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創(chuàng)新驅(qū)動(dòng) 加快邁向汽車強(qiáng)國(guó)(講述·弘揚(yáng)科學(xué)家精神(特別策劃))
圖①:周華民(左一)和團(tuán)隊(duì)成員在做實(shí)驗(yàn)。 |
習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào),科技興則民族興,科技強(qiáng)則國(guó)家強(qiáng)。近年來(lái),我國(guó)深入推動(dòng)實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略,加快建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家,科技體制改革不斷深化,科技自立自強(qiáng)持續(xù)提升。
近日,新能源汽車領(lǐng)域的多個(gè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目榮獲2023年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng),這些項(xiàng)目聚焦關(guān)鍵技術(shù),服務(wù)發(fā)展需求,發(fā)揮了創(chuàng)新引領(lǐng)作用,為我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展作出了科技貢獻(xiàn)。本報(bào)記者走近4個(gè)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目科研團(tuán)隊(duì),了解他們挺立科技前沿、服務(wù)實(shí)體經(jīng)濟(jì)的故事。
——編 者
2023年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)——
大容量鋰離子電池精準(zhǔn)制造核心技術(shù)與裝備項(xiàng)目
華中科技大學(xué)周華民教授團(tuán)隊(duì)——
助力我國(guó)鋰電裝備和科技保持優(yōu)勢(shì)
本報(bào)記者 范昊天
啟動(dòng)控制器,漿料泵把鋰離子負(fù)極材料源源不斷注入模具,并從模具內(nèi)部的流道擠出,均勻地涂布在銅箔上……走進(jìn)位于湖北武漢的華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室,教授周華民和張?jiān)茙е鴰酌麑W(xué)生正在操作涂布機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
涂布是制造大容量鋰離子電池電芯的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?!熬褪菍㈩A(yù)先制備好的電極漿料涂敷在銅箔或鋁箔等基材上,獲得電池正極、負(fù)極的極片。”周華民介紹,為了讓漿料形成穩(wěn)定均勻的涂層,要求模具不同寬度方向上的漿料擠出速度保持一致,這就對(duì)模具的設(shè)計(jì)制造技術(shù)提出了很高的要求。
此前,我國(guó)的鋰電裝備主要依賴進(jìn)口,特別是關(guān)鍵核心裝備?!皟r(jià)格昂貴不說(shuō),定制周期也很長(zhǎng)?!敝苋A民說(shuō),2012年前后,他到深圳走訪了幾家研發(fā)生產(chǎn)鋰電裝備的企業(yè),了解到市場(chǎng)對(duì)于國(guó)產(chǎn)裝備和技術(shù)的迫切需求,決心投身這方面的研究。
當(dāng)時(shí),鋰電裝備在國(guó)內(nèi)還屬于新興事物,有團(tuán)隊(duì)成員提出了疑慮:“我們主要是研究高分子材料加工的,不懂電池呀?!钡苋A民很有信心:“高分子材料加工與鋰電池涂布具有流變成形的共性,這是我們的技術(shù)優(yōu)勢(shì)?!?/p>
就這樣,周華民帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì),從最基本的鋰電材料、制造工藝、裝備特性等方面開始學(xué)起,在大量文獻(xiàn)研究和行業(yè)調(diào)研的基礎(chǔ)上,確立大尺寸電池寬幅制造的主攻方向,用了三四年的時(shí)間,自主搭建了原型裝備和研發(fā)平臺(tái)。此外,他還帶著團(tuán)隊(duì)成員深入企業(yè)生產(chǎn)一線,和技術(shù)人員一道,發(fā)現(xiàn)實(shí)際工程問(wèn)題背后的科學(xué)和技術(shù)難題。
