突破技術壟斷 占領能源新高地
——記上海交通大學機械與動力工程學院博士生導師張希

本刊記者　劉 江

突破技術壟斷 占領能源新高地
——記上海交通大學機械與動力工程學院博士生導師張希

本刊記者劉 江

國產第一輛汽車誕生于1956年，比國外整整晚了71年，就算迎頭追趕了半個世紀，至今也沒有開發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，中國汽車發展任重道遠。與傳統汽車工業發展不同的是，現階段全世界新能源汽車研究幾乎處于同一發展水平線上。“全世界站在同一起跑線上，正是我國突破技術壟斷的絕佳時期。”上海交通大學機械與動力工程學院博士生導師張希說。

抓住新能源汽車的發展勢頭

2006年，上海交通大學博士畢業前夕，張希在一次國際性學術交流大會上與國際新能源汽車領域著名學者Chris Mi教授相遇。一番溝通交流后，Chris Mi邀請張希畢業之后到美國密歇根大學電氣與計算機工程系繼續深造。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、電驅動以及電池相關技術劃定為其研究重點。

在張希看來，作為新能源汽車家族中的重要一員，電動汽車是解決能源危機和環境問題的重要途徑，其現實應用價值受到全世界的關注。然而，續駛里程不足以及電池老化問題始終制約著電動汽車的發展。要提升電動汽車的續航能力和電池使用壽命，主要依靠車載能量源相關技術的發展。如此一來，如何高效地利用能量源系統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，就成為電動汽車的關鍵技術之一。

在美國密歇根大學從事博士后研究工作期間，張希被委任為“電動汽車多能量源高效能量管理技術研究”項目技術負責人。他在國際上首次提出了基于小波變換的考慮發動機、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，最終產生最優的燃油經濟性和電池壽命預期。總結相關研究成果后，張希發表的一篇SCI論文至今已被他人引用超過70次，在車輛能量管理技術提升方面發揮了重要作用。更難能可貴的是，該項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Springer電子版書籍最暢銷的前25%，其第一作者就是張希。

美國數年，張希從未忘記過關注國內新能源汽車產業的發展。隨著國內對該行業的愈發重視，張希對于國內的發展環境充滿期待，更希望將自己這些年的研究經驗帶回國內。2009年，他回來了。

回國以來，通過對電動汽車電池各項性能展開研究，張希在推動電池建模與管理技術上，包括電池電化學性能、電池老化機理、動力電池梯次利用技術等方面，努力探索著。基于動力電池電化學性能的等效電路參數實時辨識，他對電池電化學性能做了深入研究，其成果可有效提高參數辨識的精確性與實時性。與此同時，為了更好地歸結電動汽車電池老化機理，他將其與行駛工況結合，很好地揭示了電動汽車行駛工況對電池老化產生的影響。

當被問到研究的出發點時，張希認為，最重要的就是要緊密結合國家產業發展的需要。比如，新型車輛的開發和利用受到各國政府和工業界的重視，起因就是能源短缺與環境問題的日趨嚴重。張希關于電動汽車能量管理方面所攻克的多項關鍵技術，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的完善方面也頗富經濟價值。2015年，張希作為多能源控制系統關鍵技術方面研究成果的主要完成人之一榮獲上海市科技進步獎二等獎。據了解，該系列成果已獲得數億元人民幣的直接經濟效益。

同樣是2015年，國務院總理李克強在全國節能與新能源汽車產業發展推進工作座談會中作出重要批示，明確指出要“突出重點、合理布局”。所謂“突出重點”即針對產業發展的“瓶頸”和“短板”，著力突破核心技術和關鍵零部件的制約，提升自主創新能力和技術水平。我國新能源汽車產業發展“瓶頸”與“短板”無疑就是電動汽車電池的開發和利用。于張希而言，這種重視，既是機遇也是挑戰，他會把握住新能源汽車在我國的良好發展勢頭，從研究層面做出更多的貢獻。

在“積累”和“保鮮”中攻關

2009年，張希接受中國船舶重工集團公司第七0四研究所邀請，決定回國繼續從事新能源研究開發工作，被委任為高級工程師和項目組負責人。其后的兩年，他積累了關于生產一線的寶貴經驗，而一線需求與研究層面上的一些不匹配，以及對于電動汽車研究的追求，都令他更加渴望開展升華性的研究。進入上海交通大學后，張希成功申請國家科學基金面上項目的支持，啟動了“電動汽車電驅動暫態多域耦合機理與控制研究”。該項目主要基于混合儲能系統展開，在電動汽車使用壽命延長方面有極強的理論及現實應用意義。

“科研道路是一個從量變到質變的發展。”張希長期與鋰離子電池以及超級電容組成的混合儲能系統打交道，他發現在電動汽車行駛過程中，鋰離子電池端會出現大擾動非線性的瞬態電流。“這種非線性的瞬態電流的存在，很有可能造成鋰離子電池內部結構塌陷式傷害，嚴重影響使用電池壽命。”張希表示。

