CN111187601A

CN111187601A - 冷却液

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Publication number: CN111187601A
Application number: CN201910908035.8A
Authority: CN
Inventors: 新井博之; 儿玉康朗; 长泽雅之; 梅原吉伦; 吉井扬一郎; 佐佐木悠
Original assignee: Nippon Chemical Industrial Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nippon Chemical Industrial Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2020-05-22
Anticipated expiration: 2039-09-25
Also published as: JP2020083899A; JP7244258B2; CN111187601B; US20200153061A1; US11108102B2

Abstract

本发明涉及冷却液。提供导电率低、离子溶出性低、极低温粘度低且在运转温度范围具有与水系冷却液组合物同等的冷却性能的电动汽车的蓄电池冷却液。涉及电动汽车的蓄电池冷却液，其包含相对于冷却液的总质量90质量％以上的、选自碳酸亚丙酯和碳酸亚丁酯中的至少一种碳酸酯类，以及相对于冷却液的总质量3质量％以下的水。

Description

冷却液

技术领域

本发明涉及冷却液，特别是涉及电动汽车的蓄电池冷却液。

背景技术

在环境问题正受到重视的近年来，不排放作为温室效应气体的二氧化碳的电动汽车正受到关注。

以往，作为在电动汽车的动力源中使用的蓄电池或燃料电池用的冷却液，使用了冷却性能高的水或包含乙二醇作为基剂的冷却液组合物。但是，不包含电解质等的所谓纯水在处于摄氏度0℃以下时会冰冻，体积增大，因此担心对散热器等带来损伤。另外，乙二醇具有因使用环境而劣化的性质。

对于这样的问题，例如在专利文献1中，公开了包含在耐劣化方面强、极低温下的粘度低的1,3-丙二醇(PDO)作为基剂的燃料电池汽车用的冷却液组合物。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第7410598号说明书

发明内容

发明所要解决的课题

在电动汽车的蓄电池冷却液中，优选导电性(导电率)低，即，电阻率高。例如在冷却液因事故等而泄露的情况下，导电率高的冷却液通过与蓄电池端子接触而有可能引起蓄电池的短路和/或起火。

另外，在电动汽车的蓄电池冷却液中，优选离子溶出性低。离子溶出性高的水系冷却液、例如专利文献1中记载的冷却液组合物有可能通过使用而使散热器中包含的材料(例如助焊剂)溶解，使导电率上升。助焊剂也可通过提前清洗散热器来除去，但工序增加，相应地成本变高。

进而，在电动汽车的蓄电池冷却液中，优选极低温下的粘度低。极低温下的粘度变高时，对水泵的负担变大，其结果，电损失变大。

例如，作为具有导电率低、离子溶出性低的特性的材料，可举出属于非水系的材料的矿物油、硅油等。但是，矿物油、硅油与水系的冷却液组合物相比，冷却性能明显地低。

因此，本发明的课题在于，提供导电率低、离子溶出性低、极低温粘度低且在运转温度范围具有与水系冷却液组合物同等的冷却性能的电动汽车的蓄电池冷却液。

用于解决课题的手段

以往使用的传热介质有各种各样。

例如，在美国专利第3607756号说明书中，记载了包含5体积％～65体积％的丙二醇、4体积％～85体积％的碳酸亚丙酯以及5体积％～55体积％的水的液体的传热介质。

进而，德国专利申请公开第102007016738号说明书中记载了以包含碳酸亚丙酯为特征的太阳能用传热流体。

在上述文献中作为传热介质使用的非水系的碳酸酯类也作为锂离子电池用电解液的材料使用，具有高的介电常数。通常，推测介电常数高时离子溶出性高；因此推测非水系的碳酸酯类作为优选离子溶出性低的电动汽车的蓄电池冷却液是不合适的。

但是，本发明人对于为了解决上述课题的手段进行了各种研究，结果，令人惊讶地发现，非水系的碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)等碳酸酯类具有低离子溶出性；进而该碳酸酯类以及包含一定量该碳酸酯类的组合物具有低的耐热试验后的导电率、极低温下的低粘度、低离子溶出性、以及与运转温度范围下的水系冷却液组合物同等的冷却性能，适合作为电动汽车的蓄电池冷却液，完成了本发明。

即，本发明的主旨为以下那样。

(1)冷却液，其为电动汽车的蓄电池冷却液，其包含：

相对于冷却液的总质量90质量％以上的、选自碳酸亚丙酯和碳酸亚丁酯中的至少一种碳酸酯类，以及

相对于冷却液的总质量3质量％以下的水。

(2)(1)所述的冷却液，其不包含水。

(3)(1)或(2)所述的冷却液，碳酸酯类为碳酸亚丙酯。

(4)(1)～(3)的任一项所述的冷却液，其进一步包含相对于冷却液的总质量10质量％以下的二醇类。

(5)(4)所述的冷却液，其中，二醇类为选自乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、1,3-丙二醇、丙二醇(1,2-丙二醇)、二丙二醇、丁二醇、戊二醇和己二醇中的至少一种二醇类。