“團(tuán)隊(duì)成員派駐企業(yè),雙方協(xié)同攻關(guān),是我們實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破的關(guān)鍵?!睆?jiān)普f(shuō),比如針對(duì)超薄銅箔基材在運(yùn)行中容易發(fā)生抖動(dòng)剮蹭,導(dǎo)致漿料涂布不均勻甚至刮花的問(wèn)題,博士生黃天侖等3名團(tuán)隊(duì)成員被派到生產(chǎn)一線,3年間每年2/3的時(shí)間待在深圳,通過(guò)干燥箱體、風(fēng)孔的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,成功解決了這一技術(shù)難題。
經(jīng)過(guò)10余年聯(lián)合攻關(guān),團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立了大容量電池的異構(gòu)電芯設(shè)計(jì)方法,突破了涂布—輥壓—卷疊的寬幅高速制造工藝,攻克了液—固長(zhǎng)程制造的智能聯(lián)動(dòng)精確調(diào)控技術(shù),研發(fā)出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的涂布模具,漿料擠出寬度可以做到1.6米以上,速度、精度均達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
“10多年來(lái),我國(guó)的鋰電裝備從受制于人到引領(lǐng)世界,已成為世界上鋰電裝備及電池的主要生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)。”周華民自豪地說(shuō),近3年,他們團(tuán)隊(duì)聯(lián)合多家企業(yè)定制化開發(fā)鋰電裝備幾千臺(tái)(套),不僅用于新能源汽車和船舶的動(dòng)力電池制造,還在空間站、月球探測(cè)器等國(guó)家重大裝備電源系統(tǒng)自主研制中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
目前,周華民團(tuán)隊(duì)已經(jīng)聚集教師和碩博研究生60余名,分別聚焦在電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝仿真、裝備控制等不同領(lǐng)域,分工協(xié)作開展研究。周華民說(shuō),團(tuán)隊(duì)將持續(xù)開展產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新,在固態(tài)電池、干法制造等前沿技術(shù)方面不斷發(fā)力,助力我國(guó)鋰電裝備和科技保持優(yōu)勢(shì)。
2023年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)——
智能網(wǎng)聯(lián)車路系統(tǒng)與可信測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用項(xiàng)目
長(zhǎng)安大學(xué)趙祥模教授團(tuán)隊(duì)——
讓自動(dòng)駕駛技術(shù)得到更好更快發(fā)展
本報(bào)記者 張丹華
一輛白色小轎車被固定在測(cè)試平臺(tái)上,車身的傳感器和4個(gè)車輪正常運(yùn)行,每個(gè)車輪下的滾動(dòng)裝置與車輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí),車旁的顯示屏上,模擬路況隨時(shí)變化,車輛根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)信息,加速或減速,實(shí)時(shí)分析、調(diào)整。
在位于陜西西安的長(zhǎng)安大學(xué)渭水校區(qū)車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi),科研人員正在進(jìn)行自動(dòng)駕駛汽車的道路動(dòng)態(tài)模擬測(cè)試。
“就像人在跑步機(jī)上跑步,沒有絕對(duì)位移?!蔽靼步ㄖ萍即髮W(xué)校長(zhǎng)、長(zhǎng)安大學(xué)教授趙祥模打了個(gè)形象的比喻。這套汽車測(cè)試裝備,是趙祥模團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的世界首臺(tái)基于虛實(shí)結(jié)合和整車在環(huán)的自動(dòng)駕駛汽車室內(nèi)快速測(cè)試大型裝備。
