1.2 防爆阀设计
1.2.1 防爆泄压阀原理
防爆泄压阀把防水透气膜通过熔接等形式和塑胶、金属、硅胶等其他材料结合，形成可以密闭的安装组件。受外力作用下处于常闭状态（此状态下具有一定程度的透气性），当电池包内电芯短路温度急剧上升的气压升高超过规定值时，通过向电池包外排放气体来防止电池包内压力超过规定数值。
图7防爆泄压阀
1.2.2关键参数
透气量：在正常工况下，防爆阀允许气体通过的速率，单位通常为L/min或ml/min。如温度相关透气量计算可根据理想气体状态方程等得出。
泄压量：在电池包出现热失控等异常情况时，防爆阀能够快速排出气体的流量，单位为L/s等。例如根据电芯热失控的产气速率等因素计算得出。
开启压力：指电池包内部压力达到该值时，防爆阀开始动作以释放压力，一般在几kPa到几十kPa之间，防爆开启压力上限务必低于电池包壳体的最大承压，以确保在压力异常升高时能及时开启泄压。
破裂压力：是防爆阀在极端情况下，防水透气膜发生破裂或开启以实现快速泄压的压力阈值，通常高于开启压力。
1.2.3 电池包透气量计算
1) 温度相关透气量
确定电池包所处环境的最低温度T1和最高温度T2，并获取电池包在这两个温度之间转换的时间t。
根据理想气体状态方程pV=nRT，在压强不变时，一定质量气体的体积跟热力学温度成正比，即V1/T1=V2/T2。
计算体积变化量ΔV=V2−V1=V1T2/T1-V1，则温度相关透气量Q=ΔV/t=(V1*T2/T1-V1)/t。
2) 气压相关透气量
明确电池包所处海拔环境的最低大气压强p1和最高大气压强p2，以及气压转换的时间t。
根据Δp=p2−p1计算大气压强差，再根据pV=nRT计算气体膨胀比例ΔV/V=Δp/p0，其中p0为标准大气压强。
获取电池包净容量V，则气压相关透气量Q=(ΔV/V)×V/t=ΔpV/(p0t)。
举例计算：已知某电池包的净容积为50L，T1–40℃（233K），T2–85℃（358K），p0为正常大气压101KPa，海拔变化为-100m（102KPa）至4000m（60KPa），t设定均为30分钟，求透气量需求；
温度变化相关透气量Q=ΔV/t=(50*358/233-50)/30=0.894L/min
气压变化相关透气量Q=(ΔV/V)×V/t=ΔpV/(p0t)=(102-64)*50/101*30=0.858L/min。
1.2.4 电池包泄压量计算
首先确定电池包内可能出现的热失控情况，例如预估同时热失控的电芯数量、单个电芯的产气速率等。假设n个电芯同时热失控，单个电芯产气速率为q，则总产气速率Q总=nq。
考虑气体膨胀因素，假设热失控导致气体体积膨胀k倍，则实际需要泄压的气体流量Q泄=Q总*（1+k）。
根据上述计算的泄压流量，结合不同孔径和形状的防爆阀的排气速率数据，来选择能够满足泄压要求的防爆阀孔径和类型。
1.2.5 开启压力计算
防爆阀的开启压力取决于电池包的耐压能力和电芯热失控的产气速率和温升。
通过仿真计算电池包箱体和密封的耐压能力，获取其所能承受的压力P。
考虑电芯热失控的产气速率、温升等因素。一般会在箱体和密封最大耐压基础上取一个安全系数k（如0.8）来确定防爆阀的开启压力。保证电池包热扩散触发后只能通过防爆阀定向泄压，避免壳体开裂或是密封失效引起电池包起火爆炸。
如某电池热失控测试分析，该电芯热失控的产气速率为5L/s，温度300℃持续20S，实测内部压力43kpa。
如电池箱体的耐压失效压力为17.5Kpa，则防爆阀的开启压力在箱体最大耐压基础上取一个安全系数，如80%，选择开启压力为14Kpa。
1.2.6 防爆阀安装要求
