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北京理工大学:中国电动汽车从这里驶出

来源:www.timetimetime.net 时间:2020-08-01 编辑:观点

作者:崔学勤资料来源:科学时报发布日期:2008年

北京科技大学:中国电动车从这里出发

2000。在全国科技博览会上,北京科技大学展示了自己的电动公交车。

在北京奥运会上,55辆电动公交车投入使用

刚刚过去的2008年北京奥运会不仅是发展中国家首次举办的世界体育盛会,也是中国展示国家和民族综合竞争力的历史舞台。

为了展示“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的理念,北京兑现了在2008年北京奥运会上实现电动汽车大规模应用的承诺,投资50辆纯电动公交车,在奥林匹克公园核心区域实现零排放

这50辆纯电动公交车在奥运会上的应用离不开北京理工大学机械与车辆工程学院。 这些电动汽车的几乎所有关键技术都来自北京理工大学

北京理工大学副校长、被誉为“汽车制造教授”的孙逢春教授因其“电动汽车动力系统关键技术产品及其应用”的发明获得国家技术发明奖二等奖 由他领导的电动汽车研发团队在中国开发了许多电动汽车的首创:第一辆电动大型豪华客车、第一辆电动客车、第一辆低地板电动客车.为了实现“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的理念,孙逢春和他的团队为北京奥运会和中国汽车工业的发展默默贡献了自己的力量。

汽车工业的未来方向

目前,汽车的有害排放物已经成为全球空气污染的重要来源。城市中60%的一氧化碳、50%的氮氧化物和30%的碳氢化合物污染来自汽车废气排放。同时,城市80%的噪声污染也是由交通车辆造成的。 随着全球石化能源面临供应短缺,节能减排刻不容缓地成为当务之急。寻找替代传统燃料的新能源已成为发展方向。

孙逢春说,与传统的燃油汽车相比,以全部或部分电动马达作为动力系统的电动汽车具有无可比拟的优势:零排放或超低排放、低噪音和低热辐射 在当今日益恶化的环境中,电动汽车尤为重要。

说到纯电动公交车,北京居民并不陌生。早在7年前,两辆电动公交车就在北京121线进行了示范运营。 2005年,在完成车辆设计、制造、公告、空车载路试、综合路况测试等各项准备工作的基础上。北京公交控股集团有限公司主要承担了121条市政电力公交专线的测试和示范运营。

该项目建立了该国首个在商业环境下运营的纯电动公交车车队。共有14辆装有铅酸电池的11米电动公交车投入运行,采用与传统燃油公交车混合运行的方式。 2005年6月21日,官方客运服务开始。 从那以后,九辆锂离子电池电动低地板客车相继进行了测试。 2007年奥运会电动公交车开发完成后,奥运会期间服务的五款电动公交车再次投入运营,开展了各种工况下的示范运营评估工作。

为配合示范运营,在121公交枢纽建设了完整的电动汽车地面配套基础设施,包括:充电站和充电监控网络,为车辆提供能量补充;电动汽车智能管理系统,对车辆进行远程实时监控,自动采集、记录和分析运行数据;车辆日常维护和保养综合服务系统

目前,示范车辆总里程超过50万公里。运行实测数据以及车队经理、车辆驾驶员和许多乘客的反馈表明,电动汽车的主要技术性能完全能够满足北京城市工况的需要,达到或等于传统燃油汽车的水平。电动汽车由于消除了发动机噪声,废气零排放,启停平稳,在乘坐舒适性方面明显优于传统燃油汽车。 “完美的奥运形象”事实上,电动汽车在奥运会上的出现和应用不仅凸显了北京奥运会的特点,也是对发展城市交通、节能减排、减少环境污染等具有重大战略意义的尝试。

在奥运会的中心区域建立一个电动汽车的直接零排放区域。电动公交车被选为奥运24小时不间断服务的特殊车型,充分体现了人文、科技和绿色奥运的理念。

在北京奥运会上,北京最终投资55辆电动公交车,在奥运村内环路、北区内环路、媒体村内环路和场馆中心区提供24小时服务。

这是有史以来规模最大、技术水平最高的电动汽车项目。它面临着技术路线、运行方式等诸多问题。 为了在奥林匹克公园的核心区域实现零排放,专家们克服了各种技术难题,最终开发出了奥林匹克电动公交车。

