CN212032209U - 一种用于多元电池的防爆阀 - Google Patents

Abstract

一种用于多元电池的防爆阀，密封圈、防水透气膜和隔离网均置于壳体的内部，防水透气膜覆盖通口，隔离网覆盖防水透气膜，隔离网分布有根据多元电池热失控喷射出的固体颗粒物粒径大小确定的网孔；密封圈罩在防水透气膜及隔离网的边缘；上盖罩在防水透气膜边缘。本实用新型通过对透气量和固体颗粒直径的分析和计算，得出最佳孔径目数设计的带隔离网的防爆阀，使得箱内电池热失控时产生的大量气体顺利爆破排出，同时绝大多数固体颗粒物，包括燃烧的固体颗粒物如火星等物质被阻挡隔离在电池箱内，避免现有技术出现的火星随同可燃气体一起喷出，在箱外引燃排出的可燃气体造成二次起火和爆炸的情况，提高了新能源汽车电池安全性。

Description

一种用于多元电池的防爆阀

技术领域

本实用新型涉及电池箱火灾抑制技术领域，具体涉及一种用于多元电池的防爆阀。

背景技术

近年来，随着国家对新能源汽车的大力扶持，锂电池的应用越来越多，锂电池的安全问题也变得越来越突出。电池箱一般都装有防爆阀或防水透气阀，当电池热失控时，尤其是由镍钴锰铝等多元素组成的多元电池，如镍锰二元电池、镍钴锰三元电池、镍钴锰铝四元电池等，会产生大量的气体，包括可燃气体H₂、CO等，还有助燃气体O₂等。箱内电池燃烧产生的固体颗粒，其中有一些带有火星，随气体喷出时，极易引燃可燃气体，产生喷火现象，进而造成火势蔓延，引发二次火灾和爆炸。

现有的防爆阀或防水透气阀，在热失控时压力超过设计的防爆压力爆破后，电池箱内压力得到释放，但是电池箱内燃烧的固体颗粒物跟随气体等从爆破口一起喷出，将点燃电池热失控排出的可燃气体，如H₂、CO等。现有防爆阀或防水透气阀，在热失控发生时，只能阻挡较大的固体颗粒物，而电池热失控产生的中小固体颗粒物，尤其是燃烧的固体颗粒物(如火星等)都能随热失控产生的气体喷放，极易引燃可燃气体，导致箱外产生明火，带来极大的安全隐患。

实用新型内容

为此，本实用新型提供一种用于多元电池的防爆阀，可将热失控时产生的大量气体、浓烟顺利透过，燃烧产生的固体颗粒物隔离在电池箱内，对多元电池的火灾抑制具有非常好的效果。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于多元电池的防爆阀，用于多元电池的电池箱，包括壳体、密封圈、防水透气膜、隔离网和上盖；所述壳体的中心形成有通口，壳体的边缘形成有环状密封槽，所述密封圈置于所述环状密封槽内，所述防水透气膜和隔离网均置于所述壳体的内部，所述防水透气膜覆盖所述通口，所述隔离网覆盖所述防水透气膜，隔离网分布有根据所述多元电池热失控喷射出的固体颗粒物粒径大小确定的网孔；所述密封圈罩在所述防水透气膜及隔离网的外围；所述上盖罩在所述防水透气膜边缘，上盖与壳体连接。

作为用于多元电池的防爆阀的优选方案，所述隔离网位于防爆阀靠近电池箱的一侧，隔离网采用SUS304不锈钢材质；所述防水透气膜材质为E-PTFE；所述壳体和上盖材质均为PPGF30。

作为用于多元电池的防爆阀的优选方案，所述上盖设有透气孔，所述透气孔使所述防水透气膜与外界空气连通。

作为用于多元电池的防爆阀的优选方案，当所述多元电池热失控喷射出的固体颗粒物95％以上的固体颗粒物粒径≥0.428mm时，所述网孔的孔径为0.425mm。

本实用新型中防爆阀隔离网孔径设计方法，包括以下步骤：

采用高速摄像机CCD对多元电池热失控喷射出的固体颗粒物进行图像采集；

由imread和imshow两函数读入并在屏幕上显示由采集系统获得的已经A/D转换后的颗粒数字图像；

对所述颗粒数字图像进行预处理，采用中值滤波函数medfilt2对原始图像进行低通滤波，消除图像中的噪声干扰，然后使用锐化滤波函数fspecial调用sobel算子对低通滤波后的颗粒数字图像进行锐化处理，以突出颗粒的边界；再采用edge函数调用canny算子对颗粒进行边缘检测，以获得完整的颗粒形态图像；

