CN117678109A - 用于浸没式冷却系统的磷酸酯传热流体 - Google Patents
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Abstract
一种浸没式冷却系统包括电气部件、传热流体和储存器。电气部件至少部分地浸没在储存器内的传热流体中，并且循环系统使传热流体循环出储存器、通过循环管道并且返回至储存器中。传热流体包含一种或多种磷酸酯化合物，并且在循环浸没式冷却系统中表现出有利的性质，诸如低可燃性、低倾点、高电阻率和对于可泵送性的低粘度。
Description
技术领域
本公开涉及用于电气部件(electrical componentry)的浸没式冷却系统(immersion cooling system)，诸如用于冷却电动车辆的动力系统(例如，电池模块)。浸没式冷却系统使用如本文所述的包含至少一种磷酸酯的传热流体。特别地，本公开的磷酸酯材料在循环浸没式冷却系统中表现出有利的性质，如低可燃性、低倾点、高电阻率和对于可泵送性的低粘度。
背景技术
使用、储存和/或产生能量或功率的电气部件可以产生热量。例如，电池单元(诸如锂离子电池)在充电和放电操作期间产生大量热量。传统的冷却系统采用空气冷却或间接液体冷却。通常，水/二醇溶液用作传热流体以通过间接冷却来散热。在这种冷却技术中，水/二醇冷却剂流动通过电池周围的通道(如管道或夹套)或流动通过电池框架内的板。然而，水/二醇溶液是高度导电的，并且必须不能接触电气部件，诸如通过泄露，以免引起短路的风险，短路可能导致热传播和热失控。此外，在对于高负载(快速充电)、高容量电池的日益增长的需求下，间接冷却系统是否能够充分地且有效地去除热量仍然存在疑问。
通过将电气部件浸没到冷却剂中冷却是传统冷却系统的有前途的替代方案。例如，US2018/0233791 A1公开了一种用于抑制热失控的电池组系统，其中电池模块至少部分地浸没在电池盒中的冷却剂中。冷却剂可以泵出电池盒，通过热交换器，并且返回至电池盒中。作为冷却剂，除了其他化学品之外，提及磷酸三甲基酯和磷酸三丙基酯。然而，如本申请所示，磷酸三甲基酯流体或磷酸三丙基酯流体表现出低直流(DC)电阻率，且各自表现出低闪点，使得每种流体的可燃性使得其不适当。
需要开发使用具有低可燃性、低倾点、高电阻率和低粘度的可流动传热流体的循环浸没式冷却系统。
为了满足这种需要，本文公开了含有较长链的烷基化(至少6个碳原子)和/或烷基取代的苯基的式(I)的磷酸酯。
发明内容
本公开的浸没式冷却系统包括：电气部件、传热流体和储存器(reservoir，储液器)，其中电气部件至少部分地浸没在储存器内的传热流体中；以及循环系统，其能够使传热流体循环出储存器、通过循环系统的循环管道并返回至储存器中，其中传热流体包含一种或多于一种式(I)的磷酸酯：
其中式I中每个R独立地选自C6-18烷基，或每个R独立地选自未取代的苯基和C1-12烷基取代的苯基，条件是R基团不全是未取代的苯基，并且基于传热流体中所有磷酸酯的总重量，一种或多于一种式(I)的磷酸酯按重量计占大于50％。
还公开了冷却电气部件的方法，包括将电气部件至少部分地浸没在储存器内的传热流体中，以及使传热流体循环出储存器、通过循环系统的循环管道并返回至储存器中，其中传热流体包含至少一种上述式(I)的磷酸酯。
本公开的系统和方法适用于各种各样的电气部件，并且特别适用于冷却电池系统。
前面的概述并不旨在以任何方式限制所要求保护发明的范围。此外，应当理解的是，上述一般性描述和以下详细描述两者均仅是示例性和说明性的，并且不限制所要求保护的发明。
附图说明
图1和图2各自示出根据本公开的示例性浸没式冷却系统的方框流程图。
图3和图4是根据本公开的示例性浸没式冷却系统的示意图。
具体实施方式