在电池技术方面,孙逢春和他的团队提出并组织实施了电动公交车电池组租赁创新应用模型,构建了自动快速更换电池组、集中电池仓充电站网络化控制、远程操作调度、监控和故障诊断等系统。 与此同时,北京科技大学组织了近30家从事客车及零部件研发和生产的研究机构和企业合作实施高科技奥运电动客车项目,从而实现了中央和奥组委领导提出的两个奥运服务期内中央地区零排放电动客车“零故障”的目标。

为确保奥运期间电动公交车运行的能源供应,在奥运中心地区规划建设了一个面积5000平方米的电动汽车充电站。充电站拥有世界上规模最大、数量最多的充电器。它在奥运会期间为电动公交车提供24小时充电、动力电池更换以及相应的车辆和电池维护服务。

在奥运会电动公交车的生产过程中,可以说每一个环节都要进行检查。甚至已经通过测试的零件也必须在整车安装后再通过一次测试。 这款奥运电动车电气设备已经站在了最后一个门口。它可以在几秒钟内找到问题并给出修理和检查计划。

为了解决安全和持续供电这两大问题,作为电动公交车唯一的能源,动力电池的生产开始从原材料中严格、仔细地选择。经过实验室十多次物理化学试验,电池只有通过约500吨挤压试验才能进入生产线,不会爆炸。

奥运会后,这些巴士被用作北京的特殊旅游巴士,并开始承担新的任务。 奥组委委托的任务已经完成。主要来自北京理工大学的项目组技术专家对此并不满意。他们想把电动汽车的新技术应用到他们的生活中,为普通人服务。他们已经开始研究和开发电动环卫车。

新开发的电动环卫车有三种类型的车辆:洒水车、垃圾车和清扫车。大多数环卫车在晚上和早上工作。电动汽车声音低的特点特别适合环卫工作。此外,电动环卫车还必须满足长期使用、街道对街道和美观车型的要求。 电动环卫车将在北京西城区和天安门广场领先

“纯电动公交车关键技术及其在公共交通系统中的应用”成果获得2008年国家科技进步奖二等奖 自2001年以来,开发的纯电动客车系列在北京投入使用,完成了大运会绿色服务团队的任务。 目前,纯电动公交车已经在北京121公交线、金融街、长安街、天津、山东等地得到示范推广。纯电动环卫车已在北京天安门广场和西城区使用,并逐步向全市推广。 2005年,国际电动汽车协会授予北京电动汽车推广应用奖(世界三大获奖城市之一),表彰其节能减排的重要社会经济效益和国内外影响力。

孙逢春荣获何亮力科技创新奖、通用汽车中国科技成就奖和中国汽车工业优秀科技人才奖 他在中国首次发表了《电动汽车——21世纪的重要交通工具》等作品。申报该领域18项发明专利(授权2项)。

独立研发

自2002年奥林匹克电动公交车项目正式落户北方理工大学以来,由孙逢春领导的独立研发团队已经开始了整车的优化设计和充电站基础设施的建设。 今天,50辆拥有完全自主技术的奥运电动示范车已经成功交付使用。

在国家“863”计划覆盖的200多个新能源汽车研发单位中,只有6个是承担汽车研发任务的科研单位或企业,如北方科技(North Technology)。与专注于混合动力汽车和燃料电池汽车的清华大学和一汽集团不同,孙逢春和他的150人北方技术团队负责“纯电动公交车开发”部分,孙逢春是团队领导。

自1992年以来,孙逢春一直与电动汽车的研发密切相关。 1996年的一天,孙逢春等人收到了香港的订单。客户愿意订购几辆单价超过200万元的电动车。 然而,当时,美国合作伙伴要求每套系统高达10万美元。香港命令被中止 这件事使孙逢春坚定了自主研发的方向,并开始组建电动汽车自主研发团队。

仅仅三年后,第一款电动汽车原型于1999年推出,恰逢北京申奥 时任北京市市长、北京奥组委主席刘淇承诺,“2008年奥运会期间,零排放电动汽车将在奥运中心地区使用。” 当时,中国被认为是世界上污染最严重的七个国家之一。 此时,北方理工大学团队对电动公交车的研发已经完全自主,电机和电池组应用两大关键核心技术都已突破。

2005年,随着121号电动公交车走向北京街头,纯电动公交车项目正式开始产业化发展。

关键技术的突破

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》 专着,在该领域申报发明专利18项,已授权10项,软件着作权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。

《科学时报》 (2008-10-13 A1要闻)

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孙逢春:推动中国电动汽车发展20年

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