0 引言

当前煤矿井下的无轨运输大多数为防爆柴油机车辆，存在严重的尾气污染和噪声污染等现象，严重危害井下工作人员的身体健康，而使用蓄电池车辆可以做到零排放、低噪声，能够解决柴油机车辆的尾气污染和噪声污染问题[1]。

防爆蓄电池主要分为铅酸电池和锂电池两种，由于锂电池体积小、比能量高和安全性好等优点，已成为煤矿能源开发的新趋势，也是煤矿无轨辅助运输的一个重要研究方向。

1 防爆锂离子蓄电池车辆应用现状

当前国内外无轨运输胶轮车主要有防爆柴油机车、防爆特殊型铅酸电池机车以及防爆锂离子蓄电池胶轮车三种方式，其中现阶段以锂电池作为动力源，大多数应用到井下防爆轻型运人车、客货车及运料车等。

目前国外着重生产采用锂电池为动力电源的防爆轻型人车，其中加拿大公司生产的轻型客货车，主要以钢管架结构，整机质量约2 t，满载质量约为4 t，采用40 kWh磷酸铁锂电池组供电，续航里程满载可达到80 km。大部分生产出的矿用电力机车使用的隔爆型锂电池电源箱自重达250 kg，能量密度达到51 W·h/kg。由于成倍提高了电池组比能量，使得车辆设计更加轻便，行驶距离也更长。国内生产的WLR-19A型S7防爆锂电池载人车主要采用100 A·h锂电池和交流变频驱动技术，已应用到神东公司大柳塔煤矿；石家庄煤机制造厂先后生产WLR-18、WLR-11型人车以及WLR-5型料车等，其中WLR-18人车已应用在王家岭煤矿。

2 防爆锂离子蓄电池整车设计原理

煤矿井下车辆运输路况复杂，既有干硬路面，也有淋水的泥泞土路，为了保证防爆锂离子蓄电池车辆具有一定的适应性，车辆设计必须满足单次作业循环的要求，即车辆必须有足够的牵引力和能量储备。防爆锂离子蓄电池车辆的设计原理如图1所示。由图1可知，防爆锂电池车辆的设计原理主要是由蓄电池技术，牵引电动机技术和整车轻量化技术3部分组成，把握住了这3部分，将它们完美地结合起来，就能设计更为合理的防爆锂离子蓄电池整车。

  

图1 防爆锂电池车辆设计原理图

3 关键技术研究

3.1 蓄电池技术

3.1.1 电池管理技术

蓄电池技术主要由电池管理技术和电源装置技术构成，其中锂电池管理技术现阶段已结合集中式和分布式的优点，开发出新型电池管理系统，设计了人性化人机界面，提高了锂电池使用寿命和车辆运行时的安全可靠性。电源装置技术中，目前已经取得国家安全标志证书并可以在井下使用的电池只有电力机车用矿用隔爆型电源箱和特殊性铅酸电池电源装置；矿用锂电池电源装置存在接线多、可燃性气体排放检测等问题，现正在进行国家安全检测验证[2]。

1）努力提升高职英语教师的专业水平。现阶段的高职英语教师普遍存在教学观念老套等问题，在社会发展速度快、社会元素较多的今天，传统方式已经不能适应学生的发展需要，虽然很多教师有着过硬的专业能力，但是在教育水平与教育方式方法的选择上确是捉襟见肘，从而不利于课程的有利开展，更不能进行分层施教、因材施教等等，使得实际授课效果不尽人意。因此如果要提高学生的自主学习能力教师应起到相应的指导作用，采用合适方式方法，在尊重学生主体地位的同时，帮助高职学生在英语路上越走越远。

为能实时监控蓄电池工作状态，通常整车安装人机界面，便于实时观察电池工作信息，主要包括电池电压、温度、剩余电量、剩余里程等。

依据《矿用隔爆(兼本安)锂离子蓄电池电源安全技术要求》的规定，矿用锂电池在充电、工作时需要对其温度、充放电状态、过流以及短路等采取保护措施，如表1所示。

  

图2 管理系统拓扑图

在闽西北地区洋桔梗常见虫害有斑潜蝇、蚜虫、蓟马、青虫。斑潜蝇发生期可用20%斑潜净微乳剂1000倍液喷洒。蚜虫可用30%蚜虱净1000～1500倍液进行喷洒。蓟马和青虫，以预防为主，施药时注意叶背面喷药。蓟马一般中后期比较多，特别是花期，可用10%可湿性粉剂吡虫啉、阿维啶虫脒乳油(啶虫脒3%+阿维菌素1%复配混剂)1500倍液等防治。青虫整个生长周期都要防治，可用可湿性粉剂甲维虫螨腈(含9.5%虫螨腈、0.5%甲氨基阿维菌素苯甲酸盐)防治[6]。

 

表1 矿用锂电池的各种保护要求表

  

保护项目要求低温保护每块电池内部放置加热膜,电池低于0摄氏度系统报警,此时需要先对电池进行加热,再进行大电流充放电过温保护电池在工作状态时的温度高于60℃时,应当断开与用电设备的连接,当温度降到55℃以下时恢复工作过充保护单体电池电压超过截止电压(3.5V)的103%时,系统会及时作出报警并自动降低充电电流,保证每一块电池不会发生过充现象过放保护单体电池电压低于放电截止电压(2.8V)的97%～100%时,系统报警,通过继电器控制断开放电回路电源进入保护停止输出状态输出短路保护为保护用电设备安全,防爆电源设备输出端应具有短路保护功能,当发生短路现象时,在10s内报警,并在50ms内断开与用电设备的连接放电过流保护电源放电状态下输出电流大于过流保护值得103%时,电源进入放电过流保护状态,同时系统在10s内作出报警,并在100ms内断开与用电设备的连接

