電動車電池包透氣塞如何革新熱管理性能？

電動車（EV）電池包透氣塞可透過日常呼吸，以及在具備相應功能時的緊急氣體洩放，協助管理壓力。日常呼吸有助於外殼因應溫度與海拔變化。發生快速氣體釋放時，緊急洩壓會開啟明確的排放路徑。我會將這些壓力路徑與冷卻迴路一併檢查；冷卻迴路負責將電芯熱量帶往周遭環境。兩者功能各異，電池包設計必須使其協同運作。

重點摘要

• 比較裝置前，先區分日常壓力均衡與緊急洩壓。
• 將從電芯到外部環境的完整路徑視為透氣系統。
• 使高溫、易燃及可能有害的氣體遠離電芯、乘員與易受影響的零件。
• 沿著接觸層、冷卻介質與最終周遭環境追蹤運轉熱量；分別測試溫度、壓力與侵入防護。
• 依據氣體來源、可用容積及完整流路，選擇開啟響應、流量能力與通氣塞數量。

兩種壓力問題，兩種透氣功能

電池包透氣塞是外殼氣體流路中的壓力管理元件。一般使用時會出現緩慢的壓力變化；電芯遭受濫用時，氣體釋放可能快得多。若同一裝置兼具兩種功能，應分別比較其低壓呼吸響應與緊急開啟響應。

多孔膜可能適合雙向的緩慢流動，但也可能過度限制快速釋放。緊急洩壓元件可能開啟較大的通路，卻失去原有的環境屏障。應針對每條路徑比較流向、壓差、有效面積、溫度及污染狀態，也要評估啟動後的狀態。

一般呼吸與排水接頭也會透過受保護的開口交換壓力。電池包透氣還要處理高能量氣體釋放、熱失控蔓延風險（事件擴散至鄰近電芯或模組），以及在車輛內評估的排放路徑。

日常壓力均衡可保護外殼的壓力裕度

日常壓力均衡是降低電池包與外界空氣之間壓差的氣體流動。加熱、冷卻及海拔變化都可能造成壓差。外殼承受的剩餘壓力，取決於透氣塞的流阻、自由氣體容積、洩漏情形及環境變化速度。

流量與壓差曲線顯示透氣塞在指定壓差下可通過多少氣體。應考慮兩個流向及相關環境條件。電池包的響應也取決於自由氣體容積、溫度歷程、環境變化速率，以及容許的正、負壓差。「海拔與壓力的說明」指出，快速下降與夜間緩慢冷卻可能造成不同的壓力歷程。平行洩漏路徑也要納入模型：這類路徑可能降低壓力，同時削弱防水或防塵能力。

水膜、灰塵、泥土、鹽分、油污及變形可能縮小可用膜面積或改變流阻。我會比較潔淨乾燥狀態與預期服役期間的潮濕或污損狀態。「計算流體力學（CFD）氣流指南」說明，模型及台架結果會受到幾何形狀、多孔材料參數、流向、氣體狀態及邊界條件影響。

實例：加熱為何造成壓差

假設一個剛性外殼內含固定量的理想氣體。初始狀態為 20 °C、絕對壓力 101.3 kPa；之後氣體均勻升至 60 °C，而外部壓力維持在 101.3 kPa。在沒有氣體交換的情況下，理想氣體方程式為：

此處，$p_{1,\mathrm{abs}}$ 與 $p_{2,\mathrm{abs}}$ 分別是初始及最終絕對壓力（kPa）。$T_{1,K}$ 與 $T_{2,K}$ 是氣體溫度（單位為 K），分別為 293.15 K 和 333.15 K。結果約為絕對壓力 115.12 kPa，或比環境壓力高 13.82 kPa。

這個密閉氣體比較說明了向外呼吸的驅動壓力。冷卻可能使壓差反向，讓氣體向內流動。透氣口開啟會改變電池包內的氣體量。若要預測壓力隨時間的變化，應建立流量、自由容積、洩漏情形及氣體溫度變化的模型。此計算假設外殼為剛性，未納入凝結、蒸發或化學產氣；也不能用來選定緊急洩壓裝置。

工具壓力與環境密閉氣體熱壓力以初始絕對壓力、初始及最終氣體溫度與最終環境壓力比較密閉氣體參考情境。若要分析設有透氣路徑的電池包，請使用瞬態流量模型。p₂,abs = p₁,abs T₂,K/T₁,K; p₂,g = p₂,abs − p₂,ambient初始內部絕對壓力初始氣體溫度最終氣體溫度最終外部環境壓力開啟計算器 ->

