CN117586753A - 一种浸没式冷却液 - Google Patents
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Abstract
本发明冷却液技术领域，公开了一种浸没式冷却液，主要成分为组分A和组分B，组分A包含主链上具有1个甲基侧链的链烷烃，组分B包含主链上具有2个侧链的链烷烃，其中一个侧链为甲基，另外一个侧链为碳数至少为4的直链烷基；两组分配合使用可得到传热性能与抗磨擦性能更高的浸没式冷却液，改变两种组分的含量可以调整冷却液的性能，提高组分A的用量能够提高冷却液的传热性能，同时提高倾点，不利于冷却液的低温流动性，提高组分B的用量能够降低倾点、提高低温流动性，但传热性能也有所降低；由此可以灵活调整浸没式冷却液的配方使其有效应用于不同应用场景。
Description
技术领域
本发明涉及冷却液技术领域，具体地说，涉及一种浸没式冷却液。
背景技术
在推进绿色低碳转型的新时代背景下，新能源汽车产销量逐年攀升。其中，动力电池作为新能源汽车的动力来源，是整车中最重要的系统，占整车成本的30-40%，直接影响到新能源汽车的性能。
在实际的车辆使用过程中，电池会面临的使用工况复杂多变。为了提高续航里程，车辆需要在一定的空间内布置尽可能多的电芯，因此车辆上电池包的空间非常有限。电池在车辆运行过程中产生大量的热量且随着时间的累积在相对狭小的空间内积聚。由于电池包内电芯的密集堆放，也在一定程度上造成中间区域散热相对更困难，加剧了电芯间的温度不一致，其结果会降低电池的充放电效率，影响电池的功率，严重时还会导致热失控，影响系统的安全性和寿命。
为了防止电池在使用时出现问题，保证电池的高效率，电池热管理系统就显得非常重要。电池热管理系统主要是让电池组能够始终保持在一个合适的温度范围内进行工作，从而来维持电池组最佳的工作状态。电池的热管理主要包括冷却、加热以及温度均衡等功能。冷却和加热功能，主要是针对外部环境温度对电池可能造成的影响来进行相应的调整。温度均衡则是用来减小电池组内部的温度差异，防止某一部分电池过热造成的快速衰减。通常我们期望电池在20-40℃的温度范围内工作，这样能实现车辆最佳的功率输出和输入、最大的可用能量，以及最长的循环寿命。
一般来说，动力电池的冷却模式主要分为风冷、液冷、直冷和浸没式冷却。风冷模式是利用自然风或者乘客舱内的制冷风流经电池的表面达到换热冷却的效果。液冷一般使用独立的冷却液管路用来加热或冷却动力电池。直冷系统则是直接使用制冷剂对动力电池进行冷却。而浸没式液冷，是将发热器件浸在冷却液中，依靠冷却液的循环流动带走热量。相较于风冷、液冷与直冷等技术，浸没式液冷有着优异的冷却效率和最好的温度均一性，而且设备构造相对简单，不需频繁补充冷却液，而且其容器密封性要求不是特别高，可以大大降低成本，同时降低热失控的风险和影响。
除电池系统以外，功率电子(Power Electronic)通过将电能从一种电平电压和频率转换至另一种电平电压和频率,使得许多高效、强大的创新成为可能，典型的如电动汽车与混合动力汽车的电动驱动电机。但是，功率电子工作过程中因自身功率高产生大量热量，随着温度的升高，其设备的效率、可靠性和寿命都会下降，特别体现在键合线的脱落、焊接点的疲劳(温度每升高20K，寿命下降3-4倍),热-机械应力作用导致金属化重构,热应力作用导致设备的基底形变,尤其体现在混合动力汽车和电动汽车内部的DC-DC转换器和逆变器系统。由此可知，高温不利于功率电子的可靠性与可持续使用，亟待需要引入可以直接接触的浸入式冷却液对功率电子工作过程中的温度进行高效率地控制。
