专利名称：：电子元件的冷却的制作方法
技术领域：
：本发明涉及非水冷却剂组合物和抑制铝电子元件在冷却系统中的腐蚀的方法。更特别地，本发明涉及在不含水和分子氣的环境中对铝电子元件的冷却。
背景技术：
：很多机动车辆都是由电力牵引发动机提供动力的，其中在车辆中由内燃发动机或燃料电池产生电能或者由电池组(battery)提供电能。当由三相交流电提供动力时牵引发动机通常是最有效的。通常燃料电池和发动机驱动的发电机不提供三相交流电。通常将称作功率变换器(powerinverter)的电子设备与牵引电动机紧密结合使用，用于将直流电或单相交流电转化为三相交流电(AC)。如有时在机动车辆中所用的，该功率变换器的电路包括绝缘栅双极晶体管，其通常是含硅的设备。该晶体管和任何相关的电路板(一个或多个)通常安装在直接结合的铜基体上。这种牵引电动机的功率需要是大量的并且通常会变化，该功率变换器管理大量的电能并产生热量。如果敏感的电路元件能够保持在相当恒定的温度范围内，那么它们会运行更好。需要提供与用于车辆上基本发电设备(basicpowergeneratingdevice)的冷却系统不同且分开的用于功率变换器的冷却系统。转让给本发明的受让人的公布的美国专利申请2006/0174642Al和2006/0174643Al公开了针对电子功率变换器和电动机的这种集成联合的有用的冷却设置。这些申请公开了使用非水冷却剂组合物用于对该变换器的电路进行直接接触冷却。在这些公开中，电子元件封装在位于该牵引电动机上或其附近的功率变换器隔间中。该冷却剂是介电的，使得其不会对电路产生影响，且其经构成以使得其不会与铜基础和母线和其它电子元件发生化学反应。这些公布的申请公开了使用介电流体OS-120(可获自DowCorning),其是相对惰性的低分子量硅酮(六曱基二硅氧烷，(CH3)3SiOSi(CH3)3)和醚醇(1-曱氧基-2-丙醇，CH3OCH2CH(OH)CH3，也称作丙二醇甲醚或PGME)两种物质的混合物。含分子氧和不含水的回路)中泵送与该电子元件接触，并通过其自身的冷却系统(其中变换器元件热量得以释放)。该循环的冷却剂保持在低于关键变换器元件所需的操作温度的温度范围内。通常将该冷却剂喷射在该电子元件上，通过传导接触使其冷却。通常一些冷却剂可以汽化，由此增加该冷却剂的热量去除能力。可以通过与用于车辆发动机、或燃料电池等的冷却系统进行热传递，在该冷却回路的单独部分中将该冷却剂自身冷却。即使该冷却剂通常在其沸点(约95°C~约IO(TC)且在该电路元件的表面上汽化，该OS-120材料也不与铜和该变换器电路中的其它材料反应。然而，在变换器外壳的结构中使用铝是受关注的，这是因为其重量较低，在变换器电路中使用铝也是受关注的，这是因为其具有高的电导性。尽管对于目前的变换器电路，二硅氧烷-醚醇混合物是有效的冷却剂，但其往往会溶解铝。这种溶解在静止接触中会发生，车辆振动使其加剧，并且汽化的冷却剂会产生气蚀。因此，需要设计适用于含铝的功率变换器中的冷却刑组合物。挑战在于开发在基本不含分子氧和水的操作车辆冷却剂回路环境中稳定且有效的硅氧烷-醚醇冷却剂和抑制剂组合物。通常，通过在氧化物层上施加铬酸盐转化涂层(chromateconversioncoating)来保护铝不降解。铬酸盐涂层通过吸附在表面上使其较不容易进行进一步反应而起作用。已经显示该铬酸盐从涂层中释放并移动到氧化物已经损坏的区域，因此充当自密封系统(self-sealingsystem)并使表面的损坏最小化。然而，由于环境原因，在汽车应用中将避免使用铬酸盐涂层。
