■本报记者 温新红 ■袁芳
细心的人会发现,近几年,北京交通大学的电气楼外,立起了两个一米左右高的桩子,这便是用于电动车的充电桩,校园里不时有世界知名品牌的轿车——宝马、普雷斯、丰田等的电动车在运行。今年下半年,北京交通大学将迎来100辆纯电动汽车,用于区域配电网电动汽车充电和光伏接入的微网实验。促成新能源电动车、充电桩在北京交通大学成为风景线的人,正是该校电气工程学院院长、年纪不到40岁的姜久春。
难忘第一次参与科研
“我们经常坐火车,住在车上,有时一个车厢都是我们这些人。”提到第一次参与科研的经历,姜久春记忆犹新。
那是在上世纪90年代中期,北方交通大学汪希时教授主持了一个名为“列车超速防护系统”的国家科技攻关项目,由于项目比较大,学校电子、电气、机械等多个相关专业的博士、硕士研究生参与其中,做一些具体的工作。刚刚读硕士研究生的姜久春也是其中之一。“那段经历对我来说非常重要。有30多个人共同做一个项目,大家在一起培养了团结合作的精神”。姜久春说。
姜久春的父母是老师,像许多上世纪70年代以后出生的人一样,他的青少年时光主要是读书、考大学,至于报考哪所大学、哪个专业则由父母一手包办,到北京交通大学(当时为北方交通大学)之前,姜久春甚至不知道学校是在北京。
因为成绩优秀,姜久春大学毕业后顺利保送读硕士研究生。很快,他就体会到研究生学习与之前学习的不同。
第一次参与科研,姜久春做的是运行记录器,即数据记录、采集及编析,需要将列车在运行中整个控制系统的数据记录下来,然后传到计算机上,并在计算机上分析处理。这是一个枯燥却不简单的工作。当时的计算机和现在的不能同日而语,通讯更不用说,数据传送也非常复杂。举个最简单的例子,从车上记录下数据后,却找不到足够大的U盘保存,他只能自己想办法通过各种方式保存并传送出去。
这个数据记录工作,姜久春做了两年,最初还有一个师兄带了他几次,之后他就独自在京九线、邵武线等几条线上跑,20岁出头的姜久春到过的地方包括阜阳、邵武、武夷山、郑州、武汉等。这对实际上刚刚大学毕业的姜久春来说很新鲜,从小学到大学,学习的都是书本上的知识,研究生阶段第一次接触到实际的东西。“其实是把书本上理论与实际相结合。通过在现场的了解,才能对科研的对象有真正的理解。”姜久春说。
初识电动车
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。“我第一次接触电动车。那个车里面有很多东西,我们在那里学习,看了又看”。姜久春说。
1996年,姜久春读博士伊始,导师周希德承接了国家“九五”科技攻关项目“电动车应急多路充电站”。当时正是电动车、充电等日渐提到国家需求的层面上,该充电站项目是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,很多事都得自己动手。“那时,我在汕头基本每天晚上都做到凌晨两三点钟,连续两三个星期,直到把一个事做完,因为学校没有实验条件,只能去现场做,和现在完全不一样”。姜久春回忆那时的情形,很是感慨。
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,他们遇到的困难更为具体,他们设计出了系统方案,只能找到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试行,不合适再重来,反反复复来往于几个城市之间,其中辛苦不言而喻。
博士毕业后,姜久春留校任教,继续搞充电及电池管理研究,并在这个领域一直处于领先地位。2002年,29岁的姜久春被聘为副教授,两年后成为特聘教授,是北京交通大学最年轻的教授。
为北京奥运助力
2008年北京奥运会,新能源汽车成为亮点之一。世界规模最大的纯电动汽车充电站在奥运村建立。
无疑,任何一种新的交通工具的出现,都会带动基础设施的问题。燃油汽车的推广大概也花了几十年,加油站的建设使得汽车得以更快发展。新能源电动车技术成熟后,制约它的另外一个关键因素就是充电站的建设,这是一个大的基础设施建设的问题。不用说,能源供给模式的改变,不是一个很简单的事情。
而且,一辆车的充电与几十辆车的充电是不同的概念,一辆车充电涉及的问题很少,而几十辆车的充电站就需要把充电机及站内设备连接起来,并建立一个网络,监控充电站的所有信息,这才是真正意义上的充电站。
2004年,姜久春和他的合作伙伴张维戈在北京西黄庄设计完成了一个可容纳20辆公交车进行充电的充电站,这也是国内真正意义上的第一个充电站。奥运村的纯电动汽车充电站几乎将西黄庄的设计完全照搬过去并从系统上进行了全面的提升。2010年上海世博会的纯电动汽车充电站亦是用了姜久春他们提出的监控系统、充电站装置、通讯模式等。广州亚运会期间,姜久春成为充电站设计的技术顾问,每周飞往广州两次。