除非另外指明，否则本申请中的词语“一个”或“一种”是指“一种或多于一种”。
根据本公开，浸没式冷却系统包括：电气部件、传热流体和储存器，其中电气部件至少部分地浸没在储存器内的传热流体中；以及循环系统，其能够使传热流体循环出储存器、通过循环系统的循环管道并返回至储存器中。
电气部件包括为了安全使用需要散热的产生热能的任何电子器件。实例包括电池、燃料电池单元、飞机电子器件、计算机电子器件(如微处理器)、不间断电源(UPS)、功率电子器件(如IGBT、SCR、晶闸管、电容器、二极管、晶体管、整流器等)、逆变器、DC至DC转换器、充电器(例如，在加载站或充电点内)、相变逆变器、电动机、电动机控制器、DC至AC逆变器、以及光伏电池单元。
本公开的系统和方法对于冷却电池系统特别有用，诸如在电动车辆(包括客用车辆和商用车辆)中的电池系统，例如，在电动汽车、卡车、公共汽车、工业卡车(例如，叉车等)、公共交通车辆(例如，火车或有轨电车)和其他形式的电动运输中的电池系统。
通常，电气化运输由电池模块供电。电池模块可以包括相对于彼此布置或堆叠的一个或多个电池单元。例如，模块可以包括棱柱形电池单元、袋式电池单元或圆柱形电池单元。在电池的充电和放电(使用)操作期间，通常由电池单元产生热量，该热量可以通过浸没式冷却系统散热。经由浸没式冷却系统高效冷却电池允许以高负载快速充电时间，同时保持安全条件并避免热传播和热失控。电动运输中的电气部件还包括电动机，所述电动机可以通过浸没式冷却系统冷却。
根据本公开，电气部件至少部分地浸没在储存器内的传热流体中。通常，电气部件基本上浸没或完全浸没在传热流体中，诸如浸没(在电池模块的情况下)电池单元壁、凸片和接线。储存器可以是适于保持电子部件浸入其中的传热流体的任何容器。例如，储存器可以是用于电气部件的容器或壳体，诸如电池模块容器或壳体。
浸没式冷却系统还包括循环系统，其能够使传热流体循环出储存器、通过循环系统的循环管道并返回到储存器中。通常，循环系统包括泵和热交换器。在操作中，例如如图1所示，循环系统可以将加热的传热流体泵送出储存器、通过循环管道并且通过热交换器以冷却传热流体并且将冷却的传热流体泵送通过循环管道回到储存器中。以此方式，在电气部件(其至少部分地浸没在储存器内的传热流体中)的操作期间，诸如在电池的充电或放电操作期间，操作浸没式冷却系统以吸收由电气部件产生的热量，以取出已经被电气部件加热的传热流体以在热交换器中冷却，并且使冷却的传热流体循环回到储存器中。
热交换器可以是能够将加热的传热流体冷却至适合于特定应用的温度的任何传热单元。例如，热交换器可以使用空气冷却(液体至空气)或液体冷却(液体至液体)。热交换器例如可以是与电气设备或装置内的另一流体回路(诸如电动车辆中的制冷/空调回路)共享的传热单元。循环系统可以使传热流体流动通过多个热交换器，如空气冷却和液体冷却热交换器。
循环系统的循环管道可以使传热流体流到电气设备或装置内需要散热的产生热能的其他电气部件。例如，如图2所示，对于浸没冷却电池，传热流体还可以用于浸没冷却由电池供电的电气部件(例如，电动机)和/或用于浸没冷却为电池充电所使用的电气部件。可以在一个或多个热交换器中冷却从各种电气部件的容器或壳体流出的加热的传热流体，并且可以将冷却的传热流体循环回到容器或壳体。
循环系统还可以包括用于储存和/或维持一定体积传热流体的传热流体罐(tank)。例如，可以将来自热交换器的冷却的传热流体泵送到传热流体罐中并且从传热流体罐泵送回到储存器中。
图3示出了根据本公开的浸没式冷却系统的实例。为了说明的目的，将电气部件和储存器放大。该系统包括电气部件1(在该实例中，其是电池模块的电池单元)、传热流体2和储存器3。电气部件1至少部分地浸没(在图3中，完全浸没)在储存器3内的传热流体2中。包括循环管道4、热交换器5和泵6的循环系统将加热的传热流体2从储存器移出以在热交换器5中冷却，并且将冷却的传热流体循环回到储存器3中。如图4所示，循环系统还可以包括传热流体罐7。
