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TW202234746A - 用於電子組件之浸沒式冷卻之流體 - Google Patents

用於電子組件之浸沒式冷卻之流體 Download PDF

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TW202234746A
TW202234746A TW110140723A TW110140723A TW202234746A TW 202234746 A TW202234746 A TW 202234746A TW 110140723 A TW110140723 A TW 110140723A TW 110140723 A TW110140723 A TW 110140723A TW 202234746 A TW202234746 A TW 202234746A
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TW110140723A
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Inventor
丹尼爾 Ｊ 哈里森
Original Assignee
美商3M新設資產公司
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Abstract

一種電化學電池套組包括：一殼體，其具有一內部空間；複數個電化學電池，其設置在該內部空間內；及一工作流體，其設置在該內部空間內，使得該等電化學電池與該工作流體熱連通。該工作流體具有小於3之一介電常數，以及小於1.5D之一偶極矩。

Description

用於電子組件之浸沒式冷卻之流體
本揭露係關於可用於將浸沒式冷卻系統中之電容電壓消除的組成物。
各種用於浸沒式冷卻的流體係描述於，例如P.E.Tuma，「Fluoroketone C2F5C(O)CF(CF3)2 as a Heat Transfer Fluid for Passive and Pumped 2-Phase Applications」，24th IEEE Semi-Therm Symposium,San Jose,CA,pp.174-181,March 16-20,2008；及Tuma,P.E.的「Design Considerations Relating to Non-Thermal Aspects of Passive 2-Phase Immersion Cooling」中，其係提出於Proc.27th IEEE Semi-Therm Symposium,San Jose,CA,USA,Mar.20-24,2011；及美國專利申請公開案第2020/0178414號。
10:電化學電池模組
20:殼體
35:內部容積
40:電化學電池
45:匯流排
50:板
55:SCOTCH-BRITE強力擦洗墊/SCOTCH-BRITE墊
60:電源供應器
62:數位萬用電表
65:三角聚丙烯燒杯
70:流體
〔圖1〕係根據本揭露之一些實施例之一電化學電池模組的一示意圖。
〔圖2〕係用於測量幻象電壓(phantom voltage)之一設備的一示意圖。
電化學電池(例如，鋰離子電池組)係在世界各地極為大量的電子及電裝置之中廣泛使用，包括油電混合車及電動車。
電化學電池的直接接觸液體冷卻已經識別為改善熱性能及安全性的一種手段。用於直接接觸冷卻流體的所欲性質包括低導電率及低可燃性或不可燃性(亦即，無閃點)。許多氟化烴(諸如部分或全氟化氟碳化物、氟醚、氟酮、及氟烯烴)具有此類所欲性質。
已發現，電場與某些此類冷卻流體之分子偶極的交互作用在包括電化學電池的應用中是有問題的。不對稱分子由於分子結構內之非對稱電荷分佈而具備永久偶極矩。分子偶極回應於電場-分子之負極化部分被吸引至該場之正端部，且反之亦然。該場中之個別偶極之順序跨將電化學電池之電極分隔的主體材料而導致電容電壓、或幻象電壓。換言之，該電場係藉由偶極交互作用而經傳播通過該材料。
在用於電動車(electric vehicle,EV)的電化學電池的直接接觸液體冷卻(其可被稱為浸沒式冷卻)中，電動車電池組套組及電池組套組之組件(諸如匯流排及其他載流組件)有助於在該套組內的永久電場(例如，至多800伏特DC)。基於具有永久偶極矩之分子的浸沒式冷卻流體與位場相互作用，在主體流體中導致幻象電壓，如上所述。雖然由於端子之間的大距離以及流體之絕緣特性而電容電流非常低，但類似於電容器之行為，該電壓可感應通過流體之電流。相較 於運作的電池組之總電流，該電容電流可忽略，且因此本質上並非對電池組之操作不利的。純DC應用中的此種電容電流預期在初始「電力開啟」程序發生後衰減至零。
