为北京冬奥打造“扛冻”的电动车 能像燃油大巴那样满载乘客上山爬坡

冬奥会已经进入了北京时间，各项准备工作正紧锣密鼓地展开，力求4年后向全世界展示中国风采、北京魅力。北京冬奥会的一大亮点是“绿色奥运”，届时一大批零排放的电动新能源客车，将运载参赛者和观众奔跑在各场馆间。为了能让这些电动客车充分适应冬奥会期间的严寒气候和山区道路环境，林程和同事们一直在进行技术攻坚，并取得了突破性进展。
 

 

林程和孙逢春院士（左）在测试现场。

作为北京理工大学电动车辆国家工程实验室副主任，林程与汽车打交道已经有30多年。他大学读的是汽车专业，毕业后参与研制了我国首台伞兵突击车。2008年北京奥运会期间，他和同事研发的50台纯电动客车穿梭在奥运场馆核心区，实现了零故障运行。如今，林程再次瞄准北京冬奥会，力争让电动客车既可以在零下30度的严寒中“瞬时”启动，又能像燃油大巴那样满载乘客上山爬坡，往返于北京和张家口的赛场之间。
参研过《垂直打击》里的伞兵车
林程大学就读于当时的武汉工学院汽车系。1995年，研究生毕业的他没有像其他许多同学那样“下海”去私企，而是选择北上来到北京理工大学机械与车辆学院，成为一名老师。入职后他接手的第一份工作便是研制我国首台伞兵突击车。
上世纪90年代初的海湾战争中，美军亮相的一批先进武器装备震动国内外，其中就包括可以用降落伞投放的轻型突击车。而当时我国的空降兵装备还较为薄弱，伞兵跳伞落地以后，往往没有重型装备可携带，只能扛着枪抡开腿上战场。于是空军方面找到北理工，希望能研制出一款伞兵突击车，为空降兵提供机动装备，林程和同伴接受了这一任务。
轻型、高机动性，可以承受空投冲击力，可以快速脱离降落伞，这是军方对伞兵突击车的要求。林程介绍，他们最初找了一辆国产民用越野车进行测试，模拟空投的冲击力让车辆从2.5米高处自由落地，结果车底盘和悬挂系统直接变形报废。“这个结构强度肯定不行，得重新设计。”为此，林程和同事一干就是7年，最终获得了成功。
他们设计的这款伞兵突击车，重量远轻于民用越野车，能经受6次空投不影响使用，车辆后置安装了大马力发动机，即使被空投到了泥泞的稻田里，也能“爬”出来，涉水深度可达0.8米，能爬100%的陡坡。车辆几乎全部采用国产零配件，维修、改装非常方便。
这款伞兵突击车获得了军方的认可，被列入部队装备序列，该项目还获得了国防科技进步奖。“电视剧《垂直打击》里，就多次出现了我们研制的这款伞兵突击车。”林程自豪地说。
为北京奥运会研发锂电池公交车
2001年7月，北京成功获得2008年奥运会的主办权。第二年，由科技部等单位牵头的新能源汽车“国家队”组建，北京理工大学孙逢春院士领衔的团队承担了其中电动客车的专项。林程也加入了这个团队，研究方向从传统汽车转向新能源汽车。到电动车实验室后，林程带领团队的主要任务是做整车集成和控制技术研发，他们连续研发了低地板电动公交车、准低地板电动公交车、电动豪华旅游大巴等三款电动客车，其中低地板电动公交车被北京奥组委相中。
电动公交车应用在奥运场馆区，并且要求是24小时运营，这对车辆的续航里程、可靠性、安全性都提出了极高的要求。“我们果断放弃当时传统的铅酸电池，改用锂电池。”林程说，对此一些专家有顾虑，担心夏季赛期大量锂电池集中在公交车体里容易起火，对此团队经过反复测试，确保了电池的安全可靠。“将锂电池安装在公交车上，北理工是第一个吃螃蟹的人。”林程介绍。
