本刊記者　劉 江

突破技術(shù)壟斷 占領(lǐng)能源新高地
——記上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院博士生導(dǎo)師張希

本刊記者劉 江

國產(chǎn)第一輛汽車誕生于1956年，比國外整整晚了71年，就算迎頭追趕了半個(gè)世紀(jì)，至今也沒有開發(fā)出一輛真正暢銷國際市場的汽車。打造具有國際競爭力的民族品牌，中國汽車發(fā)展任重道遠(yuǎn)。與傳統(tǒng)汽車工業(yè)發(fā)展不同的是，現(xiàn)階段全世界新能源汽車研究幾乎處于同一發(fā)展水平線上?！叭澜缯驹谕黄鹋芫€上，正是我國突破技術(shù)壟斷的絕佳時(shí)期。”上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院博士生導(dǎo)師張希說。

抓住新能源汽車的發(fā)展勢頭

2006年，上海交通大學(xué)博士畢業(yè)前夕，張希在一次國際性學(xué)術(shù)交流大會上與國際新能源汽車領(lǐng)域著名學(xué)者Chris Mi教授相遇。一番溝通交流后，Chris Mi邀請張希畢業(yè)之后到美國密歇根大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系繼續(xù)深造。張希對新能源汽車的研究之路也便從此展開，并將車輛能量管理、電驅(qū)動(dòng)以及電池相關(guān)技術(shù)劃定為其研究重點(diǎn)。

在張希看來，作為新能源汽車家族中的重要一員，電動(dòng)汽車是解決能源危機(jī)和環(huán)境問題的重要途徑，其現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值受到全世界的關(guān)注。然而，續(xù)駛里程不足以及電池老化問題始終制約著電動(dòng)汽車的發(fā)展。要提升電動(dòng)汽車的續(xù)航能力和電池使用壽命，主要依靠車載能量源相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。如此一來，如何高效地利用能量源系統(tǒng)中有限的能量和消除電池老化的潛在因素，即能量管理技術(shù)，就成為電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。

在美國密歇根大學(xué)從事博士后研究工作期間，張希被委任為“電動(dòng)汽車多能量源高效能量管理技術(shù)研究”項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人。他在國際上首次提出了基于小波變換的考慮發(fā)動(dòng)機(jī)、超級電容、鋰離子電池和燃料電池等多種能量源的高效能量管理新策略，并通過對多能量源各自特性的深入整合，最終產(chǎn)生最優(yōu)的燃油經(jīng)濟(jì)性和電池壽命預(yù)期。總結(jié)相關(guān)研究成果后，張希發(fā)表的一篇SCI論文至今已被他人引用超過70次，在車輛能量管理技術(shù)提升方面發(fā)揮了重要作用。更難能可貴的是，該項(xiàng)目研究成果受到國際最大的科技圖書出版商Springer-Verlag的青睞，于2011年出版成英文專著Vehicle Power Management: Modeling, Control and Optimization。2012年，該書擠進(jìn)Springer電子版書籍最暢銷的前25%，其第一作者就是張希。

美國數(shù)年，張希從未忘記過關(guān)注國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著國內(nèi)對該行業(yè)的愈發(fā)重視，張希對于國內(nèi)的發(fā)展環(huán)境充滿期待，更希望將自己這些年的研究經(jīng)驗(yàn)帶回國內(nèi)。2009年，他回來了。

回國以來，通過對電動(dòng)汽車電池各項(xiàng)性能展開研究，張希在推動(dòng)電池建模與管理技術(shù)上，包括電池電化學(xué)性能、電池老化機(jī)理、動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)等方面，努力探索著?；趧?dòng)力電池電化學(xué)性能的等效電路參數(shù)實(shí)時(shí)辨識，他對電池電化學(xué)性能做了深入研究，其成果可有效提高參數(shù)辨識的精確性與實(shí)時(shí)性。與此同時(shí)，為了更好地歸結(jié)電動(dòng)汽車電池老化機(jī)理，他將其與行駛工況結(jié)合，很好地揭示了電動(dòng)汽車行駛工況對電池老化產(chǎn)生的影響。