当前，主流汽车制造商都在进行浸没式冷却液以及与之配套的浸没式冷却系统的研发及试验工作，具体参见CN110709373A、EP3236727A2与EP4124194A1等专利。如M＆IMaterial，Solvay和3M等公司已经开发了专门设计用于电动车电池的浸没式冷却液；XINGMobility在2018年推出了全球首个商用电动汽车浸没式冷却系统；McLaren GTR原装电池和升级版电池均采用介电流体进行冷却；梅赛德斯C63 AMG使用介电流体来冷却电池主体的中心部分等。其中，在研究中的介电流体包括：氟化物、硅油、酯类油、矿物油、植物油、全合成油等，氟化物有着密度高，整体传热性能好的优点，但是太容易挥发，氟化物被排入大气后容易对生态环境造成破坏；酯类油的耐水性能较差，材料兼容性一般；矿物油有价格低的优势，但粘度较高，散热效果不好；植物油同样成本低廉，原料易得且不依赖石油产品，但具有黏度高、易水解、流动性不佳的缺陷；硅油具有很好的粘温性能，但是摩擦性能差，热膨胀系数大。与它们相比，全合成基础油具有极佳的介电性能、传热性能、高低温性能，不易挥发，耐水性好，合适的成本，是作为浸没式冷却液的理想材料。对于全合成基础油而言，作为浸没式冷却液使用还需要提高其比热容与导热系数，从而更好发挥传递热量的作用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种浸没式冷却液。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种浸没式冷却液，所述冷却液包括以下组分：组分A和组分B，所述组分A包含主链上具有1个甲基侧链的链烷烃，组分B包含主链上具有2个侧链的链烷烃，其中一个侧链为甲基，另外一个侧链为碳数至少为4的直链烷基；
所述组分A包含的链烷烃碳数为12-30，100℃下运动黏度为1.0-3.0mm2•s-1，40℃下运动黏度为3.5-9.0mm2•s-1；
所述组分B包含的链烷烃碳数为18-48，100℃下运动黏度为1.5-8.0 mm2•s-1，40℃下运动黏度为4.5-50 mm2•s-1。
作为优选，所述组分B包含至少两种不同运动黏度的链烷烃组合。
作为优选，所述组分B包含的链烷烃为茂金属聚α烯烃三聚体，所述茂金属聚α烯烃三聚体由线性α-烯烃在茂金属催化剂体系下聚合反应再经过加氢饱和得到。
其中，以上所述的线性α-烯烃可以相同或者不同，组分B包括但不限于加氢饱和的1-辛烯三聚体、1-癸烯三聚体，或者1-辛烯与1-癸烯混合的α-烯烃三聚体。再优选，组分B选自加氢饱和的1-辛烯三聚体和/或1-癸烯三聚体，进一步优选的，组分B选自加氢饱和的1-辛烯三聚体。
作为优选，所述组分A包含的链烷烃的碳数为20-30；优选的，链烷烃选自9-甲基十九烷和/或11-甲基二十三烷。
作为优选，所述冷却液原料用量按照百分比计，组分A用量为1-99wt%，组分B用量为1-99wt%；优选，组分A用量为5-45wt%，组分B用量为15-75wt%；再优选，组分A用量为5-35wt%，组分B用量为25-75wt%。
作为优选，所述茂金属催化剂体系包含至少一种茂金属催化剂，所述茂金属催化剂为含有至少一个茂环或者茂环衍生物作为配体、至少一种ⅣB族过渡元素作为中心原子的无机-有机配合物。
作为优选，所述冷却液还包括基础油，所述基础油为API-II、API-III、API-V基础油中的一种或多种，其组分用量为20-50wt%；优选的，冷却液还包括API-III基础油，其组分用量为20-50wt%。
作为优选，所述API-III基础油的碳数为10-60，100℃下运动黏度为1.0-8.0mm2•s-1；优选的，所述API-III基础油包括ULTRA-S系列基础油，如Ultra S-2，Ultra S-3，UltraS-4，Ultra S-6,Ultra S-8等；Yubase系列基础油，如Yubase2，Yubase3，Yubase4，Yubase6,Yubase8等；ADbase系列基础油，如Adbase2，Adbase3，Adbase4，Adbase6,Adbase8等；Nexbase系列基础油，如Nexbase2，Nexbase3，Nexbase4，Nexbase6,Nexbase8等；ICCSYN系列基础油，如ICCSYN2，ICCSYN3，ICCSYN4，ICCSYN6等，SINOPURE系列基础油，如2828H，2835，2835H等。
作为优选，所述冷却液还包括一种或多种的抗氧化剂、腐蚀抑制剂、抑泡剂、抗磨添加剂、分散剂、清洁剂、粘度改进剂以及其任何组合的添加剂；优选的，冷却液还包括一种或多种的抗氧化剂与抑泡剂；再优选，冷却液还包括抗氧剂2,6-二叔丁基对甲基苯酚和新兴一号复合抗泡剂。
