CN117186848A - 一种冷却液及其制备方法与应用 - Google Patents

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张晓波
王炯庚
张志亮
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Abstract

本发明公开了一种冷却液及其制备方法与应用,涉及液冷储能技术领域。本发明所述冷却液包含如下重量份的成分:天然酯绝缘油70~90份、醇醚溶剂8~18份、抗氧剂1~3份、防冻剂3~7份。以上述成分制备的冷却液导热性好,闪点值高,可以实现散热性能和消防安全性能双保障,适合应用于储能电池中,加快电池包的散热;并且所述冷却液对电芯密封材料的兼容性好,对电芯的使用寿命影响较小,解决了现有冷却液与电芯密封材料兼容性差的问题。

Description

一种冷却液及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及液冷储能技术领域,尤其涉及一种冷却液及其制备方法与应用。
背景技术
锂电池储能系统的安全问题已成为锂电池储能电站建设及大规模应用的重要问题,探究锂电池储能系统安全事故成因,开展储能系统安全问题研究、储能系统温度管控、风险防护等工作具有重要意义。通过分析国内外安全事故,我们将储能系统温度一致性控制作为突破口,认为精准、有效调节温度可大大降低储能安全风险。
同等体积的液体散热能力是空气的千倍以上,储能电池包放置在绝缘冷却液体中,可以提高各电池单体温度的均匀性,避免单体电池局部过热导致的电池包寿命缩短甚至失效失控,同时电池包与空气隔绝,温度只要低于绝缘冷却液的自燃点,电池包不会着火,可大大提高储能系统安全性能。
液冷储能行业目前所用冷却液主要有价格高昂的电子氟化液,以及价格较低的碳氢类矿物油和合成油。电子氟化液虽无闪点,但由于生产工艺限制,产量受限,价格高昂,且电子氟化液生产及使用过程中的环保问题逐渐浮出水面;而价格较低的碳氢类矿物油和合成油,本身存在闪点,出于储能安全考虑,需要提高闪点,闪点提高的同时液体粘度增大,散热能力同步下降;从液体与储能电池材料兼容性方面考虑,目前无论是电子氟化液还是碳氢类矿物油,均存在对电芯密封材料兼容性差的问题,最终会导致电芯寿命缩短,甚至存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种冷却液及其制备方法与应用。
为实现上述目的,本发明所采取的技术方案为:
一种冷却液,所述冷却液包含如下重量份的成分:天然酯绝缘油70~90份、醇醚溶剂8~18份、抗氧剂1~3份、防冻剂3~7份。
本发明通过选用天然酯绝缘油和所述醇醚溶剂复配,可以保证所述冷却液具有良好的散热性能以及高闪点值,在加速储能系统散热的同时还具有良好的安全性。此外,实验发现,本发明所述冷却液与常用电芯密封材料如发泡硅胶、硅橡胶等具有良好的兼容性,电芯不会在所述冷却液中发生开裂等现象,使用寿命相对较高,受冷却液的影响较小。
优选地,所述天然酯绝缘油与醇醚溶剂的质量比为1:(0.1~0.2)。当两者的配比满足上述要求时,可以使所述冷却液的导热性能以及安全性能得到最佳平衡,并且与电芯密封材料具有更好的兼容性。
优选地,所述醇醚溶剂为二乙二醇丁醚、乙二醇丁醚、二乙二醇二丁醚中的至少一种。相比于其他的醇醚溶剂,上述优选醇醚溶剂在天然酯绝缘油中的分散性更好,可以降低体系的粘度,使体系的粘度在合适的范围内,改善冷却液的散热效果,并且可以明显降低电芯密封材料在冷却液中的溶解性。
优选地,所述抗氧剂为双苯并三唑、2,6-二叔丁基对甲酚、2,6-二叔丁基苯酚中的至少一种;所述防冻剂为聚α-烯烃,烷基萘中的至少一种。进一步优选地,所述抗氧剂为双苯并三唑,所述防冻剂为聚α-烯烃。选用上述成分可以有效提升所述冷却液的稳定性。
优选地,所述冷却液在15℃下测得的密度为0.85~0.87g/cm3,开口闪点为250~280℃,比热容为2150~2250J/(kg·K),导热系数为0.135~0.15W/(m·K),在40℃下测得的粘度为4.5~5.5mm2/s。本发明通过对成分进行优选,制备的冷却液具有较高的闪点以及导热系数,兼具良好的散热性能以及安全性能。
