GD1041型商用車傳動(dòng)軸、懸架設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】
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機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯 設(shè)計(jì)題目: GD1041型商用車傳動(dòng)軸、懸架設(shè)計(jì) 譯文題目: 壽命評(píng)估方法和操作條件對(duì)汽車燃料電池的影響 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 專業(yè)班級(jí): 指導(dǎo)教師: 正文:外文資料譯文 附 件:外文資料原文 指導(dǎo)教師評(píng)語: 簽名: 年 月 日正文:外文資料譯文文獻(xiàn)出處:中國機(jī)械工程雜志,2010(1)壽命評(píng)估方法和操作條件對(duì)汽車燃料電池的影響裴普成1, 袁星1, 李鵬程1, 2, 晁鵬翔1, 常倩妃11清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100084 ,中國2北京航空航天大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院,北京100191 ,中國摘要:壽命是汽車質(zhì)子交換膜燃料電池的重要的指標(biāo)之一。人們用來評(píng)價(jià)汽車的燃料電池的壽命通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)或者道路試驗(yàn),通常需要花費(fèi)數(shù)千個(gè)小時(shí)甚至幾年的時(shí)間。 為了獲得快速評(píng)價(jià)技術(shù),并尋求壽命延長(zhǎng)的方法,長(zhǎng)時(shí)間的研究成果得出,需要考慮車輛行駛工況和工作條件的因素。Bench試驗(yàn),分別進(jìn)行了兩個(gè)一樣的燃料電池堆應(yīng)用在汽車上,并根據(jù)不斷變化的負(fù)載周期,起停周期,怠速和大負(fù)荷的四種操作條件,得到了兩個(gè)燃料電池堆的性能衰減率。其結(jié)果,預(yù)測(cè)的壽命,符合在實(shí)際道路上運(yùn)行的狀況。并在不同的負(fù)載條件下,完成了對(duì)燃料電池性能的衰減率的研究。于是,一個(gè)意外的發(fā)現(xiàn)是微電流操作對(duì)恢復(fù)燃料電池的性能有影響。汽車燃料電池的快速評(píng)估方法只需要駕駛循環(huán),負(fù)荷循環(huán),怠速工況和重負(fù)載條件下的四個(gè)試驗(yàn),且整個(gè)過程只持續(xù)不到250個(gè)小時(shí)。這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果能用來預(yù)測(cè)各種實(shí)用新型或者駕駛循環(huán)的汽車用燃料電池的壽命,因而,優(yōu)化應(yīng)用模型以延長(zhǎng)燃料電池壽命。實(shí)際上在實(shí)驗(yàn)中,它已經(jīng)被證明是成功的,通過優(yōu)化操作模式,燃料電池的壽命可以從1100個(gè)小時(shí)延長(zhǎng)到2600個(gè)小時(shí)??焖僭u(píng)估方法有助于開發(fā)延長(zhǎng)燃料電池的壽命和燃料電池耗盡要更長(zhǎng)的時(shí)間。關(guān)鍵詞:質(zhì)子交換膜燃料電池;燃料電池耐久性;壽命評(píng)估方法;操作狀況改善1引言在車用替代動(dòng)力系統(tǒng)中,質(zhì)子交換膜燃料電池 (PEMFC) 具有傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的很多優(yōu)點(diǎn)(ICE)。GRANOVSKII, et al1,研究氫燃料電池和汽油車的生命周期。WANG, et al2,發(fā)現(xiàn)通過仔細(xì)查看生產(chǎn)燃料的途徑,燃料電池汽車能夠達(dá)到預(yù)想的節(jié)能減排效益。THOMAS3 and COLELLA, et al4,,還發(fā)現(xiàn)了燃料電池的排放及能源優(yōu)勢(shì)。然而,質(zhì)子交換膜燃料電池的耐久性在汽車上應(yīng)用大大低于在靜止時(shí)的應(yīng)用5-7已成為阻礙燃料電池的發(fā)展。通常,用普通的方式需要很大的開支,以及大量的時(shí)間來評(píng)估燃料電池的壽命。同樣也存在著與膜電極組件(MEA)在靜止時(shí)燃料電池的應(yīng)用的一個(gè)26300個(gè)小時(shí)的電池壽命的測(cè)試報(bào)告。為了確定在操作電流密度為800 mA/cm2時(shí),在4V/h和6V/h之間的電池性能退化率,花費(fèi)了3年時(shí)間才得到這些結(jié)果 8 。當(dāng)然,更嚴(yán)格的操作,花費(fèi)更少的測(cè)試時(shí)間。