有机热传递系统、方法和流体与流程

有机热传递系统、方法和流体
背景技术：
：：1.所公开的技术涉及一种采用介电油质热传递流体的热传递系统和热传递方法。具体地，该技术涉及一种具有低电导率和低易燃性的介电油质热传递流体，其在诸如用于冷却电动车辆的电池组或动力系统的热传递系统中提供峰值温度降低。2.功率源的运转产生热量。与该功率源通信的热传递系统调节所产生的热量，并确保功率源在最佳温度下运转。该热传递系统通常包括有利于吸收和耗散来自功率源的热量的热传递流体。热传递流体通常由水和乙二醇组成，较为昂贵，并易于冻结。传统的热传递流体还可表现出极高的电导率，通常在3000微西门子/厘米(μs/cm)或更高的范围内。这种高电导率通过加剧对金属部件的腐蚀而对热传递系统产生不利影响。而且，在热传递系统暴露于电流的功率源的情况下，诸如在燃料电池等中，高电导率可导致电流短路并且导致发生触电。3.当前的电池组设计包括集成且隔离的冷却系统，该冷却系统在整个壳体中传送冷却剂。当处于良好的工作状态时，来自冷却系统的冷却剂不与其中受保护的电位接触。有时发生泄漏并且冷却剂进入壳体的非预期部分中时则会发生上述情况。如果冷却剂具有导电性，其可桥接具有相对较大的电位差的端子。上述桥接可启动电解过程，在该电解过程中，冷却剂被电解，并当足够的能量传导到电解过程中时冷却剂将开始沸腾。上述沸腾可导致局部受热状况，局部受热状况可导致上述热失控状况。4.油基流体已被确定为电池组应用中热传递流体的潜在替代物。油基流体提供优异的热传递，并且由于低电导率而可用于与电气元件直接接触。然而，如果油被雾化，油基流体具有增加的易燃性的缺点。具有用于冷却的良好流体流动性能和降低的易燃性的介电油质热传递流体将是有益的。技术实现要素：5.本发明提供了用于冷却电气元件的系统、方法和流体。在一个实施方案中，本发明涉及一种介电油质热传递流体，该介电油质热传递流体包含与水不混溶的油组分和0.001重量％至1重量％的聚合物添加剂组分，其中聚合物添加剂组分包含具有如通过凝胶渗透色谱法测量的至少约20,000的数均分子量的聚烯烃聚合物。在一个实施方案中，本发明涉及一种介电油质热传递流体，该介电油质热传递流体包含与水不混溶的油组分和不超过500ppm的聚合物添加剂组分，其中聚合物添加剂组分包含具有如通过凝胶渗透色谱法测量的数均分子量为至少约20,000的聚烯烃聚合物。在另一个实施方案中，本发明涉及一种系统和方法，其中介电油质热传递流体与电气元件接触。本文将更详细地描述这些实施方案。具体实施方式6.下面将通过非限制性说明的方式描述各种优选特征和实施方案。7.所公开的技术尤其提供了介电油质热传递流体。介电油质热传递流体包含a)非导电、非水的且非与水混溶的流体和b)聚合物添加剂组分。如本文所用，“一种”聚合物添加剂或“一种”流体中的术语“一种”不限于所述要素中的仅一种，而是用于表示“至少一种”，其包括所述要素中的一种或多种，以及两种或更多种、三种或更多种等。8.非导电、非水的、非与水混溶的流体9.所公开的技术的一种组分为非导电、非水的且非与水混溶的流体。这种流体可选自“americanpetroleuminstitute(api)baseoilinterchangeabilityguidelines”(2011)中所描述的第i类至第v类的基础油中的任一种，即：[0010][0011]i、ii和iii类均为矿物油基础原料。可使用其它一般公认类别的基础油，即使未被美国石油协会(api)正式归类：ii+类，指粘度指数为110至119并且挥发性低于其它ii类油的ii类物质；和iii+类，指粘度指数大于或等于130的iii类物质。[0012]虽然许多非与水混溶的油质流体可在本发明的方法和/或系统中起作用，但在本发明的一个实施方案中，非与水混溶的油质流体可选自异链烷烃。[0013]异链烷烃(或异链烷烃油)是含有至少一个烃基支链的饱和烃化合物，足以在极低温度和极高温度两者下提供流动性。本发明的异链烷烃可包括天然油和合成油、衍生自精炼油、再精炼油或其混合物的加氢裂化、氢化和加氢精制的油。[0014]合成油质流体可通过主要直链烃的异构化从而产生支链烃来产生。直链烃可以天然来源的、合成制备的或衍生自费托反应或类似过程。异链烷烃可以衍生自加氢异构化的蜡，并通常可为加氢异构化的费托烃或费托蜡。在一个实施方案中，油可通过费托气制油合成工序和其它气制油进行制备。[0015]合适的异链烷烃也可从天然、可再生的来源获得。天然(或生物衍生的)油是指衍生自可再生生物资源、有机体或实体的物质，其不同于衍生自石油或等效原材料的物质。烃油的天然来源包括脂肪酸甘油三酯、水解的或部分水解的甘油三酯、或经过酯交换的甘油三酯酯，诸如脂肪酸甲酯(或fame)。合适的甘油三酯包括但不限于棕榈油、大豆油、葵花油、菜籽油、橄榄油、亚麻籽油和相关物质。甘油三酯的其它来源包括但不限于藻类、动物脂和浮游动物。直链烃和支链烃可从植物油中获取或提取，并可以类似于合成油的方式进行加氢精制和/或加氢异构化，以产生异链烷烃。[0016]另一类异链烷烃油包括聚烯烃。聚烯烃在本领域中是已知的。在一个实施方案中，聚烯烃可得自(或衍生自)具有2至24个碳原子的烯烃。“可得自或衍生自”意指聚烯烃由具有上述提及的碳原子数的起始可聚合烯烃单体或其混合物聚合而成。在各实施方案中，聚烯烃可得自(或衍生自)具有3至24个碳原子的烯烃。在一些实施方案中，聚烯烃可得自(或衍生自)具有4至24个碳原子的烯烃。在又一些实施方案中，聚烯烃可得自(或衍生自)具有5至20个碳原子的烯烃。在再一些实施方案中，聚烯烃可得自(或衍生自)具有6至18个碳原子的烯烃。在再一些实施方案中，聚烯烃可得自(或衍生自)具有8至14个碳原子的烯烃。