——记同济大学汽车学院戴海峰教授
近年来,在全球能源转型与绿色出行浪潮的推动下,新能源汽车产业快速发展,照亮了汽车工业的未来之路。然而,在这片充满希望的蓝海中,动力电源在实车应用方面仍面临寿命缩短、低温性能衰退、可靠性下降等重重挑战,表现为寒冬中新能源汽车续航缩水,高温下电源寿命骤减……这些“电源焦虑”长期困扰着行业发展。
面对这些挑战,一位科学家以20年坚守,在电化学电源的“生命密码”中探寻答案,他就是同济大学汽车学院戴海峰教授,同济大学讲台上的“传道者”,新能源汽车电源领域的“破冰人”。他深耕新能源汽车电化学动力电源管理及控制研究,针对“电化学电源单体真实电极结构特征、内外构效关系及演变规律”“大规模电化学电源系统模块间的跨尺度多域耦合-协同机制”两大关键问题,开展创新科研,不仅在科研领域取得了突破性进展,更在教育领域播撒智慧的种子,培育出了一批批新能源汽车领域的栋梁之才,为我国新能源汽车产业的蓬勃发展注入了强劲动力。
廿载求索 创新突破电化学
1999年,戴海峰踏入同济校园时,中国汽车产业正经历从燃油时代向电动化转型的阵痛,他注定要和新能源汽车结下不解之缘。从本科到博士的九年求索,他亲历了国产电动车电池在低温环境容量“跳水”、循环寿命不足的困境。
2008年,戴海峰博士毕业后留校任教,此后一路向前行,历任讲师、副教授,直至教授,每一步都凝聚着他对科研的热爱与执着。2023年起,他肩负起新能源汽车及动力系统国家工程研究中心副主任、汽车学院车用能源与动力教研室主任的重任,以更加饱满的热情投身于新能源汽车电化学电源管控技术研究之中。
近二十年来,戴海峰始终致力于新能源汽车电化学电源管控研究,围绕电化学电源传导、传荷和传质动力学过程的内部演变机理、外部热电规律及内外构效关系,构建了电源抑损延寿机制、热电耦合模型及故障表征方法,突破了电源长寿命系统运行控制、自适应低温热电管理、多维度故障状态诊断技术,并实现成果转化和产业化应用。
首先,戴海峰及其团队深入探索电化学电源老化过程中的内部衰减主导机理及性能演变规律,揭示了不同内部状态下的极化条件优化是电源抑损延寿的关键机制。建立了模型及数据驱动结合的电化学电源内部状态在线估计方法,提出了基于极化区间优化跟随的锂离子电池充放电优化策略,以及燃料电池系统运行条件控制技术,实现了车用条件下电化学电源长寿命运行控制难题的突破。
其次,戴海峰及其团队提出了通过加载特定充放电电流使电源自产热实现其内部无损升温的原理,发展了基于电化学阻抗谱的传导、传荷、传质过程极化损失定量分析方法,构建了预热控制约束条件,发明了基于热电耦合模型预测燃料电池低温冷启动电流滚动优化与锂离子电池非对称电流加载的低温快速无损预热技术,有效解决了电化学电源在低温环境下性能衰退甚至启动困难的问题。
此外,在故障诊断方面,戴海峰及其团队发掘了交流阻抗谱新特征,提升了电源故障诊断的信息维度,提取了表征电源内部故障的外部时频关键特征参量集,解构了电源内部故障状态与外部多维时频关键特征参量间的构效关系。发明了基于电压、电流信号S变换的电源阻抗谱在线重构技术,创新了基于自适应滤波及分类算法的时频多维信息特征提取技术,构建了时频信息特征提取的多维度故障状态诊断技术,显著提高了电源故障诊断的准确率和敏感度。
迄今为止,戴海峰主持国家重点研发计划项目1项、国家自然科学基金项目3项(含1项重点项目)、国家重点研发计划课题1项,主持其他各类国家级、省部级及产学研合作项目40余项,建立多个校级校企联合实验室。他不断潜心治学,开拓创新,建立了具有自主知识产权的新能源汽车电化学动力电源管控关键技术,为我国新能源汽车发展做出了重要贡献。
