GD1041型商用車傳動軸、懸架設(shè)計【含CAD圖紙+文檔】

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機電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計外文資料翻譯 設(shè)計題目: GD1041型商用車傳動軸、懸架設(shè)計 譯文題目: 壽命評估方法和操作條件對汽車燃料電池的影響 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 正文：外文資料譯文 附 件：外文資料原文 指導(dǎo)教師評語： 簽名： 年 月 日 正文：外文資料譯文 文獻出處：中國機械工程雜志，2010（1） 壽命評估方法和操作條件對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1 1清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室，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之一。人們用來評價汽車的燃料電池的壽命通過實驗室試驗或者道路試驗，通常需要花費數(shù)千個小時甚至幾年的時間。 為了獲得快速評價技術(shù)，并尋求壽命延長的方法，長時間的研究成果得出，需要考慮車輛行駛工況和工作條件的因素。Bench試驗，分別進行了兩個一樣的燃料電池堆應(yīng)用在汽車上，并根據(jù)不斷變化的負載周期，起停周期，怠速和大負荷的四種操作條件，得到了兩個燃料電池堆的性能衰減率。其結(jié)果，預(yù)測的壽命，符合在實際道路上運行的狀況。并在不同的負載條件下，完成了對燃料電池性能的衰減率的研究。于是，一個意外的發(fā)現(xiàn)是微電流操作對恢復(fù)燃料電池的性能有影響。汽車燃料電池的快速評估方法只需要駕駛循環(huán)，負荷循環(huán)，怠速工況和重負載條件下的四個試驗，且整個過程只持續(xù)不到250個小時。這些實驗的結(jié)果能用來預(yù)測各種實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)用模型以延長燃料電池壽命。實際上在實驗中，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個小時延長到2600個小時?？焖僭u估方法有助于開發(fā)延長燃料電池的壽命和燃料電池耗盡要更長的時間。 關(guān)鍵詞：質(zhì)子交換膜燃料電池；燃料電池耐久性；壽命評估方法；操作狀況改善 1引言 在車用替代動力系統(tǒng)中，質(zhì)子交換膜燃料電池 （PEMFC） 具有傳統(tǒng)內(nèi)燃機的很多優(yōu)點（ICE）。GRANOVSKII, et al[1],研究氫燃料電池和汽油車的生命周期。WANG, et al[2],發(fā)現(xiàn)通過仔細查看生產(chǎn)燃料的途徑，燃料電池汽車能夠達到預(yù)想的節(jié)能減排效益。THOMAS[3] and COLELLA, et al[4],，還發(fā)現(xiàn)了燃料電池的排放及能源優(yōu)勢。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，以及大量的時間來評估燃料電池的壽命。同樣也存在著與膜電極組件（MEA）在靜止時燃料電池的應(yīng)用的一個26300個小時的電池壽命的測試報告。為了確定在操作電流密度為800 mA/cm2時，在4μV/h和6μV/h之間的電池性能退化率，花費了3年時間才得到這些結(jié)果[ 8 ]。當然，更嚴格的操作，花費更少的測試時間。然而，它是遠離燃料電池的實際工作條件，因此為了得到評估燃料電池壽命的可靠性結(jié)果，需要認真的分析[9] 研究不同燃料電池的壽命相比發(fā)現(xiàn)燃料電池的降解機制是有意義的。和兩個質(zhì)子交換膜燃料電池的耐久性在不同的操作[ 5 ]中進行了比較研究。在相同的操作條件下如何降解受到關(guān)注。 據(jù)證實，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際加載城市道路上試驗。給出了一種汽車用燃料電池壽命評估的方法，和兩個質(zhì)子交換膜燃料電池堆進行了測試和在實驗室他們的壽命進行了評估。因此，在所有的操作條件下，進行優(yōu)化操作模式致使燃料電池壽命退化。 2壽命快速評估的方法 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測試曲線。 圖1 在現(xiàn)實的燃料電池公共汽車上定義燃料電池的壽命 2.2燃料電池的壽命評估的公式 每天都在一個確定的路線運行，我們的試驗燃料電池公交汽車已覆蓋了43 000公里的范圍內(nèi)?？紤]到公共汽車的負載狀況，實驗室測試駕駛循環(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負載變化的周期和在1小時內(nèi)起停一次。 圖2 實驗室測試模擬駕駛循環(huán) 表1 實驗室測試的燃料電池的工作狀態(tài) 燃料電池工作狀況 數(shù)值 負荷循環(huán) n1/ (次 ? h–1) 56 空載時間t1/(分鐘 ? h–1) 13 高功率運行時間 t2/(分鐘 ? h–1) 14 啟停頻率n2/(次 ? h–1) 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算[ 14?]： 這里P1,P2，P3，P4分別指因負載變化周期的性能退化率，空載，高功率負荷狀況和啟動-停止循環(huán)，分別在實驗室測量，n1, n2, t1, t2在表1中獲得，ΔP為電壓最大允許的降解是0.07 V. K為加速系數(shù)，因為實驗室和路面之間的不同。由參考文獻[8]得取1.72，但是所計算的壽命相比道路試驗壽命減少10％。所以把它取為1.6 在4個實驗室測試中，即負載變化循環(huán)測試，啟動-停止循環(huán)測試，空載的測試和高功率負荷狀況測試，燃料電池的壽命可以由方程 （1）計算。 