日常呼吸可減少外殼承受的週期性壓力負載。運轉熱仍沿電池包獨立的熱傳路徑傳遞。

正常冷卻沿著熱傳路徑進行

電池熱管理控制指定工況下的電芯溫度及溫差。熱量由電芯和電氣連接產生，必須經電池包選定的冷卻路徑傳出。NREL 的電動車熱設計簡報說明，電芯產熱資料、冷卻配置、流量及運轉條件如何影響溫度歷程與分布。應利用溫度歷程及電芯間溫差判斷冷卻功能。

以液冷為例，沿熱量路徑從電芯經過外殼、接觸層和冷板，再進入冷卻液。冷卻液將熱量帶到外部熱交換器，由後者散至周遭環境。圖中採用散熱器對空氣放熱的配置；其他電池包可能使用氣冷或冷媒迴路。每種設計都應辨明熱量實際散出的位置。

散熱器需要接觸熱傳路徑及接收熱量的環境

散熱器會從元件吸收熱量，並透過設計好的表面將熱量傳給溫度較低的周遭介質。帶散熱鰭片的散熱器會讓熱量經底板傳導，再由表面散至空氣。NASA 的 HeaTSSPy 說明區分了接觸熱阻、底板傳導及鰭片系統對流。這種熱網絡觀點有助於找出熱傳路徑的限制所在。

底板厚度、接觸面積、鰭片間距及氣流都會影響相同材料傳熱的效率。熱擴散元件可將熱量分散至一定面積，但仍須有路徑通往能散熱的表面。冷板將熱量傳給流動液體，液體之後還須在迴路中將熱量釋出。應一併檢查接觸、形狀、流動及最終周遭環境。

熱接觸熱阻是相接觸的零件之間，介面對熱傳造成的阻力。實際表面只在有限接觸點相互接觸，其間存在空隙。ASHRAE 的熱傳章節說明表面狀況、接觸壓力及填隙材料如何影響熱阻。我會檢查介面厚度、面積及組裝狀況，也會確認固體零件的導熱率。

使呼吸氣流與實際冷卻路徑相互配合

冷卻氣流沿受控路徑帶走熱量。此路徑須界定入口、出口、流量分布及溫升。ASHRAE 指出，對流也取決於表面與空氣之間的溫差，以及局部熱傳條件。若要持續以空氣冷卻，安裝後的路徑必須讓所需氣流流經熱傳表面。

實例：冷卻液泵停止，但壓力透氣口仍開啟

假設某電池包的冷卻液泵停止運轉，而壓力透氣口仍保持開啟。冷卻液循環減少時，電芯溫度會升高；氣體空間仍可透氣，並維持接近環境壓力。我會同時檢查冷卻液流量、電芯溫度及壓力。如此可避免正常的壓力讀值掩蓋冷卻故障。應修復冷卻迴路及其控制系統。單獨更換壓力透氣口，無法排除熱傳故障。

將膜材流量納入壓力模型。若設計也利用氣體交換來冷卻，應以能量平衡及安裝後的流路評估熱量移除，並納入進入氣體的溫度。在指定運轉工況下量測電芯溫度及其差異。

緊急透氣將熱失控氣體導向預定路徑

緊急洩壓會開啟設計好的路徑，讓氣體快速釋放。熱失控是由內部放熱反應驅動、電芯溫度不受控制地上升。壓力釋放必須容納這些氣體，同時由設計管理持續產生的熱量。Sandia 濫用測試手冊包含電芯排氣可燃性測試，提供評估電芯釋放氣體可燃性的方法。

NIST 的 2026 年外部加熱 18650 與 21700 電芯研究觀察到，安全閥在起火前破裂；後續結果受到電芯型式、荷電狀態及加熱中斷影響。荷電狀態是相對於電芯充滿電時所剩餘的電量。這些單電芯實驗說明，氣體來源及響應假設應反映實際電芯與運轉狀態。

預先規劃的路徑可引導氣體釋放，降低非預期接縫先行開啟的可能性。氣流可能高溫、易燃或有毒，其中部分氣體也可能凝結。應檢查氣流路徑上的其他電芯、匯流排、感測器、塑膠零件、乘員區及點火源。

Sandia 團隊主導的「排氣氣體熱傳模型」研究，分析了可能預熱鄰近電芯並在模擬配置中引發進一步熱失控的噴流。相關設計檢查包括噴流方向及衝擊位置（即氣流撞擊其他零件處），以及電池包內的熱傳和氣體混合情形。評估這些影響時，應比較實際出口及鄰近電芯。