此外,本发明还公开了一种所述冷却液的制备方法,包括如下步骤:
(1)按配比将醇醚溶剂、天然酯绝缘油混合,在30~50℃下搅拌,得到混合物;
(2)将所述混合物与防冻剂、抗氧剂混合,搅拌,冷却至室温,得到所述冷却液。
同时,本发明还公开了所述冷却液在液冷储能领域的应用。
相比于现有技术,本发明的有益效果为:本发明通过对冷却液的成分进行筛选,制备的冷却液粘度适中,导热性高,并且具备高闪点值,当以所述冷却液对电池包进行降温处理时,各电池单体的温度均匀性较好,不会出现热失控现象,电池包不会着火,可极大地提高储能系统的安全性。另外,本发明所述冷却液与电芯密封材料如发泡硅胶、硅橡胶材料等的兼容性好,可以使电芯在液冷场景下的使用寿命不低于风冷场景下的使用寿命。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点,下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如无特殊说明,实施例和对比例中使用的材料均可通过商业途径获得,实施例和对比例中使用的材料信息如下:
天然酯绝缘油:大豆绝缘油,RAPO,广东卓原新材料科技有限公司;
合成油:PAO基础油,埃克森美孚;
硅油:AK50,德国瓦克;
抗氧剂:双苯并三唑,KF104,瑞丰新材;
防冻剂:聚α-烯烃,瑞丰新材。
实施例1
本发明所述冷却液的一种实施例,本实施例所述冷却液由如下重量份的成分组成:天然酯绝缘油80份、二乙二醇丁醚12份、抗氧剂2份、防冻剂5份;所述天然酯绝缘油与二乙二醇丁醚的质量比为1:0.15。本实施例所述冷却液的制备方法包括如下步骤:
(1)按配比将天然酯绝缘油、二乙二醇丁醚加入反应釜中,控制反应釜的温度为40℃,以200r/min的速率持续搅拌,得到混合物;
(2)将所述混合物与防冻剂、抗氧剂混合,搅拌30min后冷却至室温,得到所述冷却液。
实施例2
本发明所述冷却液的一种实施例,本实施例所述冷却液由如下重量份的成分组成:天然酯绝缘油70份、二乙二醇丁醚8.4份、抗氧剂1份、防冻剂3份;所述天然酯绝缘油与二乙二醇丁醚的质量比为1:0.12。本实施例所述冷却液的制备方法与实施例1相同。
实施例3
本发明所述冷却液的一种实施例,本实施例所述冷却液由如下重量份的成分组成:天然酯绝缘油90份、二乙二醇丁醚18份、抗氧剂3份、防冻剂7份;所述天然酯绝缘油与二乙二醇丁醚的质量比为1:0.2。本实施例所述冷却液的制备方法与实施例1相同。
实施例4
本发明所述冷却液的一种实施例,本实施例所述冷却液由如下重量份的成分组成:天然酯绝缘油85份、二乙二醇丁醚8.5份、抗氧剂2.5份、防冻剂5.5份;所述天然酯绝缘油与二乙二醇丁醚的质量比为1:0.1。本实施例所述冷却液的制备方法与实施例1相同。
实施例5
本发明所述冷却液的一种实施例,本实施例所述冷却液由如下重量份的成分组成:天然酯绝缘油70份、二乙二醇丁醚15.4份、抗氧剂3份、防冻剂4份;所述天然酯绝缘油与二乙二醇丁醚的质量比为1:0.22。本实施例所述冷却液的制备方法与实施例1相同。
实施例6
本发明所述冷却液的一种实施例,本实施例所述冷却液由如下重量份的成分组成:天然酯绝缘油90份、二乙二醇丁醚8.1份、抗氧剂2份、防冻剂5份;所述天然酯绝缘油与二乙二醇丁醚的质量比为1:0.09。本实施例所述冷却液的制备方法与实施例1相同。
实施例7
本发明所述冷却液的一种实施例,本实施例所述冷却液与实施例1的区别仅在于,以二乙二醇二丁醚替代二乙二醇丁醚。
实施例8
本发明所述冷却液的一种实施例,本实施例所述冷却液与实施例1的区别仅在于,以乙二醇丁醚替代二乙二醇丁醚。
实施例9
本发明所述冷却液的一种实施例,本实施例所述冷却液与实施例1的区别仅在于,以二丙二醇甲醚替代二乙二醇丁醚。
对比例1
一种冷却液,所述冷却液与实施例1的区别仅在于,以合成油替代天然酯绝缘油。
对比例2
一种冷却液,所述冷却液与实施例1的区别仅在于,以硅油替代天然酯绝缘油。
对比例3
一种冷却液,所述冷却液与实施例1的区别仅在于,不含防冻剂。
对比例4
一种冷却液,所述冷却液与实施例5的区别仅在于,二乙二醇丁醚的重量份为20份。