當(dāng)被問到研究的出發(fā)點(diǎn)時(shí)，張希認(rèn)為，最重要的就是要緊密結(jié)合國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。比如，新型車輛的開發(fā)和利用受到各國政府和工業(yè)界的重視，起因就是能源短缺與環(huán)境問題的日趨嚴(yán)重。張希關(guān)于電動(dòng)汽車能量管理方面所攻克的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，也是源于此。這些研究成果不僅可充分挖掘車輛的能量利用率，在汽車能量管理系統(tǒng)的完善方面也頗富經(jīng)濟(jì)價(jià)值。2015年，張希作為多能源控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)方面研究成果的主要完成人之一榮獲上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。據(jù)了解，該系列成果已獲得數(shù)億元人民幣的直接經(jīng)濟(jì)效益。

同樣是2015年，國務(wù)院總理李克強(qiáng)在全國節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)工作座談會中作出重要批示，明確指出要“突出重點(diǎn)、合理布局”。所謂“突出重點(diǎn)”即針對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“瓶頸”和“短板”，著力突破核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件的制約，提升自主創(chuàng)新能力和技術(shù)水平。我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展“瓶頸”與“短板”無疑就是電動(dòng)汽車電池的開發(fā)和利用。于張希而言，這種重視，既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，他會把握住新能源汽車在我國的良好發(fā)展勢頭，從研究層面做出更多的貢獻(xiàn)。

在“積累”和“保鮮”中攻關(guān)

2009年，張希接受中國船舶重工集團(tuán)公司第七0四研究所邀請，決定回國繼續(xù)從事新能源研究開發(fā)工作，被委任為高級工程師和項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人。其后的兩年，他積累了關(guān)于生產(chǎn)一線的寶貴經(jīng)驗(yàn)，而一線需求與研究層面上的一些不匹配，以及對于電動(dòng)汽車研究的追求，都令他更加渴望開展升華性的研究。進(jìn)入上海交通大學(xué)后，張希成功申請國家科學(xué)基金面上項(xiàng)目的支持，啟動(dòng)了“電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)暫態(tài)多域耦合機(jī)理與控制研究”。該項(xiàng)目主要基于混合儲能系統(tǒng)展開，在電動(dòng)汽車使用壽命延長方面有極強(qiáng)的理論及現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義。

“科研道路是一個(gè)從量變到質(zhì)變的發(fā)展?！睆埾ｉL期與鋰離子電池以及超級電容組成的混合儲能系統(tǒng)打交道，他發(fā)現(xiàn)在電動(dòng)汽車行駛過程中，鋰離子電池端會出現(xiàn)大擾動(dòng)非線性的瞬態(tài)電流?！斑@種非線性的瞬態(tài)電流的存在，很有可能造成鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)塌陷式傷害，嚴(yán)重影響使用電池壽命。”張希表示。

到底如何解決這個(gè)問題？假如原有的道路行不通，是不是可以換條路呢？他在心里劃下了一個(gè)個(gè)問號。此時(shí)的張希，已經(jīng)學(xué)會跳出既有問題存在的維度，轉(zhuǎn)換一個(gè)角度重新尋找突解決問題的方法。他嘗試將電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)看成一個(gè)整體，對汽車行駛在電池端電流的量化影響機(jī)理做研究，創(chuàng)造性地提出直流有源濾波方法，將電動(dòng)汽車牽引電機(jī)與混合儲能直流—直流變換器控制相結(jié)合?！斑@種方法可以降低動(dòng)力電池的大擾動(dòng)瞬態(tài)電流紋波，延長動(dòng)力電池的使用壽命?！彼孕诺卣f。作為國際上首位提出電動(dòng)汽車直流有源濾波方法的研究者，張希此項(xiàng)目自申請之初就得到了組委會評審專家的一致好評，研究成果更是得到了美國俄亥俄州立大學(xué)Giorgio Rizzoni教授，密歇根大學(xué)Chris Mi教授、Jing Sun教授，德國斯圖加特大學(xué)Jochen Wiedemann教授等國際知名學(xué)者的一致認(rèn)可。