颗粒图像二值化处理，对经过图像预处理的颗粒图像，采用im2bw函数用自动阈值法，将灰度图像转换为只有纯黑和纯白两种灰度的二值图像，对二值化后的图像求反，使颗粒与背景的象素值互换，然后用imfill函数对颗粒体上的孔洞进行自动填充，填充后的颗粒整体上均为同一象素值，然后再对其取反；

颗粒形态分析之前，先用bwlabel函数对所有颗粒进行标注编号，然后使用imfeature函数计算每个标注颗粒的几何特征参数，再通过函数句柄提取标注颗粒的长、短轴尺寸，并计算每个颗粒的椭圆度值，最后用bar函数绘制颗粒粒度分布的两维直方图；

获得固体颗粒的粒度分布，分析不同高度、不同截面颗粒的粒度分布与浓度分布状况，得到95％以上的固体颗粒物粒径≥r1；

设置多元电池热失控喷射时的气体压力为P，防爆阀开口截面积为M，安全透气流量为Q，根据气体压力和安全透气流量以及管径的关系公式，计算出安全透气截面积为S，设计防爆阀的隔离网各网孔截面积之和为A，使M>A≥S，且网孔孔径≤r1。

作为防爆阀隔离网孔径设计方法的优选方案，所述颗粒形态分析包括单个颗粒面积、颗粒长短轴、颗粒当量直径、颗粒椭圆度的测量、计算及提取。

作为防爆阀隔离网孔径设计方法的优选方案，在进行颗粒形态分析之前进行图像的尺寸标定，以象素为单位对颗粒图像尺寸进行标定，选择精度为1pm的标准刻度尺为测量基准，以标准尺寸与图像的象素比值为标定比例系数对颗粒图像进行尺寸标定，标定后的图像将每个颗粒尺寸的象素数乘以标定比例系数得到颗粒的实际尺寸。

作为防爆阀隔离网孔径设计方法的优选方案，颗粒图像二值化处理过程，把灰度值超过预设阈值的象素赋以最大灰度值255，其余象素则赋予最小灰度值0，根据图像灰度直方图确定图像二值化的阈值，并用全局阈值法进行图像的二值化。

本实用新型另外提供一种防爆阀隔离网孔径设计系统，包括：

图像采集模块，用于采用高速摄像机CCD对多元电池热失控喷射出的固体颗粒物进行图像采集；

图像显示模块，用于由imread和imshow两函数读入并在屏幕上显示由采集系统获得的已经A/D转换后的颗粒数字图像；

图像预处理模块，用于对所述颗粒数字图像进行预处理，采用中值滤波函数medfilt2对原始图像进行低通滤波，消除图像中的噪声干扰，然后使用锐化滤波函数fspecial调用sobel算子对低通滤波后的颗粒数字图像进行锐化处理，以突出颗粒的边界；再采用edge函数调用canny算子对颗粒进行边缘检测，以获得完整的颗粒形态图像；

图像二值化模块，用于颗粒图像二值化处理，对经过图像预处理的颗粒图像，采用im2bw函数用自动阈值法，将灰度图像转换为只有纯黑和纯白两种灰度的二值图像，对二值化后的图像求反，使颗粒与背景的象素值互换，然后用imfill函数对颗粒体上的孔洞进行自动填充，填充后的颗粒整体上均为同一象素值，然后再对其取反；

标注模块，用于颗粒形态分析之前，先用bwlabel函数对所有颗粒进行标注编号，然后使用imfeature函数计算每个标注颗粒的几何特征参数，再通过函数句柄提取标注颗粒的长、短轴尺寸，并计算每个颗粒的椭圆度值，最后用bar函数绘制颗粒粒度分布的两维直方图；

