浅谈国内防爆电车未来趋势

浅谈国内防爆电车未来趋势

董淑兰

  浙江杭叉进出口有限公司 浙江杭州 310000

1.防爆车辆使用背景

防爆叉车是叉车的一种特殊型式，主要适用于爆炸性危险环境里作业，如石油、化工、制药、轻纺、军工、油漆、颜料、煤炭等工业部门以及港口、铁路、货场、仓库等含有爆炸性混合物的场所。

随着经济的快速发展、物流需求的增加、装运效率和安全意识的提高，防爆叉车的应用已越来越广。

2.防爆电车整机设计概况

2.1防爆车相应标准

防爆电动车专用的技术标准或设计规范尚未颁布，整车设计标准主要参照如下：

GB/T 3836.1—2021  爆炸性环境  第1部分：设备 通用要求

GB/T 3836.2  爆炸性环境  第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备

GB/T 3836.3  爆炸性环境  第3部分：由增安型“e”保护的设备

GB/T 3836.4  爆炸性环境  第4部分：由本质安全型“i”保护的设备

GB/T 3836.9  爆炸性环境  第9部分：由浇封型“m”保护的设备

GB/T 3836.15  爆炸性环境  第15部分：电气装置的设计、选型和安装

GB 4785  汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定

GB/T 5143  工业车辆 护顶架 技术要求和试验方法

GB/T 5182  叉车 货叉 技术要求和试验方法

GB/T 9286—2021  色漆和清漆 划格试验

GB/T 10827.1  工业车辆 安全要求和验证 第1部分：自行式工业车辆（除无人驾驶车辆、伸缩臂式叉车和载运车）

GB 12476.5  可燃性粉尘环境用电气设备 第5部分：外壳保护型“tD”

GB/T 3836.31 爆炸性环境 第31部分：由粉尘点燃外壳“t”保护的设备

2.2整车布局

防爆电叉的驱动原理如图1

图 1

以上可知防爆核心部件“三大套”为：防爆电池、防爆电控、防爆电机。在目前市场上防爆铅酸电池技术相对成熟，原理主要从：

1. 密封设计

根据GB/T 3836.2 ，采用隔爆外壳，防止电池内部气体外泄和外部气体或粉尘进入。

2. 压力释放装置

铅酸电池充电时，会有氢气溢出，会使电池内部气压过高，要求配置特殊排气栓，具有良好的排气功能，当电池内部压力过高时会自动打开释放气体，并具有可靠的隔爆性能，能够在GB 19854-2018 D.4.10的试验条件下，做到不传爆和损坏。

3. 电极设计

根据GB 19854-2018，D3.1.4的要求，电池制成双极柱，即两个正极柱和两个负极柱，并且每个极柱能单独承受规定的回路电流。

4. 电池箱设计

蓄电池箱的箱体和箱盖具有足够的机械强度。箱盖能承受冲击能量不小于75.0 J的冲击试验。

蓄电池箱的箱体和箱盖设置用专用工具才能打开的锁紧机构。

对于电控设计，目前市场上主要采用的是隔爆设计，从控制回路上来说，除了保证叉车的正常的逻辑控制要求，更重要的是整车发热元件的温度控制，在温度接近最高发热表面温度要求时，整车降功率工作或者是停车。

防爆电机一般采用隔爆、增安、浇封、n型、特殊型防爆型式。设备类别为：I类:煤矿井下用电气设备;II类:除煤矿外的其他爆炸性气体环境用电气设备。II类隔爆型"d"和本质安全型"i"电气设备又分为IIA、IIB、和IIC类。温度组别：T1~T6 可燃气体的引燃温度，电气设备的最高温度T1 T>450 ℃ 、 T2 450℃>T>300℃、 T3 300℃>T>200℃、 T4 200℃>T>135℃ 、T5 135℃>T>100℃ 、T6 100℃>T>85℃。

防爆电机的分类：

1. 按电机原理分

可分为防爆异步电机、防爆同步电机及防爆直流电机等。

2. 按使用场所分

可分为煤矿井下用防爆电机及工厂用防爆电机。

3. 按防爆原理分

可分为隔爆型电机、增安型电机、正压型电机、无火花型电机及粉尘防爆电机等。

3.防爆电车未来趋势

以下提出，对于未来防爆电叉的趋势，以及未来我们防爆叉车系列研究方向的一些建议：

第一、防爆锂电池车辆趋势会越来越明显。

锂电池优点不言而喻，但是它的缺点也很明显—相对铅酸电池来说，锂电池更加不稳定，易燃易爆，这也是防爆体系对锂电池要求格外严格，并且国内能做防爆锂电池的认证厂家只有一家的原因。但是行业在发展，我们在保证安全的前提下，总是希望能够实现更高效的作业，所以防爆锂电势在必行。以下是防爆锂电池我们考虑得一些方向：