发明内容已经发现，低聚-(烷基硅氧烷)和烷基醚烷撑二醇的适合混合物，在结合了分散在该循环汽化冷却剂(thecirculatingandvaporizingcoolant)中的合适抑制剂化合物时，可用于冷却车辆牵引电动机等的含铝功率变换器电路。这些抑制剂必须与该非水性双组分冷却剂组合物和该含铝变换器电路元件都相容。通常，有用的介电冷却剂是低分子量硅氧烷和醚醇的适当液体混合物。低级烷基硅氧烷的液体低聚物是合适的，低级烷撑二醇的低级烷基醚的液体单体或低聚物也是适合的。这些组分经配制使得该低聚烷基硅氧烷为该液体冷却剂混合物提供介电惰性，而烷基醚烷撑二醇的单体或低聚物提供吸热能力。通常优选该混合物的大气压沸点为约95匸~约IO(TC,以适当控制变换器电路的通常操作温度范围。优选的冷却剂组分的实例是六曱基二硅氧烷(CH3)3SiOSi(CH3)3和l-甲氣基-2-丙醇CH3OCH2CH(OH)CH3。但也可以使用这些化合物的其它低级烷基类似物。优选的冷却剂通常包含约10~30重量％的烷基醚烷撑二醇，余量是低聚烷基硅氧烷。已经发现某些五元环杂环有机化合物可以在宽的操作温度范围内分散在该二元组合物冷却剂中，并且有效防止了铝电子元件的腐蚀性侵蚀。该五元环包括三个氮原子，或者氮原子和疏原子的组合，和碳原子。苯并三唑和5-曱基-lH-笨并三唑是这种在基础杂环中包含三个氮原子的适合的杂环化合物实例。2-琉基苯并三唑是在基础环中具有氮原子和硫原子的适合抑制剂。这些材料在该说明书中有时也可以称作"唑"。醚烷撑二醇冷却剂中，并且在该冷却^循环和执行;:卩剂l力能-时保持;散，无论该冷却剂的温度波动及其在热铝电子元件表面上的汽化如何。该抑制剂以相对少但适合的量使用。已经发现上迷唑在约2~10毫摩尔/升介电冷却剂的浓度是有效的。从下面的优选实施方案详述中，本发明的其它目的和优点将变得更显而易见。图l是机动车辆的示意略图，显示了包括功率变换器的气电混合驱动元件；图2是用于冷却与图1的电力牵引电动机相连接的变换器元件的冷却系统的一种实施方案的示意图u具体实施方式本发明的第一实施方案提供了可用于冷却含铝电子元件的冷却剂组合物。该冷却剂是包含液体烷基硅氧烷组分和液体烷基醚烷基二醇组分的介电液体。适合地，该硅氧烷是烷基硅氧烷低聚物，例如二甲基硅氧烷或三甲基硅氧烷，该醚二醇是烷基醚烷撑二醇的单体或低聚物。该液体混合物包含约2约10毫摩尔的适当唑/升该非水介电流体。该唑是在该冷却剂组合物中的腐蚀抑制剂组分。例如，该唑可以选自p塞唑、2-巯基苯并噻唑、三唑、苯并三唑和5-甲基-lH-笨并三唑。在优选的实施方案中，该非水介电流体可以包含六曱基二硅氧烷和丙二醇曱醚的混合物。本发明的另一实施方案提供了方法，包括提供包含约2~约10毫摩尔的适当唑/升该非水介电流体的非水介电冷却剂组合物；在基本不含水和分子氧的冷却剂回路中将该冷却剂在冷却剂储存容器和含铝电子元件之间循环。该循环的冷却剂可以作为液滴或薄雾喷洒在该电路元件上，或者其可以以全物流(inafullstream)的形式输送以淹没或浸没该电路元件从而使其冷却。该唑可以选自漆唑、2-巯基苯并p塞唑、三唑、笨并三唑和5-曱基-lH-苯并三唑。该非水介电流体可以包含六甲基二硅氧烷和丙二醇甲醚的混合物。在另一实施方案中，该冷却剂组合物用于复合动力车辆的功率电子元件的喷射冷却中。例如，功率电子元件可以包括具有含铝的基体或电路元件容器的功率晶体管。在另一实施方案中，该组合物用于复合动力车辆中变换器的喷雾冷却中。在另一实施方案中，该冷却刑流体可以用于美国专利申请公布2006/0174642Al和美国专利申请公布2006/0174643A的冷却设置中。现在参照图1,示出了为车辆12提供动力的气电驱动器10的实例，其采用内燃机14和电力牵引电动机16通过变速器20来驱动车辆的车轮18。