颗粒分析模块，用于获得固体颗粒的粒度分布，分析不同高度、不同截面颗粒的粒度分布与浓度分布状况，得到95％以上的固体颗粒物粒径≥r1；

分析结果模块，用于设置多元电池热失控喷射时的气体压力为P，防爆阀开口截面积为M，安全透气流量为Q，根据气体压力和安全透气流量以及管径的关系公式，计算出安全透气截面积为S，设计防爆阀的隔离网各网孔截面积之和为A，使M>A≥S，且网孔孔径≤r1。

作为防爆阀隔离网孔径设计系统的优选方案，颗粒分析模块的颗粒形态分析包括单个颗粒面积、颗粒长短轴、颗粒当量直径、颗粒椭圆度的测量、计算及提取。

作为防爆阀隔离网孔径设计系统的优选方案，标注模块在进行颗粒形态分析之前进行图像的尺寸标定，以象素为单位对颗粒图像尺寸进行标定，选择精度为1pm的标准刻度尺为测量基准，以标准尺寸与图像的象素比值为标定比例系数对颗粒图像进行尺寸标定，标定后的图像将每个颗粒尺寸的象素数乘以标定比例系数得到颗粒的实际尺寸。

作为防爆阀隔离网孔径设计系统的优选方案，图像二值化模块把灰度值超过预设阈值的象素赋以最大灰度值255，其余象素则赋予最小灰度值0，根据图像灰度直方图确定图像二值化的阈值，并用全局阈值法进行图像的二值化。

本实用新型隔离网覆盖防水透气膜，隔离网分布有根据多元电池热失控喷射出的固体颗粒物粒径大小确定的网孔；密封圈罩在防水透气膜及隔离网的外围，本实用新型通过对透气量和固体颗粒直径的分析和计算，得出最佳孔径目数设计的带隔离网的防爆阀，使得箱内电池热失控时产生的大量气体顺利爆破排出，同时绝大多数固体颗粒物，包括燃烧的固体颗粒物如火星等物质被阻挡隔离在电池箱内，避免现有技术出现的火星随同可燃气体一起喷出，在箱外引燃排出的可燃气体造成二次起火和爆炸的情况，提高了新能源汽车电池安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例中提供的用于多元电池的防爆阀结构示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的用于多元电池的防爆阀立体结构示意图；

图3为本实用新型实施例中提供的防爆阀隔离网孔径设计方法流程图；

图4为本实用新型实施例中提供的防爆阀隔离网孔径设计系统示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

参见图1和图2，提供一种用于多元电池的防爆阀，包括壳体1、密封圈2、防水透气膜3、隔离网4和上盖5；所述壳体1的中心形成有通口6，所述密封圈2、防水透气膜3和隔离网4均置于所述壳体1的内部，所述防水透气膜3覆盖所述通口6，所述隔离网4覆盖所述防水透气膜3，隔离网4分布有根据所述多元电池热失控喷射出的固体颗粒物粒径大小确定的网孔；所述密封圈2罩在所述防水透气膜3及隔离网4的边缘；所述上盖5罩在所述防水透气膜3边缘，上盖5与壳体1连接。

具体的，所述隔离网4位于防爆阀靠近电池箱的一侧，隔离网4采用SUS304不锈钢材质；所述防水透气膜3材质为E-PTFE；所述壳体1和上盖5材质均为PPGF30。隔离网4为防火、耐腐蚀耐磨材料制成的网状结构，设计在防爆阀靠近电池箱的内侧。防水透气膜3为新型的高分子防水材料，防水、防尘、防盐雾，透气。壳体1和上盖5的机械强度高且耐热耐老化。

具体的，所述上盖5设有透气孔，所述透气孔使所述防水透气膜3与外界空气连通。上盖5罩在防水透气膜3上并与壳体1连接固定，上盖5的透气孔使防水透气膜3与外界空气连通。

用于多元电池的防爆阀的一个实施例中，当所述多元电池热失控喷射出的固体颗粒物95％以上的固体颗粒物粒径≥0.428mm时，所述网孔的孔径为0.425mm。共有6445个网孔。单孔截面积为0.141790625mm²，总截面积为913.84mm²，截面积大于安全透气截面积。不影响爆破时大量气体排出，释放压力。同时，设计孔径小于95％的固体颗粒物尺寸，保证燃烧的固体颗粒物如火星等的有效隔离，大大提高了防爆阀的有效性。