让电动车跑得更久
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。电池由最初的铅酸电池到镍氢电池,再到后来的锂电池。最初的试验中,姜久春他们发现,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,是姜久春他们研究方向之一。
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。
“电池管理研究最开始清华大学在做,现在国内还有很多高校和研究院所也在进行研究,但从产品应用来说,交大的技术占据了主导地位,国内去年8000多辆新能源汽车,大概有一半采用我们的电池管理技术。”姜久春说。另外,他们在电池管理研究中申请了二十几项专利。
目前交大的电池管理主要竞争对手是国外的一些公司。“就电池管理这块来看,和日本、韩国、美国及欧洲基本在同样的水平上。在很多车厂竞争中,我们并不比他们差。”姜久春信心满满。
对付困难的办法就是坚持
从1996年开始研究,到2008年北京奥运会充电站的正式实施,姜久春与电动车打了12年的交道。对于没有海外留学背景的姜久春来说,能走在国内电动车充电及电池管理研究的前列,凭的是坚持不懈、踏实努力。
去年,姜久春的一个学生把论文拿给他看,姜久春问学生,论文中的数据是怎么出来的,学生说前面的数据是做实验一点点得出的,后面数据是自己想出来的。姜久春让他接着往下做,看会出来什么情况。结果跟最初想的不一样。姜久春说,很多时候,从细节问题着眼,就能发现一些新东西,这种仔细认真探索的精神,是现在学生最缺乏的。
姜久春说自己能作出一些成果,与国家的政策支持分不开,比如读博士做的项目就来自国家的课题,否则他也不会走上这条路。事实上,1996年姜久春作充电站研究前后,正是国家开始新能源汽车发展之时。从中国国情来说,电动车能更大程度解决能源紧缺的问题。
虽然在“九五”到“十二五”期间国家投入了大量的科研经费,但发展电动车的战略也不是一蹴而就的,“九五”、“十五”确定了发展电动汽车,然后逐渐明朗。其间还经历了混合动力之争,即纯动力还是燃油电池;以及低速纯电动和高速纯电动之争等等。
2000年,姜久春所面临的一个很大困难是没有科验经费。“那个时候开始做电池管理了,我也没有什么名气,大家也不会来找我,所以科研项目也很少。”姜久春说。这种情况到2002年开始扭转。
“困难是很多,最大的问题是你自己有没有恒心坚持下去。选对一个方向,就坚持做下去。”姜久春告诉记者。怎么知道选没选对?姜久春有自己的想法:“像新能源汽车,不管国家怎么想,政府怎么想,毕竟代表了一种方向,这肯定是没有问题的,只不过是发展快慢的问题。另外一个问题就是你要坚持,不要遇到挫折就不干了。我不赞成有些研究人员的做法,找到一个项目就做一个项目,不管有无持续性。这些年,我只做电动车这一块,只跟电池、充电站相关。别的项目一概不做,找到我们也不做。”
考虑到中国配电网存在的问题,姜久春目前正在作的是充电站的微网研究和建设,前面提到的100辆轿车即用于这项研究。
尽管在电池管理方面能与国际同行比肩,但姜久春还是明白自己的劣势,采访中他两次说自己“是工程师,不是科学家”。姜久春说自己受专业所限,研究并解决的更多是“技术”问题,而对于像电池特质和特性这类的基础性问题就知之甚少。对此,姜久春希望能有更多学科的博士加入他的团队作研究。另外,“我现在也在弥补,买一些设备,聘请一些人来作这些测试”。姜久春说,“没办法,你必须做,不做就又会落后,所以我的博士都在作基础研究”。
学术名片:
姜久春,1999年北方交通大学博士毕业,2004年1月成为北京交通大学特聘教授,2011年5月任北京交通大学电气工程学院院长。
姜久春从事电动汽车电池管理及充放电基础设施方面研究工作。研制了电池管理系统,在动力电池成组应用方面作出了开创性的工作,2011年占国内市场50%以上;设计了北京奥运、上海世博以及广州亚运会充电站等国内的大型充电站以及基于多种电力来源(可再生能源、储能)的北京乘用车以及上海漕溪示范充电站。其创新成果为首都重大科研项目以及节能减排、低碳环保、建设资源节约型与环境友好型社会作出了卓越贡献。在国内外刊物以及学术会议上发表论文60余篇;获国家科技进步奖1项,省部级科技进步奖2项。
《中国科学报》 (2012-07-16 B2 人物)