持之以恒 成就新能源汽车“心脏”——记创新人才推进计划入选者姜久春
作者:郭 晶时间:2017-09-12 15:43 来源:《中国科技人才》杂志

他是我国第一个电动汽车充电站的建造者,是北京奥运会纯电动汽车充换电站和上海世博会纯电动汽车充换电站的设计者,在广州亚运会中同样能看到他的身影。

由他带领着团队研发的新能源轨道交通锂电池储能系统已经在我国长春、广州、沈阳3地的轨道列车上运行,也已经走出国门,迈向奥地利、新西兰等国家。

这些被外界夸赞不已的成就对他来说不过是工作上一个个再普通不过的项目,在他看来,跟环卫工人扫过的一条条大街、设计师做出的一幅幅图纸等一样,是职责所在,并没有特别值得炫耀的地方。

他是姜久春,北京交通大学电气工程学院教授、国家能源主动配电网技术研发中心主任,一名在科研道路上不曾停下脚步的科研者。


与新能源汽车的初相见

2017年国际能源署发布了《2017年全球电动汽车展望报告》,披露了2016年全世界的电动汽车保有量达到200万辆,全球电动汽车销售继续增加,超过75万辆;中国成为全球最大电动汽车市场,在全球电动汽车销售量中的份额超过了40%,是美国销售量的两倍以上。而中国的新能源汽车发展历经20余年,离不开许多高等院校和科研团队在新能源汽车产业的背后默默付出,姜久春就是其中的 代表人物。

对于电动车来说,电池就是电动车的“心脏”,是它的核心部分,姜久春主要从事电动汽车电池管理及充放电基础设施方面的研究工作,尤其是锂电池储能系统方面的研究工作。

上世纪90年代中期,姜久春在广东汕头的国家电动汽车运行试验示范区里,第一次看到了新能源汽车,丰田、通用等世界知名品牌的10辆电动车——当时国内甚至没有一辆自己生产的电动车。

与电动车正式接触的第一个科研项目是姜久春读博士时,参与导师周希德承接的国家“九五”科技攻关项目“电动车应急多路充电站”。这一充电站项目是国内第一个立项的有关充电的项目。

虽然国家开始重视电动车,但是经费不多,条件有限,做得很辛苦,很多事都得他们自己动手来做,那时的姜久春,在汕头每天基本都要做到凌晨两三点钟,直到把一件事做完。

项目具体涉及两方面,一个是电力电子装置本身,一个是控制问题。在研发过程中,他们遇到的困难更为具体,他们设计出了系统方案,只能先找有能力的相关工厂进行加工,与他们合作做出设备,再将设备拿到另一个城市进行实车测试,不合适再重来,反反复复往返于几个城市之间,其中辛苦不言而喻。当然,这样的辛苦也得到了回报——在科研项目结束后,他们的技术已经相当成熟。

和燃油汽车不同,电动车解决了充电问题,还有一个关键问题是电池消耗。由最初的铅酸电池到镍氢电池再到后来的锂电池,一直在努力解决这一问题。最初的试验中,姜久春等人发现,3个月后电动车就只能达到初始的70%行驶里程。就是说,本来可以跑100公里的车,3个月后只能跑70公里了。然而单个电池却没有问题,如何使串起来的电池仍然发挥其应有的功能,是姜久春等人的研究方向之一。

电动车,简单地说就是由上百块的电池串联在一起为汽车提供动力。在做完应急充电项目后,姜久春对电动车也有了清晰的认识,明确了自己的研究方向为电池管理,顾名思义,就是在保证电池的寿命和电池安全的同时,怎么样更高效地利用电池。

博士毕业后,姜久春留校任教,继续对充电及电池管理进行研究。从2004年建造国内第一个电动汽车充电站,到2008年、2010年主导设计当时世界规模最大的两个纯电动汽车充换电站——北京奥运会纯电动汽车充电站和上海世博会纯电动汽车充电站,姜久春及其团队在电动汽车领域的研究不曾停歇。


在新能源轨道交通中大放异彩

早在研究锂电池储能系统的过程中,姜久春及其团队就曾研究将锂电池储能系统在其他领域中得到应用,轨道交通是他们设想的背景之一。说来也巧,北京交通大学前身是铁道部的学校,对轨道交通也比较熟悉,这对姜久春的研究工作提供了一些便利条件。

目前,城市轨道交通多以电网供电为动力,由电线“牵着鼻子跑”,而新能源轨道交通锂电池储能系统,相当于给轨道列车“装上动力”,让它可离网离线运行。

用锂电池储能系统驱动城市轨道交通,不仅远比电线网路的修建划算,并且能在制动时将能量最大化回收,可将能源效率提高30%,减轻电网负担,此外,和镉镍电池相比,锂电池是个更加环保的选择。