对比例5
一种冷却液,所述冷却液与实施例3的区别仅在于,二乙二醇丁醚的重量份为5份。
表1为实施例和对比例所述冷却液的配方。
表1(重量份)
对实施例1和RAPO天然酯绝缘油与电芯密封材料硅橡胶(电芯厂家为亿维,硅橡胶为从该电芯材料上拆除得到)的兼容性进行测试:将硅橡胶浸泡于90℃的待测样品中336h,测试浸泡前后硅橡胶的质量变化率以及体积变化率,测试结果如表2所示。
表2
项目 实施例1 天然酯绝缘油
质量变化率(%) 0.36 5.47
体积变化率(%) 0.02 8.3
由上述测试结果可知,本发明通过对冷却液的成分进行筛选,可以大幅提高冷却液与电芯密封材料的兼容性,避免冷却液对电芯的使用寿命产生不利影响。
对实施例和对比例所述冷却液进行物性参数测试,测试结果如表3所示。
表3
对电芯在实施例和对比例所述冷却液中的使用寿命(循环充放电次数的平均值)进行测试:液温控制为35±0.5℃,采用磷酸铁锂电芯LF280K(280Ah,厂家:亿维)进行测试,每组冷却液测三块电芯,测试结果如表4所示。
表4
项目 使用寿命(循环充放电次数的平均值)
实施例1 4370
实施例2 4382
实施例3 4377
实施例4 4380
实施例5 4348
实施例6 4359
实施例7 4373
实施例8 4380
实施例9 4350
对比例1 1000
对比例2 800
对比例3 3690
对比例4 3356
对比例5 3836
从表3-4中可以看出,当采用本发明的技术方案制备得到的冷却液的综合性能优异,其中,得到的产品的开口闪电在262℃以上、比热容在2100J/(kg·K)以上、导热系数在0.135W/(m·K)以上、粘度在4.5-5.4mm2/s之间;同时对电芯在采用本发明技术方案制备得到的冷却液中的使用寿命进行测试时发现,得到的循环充放电次数的平均值在4350次以上;
从实施例1和对比例1-2中可以看出,当不采用本发明中的天然酯绝缘油,而是用其他油类替代时,得到的产品的综合性能呈现出明显的下降趋势,体现在粘度显著上升;
从实施例1和对比例3中可以看出,当不添加防冻剂时,得到的产品的开口闪电、比热容和导热系数都显著降低,应用于实际的电芯中时,电芯的使用寿命也明显减少;
从实施例1和对比例4-5中可以看出,当使用的二乙二醇丁醚的重量份不在本发明给出的范围内时,也会对产品的综合性能带来明显影响。
最后所应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,但并不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种冷却液,其特征在于,包含如下重量份的成分:天然酯绝缘油70~90份、醇醚溶剂8~18份、抗氧剂1~3份、防冻剂3~7份。
2.如权利要求1所述冷却液,其特征在于,所述天然酯绝缘油与醇醚溶剂的质量比为1:(0.1~0.2)。
3.如权利要求1所述冷却液,其特征在于,所述醇醚溶剂为二乙二醇丁醚、乙二醇丁醚、二乙二醇二丁醚中的至少一种。
4.如权利要求1所述冷却液,其特征在于,所述抗氧剂为双苯并三唑、2,6-二叔丁基对甲酚、2,6-二叔丁基苯酚中的至少一种;所述防冻剂为聚α-烯烃,烷基萘中的至少一种。
5.如权利要求4所述冷却液,其特征在于,所述抗氧剂为双苯并三唑,所述防冻剂为聚α-烯烃。
6.如权利要求1所述冷却液,其特征在于,所述冷却液在15℃下测得的密度为0.85~0.87g/cm3,开口闪点为250~280℃,比热容为2150~2250J/(kg·K),导热系数为0.135~0.15W/(m·K),在40℃下测得的粘度为4.5~5.5mm2/s。
7.一种如权利要求1~6任一项所述冷却液的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)按配比将醇醚溶剂、天然酯绝缘油混合,在30~50℃下搅拌,得到混合物;
(2)将所述混合物与防冻剂、抗氧剂混合,搅拌,冷却至室温,得到所述冷却液。
8.一种如权利要求1~6任一项所述冷却液在液冷储能领域的应用。
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