洩壓開啟後，電芯仍可能持續升溫。應將壓力路徑與電池包的冷卻、電芯隔離、屏蔽、防護偵測及控制措施一併考量，並將排放評估延伸至車輛安裝狀態。

完整氣體路徑決定透氣塞性能

電池包透氣表現取決於完整氣體路徑上的壓力損失。電芯透氣口、模組間隙、歧管、擋板、膜材、洩壓零件及護罩都可能限制或改變流向。我會先找出主導流阻的部位，再考慮加大透氣塞；狹窄的模組出口仍可能限制整條路徑。評估安裝後的壓力響應時，也要納入外蓋及導管。

我會分別繪製正常與異常狀態下的流路。閥件、爆破結構、膜材、蓋件及護罩面對逆向流動、水、冰、污物或攜液高溫氣體時，響應可能不同。受道路雨水潤濕的膜材，表現可能不同於乾燥測試試樣。變形也可能使上游通道變窄。應檢查洩壓開啟後哪些零件仍可運作，以及哪些必須更換。

配置會影響哪些物質接觸透氣口，以及氣體將流向何處。低處容易積液。噴水、石塊、底盤氣流及局部壓力會影響外部條件。外殼內部若路徑過短，噴流可能直接朝向其他電芯或感測器。我會在選擇透氣口位置前檢查內外兩側。

依電池包需求選擇開啟響應及流量能力

透氣塞選型取決於電池包的氣體來源、自由容積、壓力限值及流路網絡。電芯型式、化學體系、荷電狀態、失效模式及熱失控蔓延防護措施都會影響氣體釋放情境。我會依據這些輸入選擇開啟響應、流量能力及位置；電池包以 kWh 表示的能量只提供部分相關資訊。

針對每個候選裝置，應比較相關氣體溫度、流向及開啟狀態下的壓力與流量曲線。表壓是相對於周遭環境測量的壓力；絕對壓力則以真空為基準。除了達到所需流量時的壓力，也要檢查開啟壓力的變動。若使用膜材，應納入具代表性的潔淨、潮濕、污損及老化狀態。

瞬態電池包模型會追蹤完整路徑中壓力與流量隨時間的變化。模型應納入氣體來源、溫度、開口變化及下游限制。請在選定的電池包組件上核對預測結果。也要檢查裝置是否會重新密封，以及開啟後還剩下哪些防護功能。

在每種運作狀態下維持環境防護

侵入防護（IP）是透過規定的危險部位接近、固體物體及進水試驗，評定外殼的防護能力。應依 IEC 60529 判定相關外殼的侵入防護分類，並另行考量壓力與高溫氣體要求。

檢查完整安裝配置，包括扭矩、螺紋密封、墊片、面板平面度與厚度、方向、蓋件及相鄰接合處。套用結果時，須區分膜材量測、將透氣口安裝於板件上的測試，以及完整電池包測試。「IP 等級指南」說明此配置界線。

透氣膜可讓部分氣體通過，也可能讓水蒸氣通過，同時抵抗指定的液體暴露。水蒸氣傳輸率比較區分材料傳輸、介面滲漏、引入口測試及凝露。

溫度可能影響密封件、外殼、膜材及開啟門檻。應採用相關溫度歷程，並使用經相關環境條件調理的零件。「溫度影響指南」說明，僅知道材料種類，並不足以判定安裝後的熱循環性能。

分別驗證電池包溫度與壓力響應

組裝後的電池包，其溫度與壓力須採用不同的驗收準則。熱測試依指定充電或行駛工況及冷卻控制狀態進行；壓力測試則依產氣或環境壓力變化及安裝後的流路進行。若情境會使兩者相互影響，應同時量測，但仍須為每個物理結果保留獨立的通過準則。

我會依據所評估的物理結果配置感測器。數值限值及測試方法應採用適用於電芯、電池包及車輛的要求。

若只在低溫冷板量測，可能會漏掉電芯熱點；若只在出口附近量測壓力，則可能漏掉上游限制。感測器位置、取樣方式及不確定性應能捕捉這些局部響應。NREL 的電池熱設計流程也區分冷卻液配置與運轉條件，以及電芯溫度歷程和分布。

現行 FMVSS No. 305a 法規文本將排氣定義為：為防止破裂或爆炸而設計的過量內壓釋放。該法規涉及車輛及可充電電能儲存系統（REESS）的安全。總車輛重量額定值不超過 4,536 kg 的車輛，自 2027 年 9 月 1 日起強制適用；超過該重量的車輛則自 2028 年 9 月 1 日起適用。條文列出的小批量製造商、最終階段製造商及改裝業者，適用期限另延後一年。截至 2026 年 10 月，這些日期都代表未來要求。對 S11.1 列出的 S12 控制測試，驗收準則包括測試期間不得有 REESS 排氣跡象。每項車輛層級要求都應套用於完整安裝配置。

