防爆阀设计选型

防爆阀（呼吸阀）设计选型工具。基于 Pack 箱体参数（体积、温度范围、海拔范围、时间） 计算所需透气量，并根据压差-透气量特性曲线推荐满足安全约束的防爆阀规格。 核心约束：防爆阀排气速率必须不低于单个电芯产气速率。 触发场景：防爆阀选型、呼吸阀选型、Pack 箱体透气量计算、电池包压力平衡设计、 温度变化透气量估算、海拔变化透气量估算、电池包排气设计、explosion-proof valve sizing。

Overview

提供温度变化和海拔变化两种工况下的 Pack 箱体透气量计算，结合阀门压差-流量特性曲线 完成防爆阀规格选型。核心安全约束：阀门排气速率 ≥ 电芯产气速率。

工作流程

Step 1: 收集输入参数

从用户处获取或确认以下参数：

参数	符号	单位	必填	说明
箱体体积	V0	L	是	Pack 箱体内部净容积
温度范围	T0→T1	℃	是	如 55→20 或 -20→55
温度变化时间	t_temp	min	是	温度从 T0 到 T1 所需时间
海拔/气压范围	P0→P1	kPa	条件	可用海拔(m)替代，自动转换
海拔变化时间	t_alt	min	条件	若涉及海拔变化则必填
电芯产气速率	G_cell	L/min	是	关键安全约束，不可遗漏
额定压差	P_rated	kPa	否	默认 7.0 kPa
安全系数	SF	-	否	默认 1.5

用户可能以自然语言描述，将定性描述转为定量参数：

• "快充升温" → 约 2~5 ℃/min
• "极限高温" → 55~60 ℃
• "高原运输" → 海拔 3000~4000m (气压 ~70→61 kPa)
• "标准集装箱" → 根据长宽高计算 V0

Step 2: 执行计算

调用计算脚本 scripts/breathing_calc.py：

bash

python scripts/breathing_calc.py '{"volume_L":20,...}'

JSON 参数格式（所有键为 string）：

json

{
  "volume_L": 20,
  "T0_C": 55,
  "T1_C": 20,
  "temp_time_min": 60,
  "P0_kPa": 101.325,
  "P1_kPa": 89.87,
  "alt_time_min": 60,
  "cell_gas_rate_L_per_min": 0.5,
  "rated_pressure_kPa": 7.0,
  "safety_margin": 1.5
}

若用户提供了海拔而非气压值，使用 Python 内置函数转换：

python

from scripts.breathing_calc import altitude_to_pressure
p0 = altitude_to_pressure(altitude0_m)
p1 = altitude_to_pressure(altitude1_m)

脚本输出包含：

• temperature_cooling / temperature_heating: 降温/升温透气量、压差等
• altitude_ascent / altitude_descent: 海拔上升/下降透气量
• valve_selection: 各压差点评估 + 推荐结论

Step 3: 解析结果并给出选型建议

从脚本输出的 valve_selection 中：

1. 推荐阀门：读取 recommendation 字段
2. 检查 eligibility：eligible=true 的候选点满足所有约束
3. 安全系数：safety_factor ≥ safety_margin 为合格

输出给用户的建议应包含：

• 需求透气量（L/min @额定压差）
• 推荐阀门工作压差与对应透气量
• 安全系数
• 不满足时的对策（多阀并联 / 增大规格 / 优化设计）

Step 4 (可选): 详细计算过程展示

当用户需要理解计算过程时，加载 references/formulas.md 获取完整公式推导， 并结合脚本输出的中间值（ΔV、Δp、压差变化率等）向用户解释。

计算原理速查 (v2 — 压差驱动模型)

温度变化和海拔变化统一为「压差驱动」模型：透气速率 ∝ 压差变化率。

核心参数 透气系数 K = V0 / P_ref (L/min per kPa/min)，表示每 1 kPa/min 压差变化率需要多少 L/min 的透气速率。

温度变化 (恒外压)

text

dT/dt = (T1 - T0) / t                            ← 温度变化率 (℃/min)
dP/dt = P_atm × dT/dt / T0(K)                    ← 密闭时压差变化率 (kPa/min)
K     = V0 / P_atm                               ← 透气系数 (L/min per kPa/min)
Φ     = K × dP/dt                                ← 实际透气速率 (L/min)
Φ_rated = K × P_rated                            ← 标化至额定压差
       = V0 / P_atm × P_rated

标化结果 Φ_rated 与温变速率无关，仅取决于 V0、当地大气压和额定压差。

海拔变化 (恒温)

text

dP_ext/dt = |P1 - P0| / t                        ← 外压变化率 (kPa/min)
K         = V0 / min(P0, P1)                     ← 透气系数, 取较低气压为参考
Φ_rated   = K × P_rated
          = V0 / P_ref × P_rated

P_ref 取 P0 和 P1 中较小值，保守估算最大透气需求。

选型约束

text

Φ_valve ≥ max(Φ_breathing, Φ_cell_gas)
安全系数 = Φ_valve / Φ_design ≥ 1.5

中间过程量说明

脚本输出新增以下中间字段便于验证：

字段	含义	温度	海拔
temp_change_rate_C_per_min	温度变化率 dT/dt	✅	—
pressure_change_rate_kPa_per_min	压差变化率	dP/dt (密闭)	|dP_ext/dt|
flow_coefficient_L_per_kPa	透气系数 K	V0/P_atm	V0/P_ref

资源文件

文件	用途
scripts/breathing_calc.py	核心计算脚本，包含所有计算函数和 CLI 入口
references/formulas.md	公式推导详解、海拔-气压对照表、安全约束说明
references/valve_data.md	阀门特性曲线数据、典型工况参数、决策流程图

常见场景示例

场景 1: 仅温度变化

用户: "Pack 箱 30L，温度从 55℃ 降到 20℃ 需要 30 分钟，电芯产气速率 1 L/min，选什么防爆阀？"

→ 调用脚本，P0=P1=101.325（无海拔变化），alt_time_min 设为任意值即可（结果取 max）。

场景 2: 温度 + 海拔

用户: "20L 电池包，快充时 30 分钟从 20℃ 升到 55℃，运输最高海拔 4000m，电芯产气 0.8 L/min"

→ 计算温度升温透气量 + 海拔上升透气量（~61.64 kPa），取最大值选型。

场景 3: 仅电芯产气约束

用户: "已知电芯产气速率 3 L/min，需要多阀并联还是单阀？"

→ 直接以 cell_gas_rate 为 demand，检查单阀是否满足；不满足则建议并联数量 = ceil(demand / 单阀最大流量)。