在另选的实施方案中，聚烯烃可得自(或衍生自)具有8至12个碳原子的烯烃。[0017]通常，可聚合烯烃单体包括乙烯、丙烯、异丁烯、1-丁烯、异戊二烯、1,3-丁二烯或它们的混合物中的一种或多种。可用的聚烯烃的示例为聚异丁烯。可聚合烯烃还可包括某些二烯，包括1,3-二烯，诸如1,3-丁二烯和异戊二烯，以及可直接衍生自此类二烯的高级烯烃，诸如萜烯，例如法呢烯或部分氢化的萜烯。[0018]聚烯烃还包括可得自(或衍生自)α-烯烃的聚α-烯烃。α-烯烃可为直链或支链的或其混合物。包括单烯烃的示例为诸如丙烯、1-丁烯、异丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯和1-癸烯等。α-烯烃的其它示示例包括1-癸烯、1-十一碳烯、1-十二碳烯、1-十三碳烯、1-十四碳烯、1-十五碳烯、1-十六碳烯、1-十七碳烯、1-十八碳烯以及它们的混合物。可用的α-烯烃的示例为1-十二碳烯。可用的聚α-烯烃的示例为聚癸烯。[0019]聚烯烃也可以为至少两种不同烯烃的共聚物，也称为烯烃共聚物(ocp)。这些共聚物优选地为具有2至约28个碳原子的α-烯烃的共聚物，优选地为乙烯与至少一种具有3至约28个碳原子的α-烯烃的共聚物，通常由式ch2＝chr1表示，其中r1为包含1至26个碳原子的直链或支链烷基基团。优选地，上式中的r1可以是具有1至8个碳原子的烷基，并且更优选地可以是具有1至2个碳原子的烷基。优选地，烯烃聚合物为乙烯-丙烯共聚物。[0020]在烯烃共聚物包含乙烯的情况下，乙烯含量优选地在20重量％至80重量％，并且更优选地在30重量％至70重量％的范围内。当采用丙烯和/或1-丁烯与乙烯作为共聚单体时，此类共聚物的乙烯含量最优选地为45％至65％，尽管可存在更高或更低的乙烯含量。[0021]在一个实施方案中，油质流体可基本上不含乙烯及其聚合物。上述组合物可完全不含乙烯及其聚合物。所谓“基本上不含”意指上述组合物含有小于50ppm、或小于30ppm、或甚至小于10ppm或5ppm、或甚至小于1ppm的给定物质。[0022]在本发明的实施方案中，油质流体可基本上不含丙烯及其聚合物。在另一个实施方案中，油质流体可完全不含丙烯及其聚合物。由上述烯烃单体制备的聚烯烃聚合物可具有140至5000的数均分子量。由上述烯烃单体制备的聚烯烃聚合物也可具有200至4750的数均分子量。由上述烯烃单体制备的聚烯烃聚合物也可具有250至4500的数均分子量。由上述烯烃单体制备的聚烯烃聚合物也可具有500至4500的数均分子量。如通过利用聚苯乙烯标准的凝胶渗透色谱法(gpc)进行测量，由上述烯烃单体制备的聚烯烃聚合物也可具有750至4000的数均分子量。利用聚苯乙烯标准的gpc是用于该参考文献中引用的所有分子量(mn)的标准方法。[0023]可使用矿物油和合成油的混合物，例如聚α-烯烃油和/或聚酯油。[0024]在本发明的另一个实施方案中，油质流体可为含有8个碳原子至最多50个碳原子且具有至少一个含有至少一个碳原子的烃基支链的饱和烃化合物。在一个实施方案中，饱和烃化合物可具有至少10个或至少12个碳原子。在一个实施方案中，饱和烃化合物可含有14至34个碳原子，条件是碳原子的最长连续链长不超过24个碳。[0025]在一些实施方案中，油质流体将具有最长连续链长不超过24个碳的碳原子链。[0026]在一些实施方案中，如通过尺寸排阻色谱法(sec，也称为凝胶渗透色谱法或gpc)、液相色谱法、气相色谱法、质谱法、nmr或它们的组合进行测量的，饱和烃化合物可为分子量为140g/mol至550g/mol或160g/mol至480g/mol的支链无环化合物。[0027]矿物油通常含有环状结构，即芳族或环烷属烃(也称为环烷烃)。在一个实施方案中，异链烷烃包括不含或基本上不含环状结构的饱和烃化合物。所谓“基本上不含”意指矿物油中存在小于1mol％、或小于0.75mol％、或小于0.5mol％或甚至小于0.25mol％的环状结构。在一些实施方案中，矿物油完全不含环状结构。[0028]iv类烃基油(也称为聚α烯烃或pao)是本领域已知的，并且通过直链α烯烃(通常为1-癸烯、1-辛烯、1-十二烯或它们的组合)的低聚或聚合来制备。pao特征性地为具有优异的低温粘度特性(如所测量的)以及高粘度指数的水白油。适合用作热流体的典型pao包括pao-2、pao-4、pao-5和pao-6，即分别为约2m2/s、4m2/s、5m2/s和6m2/s，以及它们的混合物。[0029]还发现，在所公开的方法中，当某些酯油和醚油用作介电油质热传递流体时，也提供特别改善的热传递。[0030]适合用作介电油质热传递流体的酯包括一元羧酸与一元醇的酯；二醇与一元羧酸的二酯和二元羧酸与一元醇的二酯；一元羧酸的多元醇酯以及一元醇与多元羧酸的聚酯；以及它们的混合物。酯可大致分为两类：合成酯和天然酯。[0031]适合作为介电油质热传递流体的合成酯可包括一元羧酸(例如新戊酸、2-乙基己酸)和二元羧酸(诸如邻苯二甲酸、琥珀酸、烷基琥珀酸和烯基琥珀酸、马来酸、壬二酸、辛二酸、癸二酸、富马酸、己二酸、亚油酸二聚体、丙二酸、烷基丙二酸和烯基丙二酸)与多种一元醇(例如丁醇、戊醇、新戊醇、己醇、辛醇、异辛醇、壬醇、癸醇、异癸醇、十二烷醇、十四烷醇、十六烷醇、2-乙基己醇、乙二醇、二乙二醇单醚和丙二醇)中的任一种的酯。这些酯的具体示例包括己二酸二丁酯、二(2-乙基己基)癸二酸酯、富马酸二正己酯、癸二酸二辛酯、壬二酸二异辛酯、壬二酸二异癸基酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二癸酯、癸二酸双二十烷酯、亚油酸二聚体的2-乙基己基二酯，和由1摩尔癸二酸与2摩尔四甘醇和2摩尔2-乙基己酸反应形成的复合酯。