煤矿电动车辆防爆型智能充电器系统设计

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2026.S1.0009

中国安全科学学报 ›› 2026, Vol. 36 ›› Issue (S1): 55-60.doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2026.S1.0009

煤矿电动车辆防爆型智能充电器系统设计

高文才¹(), 孙德宇¹, 刘建宇¹, 张全柱²^,^**()

¹ 国能神东煤炭集团有限责任公司, 内蒙古鄂尔多斯 017209
² 应急管理大学信息与控制技术研究所, 河北廊坊 065201

收稿日期:2026-02-12 修回日期:2026-04-13 出版日期:2026-06-30
通信作者:
** 张全柱(1965—),男,内蒙古察右中旗人,博士,教授,主要从事电力电子技术、煤矿电气装备技术等方面的研究。E-mail: 1033803275@qq.com。
作者简介:
高文才 (1985—),男,内蒙古巴彦淖尔人,本科,高级工程师,主要从事煤矿机电技术及煤矿安全生产管理方面的工作。E-mail:309494543@qq.com。
孙德宇工程师
刘建宇工程师
基金资助:
国能神东煤炭集团科技项目(HT2022-32); 华北科技学院A类人才基金资助(3142023022)

Design of an explosion-proof intelligent charger system for coal mine electric vehicles

Gao Wencai¹(), Sun Deyu¹, Liu Jianyu¹, Zhang Quanzhu²^,^**()

¹ Shendong Coal, CHN Energy Group Co., Ltd., Ordos Inner Mongolia 017209, China
² Institute ofInformation and Control Technology, University of Emergency Management, Langfang Hebei 065201, China

Received:2026-02-12 Revised:2026-04-13 Published:2026-06-30

摘要/Abstract

摘要：

为满足井下防爆场景下锂离子动力电池安全高效充电需求,设计防爆型智能充电器系统。主电路采用高频碳化硅(SiC)的单相H桥逆变器、超微晶铁芯高频变压器及快速整流桥,构建交-直-交1-交2-直(AC-DC-AC₁-AC₂-DC)多级隔离变换拓扑;以数字信号处理器(DSP) TMS320F28335为控制核心,采用恒流-恒压(CC-CV)双闭环比例-积分(PI)控制算法,实现多输入电压制式自适应、宽范围直流输出及多规格电池组自动适配。结果表明:该系统实现了CC至CV充电的平滑无冲击过渡,整体电能转换效率达94%以上,输出电压调节误差小于±0.5%,输出纹波系数低于1%,保护功能可靠,各项性能指标满足煤矿井下应用的要求。

关键词: 煤矿电动车辆, 防爆型智能充电器, 恒流-恒压(CC-CV), 双闭环控制, 高频变压器

Abstract:

In order to meet the requirements for safe and efficient charging of lithium-ion power batteries in explosion-proof underground environments, an explosion-proof intelligent charger system was designed. The main circuit employed a high-frequency silicon carbide (SiC) single-phase H-bridge inverter, an ultrafine crystalline iron core high-frequency transformer, and a fast rectifier bridge to form a multi-stage isolated alternating current-direct current-alternating current 1-alternating current 2-direct current (AC-DC-AC₁-AC₂-DC) converter topology. Centered on the TMS320F28335 digital signal processor (DSP), the system adopted a CC-CV double closed-loop proportional-integral (PI) control algorithm for adaptive operation across multiple input voltage modes, wide-range DC output, and automatic compatibility with various battery pack specifications. The results show that the system achieved a smooth, non-impact transition from CC to CV charging, with overall energy conversion efficiency exceeding 94%, output voltage regulation error less than ±0.5%, and output ripple coefficient below 1%, implementing reliable protection functions. All performance indicators meet the requirements for underground coal mine applications.

Key words: coal mine electric vehicle, explosion-proof intelligent charger, constant current-constant voltage (CC-CV), double closed-loop control, high-frequency transformer

中图分类号:

X946

高文才, 孙德宇, 刘建宇, 张全柱. 煤矿电动车辆防爆型智能充电器系统设计[J]. 中国安全科学学报, 2026, 36(S1): 55-60.

Gao Wencai, Sun Deyu, Liu Jianyu, Zhang Quanzhu. Design of an explosion-proof intelligent charger system for coal mine electric vehicles[J]. China Safety Science Journal, 2026, 36(S1): 55-60.

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参考文献 11

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