如图3和图4所示的传热流体2在电气部件1上方和周围描绘的流动仅是示例性的。电气部件可以以适用于电气部件的类型和预期应用的任何方式布置在储存器内。类似地，传热流体流入和流出储存器的流动和流动通过储存器的流动可以以适于确保电气部件保持至少部分地浸没在传热流体中的任何方式实现。例如，储存器可以包括多个入口和出口。传热流体可以从储存器的一侧流到另一侧、从顶部流到底部或从底部流到顶部或其组合，这取决于电气部件所希望的取向以及该系统所希望的流体流动。储存器可以包括用于引导传热流体在电气部件上方和/或周围的流动的挡板。作为另一个实例，传热流体可以经由喷射系统进入储存器，诸如从储存器的一个或多个顶部入口喷射到电气部件上。
虽然本公开的系统和方法对于冷却电气部件，诸如电池模块特别有用，本文公开的电气部件在传热流体中的浸没布置还允许流体将热量传递到电气部件，以在寒冷环境中提供温度控制。例如，浸没式冷却系统可以配备有加热器以加热传热流体，诸如图2中所示，其中热交换器可以以“加热模式”操作。加热的流体可以将热量传递至浸没的电气部件，以实现和/或维持电气部件的期望或最佳温度，诸如用于电池充电的期望或最佳温度。
浸没式冷却系统的传热流体包含一种或多于一种式(I)的磷酸酯：
其中式I中每个R独立地选自C6-18烷基，或每个R独立地选自未取代的苯基和C1-12烷基取代的苯基，条件是R基团不全是未取代的苯基，并且基于传热流体中所有磷酸酯的总重量，一种或多于一种式(I)的磷酸酯按重量计占大于50％。
在一些实施方式中，式(I)中每个R独立地选自C6-18烷基。在其他实施方式中，式(I)中每个R独立地选自C1-12烷基取代的苯基。式(I)中每个这样的R可以但不必相同。
在另外的实施方式中，式(I)中每个R独立地选自未取代的苯基和C1-12烷基取代的苯基，条件是R基团不全是未取代的苯基。例如，在一些实施方式中，一个R基团是C1-12烷基取代的苯基，并且剩余的两个R基团是未取代的苯基，或两个R基团独立地选自C1-12烷基取代的苯基并且剩余的R基团是未取代的苯基。在一些实施方式中，选自C1-12烷基取代的苯基的两个R基团是相同的。
式(I)中作为“C6-18烷基”的R可以是具有指定数目碳原子的直链或支链烷基。通常，作为“C6-18烷基”的R具有至少8个碳原子。优选地，作为C6-18烷基的R是C6-12或C8-12烷基或C6-10或C8-10烷基。未支化烷基的实例包括正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基和正十二烷基。支链烷基的实例包括2-甲基戊基、2-乙基丁基、2,2-二甲基丁基、6-甲基庚基、2-乙基己基、叔辛基、3,5,5-三甲基己基、7-甲基辛基、2-丁基己基、8-甲基壬基、2-丁基辛基、11-甲基十二烷基等。直链烷基和支链烷基的实例还包括通常称为异壬基、异癸基、异十三烷基等的部分，其中前缀“异”应理解为是指烷基的混合物，如衍生自羰基合成法(oxo process)的那些。
式(I)中作为“C1-12烷基取代的苯基”的R是指被C1-12烷基取代的苯基。烷基可以是具有指定碳原子数的直链或支链烷基。苯环上可以存在多于一个烷基(例如被两个烷基或三个烷基取代的苯基)。然而，苯基经常被一个烷基取代(即，单烷基化的)。优选地，C1-12烷基选自C1-10或C3-10烷基，更优选C1-8或C3-8烷基，或C1-6或C3-6烷基。此类烷基的实例包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、异戊基、叔戊基、2-甲基丁基、正己基、2-甲基戊基、2-乙基丁基、2,2-二甲基丁基、6-甲基庚基、2-乙基己基、异辛基、叔辛基、异壬基、3,5,5-三甲基己基、2-丁基己基、异癸基、和2-丁基辛基等。烷基化剂可以包括衍生自石脑油裂化的烯烃，如丙烯、丁烯、二异丁烯和丙烯四聚物。苯环上的所述烷基取代可以在邻-、间-、或对位、或它们的组合。通常，烷基取代是在对位或主要在对位。
