1.3 車輛熱管理的研究現狀

1.3.1 國外研究現狀

早期的車輛熱管理主要集中在發動機的散熱效果及性能提升上。1981年，美國提出了冷卻系統智能化控制的概念，其思想是使用電動風扇取代傳統的機械風扇，根據柴油機的溫度和負荷情況，控制風扇的轉速，減少柴油機驅動冷卻風扇的功率損失，同時縮短冬季柴油機起動的預熱時間，減少傳熱損失。但是由于當時技術上的缺陷，實用化后仍存在一系列問題。隨著電子技術的不斷進步，各國在冷卻系統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上配置名為智能熱調節系統的新型電子調節系統，用于改善柴油機的冷卻性能。該系統實現了水泵和氣缸體的分離，水泵的流量和通風裝置都通過柴油機的電控單元（ECU）進行調整和控制，這樣不僅有利于水泵的安裝，也能遠離氣缸體這一熱源，因此水泵可以用塑料制成，既降低了成本，也減輕了重量，達到了水泵的轉速隨冷卻液溫度的變化而變化，進一步降低傳熱損失和機械損失，減少排放污染和油耗。2001年，Satomi Muto等[7]將散熱器和壓縮機合二為一，形成單個冷卻模塊并進行改進，分析結果表明，冷卻模塊的尺寸和質量都大幅度減小，而散熱器和壓縮機的性能都得到提升。2002年，德爾福公司提出了中置風扇配置，即將冷卻風扇置于冷凝器后、散熱器前，這樣可以顯著改善空氣側的溫度分布，獲得較高的空氣流速[8]。2008年，Mohammad等[9]設計了由伺服電機控制的冷卻系統，用基于Lyapunov的非線性控制技術來控制冷卻液溫度。相關仿真和試驗結果表明，設計的4種控制策略都能很好地實現對冷卻液溫度的控制，最大穩態偏差范圍在1.1%以內。2009年，Tharayi Rajesh A等利用仿真分析和試驗方法，研究后置式客車發動機冷卻系統的性能，發現在低速工況時可以通過提高散熱器風扇的功率來提高散熱器的效率；而在高速工況時，散熱器的散熱效果受風扇功率的影響不大，于是提出利用偏轉板將底盤空氣導向散熱器以提高散熱效率的方法。

隨著人們對環境氣候變化的日益關注，節能、減排成為車輛發展的主要關注點。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，由于電動汽車的發展更為迅速，電動車輛的熱管理系統也得到了研究人員的高度關注。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通過空調系統聯系起來，可以同時滿足電池和乘員艙的制冷/制熱需求[10]。Yokoyama Atsushi等[11]研發了一種集電機-逆變器和乘員艙的空調系統于一體的集成熱管理系統，電機和乘員艙采用串聯方式連接，中間有一條旁通回路，通過旁通閥的控制，可以實現電機的冷卻及余熱回收。2019年，Shervin Shoai Naini等[12]設計了一種新型的混合型電機冷卻系統，它包括熱管、銅管水套、風扇，其中風扇可以加速帶走冷凝端的熱量。該系統采取被動式和主動式相結合的方式，可以設計有效的控制策略以優化冷卻系統的能耗。