3快速壽命評估的兩個燃料電池堆 3.1兩個燃料電池堆的實驗 兩種不同的燃料電池堆具有不同流場，但是在相同的活性區(qū)，用壽命快速評估方法評估。1號燃料電池堆和示范汽車燃料電池是一樣的。首先，在實驗室駕駛循環(huán)中測試這兩個燃料電池堆。然后，這兩個燃料電池堆壽命都被計算，如圖3所示，圖3（a）介紹了在實驗室駕駛循環(huán)中1號燃料電池堆的壽命退化，圖3（b）顯示2號燃料電池堆的測試結(jié)果。 圖3 兩個燃料電池組實驗室駕駛循環(huán)測試 實驗室駕駛循環(huán)測試的退化可以通過圖3計算： 所以，這兩個燃料電池堆的壽命在前面的駕駛循環(huán)運行中可以直接得到，考慮汽車燃料電池壽命結(jié)束時的定義：LFC1= 1080小時，LFC2=750小時。 隨負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)而負載改變循環(huán)試驗。電壓的衰減速率可以從圖4中測量如下： 圖4 隨負載變化周期電壓的退化 圖5（a)表明,1號燃料電池堆的50個小時的測試結(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)，僅有一點點的衰變率無法挽回。它是有意義的，盡管我們25小時后，用不規(guī)則的方式測試了10個小時，測試結(jié)果顯示與前面的試驗有相同的變化速率。為了提高衰減率精度，保持定期和嚴格的測試過程是重要的。圖5（b）提出了2號燃料電池堆試驗結(jié)果，其空載電流密度10 mA/cm2和實驗數(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 兩個燃料電池堆工作在100A的測試電流中，然后測量極化曲線。衰退率如下： 圖7給出了1號的燃料電池堆啟動—停止操作引起的退化。經(jīng)過幾次的啟動—停止操作后，在電流100A，相同負荷變化試驗中，測出燃料電池堆電壓值。衰退的值可以從圖7中得到： 圖7 在一號電池組中隨啟動-停止循環(huán)電壓衰變 2號燃料電池堆的性能呈非線性衰減是值得注意的，因為在未知的原因下，在測試平臺上水泵停了好幾次。 我們發(fā)現(xiàn)1號燃料電池堆的現(xiàn)象也可以用公式（12）得到衰減值，由2號燃料電池堆的啟動—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)的四個測試實驗獲得燃料電池的壽命，負載的變化循環(huán)，空載循環(huán)和高功率循環(huán)，且總的測試時間不大于250個小時。 3.2壽命計算與分析 1號燃料電池堆燃料電池的電壓的衰減率通過負荷變化循環(huán)，空載狀況，高功率負載條件和啟動—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號燃料電池堆電壓的衰減率。 圖8顯示在兩個燃料電池組中電壓衰減率的不同。在1號燃料電池堆中，負荷變化循環(huán)和啟動—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—停止循環(huán)和超過50％是由負荷變化循環(huán)。通過修改啟動—停止循環(huán)和負荷變化循環(huán)或減少它們的次數(shù)，無疑燃料電池的壽命將要被延長。表2顯示1號燃料電池堆工作條件的優(yōu)化和預(yù)測燃料電池客車的壽命。 圖8 兩個電池組之間不同操作條件的對比 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)測壽命 一號 三號 負荷變化循環(huán) n1/ (次 ? h–1) 56 28 28 41 空載時間t1/(分鐘 ? h–1) 14 14 21 25 高功率運行時間 t2/(分鐘 ? h–1) 13 13 9 10 啟停頻率n2/(次 ? h–1) 0.99 0.99 1.18 0.88 預(yù)測壽命Lf/h 1080 2640 2636 1917 性能衰減率Ud/(mV ? h–1) 0.0673 0.0265 0.0265 0.0365 圖9表示1號燃料電池公共汽車的衰減率吻合預(yù)測的電壓衰減率，進一步證明了公式（1）的有效性。 圖9 1號燃料電池公共汽車預(yù)測壽命 4 汽車燃料電池的最佳運行負荷確定 高功率循環(huán)在70A和100A時測量電壓衰減率如圖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224μV/ h大于在100 A時的110μV/h。這可能是由于燃料電池流場的設(shè)計，設(shè)定電流100A接近額定負荷，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）試驗中電壓逐漸增大。所以我們可以用這個特性來延長燃料電池的壽命。 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。這意味著，當燃料電池工作在空載狀態(tài)下，更低得負荷電流對于燃料電池壽命更好。當它工作在高功率狀況下，在額定負載下負載電流在額定設(shè)定的電流值附近，來保證燃料電池有更長的使用壽命。 圖12 確定最佳運行負荷 5 結(jié)論 （1）壽命公式包括由啟動—停止循環(huán)，空載循環(huán)，負載變化循環(huán)和高功率負荷循環(huán)導(dǎo)致的性能衰減率，顯示與燃料電池客車實際城市道路試驗相比較是可行的。 （2）汽車燃料電池的壽命，可以根據(jù)在實驗室里不超過250個小時的測試得到的公式（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個小時延長到2600個小時。 （4）微電流操作能延長燃料電池的壽命。 參考文獻： [1] GRANOVSKII M, DINCER I, ROSEN M A. 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