在许多实施方式中，本公开的传热流体包含多于一种式(I)的磷酸酯，即式(I)的磷酸酯的混合物。例如，传热流体可以包含式(I)的化合物的混合物，其中每个R独立地选自C6-18烷基。
在另外的实施方式中，传热流体包含式(I)的磷酸酯的异构体混合物，例如，含有支链烷基异构体的此类磷酸酯，如衍生自支链脂肪醇或支链烷基化酚的异构体的混合物。
在另外的实施方式中，传热流体包含式(I)的磷酸酯的异构体混合物，含有C1-12烷基取代的苯基的邻位-、间位-、和/或对位异构体，如磷酸三二甲苯基酯、磷酸三甲苯基酯等。
此外，传热流体可以包含两种或更多种式(I)的磷酸酯，其中在每种此类化合物中每个R选自未取代的苯基和C1-12烷基取代的苯基，条件是R基团不全是未取代的苯基，并且这些化合物在R基团(其是C1-12烷基取代的苯基)的数目上不同。例如，式(I)的化合物的混合物可以包含选自单(烷基苯基)二苯基磷酸酯、二(烷基苯基)单苯基磷酸酯和三(烷基苯基)磷酸酯的组中的至少两种，通常全部三种，其中“烷基苯基”是如在本文中所述的C1-12烷基取代的苯基。
式(I)的化合物的此类混合物可以包含，例如，
(a)约35wt％至约95wt％的单(烷基苯基)二苯基磷酸酯，
(b)约5wt％至约55wt％的二(烷基苯基)单苯基磷酸酯，和
(c)从约0wt％、从约2wt％或从约5wt％至约20wt％的三(烷基苯基)磷酸酯，其中，组分(a)、(b)和(c)总计为100wt％并且所有重量百分比是基于所有式(I)的磷酸酯的总重量。
在许多实施方式中，式(I)的化合物的此类混合物包含
(a)约65wt％至约95wt％，如从约70wt％或从约75wt％至约90wt％或至约85wt％的单(烷基苯基)二苯基磷酸酯，
(b)约5wt％至约35wt％，如从约10wt％或从约15wt％至约30wt％或至约25wt％的二(烷基苯基)单苯基磷酸酯，以及
(c)从约0wt％或从约1wt％至约5wt％或至约4wt％的三(烷基苯基)磷酸酯，其中组分(a)、(b)和(c)总计为100wt％并且所有重量百分比是基于所有式(I)的磷酸酯的总重量。
在许多实施方式中，式(I)的化合物的此类混合物包含
(a)约35wt％至约65wt％，如从约40wt％或从约45wt％至约60wt％或至约55wt％的单(烷基苯基)二苯基磷酸酯，
(b)约25wt％至约55wt％，如从约30wt％或从约35wt％至约50wt％或至约45wt％的二(烷基苯基)单苯基磷酸酯，以及
(c)约5wt％至约20wt％，如约5wt％至约15wt％的三(烷基苯基)磷酸酯，其中组分(a)、(b)和(c)总计为100wt％并且所有重量百分比是基于所有式(I)的磷酸酯的总重量。
本公开的传热流体可以包含一种或多于一种式(I)的磷酸酯，如以上所述的任何实施方式，以及一种或多于一种不具有式(I)的磷酸酯。基于传热流体中所有磷酸酯的总重量，式(I)的磷酸酯按重量计占大于50％，例如占传热流体中所有磷酸酯的至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％或至少99％。因此，当存在时，不具有式(I)的磷酸酯占传热流体中所有磷酸酯的总重量的小于50％，例如，占传热流体中所有磷酸酯的总重量的不多于40％、不多于30％、不多于20％、不多于10％、或不多于5％。优选地，不具有式(I)的磷酸酯的实例包括磷酸三苯基酯(TPP)和每个烷基具有小于6个碳原子的磷酸三烷基酯。