自動(dòng)駕駛測(cè)試問(wèn)題是世界性難題,制約著智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展?!耙惠v自動(dòng)駕駛汽車需要積累海量測(cè)試數(shù)據(jù)才能驗(yàn)證其安全性?!壁w祥模說(shuō),“只有建立嚴(yán)密的測(cè)試技術(shù)體系,才能不斷提升測(cè)試效率,從而確保自動(dòng)駕駛汽車的安全性、舒適性、敏捷性和智能性,推動(dòng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展?!?/p>
“我們不斷創(chuàng)新自動(dòng)駕駛測(cè)試技術(shù),希望在保證安全性的基礎(chǔ)上,提高測(cè)試效率。”趙祥模說(shuō)。
趙祥模組建的“車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車測(cè)試技術(shù)”科研團(tuán)隊(duì),由高水平學(xué)科帶頭人、學(xué)術(shù)骨干、外籍專家、企業(yè)技術(shù)專家等100余人組成,涵蓋交通運(yùn)輸工程、車輛工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等多個(gè)學(xué)科。
項(xiàng)目在5項(xiàng)國(guó)家及行業(yè)重大科研計(jì)劃支持下完成,通過(guò)10家單位協(xié)同攻關(guān)。12年里,僅此一項(xiàng)課題,形成美國(guó)、英國(guó)、日本等國(guó)際發(fā)明專利27項(xiàng)、中國(guó)發(fā)明專利142項(xiàng),發(fā)表高水平論文301篇、出版專著6部,主編與參編國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)28項(xiàng),部分研究成果寫入多項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),形成了一批自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
項(xiàng)目成果的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,促進(jìn)了我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)車路一體化技術(shù)發(fā)展。團(tuán)隊(duì)與山東高速集團(tuán)合作,設(shè)計(jì)建設(shè)了雙向52公里“國(guó)內(nèi)測(cè)試?yán)锍套铋L(zhǎng)、測(cè)試場(chǎng)景最豐富、測(cè)試環(huán)境最真實(shí)”的高速公路車路協(xié)同系統(tǒng)全尺度測(cè)試基地——山東高速集團(tuán)智能網(wǎng)聯(lián)高速公路測(cè)試基地。其他多項(xiàng)研究成果也已在多家行業(yè)相關(guān)企業(yè)得到應(yīng)用。
“自動(dòng)駕駛什么時(shí)候才能普及?”——這是趙祥模最常被問(wèn)到的問(wèn)題。
“自動(dòng)駕駛技術(shù)范圍很廣,比如自動(dòng)巡航、自動(dòng)泊車等。這些已經(jīng)成功商業(yè)化落地。其實(shí),自動(dòng)駕駛已經(jīng)來(lái)到我們身邊?!壁w祥模說(shuō),“當(dāng)然,自動(dòng)駕駛技術(shù)在環(huán)境感知、高精度定位、智能決策控制及測(cè)試評(píng)價(jià)等方面有了突破性進(jìn)展,但仍然面臨著一些難題,需要不斷去攻克。我們的努力方向,就是讓自動(dòng)駕駛技術(shù)得到更好更快發(fā)展?!?/p>
“成功沒有捷徑,唯有用實(shí)干夯實(shí)基礎(chǔ),用奮斗積蓄力量,用堅(jiān)持筑牢根基。所有的磨礪和坎坷,都是通往成功的階梯?!壁w祥模說(shuō)。
2023年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)——
新一代電動(dòng)汽車關(guān)鍵部件及整車平臺(tái)自主研發(fā)與大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目
比亞迪首席科學(xué)家廉玉波團(tuán)隊(duì)——
做好新能源汽車研發(fā)創(chuàng)新和技術(shù)儲(chǔ)備
本報(bào)記者 李 剛
刀片電池、多合一驅(qū)動(dòng)總成、功率芯片、智能駕駛、智能座艙……走進(jìn)位于廣東深圳坪山新區(qū)的比亞迪汽車工程研究院,一個(gè)個(gè)汽車領(lǐng)域的前沿成果呈現(xiàn)在眼前。