其它合成酯包括由c5-c12一元羧酸和多元醇和多元醇醚诸如新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、二季戊四醇和三季戊四醇制备的酯。酯还可以是一元羧酸和一元醇的单酯。[0032]天然(或生物衍生的)酯是指衍生自可再生生物资源、有机体或实体的物质，其不同于衍生自石油或等效原材料的物质。适合作为介电油质热传递流体的天然酯包括脂肪酸甘油三酯、水解的或部分水解的甘油三酯、或酯交换的甘油三酯酯，诸如脂肪酸甲酯(或fame)，或衍生自不饱和脂肪酸复分解的酯。合适的甘油三酯包括但不限于棕榈油、大豆油、葵花油、菜籽油、橄榄油、亚麻籽油和相关物质。甘油三酯的其它来源包括但不限于藻类、动物脂和浮游动物。天然生物衍生的酯的其它示例包括脂肪酸的低聚物，诸如可从生物合成技术公司(biosynthesistechnologies)以商标estolidestm商购获得的那些。[0033]其它合适的油质流体包括烷基化芳族油(诸如烷基化萘)、低粘度环烷烃矿物油和(聚)醚油。环氧烷聚合物和共聚体及其衍生物以及其中端羟基基团已通过例如酯化或醚化改性的那些物质构成可使用的其它类已知的合成润滑油。(聚)醚基础油的示例包括二乙二醇二丁醚。[0034]聚合物添加剂[0035]本发明的组合物含有高分子量聚合物组分。高分子量聚合物组分可包括数均分子量为至少约20,000道尔顿的一种或多种聚合物。在一个实施方案中，可用作聚合物添加剂组分或用于聚合物添加剂组分中的聚合物可通过在包含至少一种茂金属(例如，环戊二烯基-过渡金属化合物)和铝氧烷化合物的催化剂体系的存在下，聚合α-烯烃单体、或α-烯烃单体的混合物、或包含乙烯和至少一种c3至c28α-烯烃单体的混合物来制备。[0036]烯烃聚合物种类的合适聚合物包括乙烯丙烯共聚物、乙烯-丙烯-α烯烃三元共聚物、乙烯-α烯烃共聚物、还含有非共轭二烯的乙烯丙烯共聚物和异丁烯/共轭二烯共聚物，它们中的每一者可随后被提供接枝官能团。[0037]乙烯-丙烯或高级α单烯烃共聚物可由15摩尔％至80摩尔％乙烯和20摩尔％至85摩尔％丙烯或高级单烯烃组成，在一些实施方案中，摩尔比为30摩尔％至80摩尔％乙烯和20摩尔％至70摩尔％至少一种c3至c10α单烯烃，例如50摩尔％至80摩尔％乙烯和20摩尔％至50摩尔％丙烯。前述聚合物的三元共聚物变体可含有至多15摩尔％的非共轭二烯或三烯。[0038]在这些实施方案中，聚合物基质，诸如乙烯共聚物或三元共聚物，可以是油溶性的、基本上直链的橡胶状物质。另外，在某些实施方案中，聚合物可以是除基本上线性之外的形式，即，它可以是支链聚合物或星形聚合物。聚合物也可以是无规共聚物或嵌段共聚物，包括二嵌段和更高的嵌段，包括递变嵌段和各种其它结构。这些类型的聚合物结构是本领域已知的，并且它们的制备在本领域技术人员的能力范围内。[0039]用于制备用于本发明的聚合物添加剂组分的聚合物的其它烯烃单体还可包括可聚合烯烃，还包括某些二烯，诸如1,3-二烯，诸如1,3-丁二烯和异戊二烯，以及可直接衍生自二烯的高级烯烃，诸如萜烯，例如法呢烯或部分氢化的萜烯。[0040]术语聚合物和共聚物通常用于包括乙烯和/或高级α单烯烃聚合物、共聚物、三元共聚物或互聚物。这些物质可含有少量的其它烯烃单体，只要它们的基本特性不显著改变。[0041]另一类有用的聚合物是由通过例如异丁烯或苯乙烯的阳离子聚合制备的聚合物构成的。来自这类的常见聚合物包括在路易斯酸催化剂诸如三氯化铝或三氟化硼(三氯化铝是合适的)的存在下，由具有35质量％至75质量％的丁烯含量和30质量％至60质量％的异丁烯含量的c4精炼料流的聚合获得的聚异丁烯。用于制备聚正丁烯的单体的合适来源是石油进料流，诸如提余液ii。这些原料公开于本领域中，诸如美国专利4,952,739号中。聚异丁烯是适用于本发明的聚合物，因为其易于由丁烯流通过阳离子聚合获得(例如，使用alcl3或bf3催化剂)。[0042]已知聚异丁烯可借助卤化硼，特别是三氟化硼通过阳离子聚合来制备(e.p.-a206756、美国专利4,316,973号、gb-a525542和gb-a828367)。可控制异丁烯的聚合，使得可获得数均分子量(mn)远高于1,000,000的聚异丁烯。[0043]在一个实施方案中，烯烃聚合物是具有4个或更多个碳原子的烯烃的共聚物。在一个实施方案中，烯烃聚合物(聚烯烃)包含50重量％至100重量％的衍生自至少一种具有四个或更多个碳原子的烯烃单体的单元。在典型的实施方案中，烯烃可以是不饱和脂族烃，诸如丁烯、异丁烯(或异丁烯)、丁二烯、异戊二烯、或它们的组合。[0044]本发明的聚烯烃聚合物可具有20,000至10,000,000；50,000至2,000,000、100,000至1,500,000；或200,000至1,000,000的数均分子量(通过凝胶渗透色谱法，聚苯乙烯标准)。在其它实施方案中，烯烃聚合物是数均分子量为至少50,000、至少100,000或至少250,000至最多850,000、600,000或500,000的聚异丁烯。具体范围包括250,000至750,000或250,000至500,000。本文所述的数均分子量的单位是道尔顿。[0045]聚合物添加剂组分可以按重量计0.001％至1％、或0.003％至0.8％、或0.005％至0.5％、或0.01％至0.1％、或0.02％至0.05％，例如0.003％至0.1％、或甚至0.003％至0.01％存在于本发明的介电油质流体组合物中。