作为优选，所述冷却液的倾点不高于-20℃，再优选，所述冷却液的倾点不高于-40℃，其中，倾点采用GB/T 3535的标准进行测试。
作为优选，所述冷却液在100℃下的运动黏度(KV@100℃)不低于2.50 mm2·s-1，在40℃下的运动黏度(KV@40℃)不低于9.00 mm2·s-1，其中，运动黏度采用GB/T 265的标准进行测试。
作为优选，所述冷却液的黏度指数不低于100，再优选，所述冷却液的黏度指数不低于110，其中，黏度指数采用GB/T 1995的标准进行计算。
作为优选，所述冷却液的闪点不低于160℃，再优选，所述冷却液的闪点不低于170℃，其中，闪点采用标准GB/T 3536的克利夫兰开口杯法进行测试。
作为优选，所述冷却液在40℃下的比热容不低于2.10(J·g-1·K-1)，其中，比热容采用ASTM E1269-2011的标准进行测试。
作为优选，所述冷却液的导热系数不低于0.190(W·m-1·K-1)，其中，导热系数采用ASTM D 2717-2009的标准进行测试。
作为优选，所述冷却液的介电强度不低于30KV，再优选，再优选，所述冷却液的介电强度不低于33KV，其中，介电强度采用标准YD/T 3982-2021中5.1的测试方法进行测试。
作为优选，所述冷却液的氧化安定性不低于300min，再优选，所述冷却液的氧化安定性不低于340min，其中，氧化安定性采用标准SH/T 0193的旋转氧弹法(RBOT)进行测试。
作为优选，所述冷却液的抗磨擦性能平均磨斑直径小于1.00mm，其中，抗磨擦性能采用标准NB/SH/T 0189-2017的四球试验法测试平均磨斑直径。
进一步，本发明还公开了所述一种浸没式冷却液的制备方法，制备方法包括将组分A和组分B进行混合，即得浸没式冷却液；
优选的，制备方法还包括将组分A与组分B的混合物与添加剂、基础油进行混合；
优选的，混合完成后经过滤得到浸没式冷却液；
优选的，所述混合在室温至60℃下进行；
优选的，所述混合的时间为5-60min。
进一步，本发明还公开了一种电池系统，所述电池系统包含：电池以及所述的浸没式冷却液，浸没式冷却液与电池发生直接接触；优选的，电池的至少一部分浸没在浸没式冷却液中；优选的，所述电池为锂离子电池。
进一步，本发明还公开了一种功率电子，功率电子是指电能从一种电平电压和频率转换至另一种电平电压和频率并为负载提供电力供给的大功率设备。其中，功率电子包含：发热部件以及所述的浸没式冷却液，浸没式冷却液与发热部件发生直接接触；优选的，发热部件的至少一部分浸没在浸没式冷却液中；优选的，所述功率电子为充电桩的功率器件、电动汽车的电控系统、储能电池的电控系统。
本发明的有益效果为：本发明提出的浸没式冷却液将主链上具有1个甲基侧链的链烷烃(组分A)与主链上具有2个侧链的链烷烃(组分B)搭配使用，由此得到传热性能更高的浸没式冷却液，改变两种组分的含量可以调整冷却液的性能，提高组分A的用量能够提高冷却液的传热性能，同时提高倾点，不利于冷却液的低温流动性，提高组分B的用量能够降低倾点、提高低温流动性，但相应的传热性能也有所降低；同时，在组分B的基础上添加组分A所制备的冷却液在不添加抗磨剂的条件下具有更高的抗磨擦性能，由此可知，本发明制备的浸没式冷却液除了较好的传热性能之外还兼具作为润滑剂使用的潜力。
本发明提供的冷却液具有较好的传热性能与抗磨擦性能，较高的金属腐蚀抑制性、较好的绝缘性能与抗氧化性。同时，可按照上述规律，根据不同应用场景对浸没式冷却液的配方进行调整，在对低温流动性要求不高的场合下增加组分A的含量提高传热性能，在对低温流动性要求高的场合下增加组分B的含量降低倾点。
附图说明
图1为1-辛烯三聚体的化学结构式。
图2为1-癸烯三聚体的化学结构式。
图3为实施例1-7与对比例1-3的浸没式冷却液在层流与湍流状态下的传热优值(FOM)对比。
图4为实施例1浸没式冷却液的四球试验磨斑直径测试图像。
图5为实施例4浸没式冷却液的四球试验磨斑直径测试图像。
图6为实施例7浸没式冷却液的四球试验磨斑直径测试图像。
图7为对比例1浸没式冷却液的四球试验磨斑直径测试图像。
具体实施方式
下面结合本发明实施例，将实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
