1.3 车辆热管理的研究现状

1.3.1 国外研究现状

早期的车辆热管理主要集中在发动机的散热效果及性能提升上。1981年，美国提出了冷却系统智能化控制的概念，其思想是使用电动风扇取代传统的机械风扇，根据柴油机的温度和负荷情况，控制风扇的转速，减少柴油机驱动冷却风扇的功率损失，同时缩短冬季柴油机起动的预热时间，减少传热损失。但是由于当时技术上的缺陷，实用化后仍存在一系列问题。随着电子技术的不断进步，各国在冷却系统智能化控制方面的研究逐渐深入。1999年，法国法雷奥公司提出了在柴油机上配置名为智能热调节系统的新型电子调节系统，用于改善柴油机的冷却性能。该系统实现了水泵和气缸体的分离，水泵的流量和通风装置都通过柴油机的电控单元（ECU）进行调整和控制，这样不仅有利于水泵的安装，也能远离气缸体这一热源，因此水泵可以用塑料制成，既降低了成本，也减轻了重量，达到了水泵的转速随冷却液温度的变化而变化，进一步降低传热损失和机械损失，减少排放污染和油耗。2001年，Satomi Muto等[7]将散热器和压缩机合二为一，形成单个冷却模块并进行改进，分析结果表明，冷却模块的尺寸和质量都大幅度减小，而散热器和压缩机的性能都得到提升。2002年，德尔福公司提出了中置风扇配置，即将冷却风扇置于冷凝器后、散热器前，这样可以显著改善空气侧的温度分布，获得较高的空气流速[8]。2008年，Mohammad等[9]设计了由伺服电机控制的冷却系统，用基于Lyapunov的非线性控制技术来控制冷却液温度。相关仿真和试验结果表明，设计的4种控制策略都能很好地实现对冷却液温度的控制，最大稳态偏差范围在1.1%以内。2009年，Tharayi Rajesh A等利用仿真分析和试验方法，研究后置式客车发动机冷却系统的性能，发现在低速工况时可以通过提高散热器风扇的功率来提高散热器的效率；而在高速工况时，散热器的散热效果受风扇功率的影响不大，于是提出利用偏转板将底盘空气导向散热器以提高散热效率的方法。

随着人们对环境气候变化的日益关注，节能、减排成为车辆发展的主要关注点。因此，混合动力及纯电动汽车也越来越受到各大汽车制造商的青睐。近年来，由于电动汽车的发展更为迅速，电动车辆的热管理系统也得到了研究人员的高度关注。2011年，通用汽车公司推出了一款增程式电动汽车——雪佛兰伏特，该车将电池、乘员舱的热管理系统通过空调系统联系起来，可以同时满足电池和乘员舱的制冷/制热需求[10]。Yokoyama Atsushi等[11]研发了一种集电机-逆变器和乘员舱的空调系统于一体的集成热管理系统，电机和乘员舱采用串联方式连接，中间有一条旁通回路，通过旁通阀的控制，可以实现电机的冷却及余热回收。2019年，Shervin Shoai Naini等[12]设计了一种新型的混合型电机冷却系统，它包括热管、铜管水套、风扇，其中风扇可以加速带走冷凝端的热量。该系统采取被动式和主动式相结合的方式，可以设计有效的控制策略以优化冷却系统的能耗。