在另一个实施方案中，聚合物添加剂组分可以不超过1000ppm(份/一百万份)、或不超过800ppm、或不超过500ppm、或不超过300ppm、或不超过100ppm、或10ppm至50ppm、或甚至20ppm至40ppm的浓度存在于介电油质热传递流体中。在无油基础上测量介电油质流体组合物中聚合物的浓度。[0046]用于本发明的聚合物添加剂组分可由本文所述的聚烯烃聚合物组成或包含本文所述的聚烯烃聚合物。在一个实施方案中，聚合物组分可基本上不含本文未描述的其它聚合物组分。例如，可用作本发明的聚合物添加剂组分的聚烯烃和聚异丁烯聚合物可含有至最多5mol％(小于3％、小于2％、小于1％)的将与烯烃共聚的乙烯基单体、非烯烃单体。这可包括乙烯基单体(诸如苯乙烯)或其它非烯烃单体(诸如丙烯酸酯)。[0047]介电油质流体[0048]该介电油质流体的精确配方取决于将采用分散体的系统，以及该系统期望的所需特性。例如，流体用于冷却汽车中的电池组相对于冷却计算机服务器群，分散体的热导率、粘度、闪点和介电特性将不同。[0049]可通过首先选择至少一种非导电、非水的且非与水混溶的流体来配制该介电油质流体，该流体具有用于所选应用的所需介电特性、闪点和粘度。对于作为冷却热流体有效的流体，流体的剪切粘度必须相当低。在本发明中，发明人已发现添加少量高分子量聚合物添加剂将允许流体保持有效冷却所必需的低粘度，但将提供拉伸粘度的出乎意料的增加。在油性流体被喷雾或雾化的情况下，拉伸粘度的增加增大了流体的液滴尺寸。这种增大的液滴尺寸降低了喷射流体的易燃性。[0050]为了实现本发明的出人意料的益处，可选择至少一种聚合物添加剂以向该流体提供所期望的粘度特性。选择聚合物添加剂并将其以使得流体的拉伸粘度增加而未添加的流体的剪切粘度没有明显或显著增加的量加入到流体中。换句话讲，选择聚合物添加剂并以使得不含聚合物添加剂和含聚合物添加剂的非与水混溶的流体的剪切粘度变化不超过5％的量添加。[0051]在一个实施方案中，聚合物添加剂的期望浓度可由聚合物的特性粘度确定。对于本文所述的一些聚合物添加剂，特性粘度可根据mark-houwink等式得到该等式中的常数可通过测量具有不同摩尔质量的聚合物的特性粘度或使用具有粘度和多角度光散射检测器的gpc来实验性地得到。另选地，mark-houwink等式中的参数可在聚合物数据库或聚合物手册中找到(例如http://polymerdatabase.com/polymer％20physics/mh％20table.html,isbn:978-0-471-47936-9)。指数α的值在0.5与0.8之间变化，这取决于具有较低质量的溶剂的溶剂质量较低。参数k取决于聚合物分子结构和所使用的溶剂并且在10,000ml/g至80,000ml/g之间变化。[0052]一旦选择了至少一种非导电、非水的且非与水混溶的流体和聚合物添加剂组分，则可根据本领域已知的将聚合物添加剂与油组合的标准技术制备本发明的介电油质流体。例如，本发明的介电油质流体可通过将聚合物添加剂简单地混合到非导电、非水的且非与水混溶的流体中来制备。[0053]介电常数(也称为相对介电常数)是用于浸入式冷却系统的热传递流体的重要特征。为了避免电流泄漏的问题，介电油质流体可具有如根据astmd924测量的10.0或更低的介电常数。介电油质流体的介电常数也可为如根据astmd924测量的7.5或更低。本文的介电油质流体的介电常数也可为如根据astmd924测量的5或更低。介电油质流体的介电常数也可为如根据astmd924测量的4.0或更低。[0054]介电油质流体还可具有如根据astmd445_100在100℃下测量的至少0.7cst、或至少0.9cst、或至少1.1cst、或0.7cst至7.0cst、或0.9cst至6.5cst、或甚至1.1cst至6.0cst的运动粘度。对于给定的化学族和泵功率，由于较高的流动阻力，较高粘度的流体具有较低的流体力学效率。[0055]介电油质流体可具有动态粘度。应当理解，运动粘度和动态粘度是相关的。本发明的介电油质流体可具有1mpa*s至10mpa*s、或甚至1.7mpa至5mpa*s的动态粘度。动态粘度可使用aresg2流变仪(tainstruments)测量，该流变仪使用双壁同心圆筒几何形状在剪切速率100s1至500s1和25℃下测量。[0056]通常，热传递流体需要在非常低的温度下自由流动。在一个实施方案中，介电油质流体可具有如根据astmd5985测量的至少-50℃、或至少-40℃、或至少-30℃的倾点。在一个实施方案中，介电油质流体可具有如根据astmd2983测量的在-30℃下不超过900cp、或在-30℃下不超过500cp、或在-30℃下不超过100cp的绝对粘度。[0057]介电油质流体可具有如根据astmd56测量的至少50℃、或至少60℃、或至少75℃、或至少100℃的闪点。[0058]冷却方法[0059]所公开的技术提供了一种通过提供如本文所述的介电油质流体并使电气元件与该流体接触并操作电气元件来冷却电气元件的方法。在一个示例中，电气元件的接触可经由包含介电油质流体的浴进行。[0060]电气元件包括利用电力并产生热能的任何电子器件，而热能必须被耗散以防止电子器件过热。示例包括飞机电子器件、计算机电子器件如微处理器、不间断电源(ups)、电力电子器件(诸如igbt、scr、半导体闸流管、电容器、二极管、晶体管、整流器等)等。另外的示例包括逆变器、dc-dc转换器、充电器、相变逆变器、电动机、电动机控制器和dc-ac转换器。[0061]虽然已提供了电气元件的若干示例，但热传递流体可用在任何组件中或用于任何电气元件，以提供具有低温性能的更佳热传递流体，而无需显著增加混合物的导电性和潜在易燃性。