CN102925119A - 一种用于动力电池冷却的冷却液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于动力电池冷却的冷却液及其制备方法。所述冷却液包括以下组分：a）基液：选取水或水/乙二醇或水/丙二醇混合物中的一种；b）固体添加物：选取经表面改性的纳米颗粒Al2O3，TiO2或ZnO中的一种或两种以上的混合物；所述表面改性是在纳米颗粒的表面嫁接亲水基团，其制备方法包括步骤：1）将纳米颗粒Al2O3，TiO2或ZnO中的一种或两种以上的混合物进行表面改性，在其表面嫁接亲水基团；2）以水或水/乙二醇或水/丙二醇混合物为基液，将步骤1）所得的固体添加物加入到其中，通过搅拌、超声振荡和80～120MPa压力下均质处理，配制成冷却液。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷却液，更具体的说，涉及一种用于动力电池冷却的冷却液及其制备方法。
背景技术
随着传统石油资源的日益枯竭，能源与环境的压力使世界各国的发展面临前所未有的挑战，各国政府纷纷投入人力物力开发各种新能源。作为可应用在电动汽车、电动机械装置、大容量能源储备装置等场合的动力电池，近年来得到了大力发展。动力电池作为化学电能的载体，是众多器件、装置正常工作的关键部件，直接影响到器件、装置的使用性能。在实际使用过程中，为了获得高的性能/空间比，动力电池组往往排列比较紧密。此外，为了减少外界环境的影响，动力电池组通常会放置在相对密闭的环境中。这些使用条件会使得动力电池组在工作过程中产生的大量的热无法顺利和快速的排出，导致动力电池温度急剧上升，长时间工作在较高的温度下，将缩短电池使用寿命、降低电池性能；电池箱内温度场的长久不均匀分布将造成各动力电池模块、单体性能的不均衡，进而影响整个动力电池系统的性能。因此，对动力电池组进行热监控和热管理具有重大意义，是动力电池组得以广泛和深入应用所必需解决的关键性问题之一。
目前，对动力电池的散热冷却模式主要包括风冷、直接液体冷却和间接液体冷却三种，其优缺点各异：传统风冷散热的系统结构和维护都比较简单，但随着不断增长的对高能量密度动力电池的需求及为了保证其在各种苛刻工作条件下稳定工作，传统风冷散热已经很难满足动力电池在散热方面越来越高的要求；直接液体冷却散热冷却效率高，但对冷却液要求较高，一般为粘度较大的硅油等非导电液体，系统维护复杂；间接液体冷却可以采用低粘度的水、醇类等冷却液体通过水冷套对电池进行非接触式的间接冷却，且具备良好的冷却效果和可维护性。无论是直接液体冷却还是间接液体冷却，如果在应用中使用冷却效果较好的冷却液，一方面可以提升冷却效率，另一方面可以在保证相同冷却效果的条件下使用较少数量的冷却液，节省了空间，对提升系统的紧凑性和空间效率具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有动力电池的散热冷却模式的缺点，提供一种用于动力电池冷却的冷却液，该冷却液可加快动力电池的热量释放，确保动力电池工作在适宜的温度，提升动力电池系统的使用性、可靠性、安全性和空间效率。
为实现本发明的目的，本发明的技术方案是：
一种用于动力电池冷却的冷却液，该冷却液包括以下组分：
a）基液：选取水或水/乙二醇或水/丙二醇混合物中的一种；
b）固体添加物：选取经表面改性的纳米颗粒Al2O3，TiO2或ZnO中的一种或两种以上的混合物；
所述表面改性是在纳米颗粒的表面嫁接亲水基团。
在本发明的一优选实施例中，所述表面改性的过程为：将纳米颗粒Al2O3，TiO2或ZnO中的一种或两种以上的混合物同含有亲水基团的亲水反应物混合后，进行研磨，研磨结束后取出在60℃—100℃烘干。
在本发明的一更优选实施例中，所述亲水反应物为乙醇、乙二醇、丙二醇、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、氢氧化钾或氢氧化钠中的一种或两种以上的混合物。
在本发明的一优选实施例中，所述纳米颗粒Al2O3，TiO2和ZnO的粒径是5～30纳米。
在本发明的一优选实施例中，所述所固体添加物在冷却液中的体积百分含量为0.1％～3.0％。
在本发明的一优选实施例中，所述冷却液的粘度相比基液的粘度（mPa·S）升高值（0~80°C），在固体添加物的体积百分含量为0.1%时，不超过2.0%；在固体添加物的体积百分含量为1.0%时，不超过5.0%；在固体添加物的体积百分含量为2.0%时，不超过10.0%；在固体添加物的体积百分含量为3.0%时，不超过24.0%。
