本要高于燃油车,但随着燃油价格不断上涨,电的成本增量相对较少,两者一定会有交点,届时电动车很有可能迅速普及开来。 电动车前景可期,但在孙逢春看来,电动轿车要发展起来尚需时日。早在十几年前,孙逢春就提出了“让开大道、占领两厢”的我国电动汽车发展策略。 所谓大道就是轿车,而两厢则指公交车、客车、工业用车等多功能车种。在电网改造和充电站建设成本高昂的条件下,后者因为能够实现集中使用而有更为广阔的发展前景。 而在孙逢春撰写的《北京市电动汽车发展规划及相关政策建议》中,他对电动车产业化也积极建言:国家和地方两级财政对购买各类公共交通、公务和公益用电动汽车以及公用基础设施建设所增加成本(以同类型传统燃油车及加油站为计算基准)进行足额补贴。尽快出台电动汽车政府采购办法,促进各级政府购买各类电动汽车作为公务用车。 孙逢春呼吁研究设立电动汽车发展专项基金。他说,应多渠道筹措资金,引导车辆研制生产企业加大在产品技术改进、生产上的资金投入,车辆运营单位要积极筹措车辆购置资金,同时鼓励社会资金参与基础设施建设和运营。 |
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