[0062]该方法对于传递来自电池系统(诸如电动车辆(诸如电动汽车、电动卡车或甚至电气化公共交通工具如火车或有轨电车)的那些电池系统)的热量特别有用。电气化运输中的电气元件的主要部件通常是电池模块，其可以包括相对于彼此堆叠的一个或多个电池单元，以构造电池模块。由于在充电和放电操作期间，每个电池单元可产生热量，或者由于相对极端的(即，高温)环境条件，热量可在电气化车辆的熄火状况期间传递到电池单元中。因此，电池模块将包括用于在环境和/或操作条件的全部范围内对电池模块进行热管理的热传递系统。实际上，电池模块的操作可发生在使用和消耗其中的电力期间，诸如在电池模块的操作期间，或在电池模块的充电期间。就充电而言，热传递流体的使用可使电池模块在小于15分钟的时间段内充电恢复至总电池容量的至少75％。[0063]类似地，电气化运输中的电气元件可包括需要通过热传递流体进行冷却的燃料电池、太阳能电池、太阳能电池板、光伏电池等。此类电气化运输工具还可包括例如在混合动力车辆中的传统的内燃机。[0064]电气化运输工具还可包括作为电气元件的电动机。电动机可在沿着车辆驱动线的任何位置使用，以操作例如传动装置、轮轴和差动齿轮。此类电动机可通过采用热传递流体的热传递系统进行冷却。[0065]该方法可包括提供包含需要冷却的电气元件的热传递系统。热传递系统将尤其包括浴槽，在浴槽中，电气元件可以使电气元件与介电油质流体实现直接流体连通的方式放置。该浴槽将与含有介电油质流体的热传递流体贮存器和热交换器进行流体连通。[0066]该电气元件可以在操作热传递系统的同时进行操作。热传递系统可例如通过使介电油质流体循环通过热传递系统来进行操作。[0067]例如，热传递系统可包括用以将冷却的介电油质流体从热传递流体贮存器泵送到浴槽中，并将加热的介电油质流体通过热交换器从浴槽中泵送出来并送回到热传递流体贮存器中的装置。这样，当操作电气元件时，热传递系统也可被操作以向电气元件提供冷却的介电油质流体，以吸收由电气元件产生的热量，并移除已被电气元件加热的介电油质流体，以将其传送到热交换器进行冷却以及再循环回到热传递流体贮存器中。[0068]如本文所公开的热管理系统可以允许电池快速充电的速率去除热量。高速充电的目标包括120kw至600kw。考虑到充电中95％的效率，热传递流体将需要在10分钟至60分钟的时间内移除至最多30kw。[0069]本文所公开的组合物的各种实施方案可任选地包含一种或多种另外的性能添加剂。这些另外的性能添加剂可包括一种或多种阻燃剂、消烟剂、抗氧化剂、抗燃剂、金属钝化剂、流动添加剂、抗蚀剂、泡沫抑制剂、破乳剂、降凝剂、密封溶胀剂、以及它们的任意组合或混合物。通常，全配方热传递流体可包含这些性能添加剂中的一种或多种，并且通常包含一组多种性能添加剂。在一个实施方案中，一种或多种另外的添加剂可以0.01重量％至最多3重量％、或0.05重量％至最多1.5重量％、或0.1重量％至最多1.0重量％存在于介电油质流体中。[0070]如本文所用，术语“烃基基团”以其普通含义使用，这是本领域技术人员众所周知的。具体地，它是指具有直接与分子的其余部分附接的碳原子并且主要具有烃特性的基团。烃基基团的示例包括：[0071]烃取代基，即脂族(例如烷基或烯基)、脂环族(例如环烷基、环烯基)取代基以及芳族、脂族和脂环族取代的芳族取代基，以及环状取代基，其中环通过分子的另一部分完成(例如，两个取代基一起形成环)；[0072]取代的烃取代基，即含有非烃基团的取代基，在本发明的上下文中，这些非烃基团不改变取代基的主要烃性质(例如卤素(特别是氯和氟)、羟基、烷氧基、巯基、烷基巯基、硝基、亚硝基和硫氧基)；[0073]杂取代基，即在本发明的上下文中，虽然具有主要烃的特性，但在由碳原子组成的环或链中包含碳以外的原子的取代基，其包括如吡啶基、呋喃基、噻吩基和咪唑基等的取代基。杂原子包括硫、氧和氮。通常，对于烃基基团中的每十个碳原子，将存在不超过两个或不超过一个非烃取代基；另选地，烃基基团中可不存在非烃取代基。[0074]已知上述物质中的一些物质可在最终配制物中相互作用，使得最终配制物的组分可不同于最初添加的那些。例如，金属离子(例如洗涤剂的金属离子)可迁移至其他分子的其他酸性或阴离子位点。由此形成的产物，包括在其预期用途中采用本发明的组合物时形成的产物，可能不容易描述。然而，所有此类调节和反应产物都包括在本发明的范围内。本发明包括通过混合上述组分制备的组合物。[0075]本发明用于冷却在操作期间的电气元件，参考以下示例可更好地理解。[0076]实施例[0077]通过首先选择一系列非导电、非水的且非与水混溶的流体来制备一系列热传递流体。流体的范围为简单的异链烷烃类到有机酯和醚化合物。非导电、非水的且非与水混溶的流体列于表1中。[0078]表1-非水的流体[0079]实施例基液kv1(m2/s)t(℃)热导率2(w/(m*k))f1新戊酸异癸酯4.3025.00.117f2异链烷烃a3.6020.00.110f3己二酸二异辛酯14.3020.00.140f4异链烷烃b5.7020.00.110f5热流体共混物a32.0037.00.136f6聚α烯烃a5.0525.00.14f7聚α烯烃b24.75f8热流体共混物b4n/d[0080]1温度(t)下的运动粘度(astmd445_25)[0081]2根据astmd7896测量的热导率[0082]345重量％异链烷烃b、38重量％二己基醚、17重量％正十二烷4聚α烯烃a(77重量％)、2-乙基己基辛酸酯(10重量％)、二辛基醚(10重量％)和二(正己基)醚(3重量％)的共混物[0083]5在40℃下测量的[0084]选择如表2所阐述的一系列聚合物添加剂。