氟化醚、热管理流体以及使用它们的方法和装置与流程

背景技术：

0、技术背景

1、当电流流过电子组件，包括cpu、gpu和甚至电池组时，大多数将发热。通常，随着流入或流出组件的电流量增加，生成的热量也增加。如果生成的热没有消散，电子组件的温度将升高。大多数电子组件具有允许该组件安全高效地工作的有效工作温度范围，并且如果该组件超过最大工作温度，该电子组件可能变得无效或甚至引起热失控和故障。在一些情况下，在温度略微升高后，电子组件可能能够通过简单的散热器或在没有任何热管理的情况下散热到其周围环境。在另一些情况下，需要更专门的热管理系统以消散由电子组件生成的热量。依赖于较大的单个组件或较多组件的较大系统(包括电池组供电的电动车辆、计算数据中心和高性能计算机)需要专门的热管理系统以防止不想要的和不必要的热失效。

2、目前，电池组供电的电动车辆几乎完全使用锂离子电池组技术。但是，锂离子电池组在快速和超快速电动车辆充电或高需求放电期间生成大量的热。例如，在充电期间，输入功率的至多10％最终变成热。锂离子电池组也易受电池组温度变化的影响。例如，最佳锂离子电池组工作温度在10℃至35℃。随着温度从35℃升高到70℃，工作效率越来越低，更关键的是，在这些温度下工作会随时间经过损伤电池组。高于70℃的温度导致热失控的风险增加。因此，锂离子电池组需要专门的热管理系统以在车辆运行期间调节其温度。随着锂离子电池组的快速充电变得更加普遍，仍然需要用于电池的热管理的高效系统。

3、类似地，数据中心和高性能计算机正受到有效管理在硬件工作期间生成的热以及管理数据中心的总能量使用的需求增加的重大挑战。为了跟踪该中心的能量使用，测量计算设备使用的能量的量与递送到数据中心的能量的量的比率(即，电能使用效率(pue))。随着对cpu和gpu核心性能的要求提高，这些组件的有效热管理对实现较低的pue(即接近1)至关重要。因此，仍然需要用于数据中心和高性能计算机的热管理的高效系统。

4、电子系统可以直接或间接冷却，使用热管理流体作为冷却流体或冷却剂将热从该组件排走。经由直接/沉浸式流体热管理最有效地确保电动车辆电池热组管理。直接冷却有利地允许热管理流体(例如介电流体)与热组件直接接触以从中排走热。因此，电动车辆电池组包设计越来越多地包括直接介电流体管理，并且类似的有利设计可以结合到数据中心和高性能计算中心以用于“直达芯片(direct-to-chip)”冷却。

5、最常见的热管理流体基于水与乙二醇的混合物。但是由于基于水的流体通常导电，它们无法用于锂离子电池组或计算机硬件系统的电气组件的直接冷却。尽管间接冷却允许使用基于水的冷却剂，但是电屏蔽的要求会对冷却期间的热流制造瓶颈。存在介电热管理流体，其由于它们的非导电性质而可用于电气组件的直接冷却。但是，与水-乙二醇相比，这样的介电热管理流体的热性质通常较差。

6、目前，氟化烃和基于氟化醚的流体(例如3mnovec系列)在各种原型电动车辆、数据中心、高性能计算机中心和比特币矿场中用作热管理流体。尽管这些中的一些满足冷却剂所需的规格，但大多数由于其氟化结构而承受高全球变暖潜势(gwp)。特别地，这些氟化流体含有具有全氟化和部分氟化主链的分子。此外，这些氟化流体无法有效地与基于烃的流体一起配制。

7、因此，仍然需要改进的介电热管理流体，其是非导电的，满足冷却剂规格，包括粘度、闪点以及热导率和电导率要求，以及环境标准。也仍然需要利用这样的流体的介电热管理系统，尤其是适用于冷却锂离子电池组和硬件系统的那些。

8、公开概述

9、本公开的一个方面提供式(i)的氟化醚化合物：

10、

11、其中

12、m是整数1、2或3；

13、n是1-16的整数；

14、a是h或–o–r6；

15、r1是-c(＝ch2)-cf3或-ch(ch3)-cf3；

16、每个r2和r3独立地为h或c1-c6烷基，并且每个r4和r5独立地为h或c1-c6烷基，或

17、r2和r4各自是h或c1-c6烷基，并且r3和r5与它们键合至的碳一起形成c5-c7环烷基；和

18、r6是c1-c12烷基、-c(＝ch2)-cf3或-ch(ch3)-cf3。

19、本公开的另一个方面提供一种热管理流体，其包含一种或多种如本文所述的本公开的化合物，所述一种或多种化合物以基于热管理流体的总重量计1重量％至100重量％的总量存在。