然而,它是遠(yuǎn)離燃料電池的實(shí)際工作條件,因此為了得到評(píng)估燃料電池壽命的可靠性結(jié)果,需要認(rèn)真的分析9研究不同燃料電池的壽命相比發(fā)現(xiàn)燃料電池的降解機(jī)制是有意義的。和兩個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池的耐久性在不同的操作 5 中進(jìn)行了比較研究。在相同的操作條件下如何降解受到關(guān)注。據(jù)證實(shí),燃料電池的降解隨著不同的操作條件而變化。例如,燃料電池的工作負(fù)荷,燃料電池的空載,等 5。這意味著優(yōu)化燃料電池的工作負(fù)荷,使有可能獲得額外的壽命。在本文中,燃料電池汽車的駕駛循環(huán)基于燃料電池客車在實(shí)際加載城市道路上試驗(yàn)。給出了一種汽車用燃料電池壽命評(píng)估的方法,和兩個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池堆進(jìn)行了測(cè)試和在實(shí)驗(yàn)室他們的壽命進(jìn)行了評(píng)估。因此,在所有的操作條件下,進(jìn)行優(yōu)化操作模式致使燃料電池壽命退化。2壽命快速評(píng)估的方法 2.1定義有關(guān)汽車燃料電池壽命的結(jié)束在額定條件下,平常的燃料電池的電壓通常是0.7 V。我們定義這種汽車燃料電池的壽命終止是電池電壓下降0.07V或下降從起始的額定點(diǎn)10%在相同的電流 4 下。圖1.顯示了燃料電池壽命從開始到結(jié)束的I-V測(cè)試曲線。圖1 在現(xiàn)實(shí)的燃料電池公共汽車上定義燃料電池的壽命2.2燃料電池的壽命評(píng)估的公式每天都在一個(gè)確定的路線運(yùn)行,我們的試驗(yàn)燃料電池公交汽車已覆蓋了43 000公里的范圍內(nèi)。考慮到公共汽車的負(fù)載狀況,實(shí)驗(yàn)室測(cè)試駕駛循環(huán)模擬車輛駕駛循環(huán)如下圖2和表1,包括13分鐘的高功率狀況,14分鐘怠速工況,56負(fù)載變化的周期和在1小時(shí)內(nèi)起停一次。圖2 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試模擬駕駛循環(huán)表1 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的燃料電池的工作狀態(tài)燃料電池工作狀況數(shù)值負(fù)荷循環(huán) n1/ (次 h1)56空載時(shí)間t1/(分鐘 h1)13高功率運(yùn)行時(shí)間 t2/(分鐘 h1)14啟停頻率n2/(次 h1)1汽車燃料電池的降解是復(fù)雜的,然而,它是專門為之前提到的上面四個(gè)工作狀況。這是已知的燃料電池的性能的降解速率是線性的,及燃料電池的壽命方程可以用下面的公式計(jì)算 14:這里P1,P2,P3,P4分別指因負(fù)載變化周期的性能退化率,空載,高功率負(fù)荷狀況和啟動(dòng)-停止循環(huán),分別在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量,n1, n2, t1, t2在表1中獲得,P為電壓最大允許的降解是0.07 V. K為加速系數(shù),因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室和路面之間的不同。由參考文獻(xiàn)8得取1.72,但是所計(jì)算的壽命相比道路試驗(yàn)壽命減少10。所以把它取為1.6在4個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中,即負(fù)載變化循環(huán)測(cè)試,啟動(dòng)-停止循環(huán)測(cè)試,空載的測(cè)試和高功率負(fù)荷狀況測(cè)試,燃料電池的壽命可以由方程 (1)計(jì)算。 3快速壽命評(píng)估的兩個(gè)燃料電池堆3.1兩個(gè)燃料電池堆的實(shí)驗(yàn)兩種不同的燃料電池堆具有不同流場(chǎng),但是在相同的活性區(qū),用壽命快速評(píng)估方法評(píng)估。1號(hào)燃料電池堆和示范汽車燃料電池是一樣的。首先,在實(shí)驗(yàn)室駕駛循環(huán)中測(cè)試這兩個(gè)燃料電池堆。然后,這兩個(gè)燃料電池堆壽命都被計(jì)算,如圖3所示,圖3(a)介紹了在實(shí)驗(yàn)室駕駛循環(huán)中1號(hào)燃料電池堆的壽命退化,圖3(b)顯示2號(hào)燃料電池堆的測(cè)試結(jié)果。圖3 兩個(gè)燃料電池組實(shí)驗(yàn)室駕駛循環(huán)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室駕駛循環(huán)測(cè)試的退化可以通過圖3計(jì)算:所以,這兩個(gè)燃料電池堆的壽命在前面的駕駛循環(huán)運(yùn)行中可以直接得到,考慮汽車燃料電池壽命結(jié)束時(shí)的定義:LFC1= 1080小時(shí),LFC2=750小時(shí)。