防爆蓄电池无轨胶轮车的研究与应用
侯 伟1，2
（1.山西天地煤机装备有限公司， 山西 太原 030006；
2.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司， 山西 太原 030006）
摘 要：以无轨胶轮车为研究对象，根据井下运输要求进行防爆锂离子蓄电池驱动系统设计，明确防爆驱动电机及
动力电池组型号，制定驱动系统控制策略，利用样机进行试验，验证驱动系统的可靠性。将所设计的防爆蓄电池无轨
胶轮车应用于某煤矿企业当中，对实际运行经济性进行分析。
关键词：无轨胶轮车；防爆；锂离子蓄电池；驱动系统；经济性
中图分类号：TD525
文献标识码：A
0 引言
无轨胶轮车是矿业中常见的运输设备，该种类型
车辆常以柴油为动力，但柴油机在输出动力时会产生
大量尾气，对井下空气环境产生影响，并且柴油胶轮
车所需要大量的燃油费用，并不利于矿产企业的经营
发展。因此，电动无轨胶轮车也成为矿产行业发展的
一大重要方向[1]。目前，矿用无轨胶轮电车以单驱动电
机较为常见，为了保证动力，单电机功率设计较大，影
响到车辆的行驶里程，不利于矿产效率的提升。基于
此，本文提出一种基于双防爆驱动电机的防爆蓄电池
无轨胶轮车，以期解决当前矿产企业所面临的困境。
1 驱动系统结构分析
在双电机防爆蓄电池无轨胶轮车设计当中，电机
驱动系统的结构对整个车辆的运行效率有着明显的
影响。双电机驱动系统结构主要分为三种布置方式。
1）双电机单独连接传动系，该种结构中一个单机
搭载多档变速器，另一台为定速传动，通过耦合器与
传动系连接，此种情况下利用单电机能够较好地适应
低速、中速行驶工况，在速度较快时单一电机的功率
便不能满足车辆的额定驱动需求，此时便需要另一台
电机通过耦合器介入，从而导致在高转速区会耗费大
量电能，影响到车辆的使用里程；
2）双电机同轴输出传动系，即2个电机分别布置
在传动轴两侧，进行动力供应。该种驱动系统结构下
安装尺寸小，结构紧凑，但运行过程中电机为固定传
动比，无法兼顾车辆的高、中、低速的运行需求，不利
于车辆使用经济性的提升；
3）双电机加耦合器进行布置。此种驱动模式能够
实现双电机分别独立运转和双电机经过耦合器进行
驱动，能够适应各种运行要求，但安装尺寸较大，并不
适用于井下无轨胶轮车的使用要求[2]。因此本次以双
电机加耦合器驱动系统结构为基础进行改进，将防爆
电机与前后动力输出轴进行独立连接，2电机通过控
文章编号：2095-0748（2025）06-0122-02
制器进行控制，该种驱动系统下能够实现后置防爆电
机独立工作和前后防爆电机经过耦合器驱动2种模
式，进而满足车辆的行驶需求，并且2种模式下均能
够有效降低车辆的能耗，提高传动效率。
2 驱动系统设计
2.1 驱动系统硬件选型
某煤矿原用无轨胶轮车满载重量为6500kg，最
高车速能够达到40km/h，最大爬坡能力为14°，在
实际使用过程中能耗较高，常常会出现在巷道中停
车的情况，影响到井下运输。针对此种情况，本次设计
无轨胶轮车需要满足在25km/h等速情况下行驶里
程需要达到100km以上，单公里的能耗需要小于
0.75 kW·h，通过参数计算本次选用额定功率为25kW，
最大扭矩为200N·m的电机。在电池选型过程中，根
据车辆行驶需求，本次选用90Ah的磷酸锂铁电池，
单体电池箱电源能量为18.432kW·h，共计设置3个。
在车辆以25km/h速度行驶下，根据电机功率计算所
需要能量为53.789kW·h，小于车辆所设计电池箱的
总能量，并且电池单组容量小于100Ah，单体电箱输
出电压为204.8V，满足井下防爆电池使用需求，同时
也符合车辆运行要求。
2.2 驱动系统控制策略
2.2.1 需求转矩模块
整个车辆行驶控制需要符合驾驶员对塔板的控
制，具体塔板开度与转矩负荷的关系如图1所示。
600
转矩/（N·m）
400
200
电池SOC≥20%
电池SOC＜20%时
0
0
10
20
30
40
50
60
塔板开度/%
70
80
图1 塔板开度与转矩对应情况
90
100
如图1所示，本次控制策略中，在0%塔板开度