基于这些科研成果,戴海峰现已在Nature Communications等期刊发表SCI论文129篇,出版中英文专著6部,授权国家发明专利46项,参编发布国标3部,其他标准8部。以第一完成人先后获上海市科技进步一等奖及行业科技一等奖4项。他也因优秀的科研成就而履获荣誉,获得上海市人才发展资金资助,入选上海市优秀学术带头人、东方学者特聘教授等;2019年起连续入选Elsevier中国高被引学者,入选全球前2%顶尖科学家终身影响力榜。
立德树人 桃李芬芳育人才
在科研领域深耕不辍的戴海峰,同时也始终将教育视为与科研并重的使命。他知道,新能源汽车产业的腾飞不仅需要突破性的技术,更依赖于一批具备创新精神与家国情怀的科技人才。从科研实践到三尺讲台,他以“育人为本、德育为先”的理念,构建起了一套独具特色的教育模式。
戴海峰践行“授人以鱼,不如授之以渔”的原则,鼓励学生响应新能源汽车这一国家战略,针对新问题、新领域进行探索研究,提出创新想法。他强调“先立德、再做事”,以身作则,提高研究生学术道德及伦理道德,做到德才兼备、身心健康。他重视科研教学相长,站在学术前沿,遵循“在教学中搞科研,以科研促教学”的理念,通过自己多年的科研经历及理解,教会学生如何理论联系实际,做到学以致用。
戴海峰还坚持将思政教育作为教书育人的核心工作,不断探索育德、授课、树人三位一体的人才培养模式。他通过严谨认真的态度和高质量的教学,培养学生的勤勉治学和平实做人的品格,用实际行动诠释了“学高为师,身正为范”的深刻内涵。
戴海峰聚焦电化学、新型能源材料及器件、电源系统管控、智能与大数据等新知识需求,负责推动车辆工程专业教学方向与知识体系改革的探索,形成了适应新培养需求的课程育人机制。他负责《自动控制原理》《信号与系统》《电动化动力系统技术》等本科生专业课程以及《动力电池建模与管理》《能源与动力前沿》等研究生课程,融入同济大学汽车学院本-硕-博贯通课程的设计与建设。他录制了《动力电池从单体到系统》MOOC课程并出版《氢燃料电池汽车安全设计》等4部教材,发表了多篇教研论文,为新能源汽车领域的人才培养提供了丰富的教学资源。
此外,戴海峰结合科研项目及课堂教学,引导学生服务国家战略及行业发展需求,实现学生创新能力的充分培养。他通过项目研究服务国家重大需求,引导研究生加深对国家战略及行业难题的理解。同时,他与多家行业龙头企业建立了联合培养实践基地,建立了校企联合“双师型”教学团队,让学生在实践中学习,在学习中实践,真正做到了知行合一。
与此同时,在生活上,戴海峰和学生亦师亦友,无论是学习、科研还是生活,都给学生提供了很多帮助与建议。他所指导的学生先后获得多项国家级和上海市等荣誉,展现出了良好的教育成果和学术影响力。他也先后获得同济大学青年岗位能手、优秀班主任、年度考核优秀个人、潍柴奖教金、均胜奖教金、联合电子奖教金等奖励及荣誉。
现如今,面向交通电气化、新型储能及发电等领域所需的高性能电化学电源目标及其新挑战,戴海峰基于前期工作,计划一方面深入至电源单体内部,通过研究真实电极结构特征及电极内外多尺度构效关系,建立高精度数字模型,并采用孪生方法,研究电化学电源本体的优化设计;另一方面,借助大数据和智能化提升电源管控的维度及尺度,研究端-云融合的多维度状态感知及预测方法,构建基于多维状态感知的氢-电复合电源系统智能管控技术。
中国的新能源汽车产业如火如荼,但是,戴海峰深知,想要走向世界领先全球,仍需要后续发力,在这其中,科研工作和人才培养相辅相成。他将继续以更加饱满的热情和更加坚定的步伐,投身于新能源汽车电化学电源管控技术研究之中,并为行业培养更多优秀人才,为我国新能源汽车产业的蓬勃发展贡献更多的智慧和力量。
在这位科学家兼师者铺就的攀登之阶上,中国新能源汽车的电源之光,正刺破寒夜,驶向产业革命的星辰大海。(图/文:同济大学/陈伟)