该气电双动力驱动器10可以使用汽油发动机、柴油发动机、涡轮发动机或任何其它发动机构造。功率分配器22确定是内燃机14还是电动机16驱动该变速器20，或者是变速器20还是内燃机驱动发电机24。在另一实施方案中，发电机24安装成临近(nextto)电力牵引电动机16,用与该牵引电动机相同的装置进行冷却。该发电机24为电池组26充电和/或为变换器28提供电流，该交换器28为电力牵引电动机16提供电流。依照本发明，电力牵引电动机16和变换器28构造为模块单元30。这为电力牵引电动机16和变换器28所占用空间的降低提供了机会由于变换器28产生热量，因此该变换器需要冷却装置32。依照本发明的一个方面，该冷却装置32具有密封的冷却回路，其与冷却内燃机14的散热器34热连接。该冷却装置32可以远离模块30,如图1所示，或者该冷却装置32可以与该模块30整合。在另一实施方案中，该电力牵引电动机16由燃料电池提供动力。该燃料电池可以直接或通过电池堆(batterypack)与用于电动机16的变换器28连接。该冷却装置32用于冷却该燃料电池。图2举例描述了该冷却系统32的一种实施方案。该变换器28可以位于与电动机16相邻设置的隔间50(例如包含在铝外壳中)中。该变换器28可以包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)52,所述双极晶体管52与直接连接的基体54(例如含铝的基体)相连接，所迷基体与AC/DC总线整合构成变换器电路。该IGBT52可以由冷却剂分配器60冷却，该分配器具有喷嘴62将液态的冷却剂组合物64直接分配到IGBT52和相关的基体54和总线上。尽管示出的实施方案将冷却剂64作为液滴喷射，但在其它实施方案中，该冷却剂以物流形式分配或淹没到变换器28上。在另一些实施方案中，该变换器28浸没在该冷却剂组合物64中，但优选该冷却剂组合物64以雾或离散液滴形式喷射到该变换器28上。通过使用该冷却剂分配器60，将该冷却剂组合物64直接施加到IGBT52的热源上，这样使得电动机变换器28的功率密度(功率/单位体积)可以提高。为了被该冷却剂组合物64冷却，IGBT52产生的热量不需要通过多层材料，这些材料中的一些具有低的导热性。确切地说，喷射冷却提供的直接热路径降低了IGBT52的温度。IGBT52的温度越低，可通过变换器28传到牵引电动机16的功率就越高。可替代地，由亍冷却得以改进，因此可以提供较小的变换器28来为牵引电动机16产生相同的功率水平。通过喷嘴62提供的喷射冷却也可用于其它和变换器28相关的元件，例如电容器、变压器、对温度敏感的集成电路和母线。喷射冷却对1GBT52的元件之间的焊线(wirebond)提供了冷却，防止焊线过热，继而有助于使故障最小化。因此，不仅所得到的元件温度降低，还提供了改进的可靠性。因为喷射冷却提供了提高的冷却能力，因此喷雾冷却提高了该变换器28对瞬时功率波动的抵抗力。由于车辆12短时间内功率需求的突然提高，在功率变换器28的输入上存在着瞬时功率波动。该波动可能是由于对电动机16输出的阻力增加而造成的，其继而造成IGBT52的温度提高。通过将冷却组合物64直接应用于IGBT52，在持续时间和温度增加两方面中都降低了温度变化。再次参考图2,将冷却剂组合物64作为液体喷雾，收集到隔间50的收集池部分70，通过喷射回流(sprayreturn)72到储存容器74,储存容器通过过滤器75连接到泵76。泵76连接到分配器60,分配器将循环的冷却剂输送到喷嘴62,用于对变换器28进行连续冷却。