隨負(fù)載變化周期燃料電池電壓的退化在圖4中給出。燃料電池組電流的變化從23A到98A然后再到23A重復(fù)而負(fù)載改變循環(huán)試驗(yàn)。電壓的衰減速率可以從圖4中測(cè)量如下:圖4 隨負(fù)載變化周期電壓的退化圖5(a)表明,1號(hào)燃料電池堆的50個(gè)小時(shí)的測(cè)試結(jié)果,其空載電流密度10 mA/cm2及燃料電池堆的性能幾乎得到完全恢復(fù),僅有一點(diǎn)點(diǎn)的衰變率無法挽回。它是有意義的,盡管我們25小時(shí)后,用不規(guī)則的方式測(cè)試了10個(gè)小時(shí),測(cè)試結(jié)果顯示與前面的試驗(yàn)有相同的變化速率。為了提高衰減率精度,保持定期和嚴(yán)格的測(cè)試過程是重要的。圖5(b)提出了2號(hào)燃料電池堆試驗(yàn)結(jié)果,其空載電流密度10 mA/cm2和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是能被接受的。從這些數(shù)據(jù)中,我們得到的電壓衰減速率如下:圖5 空載循環(huán)的電壓退化高功率循環(huán)也影響燃料電池的壽命,在6(a)和6(b)圖所示。圖6 隨高功率循環(huán)電壓衰變兩個(gè)燃料電池堆工作在100A的測(cè)試電流中,然后測(cè)量極化曲線。衰退率如下:圖7給出了1號(hào)的燃料電池堆啟動(dòng)停止操作引起的退化。經(jīng)過幾次的啟動(dòng)停止操作后,在電流100A,相同負(fù)荷變化試驗(yàn)中,測(cè)出燃料電池堆電壓值。衰退的值可以從圖7中得到:圖7 在一號(hào)電池組中隨啟動(dòng)-停止循環(huán)電壓衰變2號(hào)燃料電池堆的性能呈非線性衰減是值得注意的,因?yàn)樵谖粗脑蛳拢跍y(cè)試平臺(tái)上水泵停了好幾次。我們發(fā)現(xiàn)1號(hào)燃料電池堆的現(xiàn)象也可以用公式(12)得到衰減值,由2號(hào)燃料電池堆的啟動(dòng)停止循環(huán)得到的:這意味著我們可以僅僅通過駕駛循環(huán)的四個(gè)測(cè)試實(shí)驗(yàn)獲得燃料電池的壽命,負(fù)載的變化循環(huán),空載循環(huán)和高功率循環(huán),且總的測(cè)試時(shí)間不大于250個(gè)小時(shí)。3.2壽命計(jì)算與分析1號(hào)燃料電池堆燃料電池的電壓的衰減率通過負(fù)荷變化循環(huán),空載狀況,高功率負(fù)載條件和啟動(dòng)停止循環(huán)分別表現(xiàn)為公式(4), (6), (8) 和 (10)。公式(5), (7), (9) 和 (13)。表現(xiàn)2號(hào)燃料電池堆電壓的衰減率。圖8顯示在兩個(gè)燃料電池組中電壓衰減率的不同。在1號(hào)燃料電池堆中,負(fù)荷變化循環(huán)和啟動(dòng)停止循環(huán)是影響燃料電池性能衰減的主要因素。三分之一的衰減是由啟動(dòng)停止循環(huán)和超過50是由負(fù)荷變化循環(huán)。通過修改啟動(dòng)停止循環(huán)和負(fù)荷變化循環(huán)或減少它們的次數(shù),無疑燃料電池的壽命將要被延長(zhǎng)。表2顯示1號(hào)燃料電池堆工作條件的優(yōu)化和預(yù)測(cè)燃料電池客車的壽命。圖8 兩個(gè)電池組之間不同操作條件的對(duì)比表2 工作條件的優(yōu)化參數(shù)原始模式改善模式燃料電池公共汽車的預(yù)測(cè)壽命一號(hào)三號(hào)負(fù)荷變化循環(huán) n1/ (次 h1)56282841空載時(shí)間t1/(分鐘 h1)14142125高功率運(yùn)行時(shí)間 t2/(分鐘 h1)1313910啟停頻率n2/(次 h1)0.990.991.180.88預(yù)測(cè)壽命Lf/h1080264026361917性能衰減率Ud/(mV h1)0.06730.02650.02650.0365圖9表示1號(hào)燃料電池公共汽車的衰減率吻合預(yù)測(cè)的電壓衰減率,進(jìn)一步證明了公式(1)的有效性。圖9 1號(hào)燃料電池公共汽車預(yù)測(cè)壽命4 汽車燃料電池的最佳運(yùn)行負(fù)荷確定高功率循環(huán)在70A和100A時(shí)測(cè)量電壓衰減率如圖10所示。與圖6(b)相比較,高功率循環(huán)的電壓衰減率在70 A是224V/ h大于在100 A時(shí)的110V/h。這可能是由于燃料電池流場(chǎng)的設(shè)計(jì),設(shè)定電流100A接近額定負(fù)荷,那么水和熱管理在所有操作條件下處于更好的。圖10 在70A隨高功率循環(huán)測(cè)試電壓衰變圖11(a),圖5(b),和圖11(b)顯示空載循環(huán)在不同的電流密度30 mA/cm2,10 mA/cm2,和5 mA/cm2下的測(cè)試結(jié)果。結(jié)果表明,更低的空載電流,更小的電壓衰減率。令人意想不到的是在空載循環(huán)1.4A(5mA/cm2時(shí))試驗(yàn)中電壓逐漸增大。