目前锂电池管理系统结合了集中式管理和分布式管理的优点，将若干个单体电池组成一个电池箱，电池箱内采用集中式管理，然后每个电池箱通过分布式组合在一起，可降低管理系统制作成本和MCU中心处理单元负担过重等问题，如图2所示。

国内目前多数防爆锂电池车辆采用方形电源箱，比如DXJL32000/320C型矿用隔爆型电池电源箱，如图3(a)所示，采用6 mm钢板焊接，外部加筋条提高了承压防爆能力，外壳质量约360 kg，内部可承受1.5 MPa静压，质量比能量约为45.8 Wh/kg。图3(b)为三腔结构的新型圆筒薄壁防爆锂电池电源箱，采用304不锈钢板，可保证在内部承压、耐爆的前提下大幅度减小电源箱质量，内部均匀加载1.5 MPa压力，以法兰固定(不使用加强筋加固)，壳体水压实验最高压力达到2.6 MPa，外壳质量约为100 kg，采用60 Ah软包电池78块串联，满载约230 kg，质量比能量达到61 Wh/kg。

3.1.2 电源装置技术

  

(a) DXJL32000/320C型矿用隔爆型电池电源箱图

  

(b) 圆筒薄壁防爆锂电池电源箱图

 

图3 防爆锂电池电源箱图

3.2 牵引电动机技术

卢梭曾说：“读书不要贪多，而是要多加思索，这样的读书才能使我们获益。”读书，首先要选适合自己的读，所选的书要符合自己的喜好和秉性，这样才能将书中所述明得更清、悟得更彻。书的种类是非常多的，但是每一类给每个人、每个行业所带来的变化又是不一样的，正如培根所说“读史使人明智，读诗使人灵秀”的道理是一样的。

电动车辆常用的是直流牵引电动机，存在效率低、体积大以及碳刷常维护等问题，目前可选用变频交流电动机、开关磁阻电动机以及永磁无刷直流电动机等，其中永磁无刷直流电动机输出电流波为方波，不仅控制相对简单，而且具有体积小、质量小、宽供电电压、免维护等特点，最高效率可达 95%以上，现阶段为电池供电车辆的首选方案。该永磁无刷直流电动机配合调速系统还可弱磁30%，既满足了车辆对大牵引力和高转速的要求，又能有效地降低电动机及控制器的电流大小，减少了发热量[4]。

3.3 整车轻量化技术

防爆锂离子蓄电池车辆设计中需要优化蓄电池容量、整车质量和行驶里程的关系。假设车辆滚动阻力系统为0.02， 电池效率为0.9，传动综合效率为0.77，蓄电池容量和整车质量在电动机额定转速下，其两者关系如图4所示。

牵引电动机技术一般由变频技术、电动机及控制器技术组成。其中变频技术是通过转矩矢量变频牵引控制、大电流功率器件驱动和隔爆外壳散热等技术，将各种工作条件下车载变频器运行温度控制在工作范围内[3]。

概率论作为大部分高等院校理工科、经济类专业本科期间唯一一门研究随机现象的课程，其思维方式独特，发展历史悠久，与科技前沿结合紧密，存在大量文献可以作为教学的辅助材料。笔者在概率论教学中尝试引入了文献阅读的方法，通过精心设计各个环节，取得了较好的教学效果。

  

图4 蓄电池容量与整车质量的关系图

由图4可知，整车质量和蓄电池容量在速度、路面状态参数一定时为线性关系，如果车辆采取类似柴油机车车架、壳箱笨重部件，车重大概6～7 t，相应就要65 kW·h的供电，需要5组锂电池电源箱，自动时达1.3 t，则整车布置空间很难满足要求。 如果使用新型材料或者钣金框架令整车轻量化后，电池组可以降到4组，空间也可以减小1/5，电池质量降低约250 kg，整车质量可降低约4～4.5 t。但电池能量密度在短期内无法进一步提升，目前应尽可能地降低车重来提高车辆里程，故整车轻量化设计已成为车辆整车设计的关键技术，这样采用轻型结构或新材料会对整车设计具有重要意义。

4 结论

煤矿防爆锂离子蓄电池具有节能、环保等特点，在井下无轨运输辅助领域已经得到广泛应用。为进一步提高对整车的安全、续航能力及工作效率，根据井下防爆蓄电池车辆的使用要求，参照当前电动车国家标准，对锂电池车的蓄电池、变频牵引及整车轻量化等关键技术进行了分析，对目前防爆锂离子蓄电池车辆整车的设计有指导性作用[5]。

绿色的草地、黑色的路面、红白相间的路肩，以及飞驰而过的保时捷911 GT2 RS，自然和科技在这里融合得如何和谐，

参考文献：

[1] 侯畅权．浅析煤矿井下辅助运输的现状及未来发展方向[J]．煤炭科学技术，2008(9)：227-228.

[2] 郭晓娥，赵金录．长方体隔爆壳体的设计[J]．煤矿机电，2002(3)：7-9.

[3] 祝龙记,张旭立．防爆变频器在煤矿应用中的关键技术[J]．工矿自动化，2012(2)：19-22.

[4] 郭健．变频技术的应用与发展[J]．科技视界，2012(32)：92-97.

[5] 黄开胜，孟凡博．煤矿井下防爆纯电动车关键技术研究[J]．煤炭科学技术，2014(4)：61-65.

作者简介：郭学平(1968—)，男，助理工程师。2012年毕业于太原科技大学，计算机科学与技术毕业，学士。主要研究方向为煤矿机械研究。