当冷却剂组合物64通过储存容器74循环时，它被第二冷却剂77(例如水和乙二醇溶液)冷却，第二冷却剂通过管道78在储存容器74中流动。第二冷却剂77由冷却图1中的内燃机14的散热器34供给。泵76优选为变速泵，由IGBT52的输出进行控制。当IGBT52的输出增加时，泵76的速度提高，这就提高了通过喷嘴62喷射的冷却剂组合物64的量。可替代地，可以用热电偶装置对IGBT52的温度进行监控，泵76的速度随着IGBT温度的提高而增加，以喷射更多的冷却剂，由此降低IGBT的温度。以下实施例的提供用于描迷本发明的各种实施方案。然而，下面的实施例并不限制本发明。确定与该非水冷却剂组合物相容且可在其中分散且在冷却系统操作的较高温度下有效抑制冷却剂对铝的侵蚀的待选抑制剂材料是具有挑战性的。通过测试(例如以下的测试)发现，以下的抑制剂在这种苛刻的环境中是有用的。在铝球上测试数种腐蚀抑制剂。表1列出了选择的腐蚀抑制剂、化学来源、纯度、用量(g)和用量(mmol)。将该腐蚀抑制剂与非水介电流体OS-120(可获自DowCorning,是以下两种液体化合物的二元混合物相对惰性的低分子量硅酮(六曱基二硅氧烷，(CH3)3SiOSi(CH3)3)和醚醇(l-曱氧基-2-丙醇，CH3OCH2CH(OH)CH3,也称作丙二醇曱醚或PGME))混合。用于该测试的铝球是AlfaAesarPuratronic^级的99.999%(以金属计)铝弹(4-8mm)。表1.适合的腐蚀抑制剂<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>腐蚀测试过程如下所示。在分子筛上对该非水介电流体OS-120干燥数天，然后通过用干氮气喷洗进行脱氧。然后将OS-120过滤通过0.2|iim多孔Tefloi^过滤器以去除任何残余的颗粒。然后，将20mL经干燥脱氧的OS-120在氮气气氛下与表1中给出量的各经称重的腐蚀抑制剂混合在瓶中。在摇动器中约20分钟之后，将OS-120和腐蚀抑制剂的混合物注入250mL的圆底烧瓶中。用额外80mL的OS-120将瓶中任何残余物都清洗到该烧瓶中。该烧瓶包含蛋状的涂覆Teflon的磁搅拌棒和预先称重的铝球。使用其24/40磨口玻璃接头将该烧瓶及其内容物连接到冷凝器上用于回流。通过使用Tefloi^套管保护该24/40磨口玻璃接头不会卡住，在接头上不使用油脂。该冷凝器已经用干氮气沖洗过。在一个装置中将数字控制的搅拌器设定在240rpm，其它搅拌器调节到大约相同的旋转速率。然后在氮气气氛下在环境压力下回流这些测试溶液。施加热量使得沸腾非常温和。将烧瓶和冷凝器周期性提高到搅拌装置和加热罩上方，对铝球进行肉眼检查。在10天后结束测试。表2中提供了这些腐蚀测试的结果。铝质量损失为"无"的表示从肉眼来看铝球表现出原来的面貌而没有蚀斑或明显降解的迹象。表2.用铝球回流后的结果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>作为腐蚀测试的结果，我们发现当与OS-120混合时，适合的噻唑和三唑是有效的腐蚀抑制剂。尽管按照优选的实施方案对本发明进行了描述，但认识到本领域的技术人员可以任意进行该过程的其它形式。本发明的范围仅通过以下的权利要求进行限定。权利要求1.电子功率变换器和用于所述功率变换器的液体介电冷却剂组合物的组合，所述功率变换器包含铝元件，所述冷却剂组合物包含低聚-(烷基硅氧烷)和烷基醚烷撑二醇的单体或低聚物的液体混合物，并包含以抑制所述铝元件溶解的量分散在所述液体混合物中的唑。2.如权利要求1所述的电子功率变换器和用于所述功率变换器的液体介电冷却剂组合物的组合，其中所述冷却剂组合物液体混合物的大气压力沸点在约95°C~约100。