所以我們可以用這個(gè)特性來延長(zhǎng)燃料電池的壽命。圖11 隨空載循環(huán)電壓衰變圖12表示接近設(shè)定的電流,使汽車燃料電池的壽命更長(zhǎng)。這意味著,當(dāng)燃料電池工作在空載狀態(tài)下,更低得負(fù)荷電流對(duì)于燃料電池壽命更好。當(dāng)它工作在高功率狀況下,在額定負(fù)載下負(fù)載電流在額定設(shè)定的電流值附近,來保證燃料電池有更長(zhǎng)的使用壽命。圖12 確定最佳運(yùn)行負(fù)荷5 結(jié)論(1)壽命公式包括由啟動(dòng)停止循環(huán),空載循環(huán),負(fù)載變化循環(huán)和高功率負(fù)荷循環(huán)導(dǎo)致的性能衰減率,顯示與燃料電池客車實(shí)際城市道路試驗(yàn)相比較是可行的。(2)汽車燃料電池的壽命,可以根據(jù)在實(shí)驗(yàn)室里不超過250個(gè)小時(shí)的測(cè)試得到的公式(1)獲得。(3)通過優(yōu)化操作條件,汽車燃料電池的壽命可以從1100個(gè)小時(shí)延長(zhǎng)到2600個(gè)小時(shí)。(4)微電流操作能延長(zhǎng)燃料電池的壽命。參考文獻(xiàn):1 GRANOVSKII M, DINCER I, ROSEN M A. Life cycle assessment of hydrogen fuel cell and gasoline vehiclesJ. International Journal of Hydrogen Energy, 2006, 31(3): 337352. 2 WANG Michael. Fuel choices for fuel cell vehicles: well-to-wheels energy and emission impactsJ. Journal of Power Sources, 2002, 112(1): 307321.3 THOMAS C E. Fuel cell and battery electric vehicles comparedJ. International Journal of Hydrogen Energy, 2009, 34(15): 6 005 6 020.4 WAHDAME B, CANDUSSO D, FRANC-OIS X, et al. Comparison between two PEM fuel cell durability tests performed at constant current and under solicitations linked to transport mission profileJ. International Journal of Hydrogen Energy, 2007, 32(17): 4 5234 536.5 ZHANG Shengsheng, YUAN Xiaozi, WANG Haijiang, et al. A review of accelerated stress tests of MEA durability in PEM fuel cellsJ. International Journal of Hydrogen Energy, 2009, 34(1): 388404.6 CLEGHORN S J C, MAYFIELD D K, MOORE D A, et al. A polymer electrolyte fuel cell life test: 3 years of continuous operationJ. Journal of Power Sources, 2006, 158(1): 446454.7 WAHDAME Bouchra, CANDUSSO Denis, HAREL Fabien, et al. Analysis of a PEMFC durability test under low humidity conditions and stack behaviour modelling using experimental design techniquesJ. Journal of Power Sources, 2008, 182(2): 429440.8 AKIRA Taniguchi, TOMOKI Akita, KAZUAKI Yasuda, et al. Analysis of degradation in PEMFC caused by cell reversal during air starvationJ. International Journal of Hydrogen Energy, 2008, 33(9): 2 3232 329.9 PEI Pucheng, CHANG Qianfei, TANG Tian. A quick evaluating method for automotive fuel cell lifetimeJ. International Journal of Hydrogen Energy, 2008, 33(14): 3 8293 836.附件:外文資料原文21
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