“開辟新能源汽車的全新研發(fā)道路,幾乎無(wú)先例可循。前途光明,但我們也要勇于接受挑戰(zhàn)?!北葋喌瞎煞萦邢薰荆ㄒ韵潞?jiǎn)稱“比亞迪”)首席科學(xué)家、汽車總工程師廉玉波說(shuō)。作為新一代電動(dòng)汽車關(guān)鍵部件及整車平臺(tái)自主研發(fā)與大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目的牽頭人,他和團(tuán)隊(duì)成員在各自研發(fā)領(lǐng)域從未停歇。
2003年,比亞迪作為電池制造商進(jìn)軍汽車行業(yè),開啟了新能源汽車的初期布局。20多年來(lái),比亞迪組建了動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)總成、功率芯片、智能化等方向的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。2010年,比亞迪承擔(dān)了我國(guó)新一代電動(dòng)汽車關(guān)鍵部件及整車平臺(tái)自主研發(fā)與大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化科技攻關(guān)任務(wù)。
“這包括創(chuàng)建了新一代電動(dòng)汽車能源核心(刀片電池)、驅(qū)動(dòng)核心(功率芯片)及整車核心(平臺(tái)架構(gòu))全鏈自主設(shè)計(jì)及制造體系,打造了新一代電動(dòng)汽車關(guān)鍵部件及整車平臺(tái)系統(tǒng)解決方案?!绷癫ń榻B。
“以電池為例,我們把磷酸鐵鋰電池設(shè)計(jì)成長(zhǎng)而薄的單體電池,就像‘刀片’一樣組成到電池包里面?!北葋喌掀嚬こ萄芯吭焊痹洪L(zhǎng)凌和平說(shuō),刀片電池一方面可以提高動(dòng)力電池包的空間利用率、增加能量密度;另一方面能夠保證電芯具有足夠大的散熱面積,大幅提升電池安全性。
“刀片電池較好的安全性給整車設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的可能,我們創(chuàng)新提出了將刀片電池與車身融合傳力的思路?!北葋喌掀嚬こ萄芯吭很嚿砑夹g(shù)開發(fā)中心總監(jiān)衣本鋼介紹,這涉及電芯材料選型、安全邊界機(jī)理、電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)和車身一體化集成眾多技術(shù)難題。經(jīng)過(guò)多個(gè)系統(tǒng)、多個(gè)性能團(tuán)隊(duì)的緊密協(xié)作和不斷試驗(yàn),比亞迪“電池車身一體化”技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
“汽車能源系統(tǒng)由汽油轉(zhuǎn)換成了電池,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱換成了電機(jī)電控,但整車設(shè)計(jì)仍沿襲燃油汽車發(fā)展路線,嚴(yán)重制約整車性能提升?!绷癫ㄕf(shuō),比亞迪創(chuàng)建了以電動(dòng)力為中心的新一代電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)體系,研制出電動(dòng)汽車專屬一體化整車平臺(tái)及系列車型,開創(chuàng)了電動(dòng)汽車整車平臺(tái)化設(shè)計(jì)國(guó)際新路線。
2020年4月,比亞迪“漢”系列車型正式下線,新一代電動(dòng)汽車關(guān)鍵部件及整車平臺(tái)全鏈自主研發(fā)和制造方案在“漢”系列車型上得到充分運(yùn)用,并迅速推廣運(yùn)用到其他新能源車型。
“用前瞻思維進(jìn)行研發(fā),我們的創(chuàng)新能力和技術(shù)積累優(yōu)勢(shì)才能更充分地發(fā)揮。”廉玉波表示,比亞迪將做好研發(fā)創(chuàng)新和技術(shù)儲(chǔ)備,為行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展作出新的貢獻(xiàn)。
2023年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)——
面向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的動(dòng)力電池研發(fā)與制造關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目
寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱團(tuán)隊(duì)——
在動(dòng)力電池領(lǐng)域持之以恒創(chuàng)新
本報(bào)記者 王崟欣
生產(chǎn)線上,一個(gè)個(gè)焊接完極耳的電芯,在質(zhì)檢攝像頭下方整齊滑過(guò)。50張圖像被迅速捕捉,并由后臺(tái)合成為一張高清影像,檢測(cè)是否達(dá)標(biāo)。
這是寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“寧德時(shí)代”)電芯生產(chǎn)車間極耳翻折的檢測(cè)場(chǎng)景。過(guò)去人工檢測(cè)時(shí),操作員會(huì)“一看二撥”——用手指撥一撥,就能準(zhǔn)確辨別。然而,人工檢測(cè)效率有限,且出錯(cuò)率難控?!皠?dòng)力電池必須極致安全?!边@是寧德時(shí)代的工作要求,也是寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱團(tuán)隊(duì)的奮斗目標(biāo)。
吳凱團(tuán)隊(duì)成立專門的數(shù)據(jù)標(biāo)注小組,僅一個(gè)極耳翻折檢測(cè),就標(biāo)注了超過(guò)1萬(wàn)張缺陷樣本。針對(duì)成像困難,團(tuán)隊(duì)又制定多幀融合成像+檢測(cè)算法+分割技術(shù)的方案,通過(guò)疊加深度算法模型,將50張左右聚焦圖像融合成一張清晰的圖片,徹底解決了成像困難。
目前,包括極耳翻折在內(nèi)的AI質(zhì)檢,已廣泛用于寧德時(shí)代各個(gè)電池生產(chǎn)基地的密封釘焊接、頂蓋焊接、軟連接等多個(gè)工序,在保證電芯質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)了快速生產(chǎn)。
AI質(zhì)檢是寧德時(shí)代面向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的動(dòng)力電池研發(fā)與制造關(guān)鍵技術(shù)中的一個(gè)縮影。“對(duì)于動(dòng)力電池而言,我們堅(jiān)持以安全為底座,同時(shí)追求性能的提升和成本的下降?!眳莿P說(shuō)。
能量密度是動(dòng)力電池的關(guān)鍵性能指標(biāo),其中起決定性作用的是材料體系?!安牧象w系的創(chuàng)新是原創(chuàng)性創(chuàng)新,是‘從0到1’的突破,也是最難的。”吳凱說(shuō),“哪怕100次試驗(yàn)中只有一次得到可靠的結(jié)果,那也表明是值得繼續(xù)努力的?!?/p>
抱著這樣的信念,團(tuán)隊(duì)從無(wú)數(shù)次失敗中走出來(lái),創(chuàng)制了單晶鎳鈷錳三元高比能動(dòng)力電池新材料,使電芯能量密度有了顯著提升。后續(xù)研發(fā)的麒麟電池,助力純電車輛續(xù)航里程首次超過(guò)1000公里。
一個(gè)新的問(wèn)題隨之而來(lái),動(dòng)力電池的高性能與高安全性幾乎是“悖論”。二者如何兼得?
通過(guò)不同維度的安全技術(shù)創(chuàng)新,團(tuán)隊(duì)發(fā)明了亞微米金屬?gòu)?fù)合高分子功能集流體,實(shí)現(xiàn)了電池單體內(nèi)短路不起火不失控。團(tuán)隊(duì)還通過(guò)發(fā)明高溫?zé)焿m與高電壓網(wǎng)絡(luò)分離的新技術(shù),實(shí)現(xiàn)了電池系統(tǒng)無(wú)熱失控?zé)崧拥母甙踩浴?/p>
一款動(dòng)力電池好不好,最終要靠市場(chǎng)檢驗(yàn)。圍繞相關(guān)技術(shù)成果,寧德時(shí)代創(chuàng)立了PPB(十億分之一)級(jí)大規(guī)模制造工藝裝備技術(shù),實(shí)現(xiàn)單條生產(chǎn)線的產(chǎn)能超過(guò)10吉瓦時(shí)/年,達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
談起動(dòng)力電池的未來(lái),吳凱滿懷憧憬。全固態(tài)電池、鈣鈦礦電池、無(wú)貴金屬電池等等,他們還在電池技術(shù)的前沿持續(xù)探索?!懊鎸?duì)熱愛的事,我們?cè)赋种院惆阉龊谩!眳莿P說(shuō)。
《 人民日?qǐng)?bào) 》( 2024年07月05日 17 版)
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