C的范围内。3.如权利要求1所述的电子功率变换器和用于所述功率变换器的液体介电冷却剂组合物的组合，其中所述冷却剂组合物液体混合物基本由六曱基二硅氧烷和1-甲氧基-2-丙醇的混合物组成。4.如权利要求1的电子功率变换器和用于所迷功率变换器的液体介电冷却剂組合物的组合，其中分散在所述液体混合物中的所述。坐选自噻唑、2-巯基苯并噻唑、三唑、笨并三唑和5-甲基-lH-苯并三唑。5.如权利要求1的电子功率变换器和用于所述功率变换器的液体介电冷却剂组合物的组合，其中分散在所述液体混合物中的所述峻抑制剂的浓度为约2~10毫摩尔/升所迷液体混合物。6.用于直接接触冷却包含铝元件的电子功率变换器的介电液体冷却剂组合物，所述冷却剂组合物包含低聚-(烷基硅氣烷)和烷基醚烷撑二醇的单体或低聚物的液体混合物，并包含以抑制所述铝元件溶解的量分散在所述液体混合物中的唑。7.如权利要求6所述的介电液体冷却剂组合物，其中所述冷却剂组合物液体混合物的大气压力沸点在约95'C~约IO(TC的范围内。8.如权利要求6所述的介电液体冷却剂组合物，其中所述冷却剂组合物液体混合物基本由六甲基二硅氧烷和1-甲氧基-2-丙醇的混合物組成，其大气压力沸点在约95。C~约IO(TC的范围内。9.如权利要求6所述的介电冷却剂组合物，其中所迷唑抑制剂的浓度为约2~10毫摩尔/升所迷液体混合物。10.如权利要求6所述的介电冷却剂组合物，其中所述唑选自p塞哇、2-巯基苯并噻唑、三唑、苯并三唑和5-曱基-lH-苯并三唑。11.冷却机动车辆的用于驱动所述车辆至少一个车轮的电力牵引电动机的电子功率变换器的方法，其中所述电子功率变换器包含含铝元件，所迷方法包括在基本不含水和分子氧的冷却剂循环中，将非水液体介电冷却剂组合物在冷却剂储存容器和所迷铝元件之间循环，所述冷却剂组合物基本由低聚-(烷基硅氧烷)和烷基醚烷撑二醇的单体或低聚物的液体混合物组成，并包含以抑制所述铝元件溶解的量分散在所述液体混合物中的唑。12.如权利要求n所迷的冷却用于电力牵引电动机的电子功率变换器的方法，其中将所迷介电冷却剂组合物喷射到所述含铝元件上。13.如权利要求11所述的冷却用于电力牵引电动机的电子功率变换器的方法，其中将所述含铝元件浸入所述介电冷却剂组合物中或用所述介电冷却剂组合物将其淹没。14.如权利要求n所述的冷却用于电力牵引电动机的电子功率变2-10毫摩尔/升。15.如权利要求11所述的冷却用于电力牵引电动机的电子功率变换器的方法，其中所述唑抑制剂选自噻唑、2-巯基苯并噻唑、三唑、苯并三唑和5-甲基-lH-苯并三唑。16.如权利要求U所迷的冷却用于电力牵引电动机的电子功率变换器的方法，其中所述冷却剂组合物液体混合物的大气压力沸点在约95。C~约100"C的范围内。17.如权利要求11所迷的冷却用于电力牵引电动机的电子功率变换器的方法，其中所迷冷却剂组合物液体混合物基本由六甲基二硅氧烷和l-甲氧基-2-丙醇的混合物组成，其大气压力沸点在约95。C约100'C的范围内。全文摘要本发明涉及电子元件的冷却，其示例性实施方案提供了用于牵引电动机的功率变换器和用于该变换器的冷却剂。该功率变换器包含铝元件，该冷却剂是包含抑制剂的非水介电液体冷却剂组合物。该冷却剂基本由低聚-(烷基硅氧烷)，例如六甲基二硅氧烷，和烷基醚烷撑二醇的单体或低聚物，例如1-甲氧基-2-丙醇，的混合物组成，而且包含抑制该铝电子元件溶解的量的唑。文档编号C09K5/10GK101275068SQ200810087468公开日2008年10月1日申请日期2008年3月28日优先权日2007年3月28日发明者A·M·曼斯,J·L·林登申请人:通用汽车环球科技运作公司