一种充电线冷却液及其制备方法与流程

1.本发明涉及冷却液技术领域，尤其涉及一种应用在充电线缆领域的冷却液及其制备方法。


背景技术：

2.当前电动车的快速发展带给人民舒适的驾驶体验，电动化风暴犹如一场革命快速席卷人们的出行方式，但是当前电动车全面替代燃油车的一大瓶颈就是充电速度过慢，随着电池包的不断增大，人们对于快充的需求不断加大，快速充电的发展是迫在眉睫，在充电桩，电芯等不断进化的同时，可以快充的充电线也成为了迫切要解决的重中之重，当前充电桩中常用的充电线最高可以提供250a的电流，如果考虑到放热等要求，大电流的充电需要更粗的铜/铝线，尤其随着大功率快充的需要，充电线载流要达到250a～800a的要求，需要更粗的铜/铝线，更加粗的充电线缆不但价格昂贵，操作起来也很笨重。这时，在不增加或减少线缆横截面的前提下，解决大电流的充放电成为迫在眉睫必须解决的难题。
3.而液冷是一种非常行之有效的解决方法，冷却液是大电流充电线极为重要的传热介质，充电过程中产生的多余热量需要以冷却液为导热载体来进行传导、分配、储存和释放。冷却液的质量优劣直接关系到充电系统及其冷却系统的运转性能和使用寿命。冷却液除了能够进行换热外，还必须具有抗冻抗沸、防蚀防垢等性能保证。水作为最常用的冷却介质现有的冷却液主要有几大类型，一类是去离子纯净水，这类仅能作为冰点以上的环境条件，尽应用于实验室的内部测试，很难作为冷却液商业使用，另外一类就是乙二醇和去离子水混合而成的防冻防腐冷却液，可以适用于各种低温条件的应用，这类都是通过各种混合醇类有机液与去离子水达到防冻冷却要求，但是乙二醇带来的环保问题也日益显著，乙二醇一旦被人摄入体内，会破坏肾脏中肾小球之间的肾小管，严重会导致肾衰竭，长期接触会导致眩晕，嗜睡和眼球震颤等症状，因此寻找冷却效果好，无毒，低成本的冷却液进行有效的热管理，强化传热，减少热损失并提高能量利用率成为现在急需解决的问题。
4.随着强化传热技术的发展，冷却介质的传热能力已成为新一代高效冷却技术的主要障碍。要进一步研制体积小、重量轻、换热强的高效充电设备，满足高负荷传热要求，有必要从介质本身入手，研制热导率高、传热性能好的高效新型传热介质。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种充电线冷却液及其制备方法，冷却液具有良好的导热性，降低充电线中导线铜的用量，在大电流下依然可以满足大电流充电的冷却使用要求。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
7.作为本发明的一方面，提出了一种充电线冷却液的制备方法，步骤包括：
8.按以下重量份的原料，冷却液基质80
‑
120份，表面活性剂0.1～2份，两者混合均匀，使表面活性剂在冷却液基质中分布均匀；
9.向上述混合液中加入导热粉体，导热粉体0.1～1份，使得纳米粒子可以均匀分散
在冷却基质和表面活性剂中，形成稳定混合悬浮液；
10.将混合悬浮液通过离子交换树脂，除去其中导电离子，得到电导为1.0～2.0μs/cm，导热系数为0.5～0.7w/m.k的冷却液。
11.作为本发明的另一方面，提出了一种充电线冷却液，由下述重量份的原料制成，冷却液基质80
‑
120份，导热粉体0.1～1份，表面活性剂0.1～2份。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
13.本发明制备的冷却液在传热性能，由于导热粉体颗粒的尺寸小，比表面积大，分散均匀，导热性、热扩散率等热物理性质显著提高，化学稳定性好，即冷却液自身，在冷却的情况下不发生化学反应；最终制备的冷却液相比现有商用冷却液在导热系数上提升明显，换热能力得到大幅提升，具备显著优势；
14.本发明制备的冷却液具有良好的绝缘性，电导率小于＜10μs/cm，可以长时间储存和使用，不会发生沉降；