例如，传热流体可以包含一种或多于一种式(I)的磷酸酯，如以上所述的任何实施方式(例如，其中式(I)中的R独立地选自未取代的苯基和C1-12烷基取代的苯基的实施方式，如以上直接描述的)；和磷酸三苯基酯，其中，磷酸三苯基酯占传热流体中所有磷酸酯的总重量的小于50％，例如，占传热流体中所有磷酸酯的总重量的不多于40％、不多于30％、不多于25％、不多于20％、不多于10％、或不多于5％。在此类实施方式中，例如，基于传热流体中所有磷酸酯的总重量，可以以从按重量计约0.5％、从按重量计约2％、从按重量计约5％或从按重量计约10％至按重量计约40％、至按重量计约30％、或至按重量计约25％的量存在磷酸三苯基酯。通常，基于传热流体中所有磷酸酯的总重量，磷酸三苯基酯的量在从约0％或从约2％至约25％、如从约0％或从约2％至约10％或至约5％或从约5％或从约10％至约25％或至约20％范围内。
在另一个实例中，传热流体可以包含一种或多于一种式(I)的磷酸酯，如以上所述的任何实施方式，(例如，其中式(I)中的R独立地选自未取代的苯基和C1-12烷基取代的苯基的实施方式，如以上直接描述的)；一种或多于一种每个烷基具有小于6个碳原子的磷酸三烷基酯(例如，磷酸三丙基酯、磷酸三丁基酯或磷酸三戊基酯)；以及任选的磷酸三苯基酯。磷酸三苯基酯和一种或多于一种磷酸三烷基酯占传热流体中所有磷酸酯的总重量的小于50％，例如，占传热流体中所有磷酸酯的总重量的不多于40％、不多于30％、不多于25％、不多于20％、不多于10％、或不多于5％。在此类实施方式中，例如，基于传热流体中所有磷酸酯的总重量，可以以从按重量计约0.5％、从按重量计约2％、从按重量计约5％或从按重量计约10％至按重量计约40％、至按重量计约30％、或至按重量计约25％的量存在磷酸三苯基酯。通常，基于传热流体中所有磷酸酯的总重量，磷酸三苯基酯的量在从约0％或从约2％至约25％、如从约0％或从约2％至约10％或至约5％或从约5％或从约10％至约25％或至约20％范围内。基于传热流体中所有磷酸酯的总重量，例如可以以从按重量计约5％或从按重量计约10％至按重量计约40％、至按重量计约30％、至按重量计约25％或至按重量计约20％的量存在每个烷基具有小于6个碳原子的一种或多于一种磷酸三烷基酯。
本公开的传热流体还可以包含一种或多种其他基础油，如矿物油、聚α烯烃、酯等。应选择其他基础油及其量以与适用于本文所述的循环浸没冷却流体的性质一致。通常，式(I)的磷酸酯或其混合物按传热流体的重量计占大于50％。例如，在许多实施方式中，一种或多于一种式(I)的磷酸酯按传热流体的重量计为至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％、至少97％或至少99％。
本公开的传热流体还可以包含一种或多种性能添加剂。此类添加剂的实例包括但不限于抗氧化剂、金属钝化剂、流动添加剂、腐蚀抑制剂、泡沫抑制剂、破乳剂、倾点下降剂、以及它们的任何组合或混合物。完全配制的传热流体通常包含这些性能添加剂中的一种或多种，并且通常包含多种性能添加剂的包。通常，基于传热流体的重量，一种或多种性能添加剂以0.0001wt％至高达3wt％、或0.05wt％至高达1.5wt％、或0.1wt％至高达1.0wt％存在。
在一些实施方式中，传热流体基本上由一种或多于一种式(I)的磷酸酯以及任选的一种或多种性能添加剂组成。在一些实施方式中，传热流体由一种或多于一种式(I)的磷酸酯以及任选的一种或多种性能添加剂组成。在另外的实施方式中，传热流体基本上由一种或多于一种式(I)的磷酸酯、一种或多于一种不具有式(I)的磷酸酯、以及任选的一种或多种性能添加剂组成。在另外的实施方式中，传热流体由一种或多于一种式(I)的磷酸酯、一种或多于一种不具有式(I)的磷酸酯、以及任选的一种或多种性能添加剂组成。
