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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，來自中汽協的統計數據顯示，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，既得益于政府的強力助推，更來自于企業自身在新能源客車技術上的不斷成熟，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林。
說起張衛林，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頂級專家之一。長期從事發動機系統研究的張衛林，改行研究新能源汽車近一年后，決定報考清華大學歐陽明高的博士生。2013年10月，歐陽明高帶著相關的教授、副教授二三十人對張衛林進行了一場特殊的面試。在聽取了張衛林的詳細闡述后，歐陽老師說：“你不用考試了，可以來上學吧。”
張衛林在新能源汽車領域進行了怎樣的研究打動了歐陽教授？他對新能源汽車產業又有哪些真知灼見。《交通建設與管理》雜志記者不久前專訪了張衛林所長。
掌握規律 厘清節能減排必然趨勢
自1834年世界第一輛電動汽車誕生以來，電動汽車經歷了漫長的發展過程。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，而真正迎來大發展則是2009年2月推出《關于開展節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貼購買新能源汽車。“從2009年到2012年，2013年到2015年，國家的財政補貼已經經歷了兩個階段。從2016年到2020年則是第三期。從現在來看，國家補貼政策的節奏和步伐，還有技術引導的方向是正確的。”張衛林說。
在傳統發動機領域有著長期研究的張衛林看來，機動車從單一的傳統能源走向新能源是節能減排發展的必然趨勢，這個趨勢也是符合自然規律的。為什么呢？因為從目前來看電機是能夠較好地實現能源雙向傳遞的動力系統。對于機動車的運行來說，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，電機是最好的選擇之一。汽車向前行駛的時候，電機可以給車前進動力；當剎車的時候，電機變成發電機，收集制動能量，動能變成電能儲存起來。
張衛林說，制動能量回收是新能源汽車最主要的節能方式之一。除此之外，汽車節能還有怠速停機，就是車輛進站，或者是等紅綠燈的時候發動機熄火，這個時間可以根據整車控制策略來設置；第三就是發動機的高效工作。車輛行駛是一個動態的過程，有時候需要大功率，有時候需要小功率。如何來調節發動機功率呢？最容易實現的就是用電機進行輔助，當發動機功率不足的時候，電機變成驅動電機助發動機一把。發動機動力小的時候也不一定節能，可以把驅動電機變成發電機，讓發動機一方面驅動一方面帶動發電機發電，這個時候功率提高，發動機長期在高效區工作，反而還節能，這種模式也需要電機來進行調節。第四就是整車的控制策略。這四大方面對節能貢獻最大，基本要占到80%以上。
有序發展 把握國家技術引導方向
“國家通過財政補貼來引導新能源汽車技術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可能還有爭議，但不可否認的是推動了我國新能源汽車產業的發展，確立了我國在世界新能源汽車產業中的地位。”張衛林說，“電控、電機已經基本成熟，最大瓶頸就是電池，包括幾個方面，一是成本、二是安全性、三是循環壽命。”在張衛林看來，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。
在補貼第一期，海格著力解決混合動力的基礎控制策略，包括電機的控制、制動能量回收、怠速停機、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，電池的循環壽命不夠，電容的循環壽命沒問題，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，因為它的循環壽命滿充滿放能達到8千到一萬次。”張衛林說。
張衛林進一步解釋說，超級電容儲能過程是物理反應而非化學反應，電能通過物理方法儲存在電容里，充放電效率高，沖進去的電95%以上都能釋放出來；最大的好處是循環壽命可達百萬次，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，沒辦法實現發動機調節，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，還實現了發動機調節需求。海格新能源目前采取了最先進的“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計的客車企業，配合新型阻燃隔熱材料，通過多次試驗驗證，萬一發生起火燃燒，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超過140度，足夠乘客逃生。”張衛林說，“為了保證艙內溫度，我們還專門布置了一個獨立空調冷卻。里面設有溫度感應器，采集電池、電容等溫度，通過整車控制器自動開啟。”。
借助傳統發動機水冷卻的思路，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系統，這又是行業首創。“目前，這個系統正在海南做測試。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。”張衛林說。
未雨綢繆 研究商業運營解決方案
從2016~2020年國家補貼退坡機制來看，購買端的財政補貼退出是必然趨勢，市場會不會再次出現2013年上半年那種突然停止的現象？新能源汽車如何才能真正實現商業化運營？
“叼著奶瓶的孩子永遠也不會長大！”張衛林說，“從海格的實踐來看，目前能真正實現即使沒有補貼也能滿足商業運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方案。純電動客車為了滿足純電行駛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，純電動新能源客車市場必然會下滑。燃料電池的產業化之路還需要更多時間。”
毋庸置疑的是，補貼政策助推了新能源客車的快速發展，但一刀切的方案也限制了創新，不同用途的新能源客車采用不同的技術解決方案，能實現更經濟的運營。據《交通建設與管理》記者調查，通勤班車，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，因為定點定線，每天工作時間長，運營里程遠，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，利用司機休息的時間，15分鐘就可以充滿電，又能滿足下一次的運營需求，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營端補貼實現商業運營一個行之有效的辦法。
來自蘇州公交的運營數據顯示：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營成本。張衛林對此解釋說，因為有了能量回饋系統，加上發動機調節和整車控制策略的不斷改進，節能減排的效果會越來越好。傳統公交最容易壞的發動機相關系統、離合器、變速箱、制動系統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，保養間隔里程加大。海格混合動力公交車在國內率先采用同軸直驅混聯系統（ISG），離合器要換擋的時候，對電機和發動機進行調速，轉速差在每分鐘50轉以下，才開始離合器嚙合，沒有了以前滑磨損壞的情況，原來傳統柴油車動不動要換離合器的現象沒有了，最早的一批新能源車到現在已經運營五六年了，沒有一臺換過離合器。通過G-BOS采集的發動機數據來看，發動機停機時間達到30%~36%，這期間都靠電力驅動，發動機的故障自然也小了很多。傳統公交車每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，對企業有利，這不就是真正的商業運營嗎？
正是憑借著以張衛林為首的技術團隊的努力，從新能源汽車的基礎研究做起，把握國家技術引導方向，扎扎實實做好安全和節能控制，回應社會和市場關切，才迎來海格新能源客車的市場爆發。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，更穩健。繁忙的張衛林錯過了去清華大學博士深造，但卻收獲了新能源客車技術研發的實際經驗，從幾個人到幾十人，不斷增長的技術人才隊伍是海格新能源客車持續發展的堅強保障。
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