安装位置：要与电池包内的发热元件以及可能产生火源的部件保持安全距离，防止因高温或火花引发防爆阀误动作，或对防爆阀本身造成损坏，影响其性能。安装位置需确保防爆阀在开启时，防爆阀外部周围应有不小于10mm的泄气空间，排出的气体能够顺畅地扩散到周围环境中，不会对电池包其他部件或车辆其他系统造成影响。安装位置需要避开乘员舱，避免防爆阀的排气通道对准乘员舱，危害乘客安全。
由于水蒸气可以从防爆阀进入电池包内，防爆阀与电池包内部器件需保留安全间隙，避免防爆阀正对电池包内的电气元器件插件和接头形成凝露。
安装方向：为了避免积水和落灰等情况，防爆阀应布置在电池箱体的侧面，使防爆阀处于垂直或者倾斜状态。
图 8 MEGA麒麟电池包防爆阀位置
密封良好：安装时要确保防爆阀与电池包的连接部位密封严密，壳体满足透气阀安装面平面度/粗糙度达到要求，平面度要求保证在0.1mm以内，与密封圈接触的安装面表面粗糙度要求小于6.3，防止在正常使用过程中出现气体泄漏和进水，影响电池包的性能和安全性。
比亚迪唐由于动力电池包托盘制造原因，托盘透气阀安装面不平整，有进水风险，可能造成高压系统拉弧，存在安全隐患召回6万多台车。
紧固可靠：采用合适的紧固工具和方法，将防爆阀按照设计扭矩牢固地安装在电池包上，确保在车辆行驶过程中，不会因振动、冲击等因素导致防爆阀松动或脱落。紧固力矩应符合产品说明书或设计要求。
1.2.7 防爆阀测试项目：
电池包防爆阀通常需要做以下几类测试：
1.2.7.1性能测试
1) 压力开启测试：模拟电池包内部压力变化，测试防爆阀在设定压力值时能否准确开启，以释放内部压力，确保电池包安全。例如，通过压力试验机逐渐增加压力，观察防爆阀的开启压力是否在规定的范围之内，一般要求开启压力的误差控制在较小范围内，以保证其在合适的压力下发挥作用。
2) 流量测试：检测防爆阀开启后气体的流量情况，确保在电池包出现热失控等情况时，能够快速有效地排出内部气体，降低压力。可以使用专门的流量测试设备，测量在不同压力差下防爆阀的气体流量，要求流量必须达到一定的标准，以满足实际应用中的泄压需求。
3) 关闭压力测试：测试防爆阀在压力释放后，能否在合适的压力下准确关闭，防止外部空气、水分等杂质进入电池包，影响电池性能和安全。通常在压力释放后，逐渐降低压力，观察防爆阀的关闭压力，关闭压力也需要符合特定的要求，以保证电池包的密封性。
4) 响应时间测试：评估防爆阀从感受到压力变化到完全开启或关闭所需的时间，要求响应时间足够短，以快速应对电池包内部的压力突变。一般采用高速数据采集设备和压力传感器，精确测量防爆阀的响应时间，确保其在规定的时间内完成开启或关闭动作。
1.2.7.2环境适应性测试
1) 高温测试：将防爆阀置于高温环境箱中，在不同的高温条件下（如 85℃、120℃等）保持一定时间，然后进行性能测试，检查其密封性能、开启压力等是否发生变化。以确保在高温环境下，防爆阀的材料不会发生软化、变形等问题，影响其正常功能。
2) 低温测试：在低温环境下（如 – 40℃、-20℃等）持续24小时对防爆阀进行测试，观察其是否会因低温而出现脆化、开裂等现象，以及在低温下的开启和关闭性能是否正常。防止在寒冷地区或低温工况下，防爆阀失去应有的功能。
3) 湿热循环测试：模拟高温高湿（双85测试）以及温度湿度循环变化的环境，对防爆阀进行多轮循环测试，检验其在湿热环境下的耐腐蚀性和性能稳定性。
4) 振动测试：通过振动台对防爆阀进行不同频率和振幅的振动试验，模拟车辆行驶过程中的振动情况，检查防爆阀的安装是否牢固，是否会因振动而出现松动、损坏或性能下降等问题。
1.2.7.3 可靠性和耐久性测试
1) 寿命测试：通过反复进行压力开启和关闭循环试验，模拟防爆阀在电池包整个使用寿命内可能经历的压力变化情况，测试其能够正常工作的循环次数。一般要求防爆阀能够经受数千次甚至更多的循环测试，以保证在电池包的使用寿命内，防爆阀能够可靠地工作。