结合具体实例对本发明作进一步的说明，以下实例仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。如果实施例中未注明的实验具体条件，通常按照常规条件，或按照销售公司所推荐的条件；实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可通过商业途径购买得到。
浸没式冷却液主要组分的性质如表1所示。
表1
| 名称 | KV@100℃/mm2·s-1 | KV@40℃/mm2·s-1 | 粘度指数 | 闪点/℃ | 倾点/℃ |
| 9-甲基十九烷(CAS:13287-24-6) | 1.70 | 4.55 | - | - | - |
| 11-甲基二十三烷(CAS:27538-41-6) | 1.96 | 6.14 | - | - | - |
| 1-辛烯三聚体(7-甲基-9-己基-十七烷) | 2.08 | 6.59 | 114 | 188 | <-60 |
| 1-癸烯三聚体(9-甲基-11-辛基-二十一烷) | 3.65 | 14.73 | 137 | 238 | <-60 |
| PAO2 | 1.67 | 4.99 | 89 | 161 | <-60 |
| API-III基础油(Yubase3) | 3.02 | 11.98 | 108 | 187 | -39 |
| API-III基础油(2835H) | 1.43 | 3.81 | 114 | 136 | -30 |
浸没式冷却液的主要组分：
9-甲基十九烷与11-甲基二十三烷，为主链上具有1个甲基侧链的链烷烃。
1-辛烯三聚体(7-甲基-9-己基-十七烷)、1-癸烯三聚体(9-甲基-11-辛基-二十一烷)，基于茂金属催化剂体系催化1-辛烯与1-癸烯聚合以及加氢饱和制备得到的α-烯烃三聚体，茂金属催化剂具有单活性中心,可精确控制mPAO的分子结构。在加氢饱和之前三聚体分子中的双键位置有所不同，加氢饱和后的三聚体具有整齐的梳状结构，侧链长短均一。
1-辛烯三聚体的表征，13C-NMR(德国Bruker公司，AVANCE III HD 400，溶剂CDCl3)：37.8, 37.2, 36.5, 31.8, 31.3, 30.4, 30.0, 29.4, 28.3, 26.5, 22.6,22.3, 21.8, 20.0, 14.6, 14.4, 14.0。通过碳谱表征1-辛烯三聚体的化学结构为7-甲基-9-己基-十七烷，具体如图1所示。
1-癸烯三聚体的表征，13C-NMR(德国Bruker公司，AVANCE III HD 400，溶剂CDCl3)：37.5, 37.0, 36.4, 31.9, 31.4, 30.6, 30.1, 29.4, 28.3, 26.5, 22.6,22.3, 21.9, 20.0, 14.5, 14.2, 14.0。通过碳谱表征1-癸烯三聚体的化学结构为9-甲基-11-辛基-二十一烷，如图2所示。
其中，1-辛烯三聚体与1-癸烯三聚体在100℃下的运动黏度分别为2.0与3.5mm2•s-1左右。
PAO2，基于BF3、AlCl3催化剂或者齐格勒-纳塔催化体系催化α烯烃聚合，以及加氢饱和制备得到的聚α烯烃。其机理在于通过碳正离子的方式进行聚合反应，具有多催化活性中心以及较多的重排，因此PAO2的分子结构更为多样化，体现在分子中的短链、支链比例更高，而且支链的长短不一。PAO2在100℃下的运动黏度为2.0mm2•s-1左右。
Yubase3来自韩国SK集团，由加氢裂化尾油(UCO)经过加氢异构、加氢精制等工艺生产的YUBASE系列三类基础油。
2835H来自山西潞安太行润滑科技股份有限公司，由煤制合成气再经费托合成制成的SINOPURE系列三类基础油。
添加剂的选择：选择抗氧剂2,6-二叔丁基对甲基苯酚(T501)、新兴一号复合抗泡剂作为浸没式冷却液配方的添加剂使用。
浸没式冷却液的调配：将主链上具有1个甲基侧链的链烷烃与1-辛烯三聚体、1-癸烯三聚体于室温下混匀搅拌10min，随后加入剩余组分后在室温下混匀搅拌20min，过滤得到浸没式冷却液。按照上述调配方法与以下所列出的配方制备实施例1-7以及对比例1-3的浸没式冷却液样品。