儘管如此，幻象電壓對EV電池組的浸沒式冷卻呈現出顯著的問題。一般而言，在高壓電池組(諸如在電動車中所採用者)中，若在電池組組件與電池組套組接地之間偵測到短路，則初始連接電路系統及緊急停機特徵操作以禁用電池組。在電池組起動期間，電接觸件通常係開路的，使得個別電池組單元不會電連接至電池控制單元(battery control unit,BCU)。診斷電路測量車輛正匯流排與車輛接地(或套組接地)之間的電壓差。類似地，診斷電路測量車輛負匯流排與車輛接地(或套組接地)之間的電壓差。若診斷電路測量到此兩個匯流排中之任一者之間存在短路情況，則會發出故障，並防止電接觸件閉合。若匯流排與其他載荷組件係藉由空氣而絕緣(介電常數=1.0，偶極矩=0)，則電阻足夠高(約1十億歐姆)，使得該BCU偵測到電池組與接地之間的零電壓，且該套組正常運行。然而，若空氣經某些氫氟醚(例如，3M Company銷售的NovecTM 7200，介電常數=7.3，偶極矩=2.5)、或具有永久偶極
Figure 110140723-A0202-12-0003-16
1.5D之其他流體置換，則出現幻象電壓，且電阻降低三個數量級(約1百萬歐姆)。BCU將此情形錯誤地解釋為電池組與接地之間的實際短路，並且結果停用電池組。
結果，所欲的是用於EV電化學電池或套組的浸沒式冷卻流體，其具有此應用中有效冷卻液體所必需的絕緣、熱轉移、無毒 性、不可燃性、傾點、沸點性質及環境特徵，且亦具有足夠低的介電常數及對應的低偶極矩，使得消除幻象電壓現象。
如本文中所使用，「鏈中雜原子(catenated heteroatom)」意指碳原子以外之原子(例如氧、氮、或硫)，其鍵結至碳鏈(直鏈或支鏈或環內)中之至少兩個碳原子而形成碳-雜原子-碳鍵結。
如本文中所使用，「氟(fluoro-)」(例如，關於基團或部分，諸如在「氟伸烷基(fluoroalkylene)」或「氟烷基(fluoroalkyl)」或「氟碳化合物(fluorocarbon)」情況下)或「氟化(fluorinated)」意指(i)僅部分氟化而使得有至少一個碳鍵結氫原子，或(ii)全氟化。
如本文中所使用，「全氟(perfluoro-)」(例如，關於基團或部分，諸如在「全氟伸烷基(perfluoroalkylene)」或「全氟烷基(perfluoroalkyl)」或「全氟碳化物(perfluorocarbon)」情況下)或「全氟化(perfluorinated)」意指完全氟化使得除了可能另有指示以外，任何碳鍵結之氫都被氟原子置換。
如本文中所使用，「全鹵化(perhalogenated)」意指完全鹵化使得除了可能另有指示以外，任何碳鍵結之氫均被鹵素原子置換。
如本文中所使用，單數形式「一(a/an)」及「該(the)」皆包括複數個被指稱物(referents)，除非內文明確地另有指示。如本說明書及所附實施例中所使用者，用語「或(or)」通常是用來包括「及/或(and/or)」的意思，除非內文明確地另有指示。
如本文中所使用者，以端點敘述之數字範圍包括所有歸於該範圍內的數字(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4、及5)。
除非另有所指，否則本說明書及實施例中所有表達量或成分的所有數字、屬性之測量及等等，在所有情形中都應予以理解成以用語「約(about)」進行修飾。因此，除非另有相反指示，在前述說明書及隨附實施例清單所提出的數值參數，可依據所屬技術領域中具有通常知識者運用本揭露的教示而企圖獲得之所欲性質而有所變化。起碼，至少應鑑於有效位數的個數，並且藉由套用普通捨入技術，詮釋各數值參數，但意圖不在於限制所主張實施例範疇均等論之應用。
在一些實施例中，本揭露可係關於組成物、或工作流體，其包括具有以下結構式(IA)的氫氟烯烴化合物：
Figure 110140723-A0202-12-0005-2
發現結構式(IA)之伸烷基鏈段(即其中鏈段的各碳與E(或反式)組態中的一個氫原子和一個全鹵化部分鍵結的伸烷基鏈段)提供了小於2.5之令人驚訝的低介電常數。未發現其他氫氟烯烴結構提供類似的低介電常數。已進一步發現，該等氫氟烯烴化合物具有偶極矩及介電常數，使得其等特別適合用作浸沒式冷卻系統中之工作流體，特別是用於電動車之浸沒式冷卻者。
