CN104129315A - 一种矿用井下防爆电动无轨胶轮车 - Google Patents
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Abstract
一种矿用井下防爆电动无轨胶轮车，其贮能装置为超级电容，超级电容由18个超级电容单元构成，每个超级电容单元由12个超级电容单体构成。通过电池均衡管理系统实时监控每个超级电容单体的充、放电情况，并将超级电容单体的温度、电压、电流控制在合理区间，实现每个超级电容单体的充、放电均衡。同时对整个超级电容用隔爆箱隔爆，隔爆箱置于车内后备箱处。本发明充电速度快，安全性能高，符合煤矿井下使用条件，与现有的井下电动车相比更加安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于煤矿井下用车技术领域，特别涉及一种矿用井下防爆电动无轨胶轮车。
背景技术
现有的煤矿井下用车，大部分是柴油防爆井下用车，其防爆的主要措施是水过滤，采用的技术方案是将发动机的排气口直接通过密封的管道通入密封的水箱，通过水箱中存放的水消除火星并降温，从而达到防爆目的。但是，燃油燃烧产生的尾气，以气泡的形式通过水箱过滤，并以烟雾的形式排入巷道。其缺点是只能消除火星，而燃烧产生的尾气含有很多有害气体，直接排入巷道，这些有害气体难以排除，对巷道的环境造成严重污染，影响矿井工人的工作环境。此外，用内燃机作为动力单元，需要使用复杂的机械传动，其效率较低，功耗较大，噪音污染也很大，特别是在封闭的巷道环境下，噪音不易散发。
由于柴油防爆井下用车存在以上缺点，因而出现了井下防爆电动车，其动力源为铅酸蓄电池或者是锂电池。铅酸蓄电池的不足之处在于它充电时间长、循环寿命短、放电能力小，因此采用铅酸蓄电池电机车必须专门配备充电装备；为了满足生产就必须将配备的机车数量翻倍或多配备电池组，从而使得投资增加。此外，频繁更换电池导致铅酸蓄电池电机车的运行维护成本高，极不经济；电池加酸补液和报废还会给环境带来严重的污染。因此使用铅酸蓄电池作为动力源的井下防爆电动车，难以得到广泛使用。而锂离子电池的比能量高，充电接受能力好，在手提式电气设备中已经得到了广泛的应用，但是锂电池的工作温度范围窄，且在使用过程中必须严格控制充、放电电压，电池组的总容量也需要加以限制，并且锂电池使用后可能释放可燃气体，存在安全隐患，安全性能不足限制了锂电池在井下的使用。
超级电容是近年来被深入研究和开发的一种新型高密度贮能装置。超级电容一般采用对称结构，即正负极采用相同的炭材料，电解液由铵盐和高电导率的有机溶液组成。此外，也有采用非对称结构的，正极为活性炭、负极为钛酸锂或者正极为锂离子嵌入化合物、负极为多孔炭材料与石墨混合物。超级电容的显著特点是电池的功率密度高，达1000W/kg～3000W/kg，充电时间短至0.3s～15min，循环使用寿命长达10万次以上，并且清洁环保、用电成本低，工作温度范围宽（-50℃～+70℃），性能稳定。虽然超级电容已经作为电动车储能装置初步得到应用，但是在作业环境复杂、防爆要求高的矿山井下的应用尚未得到有效开发。
发明内容
本发明提供一种适用于井下、安全环保、使用性能好的矿用井下防爆电动无轨胶轮车，进一步拓宽超级电容的应用领域，也使井下指挥车更加清洁、环保、安全、可靠。
本发明的目的可通过以下技术方案来实现：一种矿用井下防爆电动无轨胶轮车，其贮能装置为超级电容。超级电容由18个超级电容单元构成，每个超级电容单元由12个超级电容单体构成。超级电容单体均采用非对称结构，正极是钽，负极是活性炭，电解液是以丙烯碳酸酯为基础溶剂的有机电解液。
超级电容通过电池均衡管理系统实时监控每个超级电容单体的充、放电情况，并将超级电容单体的温度、电压、电流控制在合理区间，实现每个超级电容单体的充、放电均衡。
对整个超级电容采用隔爆箱隔爆，隔爆箱外壳为高强度铁板；隔爆箱内部分三层，一层放置超级电容，一层放置电池均衡管理系统，一层放置接线端子、进出线装置。
超级电容分别向主牵引电机、DC/DC电源模块供电，DC/DC电源模块再向助力转向电机、真空助力泵电机和本安电源供电，并提供外部接口。