(6)(1)～(5)的任一项所述的冷却液，其进一步包含相对于冷却液的总质量合计0.01质量％～3质量％的选自苯并三唑和甲苯基三唑中的至少一种化合物。

(7)选自碳酸亚丙酯和碳酸亚丁酯中的至少一种碳酸酯类作为电动汽车的蓄电池冷却液使用的方法。

(8)(7)所述的方法，碳酸酯类为碳酸亚丙酯。

发明效果

根据本发明，提供导电率低、离子溶出性低、极低温粘度低且在运转温度区域具有与水系冷却液组合物同等的冷却性能的电动汽车的蓄电池冷却液。

具体实施方式

以下，对本发明的优选实施方式进行详细说明。

本发明的电动汽车的蓄电池冷却液和将碳酸酯类作为电动汽车的蓄电池冷却液使用的方法不受限于以下的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可以以实施了本领域技术人员可进行的改变、改良等的各种形态来实施。

本发明涉及包含一定量以上的碳酸酯类和一定量以下的水的电动汽车的蓄电池冷却液。

在本发明的电动汽车的蓄电池冷却液中，碳酸酯类为选自碳酸亚丙酯和碳酸亚丁酯中的至少一种。碳酸酯类优选为碳酸亚丙酯。

在本发明的电动汽车的蓄电池冷却液中，碳酸酯类的量(浓度)相对于电动汽车的蓄电池冷却液的总质量为90质量％以上，优选为95质量％以上，更优选为97.5质量％以上。

在本发明的电动汽车的蓄电池冷却液中，对碳酸酯类的量(浓度)的上限没有限定，相对于电动汽车的蓄电池冷却液的总质量通常为99.9质量％以下，优选为99.0质量％以下。

通过本发明的电动汽车的蓄电池冷却液包含上述量的上述碳酸酯类，可实现具有低的耐热试验后的导电率、极低温下的低粘度、低离子溶出性、以及与在运转温度区域的水性冷却液组合物同等的冷却性能的冷却液。

在本发明的电动汽车的蓄电池冷却液中，水的量(含水量)相对于冷却液的总质量为3质量％以下，优选为1质量％以下。含水量优选尽可能少，因此没有设定下限值。更优选地，本发明的冷却液不包含水。

在本发明的电动汽车的蓄电池冷却液中，“不包含水”是指冷却液基本上不包含水。因此，“不包含水”不仅包括含水量相对于冷却液的总质量为0质量％，还包括含水量为来自各种条件(例如冷却液的制造方法、制造装置、使用的原料、吸湿性、保管条件等)的不可避免的量的情形。

通过本发明的电动汽车的蓄电池冷却液包含上述量的水或不包含水，可实现具有极低温下的低粘度和低离子溶出性的冷却液。

本发明的电动汽车的蓄电池冷却液可以进一步包含二醇类。二醇类只要是本技术领域中公知的二醇类就没有限定。二醇类优选为选自乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、1,3-丙二醇、丙二醇(1,2-丙二醇)、二丙二醇、丁二醇、戊二醇和己二醇中的至少一种二醇类。予以说明，二丙二醇、丁二醇、戊二醇和己二醇各自可以为异构体彼此的混合物，也可以为纯粹的异构体。

在本发明的电动汽车的蓄电池冷却液中，二醇类的量(浓度)相对于电动汽车的蓄电池冷却液的总质量通常为10质量％以下，优选为5质量％以下，更优选为2.5质量％以下。

在本发明的电动汽车的蓄电池冷却液中，对二醇类的量的下限值没有限定，相对于电动汽车的蓄电池冷却液的总质量通常为0.5质量％以上，优选为1质量％以上。

本发明的电动汽车的蓄电池冷却液可以不包含二醇类。“不包含二醇类”是指冷却液基本上不包含二醇类。因此，“不包含二醇类”不仅包括二醇类的量相对于冷却液的总质量为0质量％，还包括二醇类的量为来自各种条件(例如冷却液的制造方法、制造装置、使用的原料等)的不可避免的量的情形。