在一些實施例中，各Rf 1及Rf 2可獨立地係(i)直鏈或支鏈全鹵化非環狀烷基，其具有1至6、2至5、或3至4個碳原子且可選地含有一或多個選自O或N之鏈中雜原子；或(ii)全鹵化5至7員環狀烷基，其具有3至7或4至6個碳原子且可選地含有一或多個選自O或N之鏈中雜原子。在一些實施例中，各全鹵化Rf 1及Rf 2可以僅經氟原子或氯原子取代。在一些實施例中，各全鹵化Rf 1及Rf 2可以僅經氟原子及一個氯原子取代。在一些實施例中，Rf 1及Rf 2可係相同全氟化烷基(非環狀或環狀、包括任何鏈中雜原子)。
應理解，結構式(IA)的氫氟烯烴化合物表示可以兩種異構形式存在的氫氟烯烴的E(或反式)異構物，另一種異構形式係Z(或順式)異構物，繪示於結構式(IB)：
Figure 110140723-A0202-12-0006-3
在一些實施例中，本揭露組成物可富含結構式(IA)(E異構物)的異構物。就此而言，在一些實施例中，以該組成物中具有結構式(IA)與(IB)的氫氟烯烴之總重量計，本揭露組成物可包括至少85、90、95、96、97、98、99、或99.5重量百分比之量的具有結構式(IA)的氫氟烯烴。
在各種實施例中，通式(I)之化合物的代表性實例包括下列：
Figure 110140723-A0202-12-0007-4
在一些實施例中，本揭露之氫氟烯烴化合物可係疏水性、相對不具化學反應性、且熱穩定的。該等氫氟烯烴化合物可對環境具有低衝擊。就此而言，本揭露氫氟烯烴化合物可具有零或幾乎為零的臭氧損耗潛勢(ODP)和小於500、300、200、100或小於10的全球暖化潛勢(GWP,100yr ITH)。如本文中所使用，GWP係基於化合物結構之化合物全球暖化潛勢相對量值。化合物的GWP如政府間氣候變遷委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)於1990年所定義及2007年更新，係計算為經指定積分時程(integration time horizon,ITH)由於釋出1公斤化合物造成的暖化相對於由於釋出1公斤CO2造成的暖化。
Figure 110140723-A0202-12-0007-5
在此方程式中，ai為大氣中每單位質量化合物增加所對應之輻射強迫(由於此化合物之IR吸收所產生之穿透大氣之輻射通量變化)，C為化合物之大氣濃度，τ為化合物之大氣壽命，t為時間，且i為所關注之化合物。通常接受之ITH為100年，代表短期作用(20年)與長期作用(500年或更久)之間的折衷。假定有機化合物i在大氣中之濃度符合準一級動力學(亦即指數衰減)。CO2在此相同時間間隔內之濃度結合了針對大氣中CO2交換及移除之更複雜模型(伯恩碳循環模型(Bern carbon cycle model))。
在一些實施例中，根據ASTM D-3278-96 e-1測試方法(「藉由小量封杯設備測量之液體閃點(Flash Point of Liquids by Small Scale Closed Cup Apparatus)」)，本揭露之氫氟烯烴化合物中的氟含量可足以使得該化合物不易燃。
在一些實施例中，結構式(IA)所示的氫氟烯烴化合物可藉由WO2009079525、WO 2015095285、US8148584、J.Fluorine Chemistry,24(1984)93-104、及WO2016196240所述方法合成。
在一些實施例中，本揭露組成物或工作流體可包括以該組成物之總重量計至少25重量%、至少50重量%，至少70重量%、至少80重量%、至少90重量%、至少95重量%、或至少99重量%之式(IA)的上述氫氟烯烴。除了氫氟烯烴以外，以工作流體之總重量計，組成物可包括總共至多75重量%、至多50重量%、至多30重量%、至多20重量%、至多10重量%、至多5重量%、或至多1重量%的以 下組分之一或多者(單獨或以任何組合)：醚類、烷烴、全氟烷烴、烯烴、鹵烯烴、全氟碳化物、全氟化三級胺、全氟醚、環烷烴、酯類、全氟酮類、酮類、環氧乙烷類、芳烴、矽氧烷類、氫氯碳化物、氫氯氟碳化物、氫氟碳化物、氫氟烯烴、氫氯烯烴、氫氯氟烯烴、氫氟醚、或其混合物；或烷烴、全氟烯烴、鹵烯烴、全氟碳化物、全氟化三級胺、全氟醚、環烷烴、全氟酮類、芳烴、矽氧烷類、氫氯碳化物、氫氯氟碳化物、氫氟碳化物、氫氟烯烴、氫氯氟烯烴、氫氟醚、或其混合物，以工作流體之總重量計。此等額外組分可經選擇針對特定用途以修飾或增強組成物之性質。