实施例2

参见图3，本实用新型还提供一种防爆阀隔离网孔径设计方法，包括以下步骤：

S1：采用高速摄像机CCD对多元电池热失控喷射出的固体颗粒物进行图像采集；

S2：由imread和imshow两函数读入并在屏幕上显示由采集系统获得的已经A/D转换后的颗粒数字图像；

S3：对所述颗粒数字图像进行预处理，采用中值滤波函数medfilt2对原始图像进行低通滤波，消除图像中的噪声干扰，然后使用锐化滤波函数fspecial调用sobel算子对低通滤波后的颗粒数字图像进行锐化处理，以突出颗粒的边界；再采用edge函数调用canny算子对颗粒进行边缘检测，以获得完整的颗粒形态图像；

S4：颗粒图像二值化处理，对经过图像预处理的颗粒图像，采用im2bw函数用自动阈值法，将灰度图像转换为只有纯黑和纯白两种灰度的二值图像，对二值化后的图像求反，使颗粒与背景的象素值互换，然后用imfill函数对颗粒体上的孔洞进行自动填充，填充后的颗粒整体上均为同一象素值，然后再对其取反；

S5：颗粒形态分析之前，先用bwlabel函数对所有颗粒进行标注编号，然后使用imfeature函数计算每个标注颗粒的几何特征参数，再通过函数句柄提取标注颗粒的长、短轴尺寸，并计算每个颗粒的椭圆度值，最后用bar函数绘制颗粒粒度分布的两维直方图；

S6：获得固体颗粒的粒度分布，分析不同高度、不同截面颗粒的粒度分布与浓度分布状况，得到95％以上的固体颗粒物粒径≥r1；

S7：设置多元电池热失控喷射时的气体压力为P，防爆阀开口截面积为M，安全透气流量为Q，根据气体压力和安全透气流量以及管径的关系公式，计算出安全透气截面积为S，设计防爆阀的隔离网各网孔截面积之和为A，使M>A≥S，且网孔孔径≤r1。

具体的，所述颗粒形态分析包括单个颗粒面积、颗粒长短轴、颗粒当量直径、颗粒椭圆度的测量、计算及提取。

在实际应用中，采集到的原始图像并不是完美的。由于光照度不均匀，或由于摄像头获得的图像经过A/D转换、线路传送产生噪声污染等原因，图像质量不可避免地被降低了。图像预处理主要包括平滑滤波、锐化等内容。图像平滑处理主要是为了消除噪声。图像锐化处理的目的是为了使图像的边缘轮廓线变得清晰，易于识别。边缘是图像中所要提取目标和背景的分界线，只有提取出了边缘才能将背景和目标区分开来，用canny算子来实现数字图像的边缘检测。

具体的，在进行颗粒形态分析之前进行图像的尺寸标定，以象素为单位对颗粒图像尺寸进行标定，选择精度为1pm的标准刻度尺为测量基准，以标准尺寸与图像的象素比值为标定比例系数对颗粒图像进行尺寸标定，标定后的图像将每个颗粒尺寸的象素数乘以标定比例系数得到颗粒的实际尺寸。

具体的，颗粒与背景的根本差别就在于各自灰度值的不同，因此可以利用灰度值将颗粒与背景完全分开。采用的方法是图像二值化。图像二值化原理是图像上所有点的灰度值只有二种可能，不是＂0＂，就是＂255＂，即把灰度值超过某一阈值的象素赋以最大灰度值255，其余象素则赋予最小灰度值0。基于图像灰度直方图的自动选择阈值方法，由系统根据图像灰度直方图自动确定图像二值化的阈值，并用全局阈值法进行图像的二值化。

实施例3

参见图4，本实用新型另外提供一种防爆阀隔离网孔径设计系统，包括：

图像采集模块7，用于采用高速摄像机CCD对多元电池热失控喷射出的固体颗粒物进行图像采集；

图像显示模块8，用于由imread和imshow两函数读入并在屏幕上显示由采集系统获得的已经A/D转换后的颗粒数字图像；

图像预处理模块9，用于对所述颗粒数字图像进行预处理，采用中值滤波函数medfilt2对原始图像进行低通滤波，消除图像中的噪声干扰，然后使用锐化滤波函数fspecial调用sobel算子对低通滤波后的颗粒数字图像进行锐化处理，以突出颗粒的边界；再采用edge函数调用canny算子对颗粒进行边缘检测，以获得完整的颗粒形态图像；