[0085]表2-聚合物添加剂[0086]聚合物化学类型mw(kda)mn(kda)p1乙烯-丙烯共聚物(ep)14060p2ep18090p3ep250125p4官能化的ep(f-ep)14060p5f-ep18090p6f-ep250125p7聚异丁烯(pib)500200p8pib900300p9pib1,0001,000p10pib2,0001,500[0087]将聚合物添加剂添加到本发明的热流体中的影响汇总在下表3和表4中。用本发明的聚合物处理流体，并且对流体的动态粘度、拉伸粘度和流体毛细管破裂时间的变化进行评估。[0088]表3-热流体[0089][0090][0091]1使用aresg2流变仪(tainstruments)，使用双壁同心圆筒几何形状，在剪切速率100s1至500s1下(在25℃下)确定的。[0092]2使用装备有超快摄像机(fastcamf4，photron，inc.)的毛细管破裂拉伸流变仪(caber1，thermo-haake)来确定拉伸粘度。将流体放置在由初始间隙h0＝1.5mm分开的两个直径为4mm的平板之间。当间隙以约3mm/s的速度缓慢增加时，流体桥变得不稳定并且流体桥破裂。毛细管破裂由于流体的破裂阻力而延迟发生。这种阻力归因于剪切粘度和拉伸粘度。每个实验测试重复至少5次，以证实再现性。使用数字成像来测量长丝的直径。特别设计的具有x10透镜的物镜提供了1.9微米/像素的分辨率。为了校准，使用来自thermo-haake的一组标准导线(0.02mm、0.03mm、0.06mm、0.12mm、0.25mm、0.50mm和1mm)。[0093]3毛细管破裂时间由至少3次测量的长丝中径(即其中径接近0)的时间依赖性确定。对于以典型地从10,000帧/秒至30,000帧/秒的帧速率记录的一系列图像，使用专门设计的图像分析软件(edgehog，在比利时鲁汶大学ch.clasen教授实验室中开发的)测量长丝中径。[0094]4根据astmd7896在25℃下测量的热导率。[0095]表-4热流体[0096][0097]140℃下的运动粘度(astmd445)[0098]2使用装备有超快摄像机(fastcamf4，photron，inc.)的毛细管破裂拉伸流变仪(caber1，thermo-haake)来确定拉伸粘度。将流体放置在由初始间隙h0＝1.5mm分开的两个直径为4mm的平板之间。当间隙以约3mm/s的速度缓慢增加时，流体桥变得不稳定并且流体桥破裂。毛细管破裂由于流体的破裂阻力而延迟发生。这种阻力归因于剪切粘度和拉伸粘度。每个实验测试重复至少5次，以证实再现性。使用数字成像来测量长丝的直径。特别设计的具有x10透镜的物镜提供了1.9微米/像素的分辨率。为了校准，使用来自thermo-haake的一组标准导线(0.02mm、0.03mm、0.06mm、0.12mm、0.25mm、0.50mm和1mm)。[0099]3毛细管破裂时间由至少3次测量的长丝中径(即其中径接近0)的时间依赖性确定。对于以典型地从10,000帧/秒至30,000帧/秒的帧速率记录的一系列图像，使用专门设计的图像分析软件(edgehog，在比利时鲁汶大学的ch.clasen教授实验室中开发的)测量长丝中径。[0100]4根据astmd7896在30℃下测量的热导率。[0101]5包含0.6重量％的分散剂添加剂包。[0102]如结果所示，用低水平的高粘度聚合物处理的非水热流体显示出最大拉伸粘度和流体毛细管破裂时间两者的增加。[0103]也可对本发明的流体混合物进行评估，以确定闪点和它们吸收和分散热的能力。例如，本发明的流体的附加测试可包括闪点(astmd92)、通过差示扫描量热法(dsc)在40℃下的热容量、在50℃下的热导率(astmd7896)和介电强度(astmd1816)。[0104]还可测试样品，以确定通过具有特定壁面积(“a壁”)的管道的样品流体的强制对流热传递系数“h”。较高的热传递系数可用于确定一种流体是否比另一种流体表现更好。该测试可包括以恒定的泵功率泵送样品流体通过管道。通过热交换器将管入口处的流体温度控制到设定的入口温度，诸如35摄氏度。管壁可用提供恒定功率(“p”)的直流电源进行加热。壁温度(“t壁”)可使用热电偶来测量。热电偶放置在流体流中并且共同定位在壁温度测量点附近以测量流体温度(“t流体”)。达到稳态后，在60秒内收集数据并取平均值。强制对流热传递系数用公式x来计算。[0105][0106]公式x[0107]q″＝h*(t壁-t流体)[0108]在公式x中，q”是根据公式y由电源输入以及管道的加热面积计算的热通量。[0109]公式y[0110]以上文献提及的中的每一者以引用方式并入本文，包括要求其优先权的任何先前申请，无论上文是否具体列出。任何文献的提及并不是承认该文献符合现有技术或构成任何司法管辖区技术人员的一般知识。除非在实施例中或另外明确指出，否则本说明书中指定物质量、反应条件、分子量、碳原子数目等的所有数值量应理解为由词语“约”修饰。应当理解，本文所述的量、范围和比例的上限和下限可独立地组合。类似地，本发明每种要素的范围和量可与任何其他要素的范围或量一起使用。[0111]如本文所用，与“包含”、“含有”或“特征在于”同义的过渡术语“包括”是包括性或开放式的，而并不排除另外的、未列举的要素或方法步骤。然而，在本文对“包含”的每一次使用中，意在使该术语还涵盖作为替代实施方案的短语“基本上由……组成”和“由……组成”，其中，“由……组成”排除未指出的任何要素或步骤，并且“基本上由……组成”允许包括不实质上影响所考虑的组合物或方法的必要或基本和新颖特性的另外的未叙述的要素或步骤。[0112]虽然为了说明本发明的目的已示出了某些代表性实施方案和细节，但对于本领域的技术人员来说，显然，在不脱离本发明范围的情况下仍可进行各种变化和修改。就这一点而言，本发明的范围仅由以下权利要求书限定。当前第1页12当前第1页12