在一些實施例中，本揭露組成物或工作流體可具有在室溫下根據ASTM D150測量之小於3、小於2.5、小於2.4、小於2.3、小於2.2、小於2.1、小於2.0、或小於1.9之介電常數。
在一些實施例中，本揭露之組成物或工作流體可具有根據本揭露之實例之「偶極矩之測定」部分測量之小於1.5德拜(debye,D)、小於1.25D、或小於1.0D之偶極矩。
在一些實施例中，本揭露組成物或工作流體可具有介於30至75℃、或35至75℃、40至75℃、或45至75℃之間的沸點。在一些實施例中，本發明組成物或工作流體可具有大於40℃、或大於50℃、或大於60℃、大於70℃、或大於75℃的沸點。
在一些實施例中，本揭露係關於一種電化學電池模組(或套組)，其包括本揭露的工作流體。參照圖1，電化學電池模組10可包括一殼體20，該殼體界定含有複數個電化學電池40之一內部容積 35。電化學電池40可經由一匯流排45而彼此電耦接。一工作流體可設置在內部容積35內，使得該工作流體與電化學電池40之一或多者(至多全部)熱連通。熱連通可經由直接接觸浸沒而達成。在採用直接接觸浸沒的實施例中，工作流體可圍繞並直接接觸電化學電池的一或多者(至多全部)的任何部分(至多完全包圍並直接接觸)。在一些實施例中，電化學電池可係可充電電池組(例如可充電鋰離子電池組)。在一些實施例中，內部容積35可經流體密封，使得除任何所欲通氣以外，工作流體保持在內部容積35內。
在一些實施例中，電化學電池可係稜柱形電池。稜柱形電池係含有採堆疊或層疊形式之電極的電化學電池，常含在矩形殼體或「罐」中。通常使用此等電池係因為其等具有薄型設計且可更佳地利用可用空間，改善電池組模組的密度與容量。一般的稜柱形汽車電池具有平坦的金屬端子墊，允許各種類型的連接硬體焊接至其等。替代地，電化學電池可係例如圓柱形電池或袋式電池。
在一些實施例中，工作流體可設置在內部容積35內，使得實質上內部容積35未由電化學電池40(或殼體內之任何其他固體組件)佔據的全部(例如，至少80%、至少90%、至少95%、或至少99%)係由工作流體佔據。
在一些實施例中(未描繪)，電化學電池模組10可係流體回路的組件，該流體回路經組態以控制工作流體的溫度。例如，內部容積35可與流體回路流體連通，該流體回路亦包括一或多個熱交換器及一或多個泵。一或多個泵可導致工作流體移動通過流體回路、穿 過內部容積35，其中該工作流體收集由電化學電池之操作產生的熱。工作流體接著可繞路至熱交換器，熱交換器在使工作流體返回流體回路之前從工作流體移除熱。應理解，此組件配置係用於控制工作流體的溫度之一種可行組態，而並非意謂著限制。替代地，在一些實施例中，工作流體可留在電化學電池模組10中，而非有效溫度控制系統的一部分(亦即，工作流體可不與泵及/或熱交換器流體連通)。
在一些實施例中，本揭露之電化學電池模組10可經組態以儲存電力並供應電力至一電氣系統，諸如在一電池電動車(battery electric vehicle,BEV)、一插電式混合電動車(plug-in hybrid electric vehicle,PHEV)、一混合電動車(hybrid electric vehicle,HEV)、一不斷電電力供電(uninterruptible power supply,UPS)系統、一住宅電氣系統、一工業電氣系統、一定置型儲能系統、或類似者中。
本揭露之作業將以下列詳細之實例予以進一步描述。所提供的這些實例係用於進一步說明各個實施例及技術。然而，應理解的是，可做出許多變異及改良而仍在本揭露之範疇內。
實例
本揭露在以下實例中被更具體地描述，該等實例只意圖作為說明，因為在本揭露範圍內的許多改變和變化對於所屬技術領域中具有通常知識者而言將是顯而易見的。除非另有說明或從上下文中顯而易見，否則本說明書中之實例及其餘部分中的份數、百分率、比率等皆依重量計。
實例中所使用之材料
Figure 110140723-A0202-12-0012-6
測試方法以及製備程序
全氟二乙碸，[SO2(C2F5)2]之製備
全氟二乙碸係依照美國專利第6,580,006號中揭示之程序而製備，其全部內容以引用方式併入本文中。 (E)-1,1,1,4,5,5,5-七氟-4-(三氟甲基)戊-2-烯，反式-CF3CH=CH[CF(CF3)2之製備
HFO-153-10mzzy係使用美國專利第8,148,584號中揭示之公開的兩步驟程序的變化而製成，其全部內容以引用方式併入本文中。