本发明的另一目的是提供一种用于动力电池冷却的冷却液制备方法，该方法包括以下步骤：
1）将纳米颗粒Al2O3，TiO2或ZnO中的一种或两种以上的混合物进行表面改性，在其表面嫁接亲水基团；
2）以水或水/乙二醇或水/丙二醇混合物为基液，将步骤1）所得的固体添加物加入到其中，通过搅拌、超声振荡和80～120MPa压力下均质处理，配制成冷却液。
在本发明的一优选实施例中，步骤1)中，所述表面改性方法为，将纳米颗粒Al2O3，TiO2或ZnO中的一种或两种以上的混合物同含有亲水基团的亲水反应物混合后进行研磨，结束后取出在60℃—100℃烘干。
在本发明的一更优选实施例中，含有亲水基团的亲水反应物为乙醇、乙二醇、丙二醇、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、氢氧化钾或氢氧化钠中的一种或两种以上的混合物。
在本发明的一更优选实施例中，步骤1)中，所述纳米颗粒Al2O3，TiO2和ZnO的粒径是5～30纳米。
在本发明的一更优选实施例中，步骤2)中，所述所固体添加物在冷却液中的体积百分含量为0.1％～3.0％。
本发明的用于动力电池冷却的冷却液，可加快动力电池模组的热量释放，有效降低动力电池的工作温度，提升电池模组系统的冷却效率或空间紧凑性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明加以详细说明，但本发明的实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
实施例1：
以粒径为5纳米的Al2O3纳米颗粒为固体添加物，采用乙醇、三乙醇胺、氢氧化钾为亲水反应物进行球磨（球磨360分钟，转速200转/分）改性。将改性后的Al2O3纳米颗粒加入到水/乙二醇的混合物中，通过搅拌（300转/分钟）、超声振荡（60分钟）和高压均质处理（80MPa，60分钟）配制成冷却液，其中Al2O3纳米颗粒在冷却液中的体积百分含量为0.1％。将配好的冷却液作为传热介质，应用在动力电池液体冷却系统中。测试结果表明：在充放电及其余冷却条件相同的过程中，使用本实施例制备的冷却液比普通冷却液可使动力电池模组的温度下降多出3%。
实施例2：
以粒径为10纳米的TiO2纳米颗粒为固体添加物，采用乙二醇、三乙醇胺、氢氧化钠为亲水反应物进行球磨（球磨360分钟，转速200转/分）改性。将改性后的TiO2纳米颗粒加入到水/丙二醇的混合物中，通过搅拌（300转/分钟）、超声振荡（60分钟）和高压均质处理（100MPa，60分钟）配制成冷却液，其中TiO2纳米颗粒在冷却液中的体积百分含量为0.5％。将配好的冷却液作为传热介质，应用在动力电池液体冷却系统中。测试结果表明：在充放电及其余冷却条件相同的过程中，使用本实施例制备的冷却液比普通冷却液可使动力电池模组的温度下降多出8%。
实施例3：
以粒径为20纳米的ZnO纳米颗粒为固体添加物，采用乙醇、乙醇胺、氢氧化钠为亲水反应物进行球磨（球磨360分钟，转速200转/分）改性。将改性后的ZnO纳米颗粒加入到水/丙二醇的混合物中，通过搅拌（300转/分钟）、超声振荡（60分钟）和高压均质处理（100MPa，60分钟）配制成冷却液，其中ZnO纳米颗粒在冷却液中的体积百分含量为1.0％。将配好的冷却液作为传热介质，应用在动力电池液体冷却系统中。测试结果表明：在充放电及其余冷却条件相同的过程中，使用本实施例制备的冷却液比普通冷却液可使动力电池模组的温度下降多出14%。
实施例4：
以粒径为20纳米的ZnO纳米颗粒为固体添加物，采用乙醇、氢氧化钠为亲水反应物进行球磨（球磨360分钟，转速200转/分）改性。将改性后的ZnO纳米颗粒加入到水/丙二醇的混合物中，通过搅拌（300转/分钟）、超声振荡（60分钟）和高压均质处理（120MPa，60分钟）配制成冷却液，其中ZnO纳米颗粒在冷却液中的体积百分含量为2.0％。将配好的冷却液作为传热介质，应用在动力电池液体冷却系统中。测试结果表明：在充放电及其余冷却条件相同的过程中，使用本实施例制备的冷却液比普通冷却液可使动力电池模组的温度下降多出25%。
实施例5：