“在研究過程中，我們要不斷接觸新事物，提高對新技術(shù)、新思路的敏感性。”談到數(shù)年來大膽創(chuàng)新的行為，張希認(rèn)真地表示，這是科研工作者必備素質(zhì)之一，他會一直保持對科研的新鮮感。而要“保鮮”，顯然不是閉門造車能實(shí)現(xiàn)的。

以無線充電技術(shù)也研究為例，張希對此領(lǐng)域頗為著迷，從新型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、高效耦合線圈設(shè)計(jì)、閉環(huán)控制策略等角度展開研究，在降低損耗、提高能量傳輸效率、實(shí)現(xiàn)無線充電功率輸出精確性與實(shí)用性方面做出了有效探索。研究成果促進(jìn)了我國新能源汽車高效大功率無線充電技術(shù)的發(fā)展。

即使如此，過去幾年，張希也沒有放棄放眼看世界，他每年都會作為上海交通大學(xué)代表之一，與國外相關(guān)合作單位保持密切學(xué)術(shù)交流互訪。在國際學(xué)術(shù)界的認(rèn)可中，張希獲選為美國電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE) 高級會員、國際電力與能源工程雜志(IJPE)編委、中國電源學(xué)會新能源電能變換技術(shù)專委會委員等。在他看來，這些學(xué)術(shù)兼職經(jīng)歷并非負(fù)擔(dān)，而是為他打開了另外一條研究新能源汽車的道路。通過與業(yè)界國內(nèi)外專家經(jīng)常交流此行業(yè)學(xué)術(shù)課題，不僅可以了解到一線行業(yè)相關(guān)資訊知識，還可以接觸到優(yōu)秀科研工作者最新研究方向及課題課題，是非常寶貴的交流學(xué)習(xí)經(jīng)歷。

此外，張希還在2015年3月舉行的中德電動(dòng)汽車能量效率與行駛安全協(xié)調(diào)技術(shù)大會中擔(dān)任主席。此次大會邀請到了來自德國斯圖加特大學(xué)（University of Stuttgart）、卡爾斯魯厄理工大學(xué)（Karlsruhe Institute of Technologie）、蘭茨胡特應(yīng)用技術(shù)大學(xué)（Landshut University of Applied Sciences）、德國航空航天研究中心汽車概念研究所（DLR-Institute of Vehicle Concepts）、斯圖加特汽車工程與發(fā)動(dòng)機(jī)研究所（FKFS）、上海交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、吉林大學(xué)、重慶大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)的30余位中德學(xué)者參會。大會通過了關(guān)于“中德電動(dòng)汽車學(xué)術(shù)專家 (SGAEE)”聯(lián)盟的提議，并初步制定該聯(lián)盟在日后發(fā)展中將按照統(tǒng)一框架開展合作項(xiàng)目的發(fā)展計(jì)劃。

作為該大會主席，張希很看重此次研討會成功召開對中德與會單位在相關(guān)領(lǐng)域開展實(shí)質(zhì)性聯(lián)合研究所產(chǎn)生的影響?！拔磥?，我們將進(jìn)一步促進(jìn)中德與會單位在電動(dòng)汽車能量與效率協(xié)調(diào)技術(shù)聯(lián)合項(xiàng)目、人才培養(yǎng)、交流互訪、科研基地共建等方面的深化合作?！?/p>

勤奮耕耘，為了更好的未來

在2016中國汽車論壇上，一汽集團(tuán)、東風(fēng)集團(tuán)、上汽集團(tuán)、長安集團(tuán)、北汽集團(tuán)等汽車行業(yè)大牛，在汽車“十三五”戰(zhàn)略規(guī)劃中都提到了戰(zhàn)略定位和戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，即構(gòu)建創(chuàng)新型、服務(wù)型、國際化企業(yè)，并在新能源汽車、智能網(wǎng)聯(lián)汽車等方面做了妥善安排。