步驟1.將過氧化二苯甲醯(97%乾重，以25wt%水潤濕，3.0g，9.0mmol)添加至不鏽鋼600mL帕爾反應器，其配備有壓力計、頂部攪拌機構、溫度探針、蒸氣及液浸管閥、以及68atm(6890kPa)破裂盤。將反應器密封並在乾冰中冷卻15分鐘，然後在冷卻時抽空。將2-碘七氟丙烷(97%，490g，1610mmol)及3,3,3-三氟丙烯(99%，138g，1440mmol)添加至該冷卻/抽空的反應器。在攪拌下，內部溫度逐漸達到80℃，超過1小時，並保持此溫度整夜。反應器內部之壓力在約11atm(1110kPa)達到峰值並且整夜降至
Figure 110140723-A0202-12-0013-17
1.1atm(111kPa)。將粗產物通過20級Oldershaw管柱藉由蒸餾而純化，產生具有
Figure 110140723-A0202-12-0013-18
98%純度之1,1,1,2,5,5,5-七氟-4-碘-2-(三氟甲基)戊烷(沸點約115℃，1atm(101kPa))，該純度是藉由在下一步驟中使用的氣相層析法-火焰離子化偵測器(gas chromatography-flame ionization detector,GC-FID)而得。
步驟2.在配備有磁力攪拌棒、熱探針、冷水冷凝器及加料漏斗之3頸1L圓底燒瓶中，在氮氣環境下結合1,1,1,2,5,5,5-七氟-4-碘-2-(三氟甲基)戊烷(401g，1020mmol)及異丙醇(510mL)，給出黃色溶液。在劇烈攪拌下，藉由加料漏斗逐滴添加水性氫氧化鉀(158 g，36.7wt%，1030mmol)(約1滴/3至4秒，放熱)，同時在添加期間保持內部溫度在20℃至30℃之間。在環境溫度繼續攪拌整夜，給出黃色懸浮液。用水(800mL)在2L分液漏斗中搖晃粗混合物；固體材料溶解，以提供兩個液相。藉由蒸汽蒸餾將氟化物(底部)層分離並純化，產生HFO-153-10mzzy。藉由質子(1H)及氟(19F)NMR光譜法確認結構及純度(>99%)。所欲HFO之峰佔GC-FID痕量的99.8%區域。
(E)-及(Z)-1,2,3,3,3-五氟-1-(全氟丙氧基)丙-1-烯，亦即(E)-及(Z)-CF3CF=CF(O-n-C3F7)之製備。
1,2,3,3,3-五氟-1-(全氟丙氧基)丙-1-烯係依據PCT公開申請案第WO 2019/116260 A1號中揭示之程序作為E與Z異構物之約1：1混合物而製備，其全部內容以引用方式併入本文中。
偶極矩之測定：
偶極矩係從文獻來源獲取(可能的話)，其中如表1至表3中所示。在一些情況中，使用密度泛函理論(Density Functional Theory,DFT)方法(DFT,BP86/CC-PVTZ-f)來計算最低能量構形異構物的偶極矩。
介電常數之測定：
除非另有說明，介電常數從供應商的資料表或其他文獻來源獲得。在一些情況中，介電常數如下測量：
介電常數係使用Alpha-A High Temperature Broadband Dielectric Spectrometer(Novocontrol Technologies,Montabaur,Germany)，根據ASTM D150-11「固體電絕緣的AC損耗特性及介電率(介電常數)之標準測試方法(Standard Test Methods for AC Loss Characteristics and Permittivity(Dielectric Constant)of Solid Electrical Insulation)」測量。針對此測量選擇平行板電極配置。將平行板之樣本槽(Agilent 16452A液體測試夾具，其係由38mm直徑之平行板(Keysight Technologies,Santa Rosa,CA,US)所組成)介接至Alpha-A主架，同時使用ZG2 Dielectric/Impedance General Purpose Test Interface(可購自Novocontrol Technologies)。將各樣本準備在具有間距d(一般為d=1mm)的平行板電極之間，然後自電極電壓差(Vs)及電流(Is)之相位敏感測量來評估複數介電係數(介電常數及損耗)。頻率域測量係在0.00001Hz至1MHz之離散頻率下進行。10毫歐姆至至多1×1014歐姆之阻抗經測量至達4.2伏特AC的最大值。然而針對於此實驗，則使用1.0伏特之固定AC電壓。DC導電率(體積電阻率之倒數)係提取自含有至少一項之低頻Havrrilak Negami介電鬆弛函數及一個分開的頻率相依導電率項的最佳化寬頻介電鬆弛適配函數。