作为一种优选方案，所述超级电容置于车内后备箱处的隔爆箱内，以有效利用空间。
本发明的有益效果是：采用超级电容作为贮能装置为车辆提供动力，具有充电速度快，功率密度大，使用寿命长，转换效率高，无记忆效应，免维护，工作温限宽，安全性能好等特点，无污染，绿色环保。
经过有效的防爆隔爆处理，本发明的安全性能高，符合煤矿井下使用条件，符合国家煤矿行业标准。与现有的井下电动车相比更加安全可靠。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中，1-超级电容，2-电池均衡管理系统，3-隔爆箱，4-主牵引电机，5-高压配电柜，6-助力转向电机，7-真空助力泵电机，8-DC/DC电源模块，9-整车控制器。
具体实施方式
选用SUV高级越野车为本体，使用原车的底盘系统、车身，增加后悬架弹簧刚度。
使用超级电容1作为贮能装置，超级电容1的额定容量为32 安时，额定电压为380伏，额定电流540安，由18个超级电容单元构成，每个超级电容单元由12个超级电容单体构成，每个超级电容单体均采用非对称结构，正极为钽，负极为活性炭，电解液为以丙烯碳酸酯为基础溶剂的有机电解液，其组分包括丙烯碳酸酯、链状碳酸酯、六氟磷酸锂（LiPF6）、成膜稳定剂和高温稳定剂。
通过电池均衡管理系统2对超级电容1进行管理，电池均衡管理系统2由主节点、子节点和总线网络组成。电池均衡管理系统2监控每个超级电容单体的工作电压、总电压、总电流，通过符合SAEJ1939协议的CAN总线与整车控制器9连接，自动均衡电压差，并通过仪表系统显示。高压电的通断由高压配电柜5完成。电池均衡管理系统2、高压配电柜5、仪表均由整车控制器9通过通信协议统一控制。
根据井下煤矿巷道坡度15度的要求，结合车辆自重以及载重情况，选用主牵引电机4为额定功率30kw的永磁同步电机，电机动力依次传递至变速器、传动轴、主减速器、后轮，驱动车辆行驶。
对超级电容1用隔爆箱3隔爆，隔爆箱3外壳为高强度铁板，隔爆箱3内部分为三个空腔，一个放置超级电容1，一个放置电池均衡管理系统2，一个是间接接线腔，放置接线端子、进出线装置。隔爆箱3的规格根据超级电容单体的体积、电器间隙和爬电距离确定。隔爆箱3需符合GB 3836-2010系列标准和《煤矿安全规程》的要求。
隔爆箱3置于车身后备箱处。考虑到车后备箱的体积有限，因此隔爆箱3内部超级电容单元的摆放为3层，每层横向3组、纵向2组，以利用车身的宽度，使电动车乘坐空间更大。
Claims (8)
1.一种矿用井下防爆电动无轨胶轮车，其特征在于：所述矿用井下防爆电动无轨胶轮车的贮能装置为超级电容。
2.根据权利要求1所述的一种矿用井下防爆电动无轨胶轮车，其特征在于：所述的超级电容由18个超级电容单元构成，每个超级电容单元由12个超级电容单体构成。
3.根据权利要求2所述的一种矿用井下防爆电动无轨胶轮车，其特征在于：所述的超级电容单体采用非对称结构，正极是钽，负极是活性炭，电解液是以丙烯碳酸酯为基础溶剂的有机电解液。
4.根据权利要求3所述的一种矿用井下防爆电动无轨胶轮车，其特征在于：所述超级电容通过电池均衡管理系统实时监控每个超级电容单体的充、放电情况，并将超级电容单体的温度、电压、电流控制在合理区间，实现每个超级电容单体的充、放电均衡。
5.根据权利要求1所述的一种矿用井下防爆电动无轨胶轮车，其特征在于：对所述超级电容用隔爆箱隔爆，所述隔爆箱外壳为高强度铁板；隔爆箱内部分三层，一层放置超级电容，一层放置电池均衡管理系统，一层放置接线端子、进出线装置。
6.根据权利要求1所述的一种矿用井下防爆电动无轨胶轮车，其特征在于：所述超级电容分别向主牵引电机、DC/DC电源模块供电。
7.根据权利要求6所述的一种矿用井下防爆电动无轨胶轮车，其特征在于：所述的DC/DC电源模块，向助力转向电机、真空助力泵电机和本安电源供电，并提供外部接口。
8.根据权利要求1所述的一种矿用井下防爆电动无轨胶轮车，其特征在于：所述的超级电容置于车内后备箱。
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