图像二值化模块10，用于颗粒图像二值化处理，对经过图像预处理的颗粒图像，采用im2bw函数用自动阈值法，将灰度图像转换为只有纯黑和纯白两种灰度的二值图像，对二值化后的图像求反，使颗粒与背景的象素值互换，然后用imfill函数对颗粒体上的孔洞进行自动填充，填充后的颗粒整体上均为同一象素值，然后再对其取反；

标注模块11，用于颗粒形态分析之前，先用bwlabel函数对所有颗粒进行标注编号，然后使用imfeature函数计算每个标注颗粒的几何特征参数，再通过函数句柄提取标注颗粒的长、短轴尺寸，并计算每个颗粒的椭圆度值，最后用bar函数绘制颗粒粒度分布的两维直方图；

颗粒分析模块12，用于获得固体颗粒的粒度分布，分析不同高度、不同截面颗粒的粒度分布与浓度分布状况，得到95％以上的固体颗粒物粒径≥r1；

分析结果模块13，用于设置多元电池热失控喷射时的气体压力为P，防爆阀开口截面积为M，安全透气流量为Q，根据气体压力和安全透气流量以及管径的关系公式，计算出安全透气截面积为S，设计防爆阀的隔离网各网孔截面积之和为A，使M>A≥S，且网孔孔径≤r1。

具体的，颗粒分析模块12的颗粒形态分析包括单个颗粒面积、颗粒长短轴、颗粒当量直径、颗粒椭圆度的测量、计算及提取。标注模块11在进行颗粒形态分析之前进行图像的尺寸标定，以象素为单位对颗粒图像尺寸进行标定，选择精度为1pm的标准刻度尺为测量基准，以标准尺寸与图像的象素比值为标定比例系数对颗粒图像进行尺寸标定，标定后的图像将每个颗粒尺寸的象素数乘以标定比例系数得到颗粒的实际尺寸。图像二值化模块10把灰度值超过预设阈值的象素赋以最大灰度值255，其余象素则赋予最小灰度值0，根据图像灰度直方图确定图像二值化的阈值，并用全局阈值法进行图像的二值化。

本实用新型隔离网覆盖防水透气膜，隔离网分布有根据多元电池热失控喷射出的固体颗粒物粒径大小确定的网孔；密封圈罩在防水透气膜及隔离网的边缘，本实用新型通过对透气量和固体颗粒直径的分析和计算，得出最佳孔径目数设计的带隔离网的防爆阀，使得箱内电池热失控时产生的大量气体顺利爆破排出，同时绝大多数固体颗粒物，包括燃烧的固体颗粒物如火星等物质被阻挡隔离在电池箱内，避免现有技术出现的火星随同可燃气体一起喷出，在箱外引燃排出的可燃气体造成二次起火和爆炸的情况，提高了新能源汽车电池安全性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种用于多元电池的防爆阀，其特征在于，包括壳体、密封圈、防水透气膜、隔离网和上盖；所述壳体的中心形成有通口，壳体的边缘形成有环状密封槽，所述密封圈置于所述环状密封槽内，所述防水透气膜和隔离网均置于所述壳体的内部，所述防水透气膜覆盖所述通口，所述隔离网覆盖所述防水透气膜，隔离网分布有根据所述多元电池热失控喷射出的固体颗粒物粒径大小确定的网孔；所述密封圈罩在所述防水透气膜及隔离网的外围；所述上盖罩在所述防水透气膜边缘，上盖与壳体连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于多元电池的防爆阀，其特征在于，所述隔离网位于防爆阀靠近电池箱的一侧，隔离网采用SUS304不锈钢材质。

3.根据权利要求1所述的一种用于多元电池的防爆阀，其特征在于，所述防水透气膜材质为E-PTFE；所述壳体和上盖材质均为PPGF30。

4.根据权利要求1所述的一种用于多元电池的防爆阀，其特征在于，所述上盖设有透气孔，所述透气孔使所述防水透气膜与外界空气连通。

5.根据权利要求1所述的一种用于多元电池的防爆阀，其特征在于，当所述多元电池热失控喷射出的固体颗粒物95％以上的固体颗粒物粒径≥0.428mm时，所述网孔的孔径为0.425mm。

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