实施例1-7，对比例1-3的具体配方组分在表2中列出。
表2
| 样品 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
| 1-癸烯三聚体 | 30 | 35 | 40 | 30 | 35 | 25 | 20 | 30 | 49.84 | 30 |
| PAO2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 30 | 0 | 0 |
| 9-甲基十九烷 | 16.5 | 13.8 | 11 | 19.2 | 0 | 0 | 20 | 0 | 0 | 0 |
| 11-甲基二十三烷 | 0 | 0 | 0 | 0 | 17.7 | 11.8 | 20 | 0 | 0 | 0 |
| 1-辛烯三聚体 | 13.5 | 11.2 | 9 | 15.8 | 17.3 | 13.2 | 0 | 0 | 0 | 30 |
| Yubase3 | 39.84 | 34.84 | 29.84 | 34.84 | 29.84 | 49.84 | 39.84 | 39.84 | 25 | 34.84 |
| 2835H | 0 | 5 | 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 25 | 5 |
| T501 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 |
| 新兴一号复合抗泡剂 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.01 |
| KV@100℃(mm2·s-1) | 2.68 | 2.73 | 2.70 | 2.67 | 2.69 | 2.82 | 2.66 | 2.69 | 2.78 | 2.77 |
| KV@40℃(mm2·s-1) | 9.52 | 9.86 | 9.74 | 9.59 | 9.72 | 10.35 | 9.70 | 9.90 | 10.12 | 10.24 |
| 粘度指数 | 122 | 120 | 118 | 117 | 116 | 120 | 111 | 110 | 120 | 114 |
运动黏度和黏度指数：采用GB/T 265的标准测试浸没式冷却液在40℃与100℃下的运动黏度，运动黏度越高冷却液传递热量的能力越强，但流动能力有所降低，同时采用GB/T 1995的标准计算冷却液样品的黏度指数；
倾点：采用GB/T 3535的标准测试浸没式冷却液的倾点，倾点越高表明样品的低温流动性越差；
闪点：采用标准GB/T 3536的克利夫兰开口杯法测试浸没式冷却液的闪点，闪点越低表明样品着火的危险性指数越高；
密度：采用标准ASTM D 1298-1999的方法测试浸没式冷却液在100℃与40℃下的密度，密度高有利于提高冷却液的传热能力，但在同体积条件下的冷却液质量更高，增加了使用冷却液装置的整体重量；
抗氧化性：采用标准SH/T 0193的旋转氧弹法(RBOT)测试浸没式冷却液的氧化安定性，根据氧弹试验时间以分钟(min)表示样品的氧化安定性，氧弹试验的时间越长表明样品的氧化安定性越高；
比热容：采用标准ASTM E1269-2011的方法，使用差式扫描量热法(DSC)测定浸没式冷却液的比热容，比热容越高表明冷却液传递热量的能力越强，其中的测试温度为40℃与60℃；
导热系数：采用标准ASTM D 2717-2009的液体导热性标准试验方法在40℃下对浸没式冷却液进行测试，导热系数越高表明冷却液传递热量的能力越强；
