电池系统平衡防爆阀的设计

PACK系统的平衡防爆阀是一个很精巧的集成设计。

之所以需要这样一个部件，有很现实的需求。电池PACK与外界环境是一个气压动态平衡的系统，如果将PACK完全与外界隔绝封闭，由于温差，海拔高度差带来的气压差，会造成PACK箱体等发生变形，结构功能受到影响。

PACK-外环境压差成因及危害

另一方面，由于PACK系统对IP等级（IP67以上）有要求，对电气安全IP防护（IPXXD）也有要求，所以，需要有一个部件，能够选择性地让空气在一定条件下自由流通，而像水，水蒸汽，悬浮小颗粒等无法通过。这主要是考虑到电动汽车所可能遇到的使用场景，比如涉水、洗车、洪水期间车辆浸水、沙尘地区等等。

 PACK-外界气压平衡设计

听起来挺神奇的一个功能，得益于材料技术能够实现。

因此，首先要选择具有这样功能的材料膜，其次，确认膜的大小（即面积）。

材料选择相对容易些，主要的设计工作在于膜面积的计算，基本的设计准则是在选定材料的情况下，膜的大小要能够保证正常状态下，PACK与外界的压差小于可允许的最大压差。一般地说，最大压力差由整车企业或是PACK企业来指定，受温度、海拔的综合影响，常见的限定条件如：

• 在60分钟内从-20°C 到65°C，压差变化为多少；

• 爬坡工况下，在45分钟内，由海拔XX米到XX米，压差变化为多少；

• 空运条件下，在15分钟内，由海拔XX米到XX米，压差变化为多少。

相对来说，空运较为严苛。

确定压差需要考虑的因素

最大压力差会根据车辆整个生命周期来综合评估，包括膜的渗透特性，可能出现的最大温度差，在爬坡行驶或空运过程中最大的高度差，以及PACK内部气体体积等。

热失控防爆阀设计

平衡功能是一种在正常行车状况下的需求，而防爆功能则是在极端状况下的要求。具体的说，在极端时间内，pack内气压上升到危险的水平，通常发生在电芯热失控的情况。压差的大小和增加速度，主要与电芯相关，包括电芯材料，电芯类型（方形/圆柱/软包），以及电芯的数量等。

平衡防爆阀示例

防爆阀的设计主要是触发机制和膜的大小。膜大小的估计与平衡的情况类似，需要强调一点的是，由于热失控时气体的温度非常高，因此需要膜对温度不敏感，以便在不同温度下都可以维持正常的功能。

触发机制即是当热失控发生时，如何巧妙地让平衡膜破裂，从而让气体更快地流出。在膜处于自由状态时，快速增加的压力一定会将平衡膜冲破，但通常来讲，平衡防爆阀的最外侧会有一层保护端盖，用于防护一些较大的颗粒物体和实现IPXXD，所以，当内部压力增大，导致平衡膜向外变形时，会被端盖阻碍。此时，可以在端盖内侧设置一个刺针，将膜刺破。这个方案有个问题，由于刺针是在膜的外侧，当欠压时需要考虑刺针（膜方向）的靠近，同时，由于在膜外侧，会首先受到水汽，金属悬浮颗粒等的腐蚀，可靠性得不到保证。另一个方案，是将刺针移到膜的内侧，即膜与Pack内部之间，当发生热失控时，刺针向外变形将膜刺破，而在正常状况下也不会受到外界的腐蚀。

需要注意的是，要保证在正常情况下，刺针不会随压差而形变刺破平衡膜。即也要设计刺针压力变形的压力临界值。

最后，平衡功能所确认的膜面积与防爆功能所确认的膜面积，二者取最小值作为设计值。

以上是平衡防爆阀设计的基本思路，可能会有不同的设计方案，但原理相通。