以粒径为20纳米的ZnO纳米颗粒为固体添加物，采用丙二醇、乙醇胺为亲水反应物进行球磨（球磨360分钟，转速200转/分）改性。将改性后的ZnO纳米颗粒加入到水/丙二醇的混合物中，通过搅拌（300转/分钟）、超声振荡（60分钟）和高压均质处理（120MPa，60分钟）配制成冷却液，其中ZnO纳米颗粒在冷却液中的体积百分含量为3.0％。将配好的冷却液作为传热介质，应用在动力电池液体冷却系统中。测试结果表明：在充放电及其余冷却条件相同的过程中，使用本实施例制备的冷却液比普通冷却液可使动力电池模组的温度下降多出43%。
实施例6：
以粒径为30纳米的TiO2纳米颗粒为固体添加物，采用乙醇、乙醇胺、二乙醇胺为亲水反应物进行球磨（球磨360分钟，转速200转/分）改性。将改性后的的TiO2纳米颗粒加入到水/乙二醇的混合物中，通过搅拌（300转/分钟）、超声振荡（60分钟）和高压均质处理（120MPa，60分钟）配制成冷却液，其中TiO2纳米颗粒在冷却液中的体积百分含量为3.0％。将配好的冷却液作为传热介质，应用在动力电池液体冷却系统中。测试结果表明：在充放电及其余冷却条件相同的过程中，使用本实施例制备的冷却液比普通冷却液可使动力电池模组的温度下降多出35%。
实施例7：
以粒径为20纳米的Al2O3纳米颗粒为固体添加物，采用乙醇、乙醇胺、二乙醇胺为亲水反应物进行球磨（球磨360分钟，转速200转/分）改性。将改性后的Al2O3纳米颗粒加入到水/乙二醇的混合物中，通过搅拌（300转/分钟）、超声振荡（60分钟）和高压均质处理（90MPa，60分钟）配制成冷却液，其中Al2O3纳米颗粒在冷却液中的体积百分含量为1.5％。将配好的冷却液作为传热介质，应用在动力电池液体冷却系统中。测试结果表明：在充放电及其余冷却条件相同的过程中，使用本实施例制备的冷却液比普通冷却液可使动力电池模组的温度下降多出21%。
实施例8：
以粒径均为10纳米的TiO2、Al2O3纳米颗粒的混合物为固体添加物（体积比1：1），采用乙二醇、乙醇胺、二乙醇胺为亲水反应物进行球磨（球磨360分钟，转速200转/分）改性。将改性后的TiO2、Al2O3纳米颗粒加入到水/乙二醇的混合物中，通过搅拌（300转/分钟）、超声振荡（60分钟）和高压均质处理（100MPa，60分钟）配制成冷却液，其中纳米颗粒在冷却液中的体积百分含量为1.0％。将配好的冷却液作为传热介质，应用在动力电池液体冷却系统中。测试结果表明：在充放电及其余冷却条件相同的过程中，使用本实施例制备的冷却液比普通冷却液可使动力电池模组的温度下降多出17%。
实施例9：
以粒径均为10纳米的TiO2、ZnO纳米颗粒的混合物为固体添加物（体积比1：1），采用乙二醇、乙醇胺、二乙醇胺为亲水反应物进行球磨（球磨360分钟，转速200转/分）改性。将改性后的TiO2、ZnO纳米颗粒加入到水/乙二醇的混合物中，通过搅拌（300转/分钟）、超声振荡（60分钟）和高压均质处理（120MPa，60分钟）配制成冷却液，其中纳米颗粒在冷却液中的体积百分含量为1.0％。将配好的冷却液作为传热介质，应用在动力电池液体冷却系统中。测试结果表明：在充放电及其余冷却条件相同的过程中，使用本实施例制备的冷却液比普通冷却液可使动力电池模组的温度下降多出19%。
实施例10：
以粒径均为10纳米的Al2O3、ZnO纳米颗粒的混合物为固体添加物（体积比1：1），采用乙醇、乙醇胺、二乙醇胺为亲水反应物进行球磨（球磨360分钟，转速200转/分）改性。将改性后的Al2O3、ZnO纳米颗粒加入到水/乙二醇的混合物中，通过搅拌（300转/分钟）、超声振荡（60分钟）和高压均质处理（120MPa，60分钟）配制成冷却液，其中纳米颗粒在冷却液中的体积百分含量为1.0％。将配好的冷却液作为传热介质，应用在动力电池液体冷却系统中。测试结果表明：在充放电及其余冷却条件相同的过程中，使用本实施例制备的冷却液比普通冷却液可使动力电池模组的温度下降多出14%。
实施例11：
以粒径均为10纳米的Al2O3、ZnO、TiO2纳米颗粒的混合物为固体添加物（体积比1：1：1），采用乙醇、乙醇胺、二乙醇胺为亲水反应物进行球磨（球磨360分钟，转速200转/分）改性。将改性后的Al2O3、ZnO、TiO2纳米颗粒加入到水/丙二醇的混合物中，通过搅拌（300转/分钟）、超声振荡（60分钟）和高压均质处理（120MPa，60分钟）配制成冷却液，其中纳米颗粒在冷却液中的体积百分含量为1.0％。将配好的冷却液作为传热介质，应用在动力电池液体冷却系统中。测试结果表明：在充放电及其余冷却条件相同的过程中，使用本实施例制备的冷却液比普通冷却液可使动力电池模组的温度下降多出15%。