传热优值(FOM)：参考Dielectric Fluids for the Direct Forced ConvectionCooling of Power Electronics，2021 20th IEEE Intersociety Conference onThermal andThermomechanical Phenomena in Electronic Systems (iTherm)，BrianKelly; Gilberto Moreno; Steve Myers; Sreekant Narumanchi; Yogendra Joshi;Samuel Graham. (DOI:10.1109/ITherm51669.2021.9503212)的方法，分别使用层流以及湍流状态下的传热优值(FOM)评估公式对浸没式冷却液在40℃下的FOM值进行计算，FOM值用于评价浸没式冷却液在层流或者湍流条件下的传递热量或者换热的性能，FOM值越高表明流体传递热量的能力越强。
其中，层流状态下FOM的计算公式表示为：
其中，湍流状态下FOM的计算公式表示为：
式中，ρ为流体密度，κ为流体的导热系数，C p为流体的比热容，μ为流体的运动黏度。
介电强度：采用标准YD/T 3982-2021中5.1的介电强度测试方法测定浸没式冷却液的介电强度。
磨擦性能测试：采用NB/SH/T 0189-2017的标准使用四球试验机测试浸没式冷却液样品的抗磨擦性能，具体为将3个直径为12.7mm的下钢球夹紧在一个油盒中，被冷却液样品所浸没，另外1个同直径的上钢球置于3个下钢球顶部，施加规定的载荷，受实验力的作用，上钢球与3个下钢球形成三点接触，当冷却液样品被加热到指定测试温度时，顶球以规定的转速旋转。试验结束后测定下钢球的磨斑直径，其中磨斑直径越小，代表样品的抗磨擦性能越好，取3个下钢球磨斑直径的平均值来评价冷却液样品的抗磨擦性能。
四球试验条件为：载荷：392 N(40 kgf)；主轴转速：1200 r/min；测试时间：60min；测试温度：75℃。
其中，实施例1-7以及对比例1-3经过上述测试得到的性能如表3所示。
表3
| 样品 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
| 倾点(℃) | -45 | -49 | -51 | -42 | -43 | -46 | -25 | ＜-60 | ＜-60 | -54 |
| 闪点(℃) | 179 | 176 | 175 | 180 | 178 | 176 | 161 | 174 | 163 | 177 |
| 比热容40℃(J·g-1·K-1) | 2.173 | 2.165 | 2.157 | 2.183 | 2.188 | 2.171 | 2.189 | 2.065 | 2.054 | 2.134 |
| 比热容60℃(J·g-1·K-1) | 2.251 | 2.236 | 2.219 | 2.258 | 2.265 | 2.246 | 2.242 | 2.098 | 2.083 | 2.203 |
| 密度40℃(g/cm3) | 0.794 | 0.795 | 0.795 | 0.794 | 0.794 | 0.795 | 0.794 | 0.794 | 0.797 | 0.795 |
| 导热系数40℃，(W·m-1·K-1) | 0.199 | 0.198 | 0.193 | 0.201 | 0.198 | 0.202 | 0.207 | 0.192 | 0.196 | 0.195 |
| 传热优值，层流(FOML, 40℃) | 0.0454 | 0.0435 | 0.0427 | 0.0458 | 0.0446 | 0.0424 | 0.0467 | 0.0400 | 0.0398 | 0.0406 |
| 传热优值，湍流(FOMT, 40℃) | 0.1872 | 0.1811 | 0.1787 | 0.1886 | 0.1855 | 0.1778 | 0.1915 | 0.1660 | 0.1646 | 0.1711 |
| 介电强度(KV) | 33.9 | 35.1 | 34.3 | 34.7 | 34.8 | 34.5 | 33.0 | 34.2 | 33.6 | 35.4 |
| 抗氧化性(RBOT)，min | 348 | 361 | 360 | 356 | 359 | 354 | 350 | 342 | 330 | 336 |
| 磨斑直径（mm） | 0.982 | 0.967 | 0.989 | 0.968 | 0.973 | 0.995 | 0.952 | 1.021 | 1.047 | 1.024 |