1. 量測每條路徑。檢查雙向日常流量及緊急開啟響應。納入相關壓力、溫度、安裝方向及污損狀態，並考慮測試不確定性與零件間差異。
2. 測試完整流路。納入上游限制、安裝後的透氣塞、外部蓋件及電池包的自由容積。在指定位置量測壓力與流量隨時間的變化。
3. 先對組件進行環境預處理。依序施加相關的水、灰塵、溫度、振動、衝擊、腐蝕、污損及老化條件，之後重做功能檢查。
4. 檢查異常排氣路徑。使用有依據的氣體來源或適用的濫用測試方法。檢查壓力、噴流方向、高溫氣體衝擊、熱傳、滯留氣體、點火暴露，以及事件後狀態。
5. 確認整車配置。確認電池包安裝、鄰近結構、乘員隔離、警示策略及各市場的特定要求。

每項測試都應用於其預定狀態。日常呼吸測試需要小壓差並涵蓋雙向流動；濫用評估則需要相關氣體來源及完整排放路徑。應將量測到的時間歷程與各自獨立的溫度、壓力及危害準則比較。

結論

電動車（EV）電池包透氣塞透過受控路徑管理日常呼吸及異常氣體釋放，有助於壓力管理。我會追蹤電池包內的兩條路徑，包括內部限制及最終排放位置。其效益在於降低壓力負載並管理氣體導流，同時由冷卻迴路將運轉熱帶往周遭環境。

應根據實際氣體來源、自由容積、容許壓差及環境狀態選擇透氣塞的響應。接著在組裝完成的設計中檢查電芯溫度、壓力歷程及排放危害。將這些結果分開評估，較容易辨識並修正呼吸路徑堵塞、冷卻故障及不安全的緊急出口。

電動車電池包透氣塞常見問題

電動車（EV）電池包透氣塞有何作用？

透氣塞有助於管理外殼內外因溫度及海拔變化而產生的壓差。具備緊急功能的裝置也會提供明確的快速排氣路徑。使用這些壓力管理功能時，應同時考量電池包的熱傳路徑，並在各自適用條件下評估電芯溫度、壓力歷程及排氣路徑。

同一裝置能兼具日常呼吸與緊急洩壓嗎？

可以，但前提是其兩項功能都符合電池包要求。日常呼吸功能透過受保護的流路處理小幅壓差；緊急洩壓則需要符合定義的瞬態氣體來源所需之開啟響應及流量能力。應檢查安裝後的兩條路徑、污染狀態，以及裝置啟動後的密封或更換狀況。

啟動壓力及流量能力應如何選定？

應先考量電池包的壓力承受能力、自由容積、產氣歷程、溫度及完整流路阻力，再比較開啟壓力的變動範圍，以及達到所需流量所需的壓力。設定裝置及其位置前，應在瞬態模型及具代表性的測試中納入相關氣體狀態、流向及下游限制。

如何評估電池包中的 IP68 透氣塞？

應根據 IP 結果的受測配置及指定條件解讀。檢查安裝後透氣塞的密封、螺紋或墊片、面板、蓋件及其他外殼接合處。啟動後狀態須另行評估，因為緊急釋放時的開啟可能改變環境屏障。壓力能力及高溫氣體導流也需要各自檢查。

電動車電池包需要幾個透氣塞？

透氣塞的數量與位置取決於流路網絡及所需壓力響應。只要在安裝方向及故障情境下仍能有效運作，多個出口就可能縮短路徑或分散排氣。建模與測試配置時，應納入內部限制、外部護罩及環境堵塞因素，而不能只依電池包能量決定數量。

來源與技術參考資料

• NASA Glenn 研究中心：《狀態方程式（理想氣體）》，查閱日期：2026-10-28。

• Sandia 國家實驗室：《電池濫用測試手冊》，查閱日期：2026-10-28。

• NIST：《熱中斷實驗下 18650 與 21700 鋰離子電池安全介入窗口研究》，查閱日期：2026-10-28。

• Sandia 國家實驗室：《鋰離子電池熱失控排氣氣體熱傳相關安全危害》，查閱日期：2026-10-28。

• IEC 60529：外殼提供的防護等級，查閱日期：2026-10-28。

• eCFR：49 CFR 571.305a《電動車輛與強制適用日期》，查閱日期：2026-10-28。

• NREL：《電動車輛電池熱管理設計工具》，查閱日期：2026-10-28。

• NASA：《HeaTSSPy 套件中的熱管理系統建模》，查閱日期：2026-10-28。

• ASHRAE 手冊：《熱傳、接觸熱阻與對流》，查閱日期：2026-10-28。

產品

• 電纜密封接頭
• 殼體配件