本公开的磷酸酯(包括它们的混合物)是已知的或者可以通过已知的技术制备。例如，磷酸三烷基酯通常通过将烷基醇加入到三氯氧磷或五氧化二磷中来制备。烷基化磷酸三苯基酯(包括它们的混合物)可以根据多种已知的技术来制备，如将烷基化苯酚加入到三氯氧磷中。已知的方法描述于例如美国专利专利号2,008,478、2,868,827、3,859,395、5,206,404和6,242,631中。
本公开的传热流体的物理性质可以至少部分地基于式(I)的磷酸酯或磷酸酯混合物的烷基化程度和/或基于式I的磷酸酯和不具有式(I)的磷酸酯的重量比来调节或优化。
通常，本公开的传热流体具有根据ASTM D92的≥190℃、优选≥200℃的闪点；根据ASTM D445在40℃下测量的小于50cSt、优选≤40cSt或≤35cSt并且更优选≤30cSt的运动粘度；根据ASTM D5950的≤-20℃、优选≤-25℃并且更优选≤-30℃倾点；以及根据IEC60247在25℃下测量的>0.25GOhm-cm、优选>0.5GOhm-cm并且更优选>1GOhm-cm或>5GOhm-cm的DC电阻率。
例如，在许多实施方式中，本公开的传热流体具有根据ASTM D92的≥200℃的闪点；根据ASTM D445在40℃下测量的≤30cSt的运动粘度；根据ASTM D5950的≤-30℃的倾点；以及根据IEC 60247在25℃下测量的>1GOhm-cm或>5GOhm-cm的DC电阻率。
还公开了冷却电气部件的方法，包括将电气部件至少部分地浸没在储存器内的传热流体中，以及使传热流体循环出储存器，通过循环系统的循环管道，并返回到储存器中，其中传热流体如上文针对浸没式冷却系统所述。
在以下实施例中提供进一步的非限制性公开。
实施例
程序
评估根据本公开的传热流体以及比较例的传热流体以确定它们的闪点(ASTMD92)、在40℃下测量的运动粘度(ASTM D445)、倾点(ASTM D5950)、以及在25℃下测量的DC电阻率(IEC 60247)。
实施例1
根据以上程序评估丁基化磷酸三苯基酯(丁基化TPP)，其是磷酸三苯基酯(在≥2.5wt％至<25wt％的范围内)与单(丁基苯基)二苯基磷酸酯、二(丁基苯基)单苯基磷酸酯和磷酸三丁基苯基酯的混合物(在>75wt％至≤98.5wt％的范围内)的混合物(在名称220B、/>Turbofluid46B、或/>HYD 46B下可商购)。
实施例2
根据以上程序评估磷酸三(2-乙基己基)酯(在名称TOF下可商购)。
实施例3a
根据以上程序评估丁基化TPP与磷酸三正丁基酯的重量比为90:10的如实施例1中的丁基化TPP和磷酸三正丁基酯的混合物。
实施例3b
根据以上程序评估丁基化TPP与磷酸三正丁基酯的重量比为75:25的如实施例1中的丁基化TPP和磷酸三正丁基酯的混合物。
比较例1
根据以上程序评估磷酸三甲基酯。
比较例2
根据以上程序评估磷酸三正丙基酯。
比较例3
根据以上程序评估磷酸三异丙基酯。
比较例4
根据以上程序评估磷酸三正丁基酯。
比较例5a
根据以上程序评估丁基化TPP与磷酸三正丁基酯的重量比为50:50的如实施例1中的丁基化TPP和磷酸三正丁基酯的混合物。
比较例5b
根据以上程序评估丁基化TPP与磷酸三正丁基酯的重量比为25:75的如实施例1中的丁基化TPP和磷酸三正丁基酯的混合物。
如上表所示，根据本公开，实施例1、2、3a和3b中的每一个在循环浸没式冷却系统中具有优选的性质，如低可燃性、低倾点、高电阻率和对于可泵送性的低运动粘度，从而解决本发明的根本问题。即，实施例1、2、3a和3b中的每一个具有≥200℃的闪点、≤-20℃、经常≤-30℃的倾点、在40℃下小于50cSt、经常小于30cSt的运动粘度、以及在25℃下>1GOhm-cm的DC电阻率。相反，相对于实施例1、2、3a和3b，比较例1-4、5a和5b(其是磷酸C1-4烷基酯或基于所有磷酸酯的总重量，包含按重量计大于50％的不具有式(I)的磷酸酯)各自表现出远低于200℃的较低闪点和较低DC电阻率。