幻象電壓之測定：
參照圖2，將測量大約2cm×6cm×0.04cm(寬度×長度×厚度)之四個銅片材50以平行組態配置並藉由5mm厚片之SCOTCH-BRITE強力擦洗墊55(3M Company,Maplewood,MN)分開。 SCOTCH-BRITE墊55作用以將各板50電隔離，且在電極之間提供多孔流體可滲透基質，參見圖2。電引線連接至最外兩個電極，該等電極繼而連接至DC電源供應器60(型號9110 100W Multiamp,BK Precision)之正端子及負端子。最內兩個電極經由測試夾而連接至數位萬用電表62(型號117 True RMS Handheld,Fluke)。然後將銅電極及SCOTCH-BRITE墊總成放置於100mL三角聚丙烯燒杯65內(Fisher Scientific)。將該100mL燒杯放置於較大的250mL三角聚丙烯燒杯內。將該250mL燒杯部分地填充用冰冷卻至0℃的家庭用水。以此方式，內部100mL燒杯之流體含量保持至約0℃，以使實驗過程中的蒸發最小化。然後用適當的流體70將100mL燒杯填充至80mL標記，從而覆蓋銅電極之大部分。
使用DC電源供應器對外部兩個電極施加25V之DC輸入電壓。在DC電壓設置下，使用萬用電表測量跨內部兩個電極的幻象電壓。
實例
表1列出用於代表性順式及反式(亦即，Z與E)HFO之偶極矩、介電常數及幻象電壓(如上所述測量)。順式HFO(實例1)具有2.8D之偶極矩，且給出5.40V之幻象電壓。另一方面，反式HFO(實例2)具有0.3D之明顯較小的偶極矩，該偶極矩導致0.00V之幻象電壓。
Figure 110140723-A0202-12-0017-7
參考1：如上文「偶極矩之測定」部分中所敘述而計算。
比較例3至9(CE3至CE9)
表2列出用於代表性氟化流體之偶極矩、介電常數、及幻象電壓(如上所述而測量)，以進一步說明此等數量之間的關係。基於表1至表3中之資料，具有偶極矩
Figure 110140723-A0202-12-0017-19
0.7D之材料給出
Figure 110140723-A0202-12-0017-20
0.00V之幻象電壓。因此，此類材料(包括CE7至CE9)特別適合作為電動車(EV)電池組冷卻劑或幻象電壓有問題的其他高電壓應用。
Figure 110140723-A0202-12-0017-9
Figure 110140723-A0202-12-0018-10
參考1：如上文「偶極矩之測定」部分中所敘述而計算。
參考2：四種主要異構物之加權平均，如上文「偶極矩之測定」部分中所敘述而計算。
參考3：Chu,Q.；Yu,M.S.；Curran,D.P.Tetrahedron 2007,63,9890-9895。
參考4：Rausch,M.H.；Kretschmer,L.；Will,S.；Leipertz,A.；Fröba,A.P.J.Chem.Eng.Data 2015,60,3759-3765。
參考5：E及Z異構物之加權平均，如上文「偶極矩之測定」部分中所敘述而計算。
參考6：Wen,C.；Meng,X.；Huber,M.L.；Wu,J.J.Chem.Eng.Data 2017,62,3603-3609。
預示性實例
表3列出用於代表性HFO之沸點、偶極矩及介電常數。具有反式(E)雙鍵組態之預示性實例(PE1至PE5)具有<0.7之偶極矩，且結果，預期給出<0.00之幻象電壓(如上所述測定)。預測此等材料、及相關的反式HFO適合幻象電壓係非所欲之高電壓電子應用。具體而言，在單相浸沒式冷卻應用(沸點從約80℃至200℃，包括PE4及PE5)或二相浸沒式冷卻應用(沸點從約30℃至80℃，包括PE1至PE3)中，具有偶極矩
Figure 110140723-A0202-12-0018-21
0.7之反式HFO預期可用作EV電池組冷卻劑。
為了比較，表3中亦呈現缺乏反式組態之代表性HFO(比較預示性實例6至8(CPE6至CPE8))。該等化合物具有
Figure 110140723-A0202-12-0018-22
1.3之偶極矩，且結果，預期給出
Figure 110140723-A0202-12-0018-23
0.00之幻象電壓(如上所述測定)。大致上，偏離反式組態之HFO具備比其等之反式類似物更大的偶極矩，且因此可能不適合幻象電壓有問題的高電壓電子應用。
表3.