锂电池的续航里程更大，但依然无法满足公交车24小时运营。充电耗时太长，肯定也行不通。于是他们创新地研发了可自动更换的电池，在熊猫环岛附近建设了世界上第一个客车换电站。一辆电动公交车的锂电池重两吨，换电站的自动设备8分钟就能更换一套。整个研发期间，林程和同事吃住在车厂，夜以继日地论证、调试，力争把一切问题解决在“奥运实战”之前。
2008年北京夏季奥运会上，北理工研发的50台纯电动客车穿梭在奥运场馆核心区，全奥运周期运行实现零故障。“这在当时是世界上最大批量的电动客车应用项目。”林程说。
让国产电动车成为北京冬奥一景
“绿色奥运”是2022年北京冬奥会的总体目标，大批新能源电动车将奔驰于各赛区。确保赛期冬季低温环境下电动车能环保、高效运行至关重要。林程和伙伴们已经在努力。就在上个月，他们带着应用了最新技术的电动客车完成了在内蒙古海拉尔严冬环境下的测试，电动客车的表现令人满意。
林程告诉记者，冬奥会期间张家口地区平均温度处于零下10度左右，而崇礼室外赛区在极寒时温度将降至零下23度，如此寒冷条件下，普通电动车辆动力电池的充、放电特性将变差，容量和寿命也会衰减，进而导致车辆续驶里程及整车动力性能显著下降。目前解决上述问题主要采用外部加热方式，但这种方式能耗高、时间长、效率低、效果差。
此外，北京和崇礼赛区相距200多公里，海拔相差千米，对冬季环境下电动车辆的爬坡性能也提出了很高要求。现有的电动车辆智能化程度普遍较低，尚无法满足冬奥赛区冰雪覆盖下的复杂路况。
北京理工大学牵头北京的电池企业一起开始科研攻关，经过无数次努力尝试，终于开发出了超低温区域带自加热技术的锂离子动力电池系统，该电池系统可在零下30度时基于自加热的方式，只用短短一分钟左右就可使电池温度上升到0℃以上，从而激活动力电池的正常应用，彻底解决了电动汽车在冬季续驶里程急剧下降、无法启动、安全隐患等诸多难题，实现了“全气候工作”。
此外，他们还在冷暖空调、网联整车控制、自动变速系统等方面取得一系列突破，全面提升了电动汽车的技术性能。让电动车厢在寒冷的冬季依旧可以温暖如春。“我们还在进一步完善整套电动车辆系统，到2022年，我们中国人研发的电动客车将成为北京—张家口冬奥会上的一道靓丽风景。”林程自信地说。
攻关充电技术推动电动汽车普及
近年来，在国家和地方产业政策的支持引导下，电动小汽车正以前所未有的速度进入百姓家庭。提速快、使用成本相对较低是大家普遍认可的优点，但缺点也显而易见：充电时间长，续航里程低。这已经影响到了电动小汽车的进一步推广应用。
对此林程告诉记者，其实近几年来车辆电池的能量密度一直是重要的科研攻关方向，因为不单单是满足冬奥需要，要想让电动汽车走进千家万户，就必须要使电动汽车达到与燃油汽车相当的动力性和环境适应性，研发高性能全气候纯电动汽车。经过努力，他们和多家公司合作开发的锂离子动力电池系统产品，能量突破了175瓦时/千克，几乎是2008年时所用电池的两倍，“按照科技部的规划，未来几年电池的能量密度将达到250瓦时/千克以上，这意味着续航里程还将有明显提升。”
在林程看来，让电动汽车走入更多家庭更需要快速充电的技术，事实上很少有家用电动车一天行驶里程超过200公里，在家或者单位，慢充电足以满足一般需求。最着急的恰恰是临时长距离出行，遇到电量不足，电动车充电时间和最多几分钟加满油的燃油车差距太大，“如果电动车也能在几分钟时间充上哪怕一半的电，让车足以回家，不至于半路抛锚，就能大大减轻车主的焦虑和烦恼。”林程说。