到底如何解決這個問題？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個問號。此時的張希，已經學會跳出既有問題存在的維度，轉換一個角度重新尋找突解決問題的方法。他嘗試將電動汽車電驅動系統看成一個整體，對汽車行駛在電池端電流的量化影響機理做研究，創造性地提出直流有源濾波方法，將電動汽車牽引電機與混合儲能直流—直流變換器控制相結合。“這種方法可以降低動力電池的大擾動瞬態電流紋波，延長動力電池的使用壽命。”他自信地說。作為國際上首位提出電動汽車直流有源濾波方法的研究者，張希此項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Giorgio Rizzoni教授，密歇根大學Chris Mi教授、Jing Sun教授，德國斯圖加特大學Jochen Wiedemann教授等國際知名學者的一致認可。

“在研究過程中，我們要不斷接觸新事物，提高對新技術、新思路的敏感性。”談到數年來大膽創新的行為，張希認真地表示，這是科研工作者必備素質之一，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現的。

以無線充電技術也研究為例，張希對此領域頗為著迷，從新型補償網絡結構、高效耦合線圈設計、閉環控制策略等角度展開研究，在降低損耗、提高能量傳輸效率、實現無線充電功率輸出精確性與實用性方面做出了有效探索。研究成果促進了我國新能源汽車高效大功率無線充電技術的發展。

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代表之一，與國外相關合作單位保持密切學術交流互訪。在國際學術界的認可中，張希獲選為美國電氣與電子工程師協會(IEEE) 高級會員、國際電力與能源工程雜志(IJPE)編委、中國電源學會新能源電能變換技術專委會委員等。在他看來，這些學術兼職經歷并非負擔，而是為他打開了另外一條研究新能源汽車的道路。通過與業界國內外專家經常交流此行業學術課題，不僅可以了解到一線行業相關資訊知識，還可以接觸到優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習經歷。

此外，張希還在2015年3月舉行的中德電動汽車能量效率與行駛安全協調技術大會中擔任主席。此次大會邀請到了來自德國斯圖加特大學（University of Stuttgart）、卡爾斯魯厄理工大學（Karlsruhe Institute of Technologie）、蘭茨胡特應用技術大學（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動機研究所（FKFS）、上海交通大學、同濟大學、清華大學、北京理工大學、吉林大學、重慶大學、合肥工業大學等研究機構的30余位中德學者參會。大會通過了關于“中德電動汽車學術專家 (SGAEE)”聯盟的提議，并初步制定該聯盟在日后發展中將按照統一框架開展合作項目的發展計劃。

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領域開展實質性聯合研究所產生的影響。“未來，我們將進一步促進中德與會單位在電動汽車能量與效率協調技術聯合項目、人才培養、交流互訪、科研基地共建等方面的深化合作。”

勤奮耕耘，為了更好的未來

在2016中國汽車論壇上，一汽集團、東風集團、上汽集團、長安集團、北汽集團等汽車行業大牛，在汽車“十三五”戰略規劃中都提到了戰略定位和戰略轉型，即構建創新型、服務型、國際化企業，并在新能源汽車、智能網聯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濟的重要增長點之一。”張希說。他認為，科研能否最終應用到產業量化生產中，并解決此行業發展所出現的實實在在的問題是衡量其科研價值的重要指標之一。“十三五”明確對我國經濟轉型與生態發展做出了發展規劃，汽車行業作為國民經濟發展重要支撐自然也無法置身事外。而汽車企業轉型離不開技術支持，在江蘇省科技廳“紫金呼叫”科技服務平臺擔任特聘專家的他對此深有感悟，“加強與企業交流對科研很重要。電氣工程研究注重實踐對課題方向的引導，更注重科研學術交流合作的轉化。”

不過，張希也不是時時刻刻都這么“宏觀”的。與科研上的大氣相比，他也是個注重細節的人。和很多學術工作者一樣，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詳細清單，并將每件待辦事項按照緊要程度做分門別類處理。“通過一天內每件事情完成度，可以有效對自己進行監督。”

這種嚴格也被張希帶到了學生管理上。“科研必須踏踏實實去做，不能有半點虛假”，這一原則落實到他帶的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實現無縫接軌”；科研項目攻關是團隊工作，成員前進步調是否一致關系整個團隊科研進程開展，如果因為成員個人原因而導致團隊進度滯后，張希會對其做嚴格批評。但“嚴師范兒”十足的他，在生活上崇尚的則是師生關系輕松和諧。他會密切關心學生成長的一言一行，必要時候能給他們以生活上的輔導。去年，團隊里有一位學生，在母親過世后情緒一直非常低落，張希看在眼里急在心里，為讓學生盡快走出來，他多次組織團隊內成員鼓勵該同學勇敢堅強地面對生活上的挫折。“團隊合作的魅力在于互補后的力量最大化集合”，張希很看重年輕學生頭腦靈活、思維敏捷等優點，但也不可避免存在缺乏經驗、定力差等不足，“教師是經驗提供者，讓學生少走彎路”。

“事在人為，勤奮一點還是可以兼顧的。”面對工作上多重角色的忙碌，張希笑著說。“去年完成了英文學術專著中的一章和一篇IEEE電力電子學會會刊論文，發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“每天恨不得一個人能分成兩個人用”，也依然享受科研帶給他的快樂。“接下來，我們會與國家‘十三五’發展規劃相結合，在電動汽車無線充電技術、電動汽車智能化技術發展方面做深化研究”，張希下一階段的科研發展規劃很明晰。