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新能源汽车里的“新”行者

来源:  发布时间:2017-07-28

——记重庆大学汽车工程学院教授胡晓松
  
本刊记者  陈 浩

  
  
  在使用汽油、柴油发动机的汽车时代里,想要将其全权抛弃,转而使用包括燃料电池、混合动力、氢能源动力甚至太阳能等新能源汽车,也许会有人说“异想天开”。可如今,这样的想法已经不再是异想,但这条异想之路也走得并不容易。
  那么,新能源汽车的“新”究竟体现在哪里呢?动力电池和机电动力又是怎样服务于汽车的呢?从新能源汽车锂离子动力电池管理到机电复合动力总成优化设计与控制,节能型智能车辆能量管理再到车—交通—电网集成互动等方面,重庆大学博士生导师胡晓松交出了一份满意的答卷。
  
永远走在“新”路上
  在改革开放以来的制造大浪潮中,我国的制造业表现出了快速迅猛的发展势头,然而,与世界先进水平相比,却仍然处于“外强中干,大而不强”的尴尬局面,转型升级和跨越发展的任务迫在眉睫。2014年12月,“中国制造2025”这一概念被首次提出,而新能源汽车作为“中国制造2025”的重要组成部分,同时也是2015国家重点研发计划优先启动项目之一,自然承担着不可或缺的分量,代表着国家能源安全和环境保护的重大战略需求。
  对于胡晓松来说,新能源自然重在“新”字,其中,起着关键核心支撑技术的动力电池管理和机电复合动力传动系统优化,一直都是国际学术界的研究前沿和热点。
  众所周知,动力电池及其管理技术是各国竞相占领的技术制高点,更是对我国自主突破新能源汽车技术瓶颈起着至关重要的作用。胡晓松创造性地提出了锂离子电池模型有用性概念,即全新的评估电池模型结构有用性的指标,对模型的复杂度、在训练和验证数据上的精度以及推广模型到多个电池上的能力有了一个全面而综合的评价。他纵观全局,采用新颖的优化方法,实现了最优锂离子电池模型参数辨识,揭示了电池参数与工作环境的相关性。
  但已经在新能源领域有所建树的胡晓松并没有满足,他趁热打铁,针对不同种类的锂离子电池进行系统地对比,发现了在车载环境下最有用的模型结构,结合有用性模型概念,全新的锂离子电池状态(SOC/SOP/SOH/SOL)估计算法也应运而生,胡晓松通过大量实验和对比分析,最终验证了其在复杂多变环境下的精度、鲁棒性和自纠错能力。“胡晓松教授每日进行大量的实验和对比分析的工作,研究了12种电池模型,为开发先进的基于模型的电池管理算法提供了新的思路。”同事也对胡晓松的发现赞叹不已。
  再者,插电式混合动力汽车作为重要的节能减排技术,早已经成为世界各大汽车公司研发的“香饽饽”。究竟如何有效地协调多个机电部件,才能最大化实现其节能效果呢?为此,胡晓松对凸建模和凸优化方法进行了深入的研究,揭示了其在混合动力系统优化中的适用性与独特优势,创新性地解决了部件配置和能量管理策略的快速联合优化难题。而摇身一变,在智能电网环境下,插电式混合动力车辆电池包大小、充电策略、能量管理之间的集成优化方法又为攻克车辆与电网交互下的全局功率流优化难题提供了新思路。同时,胡晓松结合其他优化方法,设计了动态交通数据反馈下的插电式混合动力车辆的预测能量管理策略,节油效果和实时性的出奇在当时令人为之震惊。胡晓松还将相关技术成果发表SCI论文15篇,并被国际知名期刊杂志Applied Energy主页重点宣传。
  
“自主研发才是科研之基”
  随着“中国制造2025”的提出,新能源汽车技术被我国提升到了重大战略地位,并拥有多项重点研发计划的支持。即使身在海外,胡晓松也深切感受到自己的用武之地在中国。2016年,他放弃美国特斯拉电池安全部的高薪邀请,来到了重庆大学任职。
  “创新只有‘新’还不足够,还要看到‘创’背后的力量,对于新能源汽车,我们自主研发的能力和水平一定要跟上!”对于回国后的发展,胡晓松有着自己的打算。目前,他正积极地与长安新能源、长安动力院整车仿真与优化部、中国汽研等合作,努力推动企业自主研发能力和水平的提升,他还特别关注西部地区在新能源汽车关键瓶颈技术的自主突破方面所做出的贡献。
  理论只是前提条件,实践才是最终结论!胡晓松针对车辆工程学科的特色,秉承“以基础理论研究为先导、工程应用研究为落脚点、理论与实践并行”的理念,对新能源汽车动力电池、动力总成最优设计与控制等热点领域存在的前沿共性问题展开了系统和深入的研究。“我很感谢重庆大学对我们工作的大力支持。”胡晓松说道。为了保证研究与实验的顺利进行,重庆大学在高性能工作站、动力电池充放电仪、温箱、并联式混合动力系统测试平台、EVT混合动力系统测试平台等方面都给予了大力的支持,使实验室已经初步具备开展动力电池/超级电容管理以及机电复合动力传动系统控制研究的能力。
  一路走来,有鲜花也有荆棘,胡晓松时刻没有忘记荣誉背后的奠基石。他不断挑战自我,也提升了自己的装备等级——团队。“团队是必不可少的,一支富有创造力和科研实干精神的研究团队会在研究中帮大忙的。”为此,他勇挑大梁,组建了一支以活力与创新著称的国际知名课题组,积极承担并完成学校、机械传动国家重点实验室、重庆自主品牌汽车协同创新中心安排的各项任务。对于年轻的老师和研究生,他时常感叹“后生可畏”,并称赞这是一群“基础知识扎实、具有独立学习和科研能力的青年学者”。就是带领这样一支队伍,他积极主持和参与多项国际合作项目、国家自然科学基金、重庆市科委重大项目等,大大增加了重庆大学在该领域的国际学术影响。
  
成果转化,合作共赢
  显然,面对新能源汽车蓬勃发展的趋势与不断扩大的需求,胡晓松在回国后建立的高性能的动态系统仿真与计算平台已经十分有限。为此,他借助重庆大学在机械、汽车、电气等学科的优势,同时瞄准国际学术前沿,力争在动力电池/超级电容管理、机电复合动力传动系统优化等方面取得新的突破。
  胡晓松一直与国内外新能源汽车领域的相关学者保持着密切联系。回国后,他积极组织和参加汽车控制领域青年学者论坛和电池设计与管理领域青年学者论坛事务,并在短时间内顺利与清华大学、吉林大学、北京理工大学等多个兄弟科研院所开展合作研究。他还与美国密歇根大学Huei Peng教授、俄亥俄州立大学Giorgio Rizzoni教授、牛津大学David Howey教授等保持着良好的合作关系,甚至都已经成为朋友。
  未来,胡晓松将与重庆及西部地区汽车企业和研究所密切协同,向产学研结合及科技成果孵化与转化的道路上迈进。他希望在3年内,组建一个新能源汽车动力系统优化与控制实验室及团队。“作为重庆大学的一份子,提高重庆大学在相关领域的国际知名度,我有义不容辞的责任,这对我国自主品牌新能源汽车的研发,尤其在动力电池和机电复合动力传动系统方面提供支撑也是不可多得的。”
  现在,科研成果转化已然成为胡晓松的一块“心头病”,但在新能源汽车领域的大道上,正是因为有了像胡晓松一样的“新”行者,才会不断开拓新的研究方向和内容,逐渐揭开层层神秘的面纱。
  

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