除了上述实施例1、2、3a和3b之外，在热传播钉(nail)测试(分别为实施例4和5)中评估实施例1的丁基化TPP和实施例2的磷酸三(2-乙基己基)酯，具有如上所述的优选物理特性和性质，以证明本公开的传热流体在保持安全条件和避免热传播和热失控方面是有效的，同时具有对于循环浸没式冷却系统的优异粘度。
实施例4
在热传播钉测试中评估实施例1的丁基化TPP以模拟热失控条件。根据标准GB38031-2020按照如下方式进行测试：使用7个彼此邻近的圆柱形电池单元来封装电池模块，其中一个中间电池单元和围绕中间电池单元6个电池单元。电池单元容纳在填充有样品流体的电池状壳体内，使得电池单元完全浸没在样品流体中。没有样品流体的主动冷却。通过将钉子直接插入中间电池单元中而使中间电池单元短路，从而导致钉入电池单元(nailedcell)中温度升高和钉入电池单元的灾难性失效。观察周围电池单元以评估钉入电池单元及其相关的温度上升是否会触发对于周围电池单元的热传播或潜在的失控状况。使用丁基化TPP流体，在周围电池单元中没有发生热失控或火灾发展。即，所有周围6个电池单元保持完整并且保持功能并且处于全电压。因此，丁基化TPP提供有效的散热并且有效地保护电池模块。
实施例5
在实施例4中所述的热传播钉测试中评估实施例2的磷酸三(2-乙基己基)酯。使用磷酸三(2-乙基己基)酯流体，没有发生热失控或火灾发展。所有周围6个电池单元保持完整并且保持功能性。因此，磷酸三(2-乙基己基)酯提供有效的散热并且有效地保护电池模块。
比较例6
在实施例4中所述的热传播钉测试中评估基础油。基础油具有155℃的闪点、-48℃的倾点、以及在40℃下10cSt的粘度。在存在基础油的情况下，钉入电池单元的故障将足够的热量传递到周围电池单元以损害周围电池单元中的一个，该电池单元失去其电压。因此，基础油不能提供有效的散热，并且不能有效地保护电池模块。
Claims (24)
1.一种浸没式冷却系统，包括：
电气部件，
传热流体，以及
储存器，其中，所述电气部件至少部分地浸没在所述储存器内的所述传热流体中，以及
循环系统，所述循环系统能够使所述传热流体循环出所述储存器、通过所述循环系统的循环管道并且返回至所述储存器中，
其中，所述传热流体包含一种或多于一种式(I)的磷酸酯
其中，式I中每个R独立地选自C6-18烷基，或每个R独立地选自未取代的苯基和C1-12烷基取代的苯基，条件是：R基团不全是未取代的苯基，
所述传热流体任选地包含一种或多于一种不具有式(I)的磷酸酯，并且
基于所述传热流体中所有磷酸酯的总重量，所述一种或多于一种式(I)的磷酸酯按重量计占大于50％。
2.根据权利要求1所述的浸没式冷却系统，其中，所述电气部件包括电池。
3.根据权利要求2所述的浸没式冷却系统，其中，所述电池是用于电动车辆的电池模块。
4.根据权利要求1所述的浸没式冷却系统，其中，所述循环系统包括泵和热交换器。
5.根据权利要求4所述的浸没式冷却系统，其中，所述循环系统还包括传热流体罐。
6.根据权利要求1所述的浸没式冷却系统，其中，式(I)中每个R独立地选自C6-18烷基。
7.根据权利要求1所述的浸没式冷却系统，其中，式(I)中每个R独立地选自未取代的苯基和C1-12烷基取代的苯基，条件是：R基团不全是未取代的苯基。
8.根据权利要求1所述的浸没式冷却系统，其中，所述传热流体包含多于一种式(I)的磷酸酯。
9.根据权利要求7所述的浸没式冷却系统，其中，所述传热流体包含式(I)的化合物的混合物，所述式(I)的化合物的混合物包含选自以下各项的组中的至少两种：单(烷基苯基)二苯基磷酸酯、二(烷基苯基)单苯基磷酸酯和三(烷基苯基)磷酸酯。