15.本发明制备的冷却液，可以有效降低泵送功率损失，减少冷却系统体积、重量；此外，导电纳米粒子还提高了沸点，降低了冷却液的冰点，相比于传统冷却液，扩大了高低温条件下的使用范围；
16.本发明冷却液所采用的制备工艺简单、成本低，无毒无害适于批量生产。
具体实施方式
17.本发明的充电线冷却液，由下述重量份原料制成，冷却液基质80
‑
120份，表面活性剂0.1～2份，导热粉体0.1～1份，具体冷却液的制备方法包括如下步骤：
18.按重量份称取原料，按以下重量份的原料，冷却液基质80
‑
120份，表面活性剂0.1～2份。混合均匀，使表面活性剂在冷却液基质中分布均匀；
19.向上述混合液中加入导热粉体0.1～1份，使得导热粉体中的导电纳米粒子可以均匀分散在冷却液基质和表面活性剂中，形成稳定混合悬浮液；
20.将混合悬浮液通过离子交换树脂，除去其中导电离子，得到电导为1.0～2.0μs/cm，导热系数为0.5～0.7w/m.k的冷却液。
21.具体的，冷却液基质为乙二醇、丙二醇、丁二醇、正辛烷、正壬烷、正癸烷、己酸、庚酸、癸酸、辛酸、异辛酸中的一种或多种的组合。
22.表面活性剂为聚乙二醇型，多元醇型，烷基醇酰胺型的非离子型表面活性剂任意一种或多种的混合。
23.导热粉体为tio2，al2o3，zno，cuo，mgo中至少一种或者多种的混合，导热粉体颗粒特征尺度在10～100nm以内。
24.离子交换树脂为阳离子与阴离子的混合离子交换树脂，树脂颗粒的尺寸为0.3～1.2mm。
25.实施例1
26.一种充电线冷却液，由以下重量份的原料制成，冷却液基质由正癸烷80份和丙二醇20份组成，聚乙二醇型非离子型表面活性剂2份，颗粒尺度为50nm的mgo导电纳米粒子1份，具体冷却液的制备方法包括如下步骤：
27.首先按照质量比8:2的比例，称量正葵烷800g，丙二醇200g，将混合后的冷却液基
质搅拌均匀；
28.将20g聚乙二醇型非离子型表面活性加入冷却液基质混合均匀，机械搅拌10h，使表面活性剂在冷却液基质中分布均匀；
29.向混合液中加入颗粒尺度为50nm的mgo导电纳米粒子10g，使得导电纳米粒子可以均匀分散在冷却液基质和非离子表面活性剂中，阻止其团聚，保持混合液的稳定性，降低液体电导率，在水浴锅温度40℃中频率50khz下超声振荡持续24h，最终形成稳定混合悬浮液；
30.将混合悬浮液通过离子交换树脂，除去其中导电离子，得到电导为1μs/cm，导热系数为0.6w/m.k的冷却液。
31.实施例2：
32.一种充电线冷却液，冷却液基质由正壬烷50份和乙二醇50份组成，多元醇型非离子型表面活性剂0.5份，颗粒尺度为30nm的tio2导电纳米粒子1份，具体冷却液的制备方法包括如下步骤：
33.首先按照质量比5:5的比例称重和配制正壬烷500g和乙二醇500g，冷却液基质共1000g，将混合后的冷却液基质搅拌均匀；
34.将多元醇型非离子型表面活性剂5g加入，与冷却液基质混合均匀，机械搅拌5h，使表面活性剂在冷却液基质中分布均匀；
35.向混合液中加入颗粒尺度为30nm的tio2导电纳米粒子10g，使得导电纳米粒子可以均匀分散在冷却基质和表面活性剂中，阻止其团聚，保持混合液的稳定性，降低液体电导率，在水浴锅温度30℃中频率50khz下超声振荡持续24h，最终形成稳定混合悬浮液；
36.将混合悬浮液通过离子交换树脂，除去其中导电离子，得到电导为2μs/cm，导热系数为0.54w/m.k的冷却液。
37.实施例3：
38.一种充电线冷却液，冷却液基质由乙二醇60份和己酸20份组成，聚乙二醇型非离子型表面活性剂0.5份，颗粒尺度为30nm的zno导电纳米粒子1份，具体冷却液的制备方法包括如下步骤：
39.首先按照质量比6:2的比例称重乙二醇600g和己酸配200g制冷却液基质800g，将混合后的冷却液基质搅拌均匀；
40.将聚乙二醇型非离子型表面活性剂5g加入冷却液基质混合均匀，机械搅拌8h，使非离子表面活性剂在冷却液基质中分布均匀；