2) 盐雾测试：将防爆阀置于盐雾试验箱中，模拟海洋环境或潮湿含盐的空气环境，测试其抗腐蚀性能。应满足GB/T 10125-2012规定的中性盐雾试验持续喷雾规定小时数， 测试后表面不会出现红锈、变形、脆化或断裂等现象，并满足防护透气性能。
3) IP68 、IP69防护等级测试
防尘测试（IP6X）：IP6 表示完全防尘。要求沙尘不能进入透气阀内部，不能对透气阀的性能和功能产生任何影响，以确保在多尘环境下电池包的安全性和稳定性。
防水测试（IPX8）：要求将电池包透气阀在 1 米水深下浸泡 48 小时，期间水不得渗入透气阀内部，从而保证电池包内部的电气元件等不受水的侵蚀，维持正常的工作状态和性能。
IP69 高温高压喷水测试：IP69 主要针对在高温高压环境下的防水防尘性能。测试时，使用高温高压水枪对电池包透气阀进行喷射清洗。以模拟在一些极端恶劣的清洗条件下，如汽车在高压水枪清洗或在恶劣泥泞环境行驶后高压喷水清洗等情况。
1.2.7.4 安全性能测试
1) 滤火性能测试：通过特定的火焰喷射装置，向防爆阀喷射高温火焰，测试其能否有效阻止火焰通过，防止火焰蔓延到电池包外部，引发更大的安全事故。要求防爆阀能够在一定时间内和一定火焰强度下，确保火焰不会穿透防爆阀。
2) 防爆性能验证：在模拟电池包内部发生严重热失控等极端情况下，测试防爆阀能否有效防止电池包爆炸，保护周围人员和设备的安全。一般通过在特定的试验平台上，对电池包进行各种可能导致爆炸的模拟试验，观察防爆阀的防爆效果，确保其能够满足安全标准。
1.3 泄压导流
热失控产生的喷发物不仅温度极高，而且具备导电特性。这些喷发物一旦积聚，会极大地加快电芯之间的热蔓延速度，同时其携带的高温还可能导致周围的绝缘材料失效，引发电池短路，进一步加剧热失控的危险程度。因此，确保整包排气通道顺畅无阻，让喷发物能够迅速排出电池包；保证电芯泄压阀上方通道充足，避免喷发物在此堆积。
在模组级别，在电芯防爆阀上方位置预留充足的排气间隙，需要对模组上盖板、CCS或者FPC等结构设计布置，防止喷发物在此处积聚。此外，整包排气通道必须保持顺畅，确保喷发物能够迅速随着通道排出电池包，避免堆积引发二次危险。
在整包级别，构建清晰明确、畅通无阻的排气通道，确保喷发物能够迅速随着通道排出电池包，避免堆积引发二次危险。通过电芯倒置，将电池热失控时的泄压区域与电池的高低压线路等电气部分隔离开来，避免热失控产生的高温、导电物质等对电气系统造成危害。
1.4 箱体防护设计
电池包箱体需能够经受电芯热失控时的气体压力冲击，压力冲击后不允许壳体有破裂。
目前电池包箱体材质，下壳体主要采用：钣金和铝合金，上壳体常用钣金和复合材料SMC、PCM、、HP-RTM。
SMC工艺复合材料方案：SMC即片状模塑料。主要原料由SMC专用纱、不饱和树脂、低收缩添加剂，填料及各种助剂组成。
PCM复合材料方案：PCM为将连续纤维预浸料放入模具，然后加压、加热使其固化成型的复合材料。
HP-RTM工艺复合材料：HP-RTM，即高压树脂传递模塑，是通过一个混合头，将基础树脂注入到模具内，并浸润其中的预成型纤维织物，最后快速固化形成高强度的复合材料部件。
电池包壳体气体破坏性试验主要用于评估电池包壳体在电池包下线气密性试验、电芯热失控等情况下的抗压能力。检验电池包壳体在内部气体压力升高到一定程度时的耐受能力，确定壳体是否能够在设计预期的极端情况下保持完整性，防止因气体压力过大导致壳体破裂、爆炸等严重安全事故，从而保障电池包在使用过程中的安全性。
未完待续…
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