技术特征：
1.一种冷却电气元件的方法，所述方法包括：使所述电气元件与介电油质热传递流体接触，其中所述介电油质热传递流体包含：(a)非导电、非水的且非与水混溶的油组分和(b)基于无油测量的0.001重量％至1重量％的聚合物添加剂组分，其中所述聚合物添加剂组分包含具有至少约20,000的数均分子量(通过凝胶渗透色谱法，聚苯乙烯标准)的一种或多种聚烯烃聚合物或由所述一种或多种聚烯烃聚合物组成；以及操作所述电气元件。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电气元件包括电池。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述电池操作电动车辆。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述电气元件包括以下中的至少一者：飞机电子器件、计算机电子器件、逆变器、dc-dc转换器、充电器、逆变器、电动机和电动机控制器。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述介电油质热传递流体具有如根据astm d924测量的3.0或更低的介电常数。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中与水不混溶的油组分包括烃。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述烃包括含有至少一种具有8至50个碳原子的饱和烃化合物的异链烷烃油。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述至少一种饱和烃化合物含有至少10个碳原子和至少一个烃基支链，并且具有不超过24个碳原子的单个连续碳链。9.根据权利要求7所述的方法，其中所述至少一种饱和烃化合物包括分子量为140g/mol至550g/mol的支链无环化合物。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述非与水混溶的烃油组分包含环氧烷聚合物和互聚物及其衍生物，其中端羟基基团已通过酯化或醚化改性。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述一种或多种聚烯烃聚合物具有20,000至10,000,000、或50,000至2,000,000、或100,000至1,500,000、或200,000至1,000,000的数均分子量(通过凝胶渗透色谱法，聚苯乙烯标准)。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述一种或多种聚烯烃聚合物包含聚异丁烯聚合物或由聚异丁烯聚合物组成，所述聚异丁烯聚合物具有如通过凝胶渗透色谱法测量的至少约50,000的数均分子量(通过凝胶渗透色谱法，聚苯乙烯标准)。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述聚异丁烯聚合物具有至少50,000、或至少100,000、或至少250,000至最多2,000,000、或1,500,000、或850,000、或600,000、或500,000的数均分子量(通过凝胶渗透色谱法，聚苯乙烯标准)。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述聚异丁烯聚合物具有250,000至750,000、或250,000至500,000的数均分子量(通过凝胶渗透色谱法，聚苯乙烯标准)。15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述介电油质热传递流体包含不超过800ppm、或不超过500ppm、或不超过300ppm、或不超过100ppm的所述聚合物添加剂组分。16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中所述介电油质热传递流体包含10ppm至50ppm、或20ppm至40ppm的所述聚合物添加剂组分。17.一种用于电动车辆的冷却剂系统，所述冷却剂系统包含与介电油质热传递流体接触的电池组，其中所述介电油质热传递流体包含：
(a)非导电、非水的且非与水混溶的油组分和(b)0.001重量％至1重量％、或0.003重量％至0.8重量％、或0.005重量％至0.5重量％、或0.01重量％至0.1重量％、或0.02重量％至0.05重量％的聚合物添加剂组分，其中所述聚合物添加剂组分包含具有至少约20,000的数均分子量(通过凝胶渗透色谱法，聚苯乙烯标准)的一种或多种聚烯烃聚合物或由所述一种或多种聚烯烃聚合物组成。18.根据权利要求17所述的冷却剂系统，其中所述冷却剂系统是浸入式冷却剂系统，其中所述电池组与包括所述介电油质热传递流体的热传递流体贮存器流体连通。19.根据权利要求17或18所述的冷却剂系统，其中所述介电油质热传递流体具有如根据astm d924测量的3.0或更低的介电常数。20.根据权利要求17至19中任一项所述的冷却剂系统，其中与水不混溶的油组分包括烃。21.根据权利要求20所述的冷却剂系统，其中所述烃包括含有至少一种具有8至50个碳原子的饱和烃化合物的异链烷烃油。22.