41.向混合液中加入颗粒尺度为30nm的zno导电纳米粒子10g，使得导电纳米粒子可以均匀分散在冷却液基质和非离子表面活性剂中，阻止其团聚，保持混合液的稳定性，降低液体电导率，在水浴锅温度50℃中频率50khz下超声振荡持续24h，最终形成稳定混合悬浮液；
42.将混合悬浮液通过离子交换树脂，除去其中导电离子，得到电导为1.5μs/cm，导热系数为0.5w/m.k的冷却液。
43.实施例4：
44.一种充电线冷却液，冷却液基质为壬烷120份，聚乙二醇型非离子型表面活性剂0.1份，导热粉体由颗粒尺度为30nm的mgo和zno按1:1组成，共0.1份，具体冷却液的制备方法包括如下步骤：
45.首先称重1200g壬烷，配制冷却液基质；
46.将聚乙二醇型非离子型表面活性剂1g加入冷却液基质中，混合均匀，机械搅拌8h，使非离子表面活性剂在冷却液基质中分布均匀；
47.向混合液中加入颗粒尺度为30nm的mgo 0.5g和zno 0.5g，使得导电纳米粒子可以均匀分散在冷却液基质和非离子表面活性剂中，阻止其团聚，保持混合液的稳定性，降低液体电导率，在水浴锅温度50℃中频率50khz下超声振荡持续24h，最终形成稳定混合悬浮液；
48.将混合悬浮液通过离子交换树脂，除去其中导电离子，得到电导为1μs/cm，导热系数为0.58w/m.k的冷却液。
49.实施例5：
50.一种充电线冷却液，由以下重量份的原料制成，冷却液基质由丙二醇10份和己酸90份组成，多元醇型非离子型表面活性剂2份，50nm的zno导电纳米粒子1份。具体冷却液的制备方法包括如下步骤：
51.首先称重丙二醇100g和己酸900g配制冷却液基质1000g，将混合后的冷却液基质搅拌均匀；
52.将多元醇型非离子型表面活性剂20g加入，与冷却液基质混合均匀，机械搅拌8h，使表面活性剂在冷却液基质中分布均匀；
53.向混合液中加入颗粒尺度为50nm的zno导电纳米粒子重量10g，使得导电纳米粒子可以均匀分散在冷却液基质和非离子表面活性剂中，阻止其团聚，保持混合液的稳定性，降低液体电导率，在水浴锅温度40℃中频率50khz下超声振荡持续24h，最终形成稳定混合悬浮液；
54.将混合悬浮液通过离子交换树脂，除去其中导电离子，得到电导为1μs/cm，导热系数为0.7w/m.k的冷却液。
55.表1为本发明实施例1至实施例5制备冷却液和其他典型冷却液的性能参数比较：
[0056][0057]
从表中可知，实施例1中最终制备的冷却液有着较低的密度(780kg/m3)，比对比例
1传统的50％乙二醇水溶液低30％，比对比例2氟代醚低约50％，比对比例3硅油低20％。说明本发明的冷冻液有较轻的密度，较高的闪电(190℃)和较低的倾点(
‑
70℃)，比对比例3硅油的倾点还要低10℃，导热系数为0.60(w/m.k)，比对比例1传统的50％乙二醇水溶液0.35w/(m.k)提升了近70％。将冷却液应用在快速充电线中，可以实现在更宽的使用温度范围，更低成本的对于同样的充电设备进行更安全更大电流的冲电。
[0058]
本发明制备的冷却液在传热性能，通过实施例2
‑
5，通过不同配方的调控，可以调节冷却液的黏度，密度，导热系数，可以得知由于导热粉体颗粒的尺寸小，比表面积大，在冷却液中分散均匀，导热性、热扩散率等热物理性质显著提高，具有优秀的冷却性能。同时化学稳定性好，即冷却液自身，在冷却的情况下不发生化学反应；最终制备的冷却液相比现有商用冷却液在导热系数上提升明显，换热能力得到大幅提升，具备显著优势；并且本发明制备的冷却液具有良好的绝缘性，电导率小于＜10μs/cm，可以长时间储存和使用，不会发生沉降；可以有效降低泵送功率损失，减少冷却系统体积、重量；此外，导电纳米粒子还提高了沸点，降低了冷却液的冰点，相比于传统冷却液，扩大了高低温条件下的使用范围；最后本发明冷却液所采用的制备工艺简单、成本低，无毒无害适于批量生产。