防爆锂电池，将会在BMS控制上有更高安全要求，主要对每个单体以及各个独立模组的电流、电压、温度、绝缘进行更加精细的监控以及自调节补偿控制。

在充放电保护、短路保护、开路保护、均衡充电会提出二级保护，对放电电流和电量提出三级报警，且报警电流的设定相对整车功率和相配备的电缆规格要做更加严格匹配，并且这些保护和报警要做到可视化，即通过仪表或者其他警报灯来体现。

防爆外壳目前采用的是最为保守的隔爆防爆型式，BMS控制器和电池模组必须分开在不同隔爆箱，且箱内预留的的自由空间大于电池单体的10倍以上。按照目前的要求，现有的结构是电池箱和控制箱是完全独立的，后期如果可以，存在可优化的方向是一个电池箱可做一个箱体中间隔开的方式，但要符合GB/T 3836.2的接合面宽度和间隙以及精度的要求。

随着锂电池自我管理保护的技术提升，特别在温度控制、和磷酸铁锂电池的稳定性提高，未来有望能够实现增安、本安、浇封和隔爆等混合防爆型式，能够实现解决目前防爆锂电池体积大、安装困难、更换困难等弊端，并且可以实现整车更高等级的防爆，比如做到ⅡC气体防爆。

对防爆锂电池启动和断开，目前型式是利用旋转壁厚的变化接触控制微动开关来达到防爆锂电池的启动和断开。按照之后的要求，会再做一道保护，一般认为是手动的机械控制，这样在BMS失控时，能够做到更高的保护。

锂电池的通讯，目前市面上没有相关的混合防爆的接插件，所以目前的安装方式都是通讯线直接连接到防爆控制箱内，造成了更换困难的问题。我们可以在这方面做更多的探索，通讯防爆接插件可以参照防爆接头的结构型式，加上防尘要求，做到接插方便、准确对口、不易脱销、小而精的要求。

第二，未来防爆车在AGV领域也会大显身手。

防爆车辆的工作环境主要是气、粉的危险环境，在这样的背景下，如果能够实现自动驾驶，能够避免对人身安全和健康的损害。

目前防爆技术在光电、激光、磁导航、遥控、无线摄像头、蓝牙、触屏仪表等基本未有涉及，但是已经能够看到远程云智能管理、指纹解锁等逐渐在防爆领域出现身影，目前的瓶颈主要在于电磁等对于铸铁非常敏感，特别是密闭的空间会导致信号无法传输，但我们大多数隔爆箱为了通过过压试验（详见GB/T3836.2 15.2.3）采用相当壁厚的封闭铸铁隔爆箱，导致一些难度出现，但是可以看到我们防爆仪表箱采用钢化玻璃来达到可视化，未来可以探索钢化玻璃的材质和厚度对信号传输的影响，来达到我们想要的功能。自动化是工业车辆发展的重要趋势，防爆电叉车也不例外。未来，防爆电叉车将实现自动化控制、远程监控和故障诊断等功能，减少人工干预和操作难度。随着工业制造的多样化和个性化需求增加，防爆电叉车将更加定制化，能够满足不同行业和场景的需求。数字化是现代工业发展的重要趋势，防爆电叉车也将向数字化方向发展，实现数据采集、分析和优化等功能，提升管理和运营效率。

第三，在一些特殊的冷库、易腐环境，也在慢慢展示出对防爆车辆的需求。

在做整车车架、螺栓等外露件防腐防锈处理的基础上，对于电缆、防爆箱内部接插件以及正负极外露端口如控制器、接触器、电机信号线等，做到隔离、防腐等保护措施，这类产品在现有的冷库车基础上，更容易实现。

另外，在以上车型基础上，防爆车辆在发热元件的温度保护、绝缘等可视化，提高安全性和驾驶员整车的体验掌控感。包括仪表、行车记录仪、倒车雷达、称重、超载 报警等等各种配置更加丰富。针对目前防爆车维修繁杂，提出在结构件上的模块化等方面入手，提高整车的品质。