根据权利要求21所述的冷却剂系统，其中所述至少一种饱和烃化合物含有至少10个碳原子和至少一个烃基支链，并且具有不超过24个碳原子的单个连续碳链。23.根据权利要求22所述的冷却剂系统，其中所述至少一种饱和烃化合物包括分子量为140g/mol至550g/mol的支链无环化合物。24.根据权利要求17至23中任一项所述的冷却剂系统，其中所述非与水混溶的烃油组分包含环氧烷聚合物和互聚物及其衍生物，其中端羟基基团已通过酯化或醚化改性。25.根据权利要求17至24中任一项所述的冷却剂系统，其中所述一种或多种聚烯烃聚合物具有20,000至10,000,000、或50,000至2,000,000、或100,000至1,500,000、或200,000至1,000,000的数均分子量(通过凝胶渗透色谱法，聚苯乙烯标准)。26.根据权利要求17至25中任一项所述的冷却剂系统，其中所述一种或多种聚烯烃聚合物包含聚异丁烯聚合物或由聚异丁烯聚合物组成，所述聚异丁烯聚合物具有如通过凝胶渗透色谱法测量的至少约50,000的数均分子量(通过凝胶渗透色谱法，聚苯乙烯标准)。27.根据权利要求26所述的冷却剂系统，其中所述聚异丁烯聚合物具有至少50,000、或至少100,000、或至少250,000至最多2,000,000、或1,500,000、850,000、或600,000、或500,000的数均分子量(通过凝胶渗透色谱法，聚苯乙烯标准)。28.根据权利要求35所述的冷却剂系统，其中所述聚异丁烯聚合物具有250,000至750,000、或250,000至500,000的数均分子量(通过凝胶渗透色谱法，聚苯乙烯标准)。29.根据权利要求17至28中任一项所述的冷却剂系统，其中所述介电油质热传递流体包含不超过800ppm、或不超过500ppm、或不超过300ppm、或不超过100ppm的所述聚合物添加剂组分。30.根据权利要求17至29中任一项所述的冷却剂系统，其中所述介电油质热传递流体包含10ppm至50ppm的所述聚合物添加剂组分。31.一种介电油质热传递流体，所述介电油质热传递流体包含：(a)非导电、非水的且非与水混溶的油组分和(b)0.001重量％至1重量％的聚合物添加剂组分，其中所述聚合物添加剂组分包含一种或多种具有至少约20,000的数均分子量(通过凝胶渗透色谱法，聚苯乙烯标准)的聚烯烃聚合物或由一种或多种所述聚烯烃聚合物组成。
32.根据权利要求31所述的介电油质热传递流体，其中所述介电油质热传递流体具有如根据astm d924测量的3.0或更低的介电常数。33.根据权利要求31或32所述的介电油质热传递流体，其中所述与水不混溶的油组分包括烃。34.根据权利要求33所述的介电油质热传递流体，其中所述烃包括含有至少一种具有8至50个碳原子的饱和烃化合物的异链烷烃油。35.根据权利要求34所述的介电油质热传递流体，其中所述至少一种饱和烃化合物含有至少10个碳原子和至少一个烃基支链，并且具有不超过24个碳原子的单个连续碳链。36.根据权利要求35所述的介电油质热传递流体，其中所述至少一种饱和烃化合物包括分子量为140g/mol至550g/mol的支链无环化合物。37.根据权利要求31至36中任一项所述的介电油质热传递流体，其中所述非与水混溶的烃油组分包含环氧烷聚合物和互聚物及其衍生物，其中端羟基基团已通过酯化或醚化改性。38.根据权利要求31至37中任一项所述的介电油质热传递流体，其中所述一种或多种聚烯烃聚合物具有20,000至10,000,000、或50,000至2,000,000、或100,000至1,500,000、或200,000至1,000,000的数均分子量(通过凝胶渗透色谱法，聚苯乙烯标准)。39.根据权利要求31至38中任一项所述的介电油质热传递流体，其中所述一种或多种聚烯烃聚合物包含聚异丁烯聚合物或由聚异丁烯聚合物组成，所述聚异丁烯聚合物具有如通过凝胶渗透色谱法测量的至少约50,000的数均分子量(通过凝胶渗透色谱法，聚苯乙烯标准)。40.根据权利要求39所述的介电油质热传递流体，其中所述聚异丁烯聚合物具有至少50,000、或至少100,000、或至少250,000至最多2,000,000、或1,500,000、或850,000、或600,000、或500,000的数均分子量(通过凝胶渗透色谱法，聚苯乙烯标准)。41.根据权利要求40所述的介电油质热传递流体，其中所述聚异丁烯聚合物具有250,000至750,000、或250,000至500,000的数均分子量(通过凝胶渗透色谱法，聚苯乙烯标准)。42.根据权利要求31至41中任一项所述的介电油质热传递流体，其中所述介电油质热传递流体包含不超过800ppm、或不超过500ppm、或不超过300ppm、或不超过100ppm的所述聚合物添加剂组分。43.根据权利要求31至42中任一项所述的介电油质热传递流体，其中所述介电油质热传递流体包含10ppm至50ppm、或20ppm至40ppm的所述聚合物添加剂组分。44.根据权利要求31至43所述的介电油质热传递流体用于冷却电气元件的用途。

技术总结
所公开的技术涉及一种介电油质热传递系统、方法和流体，该介电油质热传递流体包含a)非导电、非水的且非与水混溶的介电油质流体和b)至少一种高分子量。具体地，该技术涉及一种具有低电导率、低剪切粘度和低易燃性的介电油质热传递系统、方法和流体，其在诸如用于冷却电动车辆的电池组或动力系统的热传递系统中提供温度降低。提供温度降低。


技术研发人员：A
受保护的技术使用者：路博润公司
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2023/8/24