1.3 車輛熱管理的研究現(xiàn)狀

1.3.1 國外研究現(xiàn)狀

早期的車輛熱管理主要集中在發(fā)動機(jī)的散熱效果及性能提升上。1981年，美國提出了冷卻系統(tǒng)智能化控制的概念，其思想是使用電動風(fēng)扇取代傳統(tǒng)的機(jī)械風(fēng)扇，根據(jù)柴油機(jī)的溫度和負(fù)荷情況，控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，減少柴油機(jī)驅(qū)動冷卻風(fēng)扇的功率損失，同時(shí)縮短冬季柴油機(jī)起動的預(yù)熱時(shí)間，減少傳熱損失。但是由于當(dāng)時(shí)技術(shù)上的缺陷，實(shí)用化后仍存在一系列問題。隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，各國在冷卻系統(tǒng)智能化控制方面的研究逐漸深入。1999年，法國法雷奧公司提出了在柴油機(jī)上配置名為智能熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)的新型電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用于改善柴油機(jī)的冷卻性能。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水泵和氣缸體的分離，水泵的流量和通風(fēng)裝置都通過柴油機(jī)的電控單元（ECU）進(jìn)行調(diào)整和控制，這樣不僅有利于水泵的安裝，也能遠(yuǎn)離氣缸體這一熱源，因此水泵可以用塑料制成，既降低了成本，也減輕了重量，達(dá)到了水泵的轉(zhuǎn)速隨冷卻液溫度的變化而變化，進(jìn)一步降低傳熱損失和機(jī)械損失，減少排放污染和油耗。2001年，Satomi Muto等[7]將散熱器和壓縮機(jī)合二為一，形成單個(gè)冷卻模塊并進(jìn)行改進(jìn)，分析結(jié)果表明，冷卻模塊的尺寸和質(zhì)量都大幅度減小，而散熱器和壓縮機(jī)的性能都得到提升。2002年，德爾福公司提出了中置風(fēng)扇配置，即將冷卻風(fēng)扇置于冷凝器后、散熱器前，這樣可以顯著改善空氣側(cè)的溫度分布，獲得較高的空氣流速[8]。2008年，Mohammad等[9]設(shè)計(jì)了由伺服電機(jī)控制的冷卻系統(tǒng)，用基于Lyapunov的非線性控制技術(shù)來控制冷卻液溫度。相關(guān)仿真和試驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的4種控制策略都能很好地實(shí)現(xiàn)對冷卻液溫度的控制，最大穩(wěn)態(tài)偏差范圍在1.1%以內(nèi)。2009年，Tharayi Rajesh A等利用仿真分析和試驗(yàn)方法，研究后置式客車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的性能，發(fā)現(xiàn)在低速工況時(shí)可以通過提高散熱器風(fēng)扇的功率來提高散熱器的效率；而在高速工況時(shí)，散熱器的散熱效果受風(fēng)扇功率的影響不大，于是提出利用偏轉(zhuǎn)板將底盤空氣導(dǎo)向散熱器以提高散熱效率的方法。

隨著人們對環(huán)境氣候變化的日益關(guān)注，節(jié)能、減排成為車輛發(fā)展的主要關(guān)注點(diǎn)。因此，混合動力及純電動汽車也越來越受到各大汽車制造商的青睞。近年來，由于電動汽車的發(fā)展更為迅速，電動車輛的熱管理系統(tǒng)也得到了研究人員的高度關(guān)注。2011年，通用汽車公司推出了一款增程式電動汽車——雪佛蘭伏特，該車將電池、乘員艙的熱管理系統(tǒng)通過空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)系起來，可以同時(shí)滿足電池和乘員艙的制冷/制熱需求[10]。Yokoyama Atsushi等[11]研發(fā)了一種集電機(jī)-逆變器和乘員艙的空調(diào)系統(tǒng)于一體的集成熱管理系統(tǒng)，電機(jī)和乘員艙采用串聯(lián)方式連接，中間有一條旁通回路，通過旁通閥的控制，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的冷卻及余熱回收。2019年，Shervin Shoai Naini等[12]設(shè)計(jì)了一種新型的混合型電機(jī)冷卻系統(tǒng)，它包括熱管、銅管水套、風(fēng)扇，其中風(fēng)扇可以加速帶走冷凝端的熱量。該系統(tǒng)采取被動式和主動式相結(jié)合的方式，可以設(shè)計(jì)有效的控制策略以優(yōu)化冷卻系統(tǒng)的能耗。