由表3可知，实施例1-6的样品在9-甲基十九烷、11-甲基二十三烷、1-辛烯三聚体与1-癸烯三聚体的基础上，又添加了部分三类基础油，倾点仍可以达到-40℃以下，闪点不低于170℃。通过热性能对比发现实施例1-6样品的比热容与导热系数均优于未添加9-甲基十九烷或11-甲基二十三烷与1-辛烯三聚体的对比例1与对比例2，可能是由于实施例1-6中核心基础油成分含有9-甲基十九烷、11-甲基二十三烷这类主链上具有1个甲基侧链的链烷烃，分子结构更接近正构烷烃，具有更高的比热容、导热系数以及传热能力，无论冷却液的流动状态为层流还是湍流均可以得到更高的传热优值。
对于未添加辛烯三聚体，只使用9-甲基十九烷、11-甲基二十三烷、1-癸烯三聚体与三类基础油的实施例7，其传热效果明显更佳，但倾点相应增加到-25℃，闪点与介电强度略有降低，实施例7的组分A含量达到浸没式冷却液总重的40wt%，由此表明增加主链上具有1个甲基侧链的链烷烃能够明显提升冷却液的比热容、导热系数以及传热性能，但这类带甲基侧链的链烷烃分子结构更接近直链烷烃，对冷却液的倾点有明显的提高，对其低温流动性有明显降低，不利于冷却液在低温下使用。
对于未添加9-甲基十九烷或11-甲基二十三烷，只使用1-辛烯三聚体、1-癸烯三聚体与三类基础油的对比例3，倾点、闪点与介电强度与实施例1-6接近，但传热性能有明显降低，这表明在冷却液配方中添加主链上具有1个甲基侧链的链烷烃可以有效改善其传热效果，能够在电池或其他发热部件表面带走更多的热量。
四球试验测试磨斑直径的结果表明，在配方中都没有添加抗磨助剂的前提下，实施例1-7冷却液样品的磨斑直径相对对比例1-3更低，这表明添加9-甲基十九烷或11-甲基二十三烷等主链上具有1个甲基侧链的链烷烃还可以改善冷却液的抗磨擦性能。由此可知，通过添加特定结构烷烃化合物的冷却液，与传统的传热流体相比，还兼有作为润滑剂的潜力。
介电强度与抗氧化性测试结果表明，实施例1-7冷却液样品的介电强度足够高，足以满足电动车系统中的绝缘性能要求，从旋转氧弹测试结果来看，实施例1-7的样品均具有较高的氧化安定性。
以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种浸没式冷却液，其特征在于，所述冷却液包括以下组分：组分A和组分B，所述组分A包含主链上具有1个甲基侧链的链烷烃，组分B包含主链上具有2个侧链的链烷烃，其中一个侧链为甲基，另外一个侧链为碳数至少为4的直链烷基；
所述组分A包含的链烷烃碳数为12-30，100℃下运动黏度为1.0-3.0mm2•s-1，40℃下运动黏度为3.5-9.0mm2•s-1；
所述组分B包含的链烷烃碳数为18-48，100℃下运动黏度为1.5-8.0 mm2•s-1，40℃下运动黏度为4.5-50 mm2•s-1。
2.根据权利要求1所述的一种浸没式冷却液，其特征在于，所述冷却液在100℃下的运动黏度不低于2.5 mm2·s-1，在40℃下的运动黏度不低于9.0 mm2·s-1，其中，运动黏度采用GB/T 265的标准进行测试；
作为优选，所述冷却液的倾点不高于-20℃，再优选，所述冷却液的倾点不高于-40℃，其中，倾点采用GB/T 3535的标准进行测试；
作为优选，所述冷却液的黏度指数不低于100，再优选，所述冷却液的黏度指数不低于110，其中，黏度指数采用GB/T 1995的标准进行计算；
作为优选，所述冷却液的闪点不低于160℃，再优选，所述冷却液的闪点不低于170℃，其中，闪点采用标准GB/T 3536的克利夫兰开口杯法进行测试；
作为优选，所述冷却液在40℃下的比热容不低于2.10(J·g-1·K-1)，其中，比热容采用ASTM E1269-2011的标准进行测试；
作为优选，所述冷却液的导热系数不低于0.190(W·m-1·K-1)，其中，导热系数采用ASTMD 2717-2009的标准进行测试；
作为优选，所述冷却液的介电强度不低于30KV，再优选，所述冷却液的介电强度不低于33KV，其中，介电强度采用标准YD/T 3982-2021中5.1的测试方法进行测试；