时，电机输出10N·m转矩，车辆处于怠速情况；在
100%塔板开度时，电机均输出400N·m转矩，并不区
分电池SOC能量，此种控制策略下能够保证车辆在
低电量时依旧能够爬坡。在其余时段，电池SOC能
量≥20%时，同样塔板开度的情况下，电机输出扭矩
要大于电池SOC能量＜20%时，这主要是为了保障车
辆在行驶过程中能够有电返回充电位置，因此在电池
SOC能量小于20%时，车辆处于经济模式运行。
2.2.2 模式识别模块
模式识别模块主要根据车辆车速和需求转矩大
小来选择经济节能的驱动模式，具体设计如图2所示。
160
140
120
转矩/（N·m）
100
80
60
40
20
0
双电机耦合驱动
0
后置单电机驱动
1 500
后置电机转速/（r/min）
3 500
图2 不同转速下驱动模式选择策略图
5 700
如图2所示，在本次设计中，转速n在0~1500r/min，
且转矩小于0.0155n+45 N·m时，驱动模式为后置
电机独立驱动，反之则为双电机耦合驱动；转速在
1 500~3 500 r/min，且转矩小于 68.5 N·m时，驱动模
式为后置电机独立驱动，反之则为双电机耦合驱动；转
速在3500~5700r/min，且转矩小于238750N·m时，
驱动模式为后置电机独立驱动，反之则为双电机耦合
驱动；转速在5700r/min以上时双电机耦合驱动。
3 防爆蓄电池无轨胶轮车应用分析
根据上述设计完成实验样车制作，为了保证在井
下能够正常、安全使用，首先对车辆各方面性能进行
测验，测验结果显示，车辆符合井下防爆要求，并且整
车最高时速能够达到40km/h，并且能够在14°的坡
上顺利起步，符合某煤矿井下环境要求。为了验证车
辆使用经济性，将试验车辆运送到煤矿井下进行测
验，车辆由满电跑至没电，整体行驶里程为107km，
满足行驶大于100km需求。在此过程中对蓄电池瞬
时电耗进行监测，结果如图3所示。
由图3可知，随着塔板开度的增大，整车损失电耗
瞬时电耗/kW·h
1.5
1.0
0.5
0.0
0
10
20
30
40
50
60
塔板开度/%
70
图3 塔板开度和瞬时电耗
80
90
100
呈上升趋势，并且综合计算整车塔板开度，全车电能
消耗平均值为0.67kW·h，在塔板开度为60%时，在坡
度小于3°的路面上行驶车辆速度能够达到25km/h，
此时电能消耗量为0.711kW·h，小于0.75kW·h，符
合设计要求，由此可见此车辆能耗较低，具有良好的
经济节能性。
在试验完成后，某煤矿将32辆柴油胶轮车全部
更换为本次所设计的防爆蓄电池无轨胶轮车，经过半
年使用，除日常磨损外，并未出现故障，具有良好的使
用安全性。经过对32辆车辆进行核算，平均百公里电
能消耗54.6kW·h，根据近半年统计每台车每天需要
行驶约62km，全年行驶22630km，原柴油胶轮车每
百公里消耗柴油9.2L，当地柴油价格约7.6元，煤矿
所用电能费用为0.59元/kW·h，经过核算更换防爆蓄
电池无轨胶轮车单台无轨胶轮车百公里可降低燃油
费用为37.7元。因此，全年能够为煤矿降低燃油成本
27.3 万元。
4 结语
1）对电动胶轮车常见驱动系统结构进行分析，明
确不同结构的优缺点，根据某煤矿需求改进双电机加
耦合器驱动结构，增加控制器，去除机械耦合器，提高
车辆经济性。
2）对本文所设计的防爆蓄电池无轨胶轮车进行
试验分析，并应用于某煤矿。试验结果显示车辆符合
煤矿生产使用需求，并且瞬时电耗均值为0.67kW·h，
25 km/h 速度下电能消耗量为0.711kW·h，满足设计
节能性要求。在实际使用过程中，全年能够为某煤矿
降低27.3万元燃油成本。
参考文献
[1] 刘晓涛.无轨胶轮车在煤矿辅助运输中的应用[J].内蒙古煤炭经
济，2024（16）：115- 117.
[2] 田震.WLR-19A型矿用防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车设计分析
[J].机械管理开发，2024，39（1）：119-121.
（编辑：王钢）
