节约能源、保护环境越来越成为当今世界经济发展的焦点之一,作为世界上第二大能源消费国的中国,开发新能源的任务迫在眉睫。由于交通领域的汽油消耗和尾气排放等在环境问题中所占比例相对较高,为实现“化石能源经济”向“可再生能源经济”转变,使用更节能、更清洁、更环保的燃料电池汽车成为克服能源危机和保护环境的理想方案之一。目前我国燃料电池耐久性是制约燃料电池车商业化应用的瓶颈因素。与国外7000小时以上行驶无故障相比,我国车用燃料电池堆耐久性至今仍未超过3000小时,这严重阻碍我国燃料电池车商业化进程。
正是意识到我国燃料电池系统在研的任重道远,在美国博士毕业后从事了七年燃料电池系统建模、集成与控制研究工作的陈剑选择了回国。“我回国的目标就是顺应我国新能源战略发展需要,为燃料电池系统集成与控制的产学研结合做出贡献”。陈剑这样想,并这样做了。他2012年入选了国家“青年千人计划”,于今年初,回到了浙江大学担任控制科学与工程学系的教授、博士生导师,开始在中国从事燃料电池系统集成与控制的研究工作。
陈剑本科和硕士就读于浙江大学,2001年硕士毕业后,赴美国克莱姆森大学Darren Dawson教授的实验室攻读电子工程博士学位,开始了非线性控制和机器人视觉伺服的学习和研究。这期间,陈剑在国际上首创了基于Homography的机器人单目视觉伺服的跟踪控制算法,解决了单目视觉景深不可测的难题;他又首次解决了机器人视觉伺服中著名的有限视觉难题并避免了机器人的非正常运动行为;他还成功地将所创的视觉伺服算法扩展到运动物体的图像空间几何重构方面。因研究成果出色,他获得了该校研究生所能获得的最高荣誉Outstanding Graduate Researcher Award(每年仅2个名额)。2006年,受密歇根大学孙静教授的邀请,陈剑进入她的实验室开始了燃料电池系统建模与控制的研究。2008年直至回国前,陈剑先后在美国IdaTech公司和Proterra公司从事燃料电池系统的集成与控制研发工作。
燃料电池方向七年的科研与实践,陈剑在燃料电池系统建模、集成与控制领域取得了诸多突破和创新成果:他提出了多输入多输出非线性系统连续反馈控制算法,解决了系统结构不确定性、系数矩阵未知以及非对称的难题,并设计了高增益观测器;他首先构造了自热催化重整燃料处理器的动态非线性模型,并设计了具有鲁棒性能的非线性协调控制器;他构造了含有废热回收的燃料电池辅助电源系统的集成模型,并进一步对集成的系统进行了优化,设计了燃料电池与电池组的功率协调算法;他设计了燃料电池气体回路的循环控制算法,并独立开发了燃料电池系统仿真软件;他还完成了Proterra公司的美国国家燃料电池公交车的控制系统设计更新任务。
带着这些硕果和所积累的经验,陈剑毅然选择了回到浙大,投身中国燃料电池系统的建模、集成与控制研究工作。现在,他带领着一个博士、6个硕士和4个本科生,从事燃料电池系统建模与仿真、燃料电池发电系统集成与控制、燃料电池混合动力系统设计以及辅助电池电源管理系统设计方面的科研工作。
“我始终认为燃料电池系统最终会产业化,作为新能源的燃料电池系统将走进人们的日常生活”。陈剑就是这样朝着他关于燃料电池系统产学研结合的目标行进。(刘丽)