实施例12：
以粒径为8纳米的Al2O3、粒径为30纳米的ZnO和粒径为19纳米的TiO2纳米颗粒的混合物为固体添加物（体积比1：2：3），采用乙醇、乙醇胺、二三乙醇胺醇胺为亲水反应物进行球磨（球磨400分钟，转速180转/分）改性。将改性后的Al2O3、ZnO、TiO2纳米颗粒加入到水中，通过搅拌（350转/分钟）、超声振荡（50分钟）和高压均质处理（150MPa，40分钟）配制成冷却液，其中纳米颗粒在冷却液中的体积百分含量为2.5％。将配好的冷却液作为传热介质，应用在动力电池液体冷却系统中。测试结果表明：在充放电及其余冷却条件相同的过程中，使用本实施例制备的冷却液比普通冷却液可使动力电池模组的温度下降多出10%。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (11)
1.一种用于动力电池冷却的冷却液，其特征在于，该冷却液包括以下组分：
a）基液：选取水或水/乙二醇或水/丙二醇混合物中的一种；
b）固体添加物：选取经表面改性的纳米颗粒Al2O3，TiO2或ZnO中的一种或两种以上的混合物；
所述表面改性是在纳米颗粒的表面嫁接亲水基团。
2.根据权利要求1所述的用于动力电池冷却的冷却液，其特征在于，所述表面改性的过程为：将纳米颗粒Al2O3，TiO2或ZnO中的一种或两种以上的混合物同含有亲水基团的亲水反应物混合后，进行研磨，研磨结束后取出在60℃—100℃烘干。
3.根据权利要求2所述的用于动力电池冷却的冷却液，其特征在于，所述亲水反应物为乙醇、乙二醇、丙二醇、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、氢氧化钾或氢氧化钠中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的用于动力电池冷却的冷却液，其特征在于，所述纳米颗粒Al2O3，TiO2和ZnO的粒径是5～30纳米。
5.根据权利要求1所述的用于动力电池冷却的冷却液，其特征在于：所述固体添加物在冷却液中的体积百分含量为0.1％～3.0％。
6.根据权利要求1所述的用于动力电池冷却的冷却液，其特征在于：所述冷却液的粘度相比基液的粘度升高值：在0~80°C条件下，在固体添加物的体积百分含量为0.1%时，不超过2.0%；在固体添加物的体积百分含量为1.0%时，不超过5.0%；在固体添加物的体积百分含量为2.0%时，不超过10.0%；在固体添加物的体积百分含量为3.0%时，不超过24.0%。
7.一种权利要求1-6任一项所述的用于动力电池冷却的冷却液的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1）将纳米颗粒Al2O3，TiO2或ZnO中的一种或两种以上的混合物进行表面改性，在其表面嫁接亲水基团；
2）以水或水/乙二醇或水/丙二醇混合物为基液，将步骤1）所得的固体添加物加入到其中，通过搅拌、超声振荡和80～120MPa压力下均质处理，配制成冷却液。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述表面改性方法为，将纳米颗粒Al2O3，TiO2或ZnO中的一种或两种以上的混合物同含有亲水基团的亲水反应物混合后进行研磨，结束后取出在60℃—100℃烘干。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：含有亲水基团的亲水反应物为乙醇、乙二醇、丙二醇、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、氢氧化钾或氢氧化钠中的一种或两种以上的混合物。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述纳米颗粒Al2O3，TiO2和ZnO的粒径是5～30纳米。
11.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述所固体添加物在冷却液中的体积百分含量为0.1％～3.0％。
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