更为实用的是,锂电池储能系统可使列车进行“应急自牵引”。“现在会出现地铁停电,列车中途停在轨道的意外情况。如果装有锂电池储能系统的列车,在没电的情况下也能把自身拖到站台。”姜久春介绍,“应急自牵引”这一技术未来有着广阔的市场空间,“到2020年,轻轨交通运营里程预计将达7000多公里,至少会有3.5万辆列车运行,大多数都将会有这方面的需求。”

目前,装有该锂电池储能系统的轨道列车已在长春、广州、沈阳3地的轨道“上岗”运行,姜久春团队研发的这一锂电池储能系统已向新西兰、奥地利等国提供,在这一技术方面,我国走在世界前列。

凭借在电动汽车领域的成功经验,姜久春团队展开了在轨道交通新能源动力系统领域的技术攻关,2013年,国家能源局批准成立了由北京交通大学牵头建设的“国家能源主动配电网技术研发中心”,姜久春任该中心主任。

课题组承担参与了国内90%的轨道交通新能源动力系统的研究项目,他们在国际上首次使用锂电池作为高速动车组电源,研制了纯电驱动和混合驱动的混合动力动车组电池系统,取得了从轻轨到地铁、从机车车辆到动车组、从辅助供电到牵引供电等多种锂电池系统的技术成果,填补了国内空白。并且代表我国参与了国际铁路用锂离子电池测试标准的编制,为铁路行业动力电池标准的制定奠定了技术基础。


更重要的是有国家的支持

对于姜久春来说,最重要的科研品质是坚持,有些人可能会认为姜久春是个幸运的人,一下子就选对了工作,选对了研究方向,而姜久春则认为就算不做科研工作,在任何一个领域的工作,只要你坚持下去,总会有所成就。但坚持,本身就是一个很难能做到的事情。在研究过程中,不可避免地会遇到许多困难,姜久春团队的短板在于基础研究方面的人才很少,只能是遇到问题,解决问题,在5年前,他们团队缺少化学方面的研究人才,立马招贤纳士。如今他们团队需要数学方面的人才来进行数据分析,同样,他们也在解决这个问题;曾经作为电气工程学院的院长,姜久春事务缠身,在科研工作上的时间明显减少,为专心进行科研工作和教学工作,他辞去了院长一职。为科研工作解决一切阻碍,不放弃地钻研下去,这就是姜久春对待科研的态度。

现在社会风气普遍比较浮躁,姜久春不仅在自己的科研工作中有着持之以恒的精神,在自己的教学过程中也同样如此,要求学生做实验一定要有始有终,用事实、用实验数据说话,而不是凭空想象,一定要有认真探索的精神。

作为老师,姜久春带领他的团队去认识每个课题的意义,尽其所能为学生指明研究方向,提供条件让学生深入做下去,让大家在工作中得到成就感。

姜久春对于自己取得的成就十分低调,并不认为这是一个人或一个团队单独能够获得的成就,在他们坚持研究20余年不放弃的背后,是国家对新能源汽车乃至轨道交通等方面的大力支持,对于轨道交通能够走在世界前列,他认为更多的是我们国家整个需求、研发走在前列,才能有如今的成就。

从姜久春第一次接触电动车的国家“九五”科技攻关项目“电动车应急多路充电站”项目,到2008年的奥运会,再到2013年获批“国家能源主动配电网技术研发中心”,这一路走来,都是国家引导方向、出经费、出项目、出政策支持着姜久春及其团队的科研工作。

2015年,电动汽车在“十二五”收官之年迎来一波强势爆发,国家发改委印发《电动汽车充电基础设施发展指南2015-2020年》电动汽车充电接口实行新国标,补贴纯电动车的政策有力促进了电动汽车的发展;2017年9月初,工信部副部长辛国斌表示“我国已启动传统燃油车停产停售时间表研究”,这将为新能源汽车行业的发展又迎来一波高潮。这些都是国家从政策方面支持着新能源汽车发展的一部分。

在姜久春刚刚博士毕业留校任教的那段时间,是他最困难的时期,因为当时有关电动汽车的项目少,姜久春也没有名气,因此虽然自己很想继续进行科研工作,但苦于没有经费而无法进行,在2002年有了转机——姜久春承接了北京奥运会纯电动汽车充电站项目,而这个项目对他来说,是一次机遇。此后随着国家对新能源汽车的更加重视,国内对其的关注度越来越高,项目对姜久春来说已经不是问题,有很多企业请他去研究各种项目,新能源汽车领域中能做的项目数不胜数,但他始终坚持研究电池管理以及充电技术不动摇。

水滴石穿。正是姜久春及其团队在电池管理方面持之以恒的研究,才有了这么多令人惊喜的研究成果。