Figure 110140723-A0202-12-0019-11
參考1：如上文「偶極矩之測定」部分中所敘述而計算。
參考7：基於實例2、PE1及PE5之值而評估。
Figure 110140723-A0202-11-0002-1
10:電化學電池模組
20:殼體
35:內部容積
40:電化學電池
45:匯流排

Claims (8)

  1. 一種電化學電池套組，其包含：
    一殼體，其具有一內部空間；
    複數個電化學電池，其設置在該內部空間內；及
    一工作流體，其設置在該內部空間內，使得該等電化學電池與該工作流體熱連通；
    其中該工作流體具有小於3之一介電常數，以及小於1.5D之一偶極矩。
  2. 如請求項1之電化學電池套組，其中該工作流體包含具有結構式(IA)的化合物
    Figure 110140723-A0202-13-0001-27
    其中各Rf 1及Rf 2獨立地係(i)直鏈或支鏈全鹵化非環狀烷基，其具有1至6個碳原子且可選地含有一或多個選自O或N之鏈中雜原子；或(ii)全鹵化5至7員環狀烷基，其具有3至7個碳原子且可選地含有一或多個選自O或N之鏈中雜原子。
  3. 如前述請求項中任一項之電化學電池套組，工作流體具有小於1e-5S/cm的導電率(在攝氏25度下)。
  4. 如前述請求項中任一項之電化學電池套組，其中以該工作流體 之總重量計，該工作流體包含至少50wt.%之量的氟化化合物。
  5. 一種電力系統，其包含：
    如請求項1至4中任一項之電化學電池套組；及
    一電負載，其中該電化學電池套組經電耦接至該電負載。
  6. 如請求項5之電化學電池套組，其中該電負載係一馬達，該馬達用於推進一電動車。
  7. 一種用於將包含複數個電化學電池之電化學電池套組冷卻之方法，該方法包含：
    將該等電化學電池至少部分地浸入一工作流體中；及
    使用該工作流體轉移來自該等電化學電池之熱；
    其中該工作流體具有小於3之一介電常數，以及小於1.5D之一偶極矩。
  8. 如請求項7之方法，其中該工作流體包含具有結構式(IA)的化合物
    Figure 110140723-A0202-13-0002-28
    其中各Rf 1及Rf 2獨立地係(i)直鏈或支鏈全鹵化非環狀烷基，其具有1至6個碳原子且可選地含有一或多個選自O或N之鏈中雜原子；或(ii)全鹵化5至7員環狀烷基，其具有3至7個碳原子且可選地含有一或多個選自O或N之鏈中雜原子。
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US10662359B2 (en) * 2017-03-21 2020-05-26 3M Innovative Properties Company Heat transfer fluids and methods of using same
EP3634931B1 (en) 2017-06-07 2024-12-11 3M Innovative Properties Company Immersion cooling
US11673861B2 (en) 2017-12-13 2023-06-13 3M Innovative Properties Company Perfluorinated 1-alkoxypropenes, compositions, and methods and apparatuses for using same
WO2020170080A1 (en) * 2019-02-19 2020-08-27 3M Innovative Properties Company Hydrofluoroolefins and methods of using same

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