通过本发明的电动汽车的蓄电池冷却液包含上述量的二醇类或者不包含二醇类，实现具有极低温下的低粘度、以及与运转温度区域的水性冷却液组合物同等的冷却性能的冷却液。

本发明的电动汽车的蓄电池冷却液可以进一步包含选自苯并三唑和甲苯基三唑中的至少一种化合物。本发明的电动汽车的蓄电池冷却液优选包含甲苯基三唑。选自苯并三唑和甲苯基三唑中的至少一种化合物的量(浓度)合计相对于冷却液的总质量通常为0.01质量％～3质量％，优选为0.1质量％～0.5质量％。

通过本发明的电动汽车的蓄电池冷却液包含上述量的选自苯并三唑和甲苯基三唑中的至少一种化合物，实现具有低离子溶出性的冷却液、即具有防锈效果的冷却液。

本发明的电动汽车的蓄电池冷却液可进一步包含染料、消泡剂、苦味剂等。本发明的电动汽车的蓄电池冷却液可以以不损害下述说明的冷却液的特性的范围的量包含该材料。

对本发明的电动汽车的蓄电池冷却液而言，耐热试验后的导电率为1.6μS/cm以下，优选为1.0μS/cm以下。在此，耐热试验后的导电率是将该冷却液密封，在120℃下静置84小时后调温至25℃之后测定的导电率。

对本发明的电动汽车的蓄电池冷却液而言，将极低温(-30℃)下的剪切速度设为50s^-1所测定的粘度为250mPa·s以下，优选为100mPa·s以下。在此，将-30℃下的剪切速度设为50s^-1所测定的粘度是在流变仪中使用平行板所测定的值。

对本发明的电动汽车的蓄电池冷却液而言，离子溶出性试验中的导电率为1.0μS/cm以下，优选为0.7μS/cm以下。在此，离子溶出性试验中的导电率是在该冷却液中相对于冷却液的总质量配合0.1质量％的助熔剂(森田化学工业制的FL-7)，搅拌2小时后调温至25℃后所测定的导电率。

对本发明的电动汽车的蓄电池冷却液而言，用以下的式所计算的作为冷却性能的传热系数h为1000W/(m²·K)以上，优选为1200W/(m²·K)以上。

冷却性能＝传热系数h(W/(m²·K))

＝努塞尔数×热导率(W/(m·K))÷配管直径(设为0.01m)

在此，努塞尔数＝0.023×Re^0.8×Pr^0.33(根据柯尔伯恩公式)

雷诺数(Re)＝密度(kg/m³)×流速(设为1m/s)×配管直径(设为0.01m)÷粘度(Pa·s)

普朗特数(Pr)＝粘度(Pa·s)×比热(J/(kg·K))÷热导率(W/(m·K))本发明的电动汽车的蓄电池冷却液具有低的耐热试验后的导电率、极低温下的低粘度、低离子溶出性、以及与运转温度范围的水系冷却液组合物同等的冷却性能。因此，本发明的电动汽车的蓄电池冷却液维持导电率低的状态，因此即使在冷却液例如因事故等泄露、冷却液与蓄电池端子接触的情况下，也能抑制蓄电池的短路和/或起火。进而，本发明的电动汽车的蓄电池冷却液的离子溶出性低，因此能抑制可存在于散热器的助熔剂(溶出物)向冷却液中的溶解，从而以低的状态保持导电率。由此，不需要提前清洗散热器，可降低由清洗所致的成本。进而，本发明的电动汽车的蓄电池冷却液由于极低温下的粘度低，因此可减小对水泵的负担，因此，可减小电的损失。

本发明的电动汽车的蓄电池冷却液以上述说明的量使用上述说明的成分以外，可通过本技术领域公知的方法来制备。在本发明的电动汽车的蓄电池冷却液的制备中，对各成分的添加顺序、添加温度、混合方法、混合时间等没有限定，以各成分在冷却液中均匀地分散的方式混合。另外，可根据需要，将所制造的冷却液通过离子交换树脂来除去冷却液中包含的离子。

进而，本发明涉及将碳酸酯类作为电动汽车的蓄电池冷却液使用的方法。

在此，碳酸酯类为选自碳酸亚丙酯和碳酸亚丁酯中的至少一种碳酸酯类。碳酸酯类优选为碳酸亚丙酯。

上述碳酸酯类具有低的耐热试验后的导电率、极低温下的低粘度、低离子溶出性、以及与在运转温度区域的水性冷却液组合物同等的冷却性能。因此，在将上述碳酸酯类作为电动汽车的蓄电池冷却液使用的情况下，上述碳酸酯类维持导电率低的状态，因此即使在冷却液例如因事故等而泄露、冷却液与蓄电池端子接触，也能抑制蓄电池的短路和/或起火。进而，在将上述碳酸酯类作为电动汽车的蓄电池冷却液使用的情况下，上述碳酸酯类由于离子溶出性低，因此能抑制可存在于散热器的助熔剂(溶出物)向冷却液中的溶解，从而以低的状态保持导电率。由此，不需要提前清洗散热器，可降低由清洗所致的成本。进而，在将上述碳酸酯类作为电动汽车的蓄电池冷却液使用的情况下，上述碳酸酯类由于极低温下的粘度低，因此可减小对水泵的负担，因此，可减小电的损失。