“新能源汽車極有可能成為未來我國國民經(jīng)濟(jì)的重要增長點(diǎn)之一?！睆埾Ｕf。他認(rèn)為，科研能否最終應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)量化生產(chǎn)中，并解決此行業(yè)發(fā)展所出現(xiàn)的實(shí)實(shí)在在的問題是衡量其科研價(jià)值的重要指標(biāo)之一。“十三五”明確對我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型與生態(tài)發(fā)展做出了發(fā)展規(guī)劃，汽車行業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要支撐自然也無法置身事外。而汽車企業(yè)轉(zhuǎn)型離不開技術(shù)支持，在江蘇省科技廳“紫金呼叫”科技服務(wù)平臺擔(dān)任特聘專家的他對此深有感悟，“加強(qiáng)與企業(yè)交流對科研很重要。電氣工程研究注重實(shí)踐對課題方向的引導(dǎo)，更注重科研學(xué)術(shù)交流合作的轉(zhuǎn)化。”

不過，張希也不是時(shí)時(shí)刻刻都這么“宏觀”的。與科研上的大氣相比，他也是個(gè)注重細(xì)節(jié)的人。和很多學(xué)術(shù)工作者一樣，張希的日常工作也是非常繁重和瑣碎的。他每天到辦公室的第一件事就是將一天要做的事情列成一個(gè)詳細(xì)清單，并將每件待辦事項(xiàng)按照緊要程度做分門別類處理?！巴ㄟ^一天內(nèi)每件事情完成度，可以有效對自己進(jìn)行監(jiān)督?！?/p>

這種嚴(yán)格也被張希帶到了學(xué)生管理上?！翱蒲斜仨毺ぬ?shí)實(shí)去做，不能有半點(diǎn)虛假”，這一原則落實(shí)到他帶的3名博士生和8名碩士生上是這樣的——張希要求他們采用全英文工作交流模式，“注重對國際最新成果的借鑒和吸收，最大程度與國際前沿技術(shù)實(shí)現(xiàn)無縫接軌”；科研項(xiàng)目攻關(guān)是團(tuán)隊(duì)工作，成員前進(jìn)步調(diào)是否一致關(guān)系整個(gè)團(tuán)隊(duì)科研進(jìn)程開展，如果因?yàn)槌蓡T個(gè)人原因而導(dǎo)致團(tuán)隊(duì)進(jìn)度滯后，張希會對其做嚴(yán)格批評。但“嚴(yán)師范兒”十足的他，在生活上崇尚的則是師生關(guān)系輕松和諧。他會密切關(guān)心學(xué)生成長的一言一行，必要時(shí)候能給他們以生活上的輔導(dǎo)。去年，團(tuán)隊(duì)里有一位學(xué)生，在母親過世后情緒一直非常低落，張?？丛谘劾锛痹谛睦铮瑸樽寣W(xué)生盡快走出來，他多次組織團(tuán)隊(duì)內(nèi)成員鼓勵(lì)該同學(xué)勇敢堅(jiān)強(qiáng)地面對生活上的挫折?！皥F(tuán)隊(duì)合作的魅力在于互補(bǔ)后的力量最大化集合”，張希很看重年輕學(xué)生頭腦靈活、思維敏捷等優(yōu)點(diǎn)，但也不可避免存在缺乏經(jīng)驗(yàn)、定力差等不足，“教師是經(jīng)驗(yàn)提供者，讓學(xué)生少走彎路”。

“事在人為，勤奮一點(diǎn)還是可以兼顧的?！泵鎸ぷ魃隙嘀亟巧拿β担瑥埾Ｐχf?！叭ツ晖瓿闪擞⑽膶W(xué)術(shù)專著中的一章和一篇IEEE電力電子學(xué)會會刊論文，發(fā)明專利申請也正緊鑼密鼓籌備中”，他給記者盤算目前的打算，即使“每天恨不得一個(gè)人能分成兩個(gè)人用”，也依然享受科研帶給他的快樂?！敖酉聛?，我們會與國家‘十三五’發(fā)展規(guī)劃相結(jié)合，在電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)、電動(dòng)汽車智能化技術(shù)發(fā)展方面做深化研究”，張希下一階段的科研發(fā)展規(guī)劃很明晰。