作为优选，所述冷却液的氧化安定性不低于300min，再优选，所述冷却液的氧化安定性不低于340min，其中，氧化安定性采用标准SH/T 0193的旋转氧弹法进行测试；
作为优选，所述冷却液的抗磨擦性能平均磨斑直径小于1.00mm，其中，抗磨擦性能采用标准NB/SH/T 0189-2017的四球试验法测试平均磨斑直径；
作为优选，所述组分B包含至少两种不同运动黏度的链烷烃组合；优选的，所述组分B包含的链烷烃为茂金属聚α烯烃三聚体，所述茂金属聚α烯烃三聚体由线性α-烯烃在茂金属催化剂体系下聚合反应再经过加氢饱和得到，其中，以上所述的线性α-烯烃可以相同或者不同，组分B包括但不限于加氢饱和的1-辛烯三聚体、1-癸烯三聚体，或者1-辛烯与1-癸烯混合的α-烯烃三聚体；再优选，组分B包括加氢饱和的1-辛烯三聚体和/或1-癸烯三聚体；进一步优选的，组分B包括加氢饱和的1-辛烯三聚体；
作为优选，所述组分A包含的链烷烃的碳数为20-30；优选的，链烷烃选自9-甲基十九烷和/或11-甲基二十三烷。
3.根据权利要求1所述的一种浸没式冷却液，其特征在于，所述冷却液原料用量按照百分比计，组分A用量为1-99wt%，组分B用量为1-99wt%；优选，组分A用量为5-45wt%，组分B用量为15-75wt%；再优选，组分A用量为5-35wt%，组分B用量为25-75wt%。
4.根据权利要求1所述的一种浸没式冷却液，其特征在于，所述茂金属催化剂体系包含至少一种茂金属催化剂，所述茂金属催化剂为含有至少一个茂环或者茂环衍生物作为配体、至少一种ⅣB族过渡元素作为中心原子的无机-有机配合物。
5.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的一种浸没式冷却液，其特征在于，所述冷却液还包括基础油，所述基础油为API-II、API-III、API-V基础油中的一种或多种，其组分用量为20-50wt%；优选的，冷却液还包括API-III基础油，其组分用量为20-50wt%。
6.根据权利要求5所述的一种浸没式冷却液，其特征在于，所述API-III基础油的碳数为10-60，100℃下运动黏度为1.0-8.0mm2•s-1；优选的，所述API-III基础油包括ULTRA-S系列基础油、Yubase系列基础油、ADbase系列基础油、Nexbase系列基础油、ICCSYN系列基础油、SINOPURE系列基础油。
7.根据权利要求1-6任意一项权利要求所述的一种浸没式冷却液，其特征在于，所述冷却液还包括一种或多种的抗氧化剂、腐蚀抑制剂、抑泡剂、抗磨添加剂、分散剂、清洁剂、粘度改进剂以及其任何组合的添加剂；优选的，冷却液还包括一种或多种的抗氧化剂与抑泡剂；再优选，冷却液还包括抗氧剂2,6-二叔丁基对甲基苯酚和新兴一号复合抗泡剂。
8.根据权利要求1-7任意一项权利要求所述的一种浸没式冷却液的制备方法，其特征在于，制备方法包括将组分A和组分B进行混合，即得浸没式冷却液；
优选的，制备方法还包括将组分A与组分B的混合物与添加剂、基础油进行混合；
优选的，混合完成后经过滤得到浸没式冷却液；
优选的，所述混合在室温至60℃下进行；
优选的，所述混合的时间为5-60min。
9.一种电池系统，其特征在于，所述电池系统包含：电池以及权利要求1-7任意一项权利要求所述的浸没式冷却液，浸没式冷却液与电池发生直接接触；优选的，电池的至少一部分浸没在浸没式冷却液中；优选的，所述电池为锂离子电池。
10.一种功率电子，其特征在于，所述功率电子包含：发热部件以及权利要求1-7任意一项权利要求所述的浸没式冷却液，浸没式冷却液与发热部件发生直接接触；优选的，发热部件的至少一部分浸没在浸没式冷却液中；优选的，所述功率电子为充电桩的功率器件、电动汽车的电控系统、储能电池的电控系统。
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2023
- 2023-11-23 CN CN202311569790.0A patent/CN117586753A/zh active Pending
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