实施例

以下，对本发明涉及的一些实施例进行说明，但不意图将本发明限定于这些实施例中所示的那些条件。

[实施例1～5和比较例1～9的组合物的制备]

将作为原料的、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、水、甲苯基三唑和硅油以表1中记载的配合量(质量份)混合，使得合计成为100质量份，制作了实施例1～5和比较例1～9的组合物。

[实施例1～5和比较例1～9的组合物的评价]

对得到的冷却液进行了以下的评价试验。

1.耐热试验后的导电率

将实施例1～5和比较例1～9的组合物100ml分别放入250ml的螺口瓶，密封，在120℃的环境下静置84小时。其后，将各螺口瓶取出，调温至25℃后，测定了导电率。予以说明，导电率的测定中使用横河电机株式会社制的パーソナルSCメータSC72、检测器SC72SN-11(纯水用)。

2.极低温(-30℃)下的粘度

使用装备了平行板的アントンパール公司制的流变仪测定了实施例1～5和比较例1～9的组合物的粘度。粘度以10℃/分钟的升温速度和50s^-1的剪切速度在-30℃～65℃的温度范围进行了测定。

3.离子溶出性

在实施例1～5和比较例1～9的组合物中相对于冷却液的总质量配合0.1质量％的助熔剂(森田化学工业制的FL-7)，搅拌2小时后，调温至25℃之后测定了导电率。予以说明，导电率的测定中使用横河电机株式会社制的パーソナルSCメータSC72、检测器SC72SN-11(纯水用)。

4.冷却性能

对实施例1～5和比较例1～9的组合物，算出按以下的式所计算的作为冷却性能的传热系数h(W/(m²·K))。

冷却性能＝传热系数h(W/(m²·K))

＝努塞尔数×热导率(W/(m·K))÷配管直径(设为0.01m)

在此，努塞尔数＝0.023×Re^0.8×Pr^0.33(根据柯尔伯恩公式)

普朗特数(Pr)＝粘度(Pa·s)×比热(J/(kg·K))÷热导率(W/(m·K))

予以说明，20℃下的比热、20℃下的热导率和20℃下的密度由文献值算出，20℃下的粘度使用在上述的“2.极低温(-30℃)下的粘度”中测定的值。

表1

在实施例1～5中，耐热试验后的导电率低，极低温(-30℃)下的粘度低，离子溶出性低，且冷却性能大。因此可知，实施例1～5适合作为电动汽车的蓄电池冷却液。

另一方面，比较例1仅为1,2-丙二醇(PG)的组成，耐热试验后的导电率低，且离子溶出性低，虽为良好，但极低温下的粘度高且冷却性能低。

比较例2、3和4为作为通常的水系冷却液组合物的一般的乙二醇水溶液，离子溶出性高。

比较例5为只是水的组成，在极低温下会冷冻，且离子溶出性高。

比较例6是作为非水系的热介质或电绝缘油的一般的硅油(TORAY制SH200，25℃下的运动粘度5.0mm²/s品)，离子溶出性低，虽为良好，但冷却性能低。

比较例7和9在PC中配合有水，在极低温下会冷冻，且离子溶出性高。

比较例8中配合有大量的PG，冷却性能低。

Claims

1.冷却液，其为电动汽车的蓄电池冷却液，其包含：

相对于冷却液的总质量3质量％以下的水。

2.权利要求1所述的冷却液，其不包含水。

3.权利要求1或2所述的冷却液，其中，碳酸酯类为碳酸亚丙酯。

4.权利要求1～3的任一项所述的冷却液，其进一步包含相对于冷却液的总质量10质量％以下的二醇类。

5.权利要求4所述的冷却液，其中，二醇类为选自乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、1,3-丙二醇、丙二醇、二丙二醇、丁二醇、戊二醇和己二醇中的至少一种二醇类。

6.权利要求1～5的任一项所述的冷却液，其相对于冷却液的总质量进一步合计包含0.01质量％～3质量％的选自苯并三唑和甲苯基三唑中的至少一种化合物。

7.选自碳酸亚丙酯和碳酸亚丁酯中的至少一种碳酸酯类作为电动汽车的蓄电池冷却液使用的方法。

8.权利要求7所述的方法，其中，碳酸酯类为碳酸亚丙酯。