10.根据权利要求9所述的浸没式冷却系统，其中，所述式(I)的化合物的混合物包含
(a)约35至约95wt％的单(烷基苯基)二苯基磷酸酯，
(b)约5至约55wt％的二(烷基苯基)单苯基磷酸酯，和
(c)约0至约20wt％的三(烷基苯基)磷酸酯，
其中，组分(a)、(b)和(c)总计为100wt％并且所有重量百分比是基于所有式(I)的磷酸酯的总重量。
11.根据权利要求10所述的浸没式冷却系统，其中，所述式(I)的化合物的混合物包含
(a)约65至约95wt％的单(烷基苯基)二苯基磷酸酯，
(b)约5至约35wt％的二(烷基苯基)单苯基磷酸酯，以及
(c)约0至约5wt％的三(烷基苯基)磷酸酯，
其中，组分(a)、(b)和(c)总计为100wt％并且所有重量百分比是基于所有式(I)的磷酸酯的总重量。
12.根据权利要求10所述的浸没式冷却系统，其中，所述式(I)的化合物的混合物包含
(a)约35至约65wt％的单(烷基苯基)二苯基磷酸酯，
(b)约25至约55wt％的二(烷基苯基)单苯基磷酸酯，以及
(c)约5至约20wt％的三(烷基苯基)磷酸酯，
其中，组分(a)、(b)和(c)总计为100wt％并且所有重量百分比是基于所有式(I)的磷酸酯的总重量。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的浸没式冷却系统，其中，所述传热流体还包含一种或多于一种不具有式(I)的磷酸酯。
14.根据权利要求13所述的浸没式冷却系统，其中，所述一种或多于一种不具有式(I)的磷酸酯选自每个烷基具有小于6个碳原子的磷酸三烷基酯和磷酸三苯基酯。
15.根据权利要求14所述的浸没式冷却系统，其中，基于所述传热流体中所有磷酸酯的总重量，所述传热流体包含按重量计约2至约25％的磷酸三苯基酯。
16.根据权利要求14所述的浸没式冷却系统，其中，基于所述传热流体中所有磷酸酯的总重量，所述传热流体包含按重量计约5至约40％的每个烷基具有小于6个碳原子的磷酸三烷基酯。
17.根据权利要求11所述的浸没式冷却系统，其中，基于所述传热流体中所有磷酸酯的总重量，所述传热流体包含不超过约10wt％的磷酸三苯基酯。
18.根据权利要求12所述的浸没式冷却系统，其中，基于所述传热流体中所有磷酸酯的总重量，所述传热流体包含不超过约25wt％的磷酸三苯基酯。
19.根据权利要求1-6、8和13-18中任一项所述的浸没式冷却系统，其中，式(I)中作为烷基的R是C6-12烷基。
20.一种冷却电气部件的方法，包括：提供根据权利要求1-19中任一项所述的浸没式冷却系统；以及使所述传热流体循环出所述储存器、通过循环系统的循环管道并且返回至所述储存器中。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述电气部件包括电池。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述电池是用于电动车辆的电池模块。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，所述循环系统包括泵和热交换器，并且使所述传热流体循环的步骤包括：将所述传热流体泵送出所述储存器、通过循环管道、通过所述热交换器并且返回至所述储存器中。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述循环系统还包括传热流体罐，并且将流动通过所述热交换器的所述传热流体泵送到所述传热流体罐中并且从所述传热流体罐泵送回至所述储存器中。
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