20、本公开的另一个方面提供一种电池组系统。所述电池组系统包括外壳；设置在所述外壳中的一个或多个电化学电池；在所述外壳中延伸并与所述一个或多个电化学电池基本热连通的流体路径；和设置在所述流体路径中的如本文所述的本公开的热管理流体。

21、在另一个方面，本公开提供一种电动车辆，其包括如本文所述的本公开的电池组系统。

22、在另一个方面，本公开提供一种热管理回路，其包括：围绕和/或穿过热源延伸的流体路径；和本公开的热管理流体，其设置在所述流体路径中并配置为在所述流体路径中循环并吸收所述热源产生的热能，其中所述流体设置在流体路径、热交换器、泵和连接导管中。

23、在另一个方面，本公开提供一种数据中心硬件单元，其包含如本文所述的本公开的热管理电路。在另一个方面，本公开提供一种高性能计算机，其包含如本文所述的本公开的热管理电路。

24、本公开的另一个方面提供一种方法，其包括使本公开的热管理流体与温度为至少25℃(例如至少30℃)的表面接触，所述表面与热源基本热连通；和通过所述表面将热能从热源吸收在所述热管理流体中。

25、本公开的另一个方面提供一种制备本公开的化合物的方法。这样的方法包括使式(ii)的化合物与ch2＝cf(cf3)在碱存在下接触以提供式(ii)的第一化合物

26、

27、其中

28、m是整数1、2或3；

29、n是1-16的整数；

30、a是h、oh或–o–r6；

31、每个r2和r3独立地为h或c1-c6烷基，并且每个r4和r5独立地为h或c1-c6烷基，或

32、每个r2和r4是h或c1-c6烷基，并且r3和r5与它们键合至的碳一起形成c5-c7环烷基；和

33、r6是c1-c12烷基。

34、在各种实施方案中，该方法包括氢化式(i)的第一化合物(即，其中a是-c(＝ch2)-cf3)以提供式(i)的第二化合物(即，其中a是-ch(ch3)-cf3)。

技术实现思路

技术特征：

1.式(i)的化合物：

2.根据权利要求1所述的化合物，其中r6是支链c6-c12烷基。

3.根据权利要求1所述的化合物，其中r2、r3、r4和r5各自独立地选自h、甲基和乙基。

4.根据权利要求1所述的化合物，其中每个r2是h且每个r3是h或c1-c6烷基(如c1-c4烷基或c1-c2烷基)；并且每个r4是h且每个r5是h或c1-c6烷基(如c1-c4烷基或c1-c2烷基)。

5.根据权利要求1所述的化合物，其中r2是h，r3是h，r4是h且每个r5是h或c1-c6烷基(如c1-c4烷基或c1-c2烷基)。

6.根据权利要求1所述的化合物，其具有式其中n是1-12的整数。

7.根据权利要求1所述的化合物，其中m为1。

8.根据权利要求1所述的化合物，其具有5至30的碳原子总数。

9.根据权利要求1所述的化合物，其选自：

10.一种热管理流体，其包含一种或多种根据权利要求1-9中任一项所述的化合物，例如以基于热管理流体的总重量计50重量％至100重量％的量存在。

11.根据权利要求10所述的热管理流体，其中所述热管理流体具有根据astm d93测得的至少50℃的闪点。

12.根据权利要求10所述的热管理流体，其中所述热管理流体具有如根据astm d455测得的在0.1至10cst在25℃的运动粘度。

13.一种方法，其包括：

14.根据权利要求13的方法，其中所述热源是工作中的电气组件，例如电池组包、电容器、逆变器、电缆、燃料电池、电机、计算机或高功率充电设备。

15.一种电池组系统，其包括：

16.一种热管理回路，其包含：

17.一种制备热管理流体的方法，其包括：

18.根据权利要求17所述的方法，其进一步氢化式(i)的第一化合物以提供其中r1是-c(ch3)-cf3的式(i)的第二化合物。

技术总结
本公开一般涉及氟化醚化合物及其合成。更特别地，本公开涉及适用于通过直接冷却管理电池组系统，如电动车辆、电机和电力电子器件中所用的锂离子电池组中的热的基于氟化醚的热管理流体，使用这样的热管理流体的方法，以及包括这样的热管理系统的系统。

技术研发人员：S·V·菲利普,M·J·佩恩
受保护的技术使用者：卡斯特罗尔有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/12