novice

Obstaja več tehnologij baterij in polnjenja, ki jih je treba upoštevati pri prehodu na elektromobilnost v podzemnem rudarstvu.

Baterijska rudarska vozila so idealna za podzemno rudarjenje.Ker ne oddajajo izpušnih plinov, zmanjšujejo potrebe po hlajenju in prezračevanju, zmanjšujejo emisije toplogrednih plinov (TGP) in stroške vzdrževanja ter izboljšujejo delovne pogoje.

Skoraj vsa podzemna rudarska oprema danes deluje na dizelski pogon in ustvarja izpušne pline.To povzroča potrebo po obsežnih prezračevalnih sistemih za ohranjanje varnosti delavcev.Poleg tega, ker današnji upravljavci rudnikov kopljejo do 4 km (13.123,4 ft.) za dostop do nahajališč rude, ti sistemi postajajo eksponentno večji.Zaradi tega so dražji za namestitev in delovanje ter so bolj energijsko lačni.

Hkrati se trg spreminja.Vlade postavljajo okoljske cilje in potrošniki so vedno bolj pripravljeni plačati premijo za končne izdelke, ki lahko pokažejo nižji ogljični odtis.To ustvarja več zanimanja za razogljičenje rudnikov.

Stroji za nakladanje, vleko in odlaganje (LHD) so odlična priložnost za to.Predstavljajo približno 80 % potreb po energiji za podzemno rudarjenje, ko premikajo ljudi in opremo skozi rudnik.

Prehod na vozila na baterije lahko razogljiči rudarjenje in poenostavi prezračevalne sisteme.

Za to so potrebne baterije z veliko močjo in dolgo življenjsko dobo – dolžnost, ki je presegala zmožnosti prejšnje tehnologije.Vendar pa so raziskave in razvoj v zadnjih nekaj letih ustvarile novo vrsto litij-ionskih (Li-ion) baterij s pravo stopnjo zmogljivosti, varnosti, dostopnosti in zanesljivosti.

Petletno pričakovanje

Ko operaterji kupujejo stroje LHD, zaradi težkih razmer pričakujejo največ 5 let življenjske dobe.Stroji morajo prevažati težke tovore 24 ur na dan v neenakomernih razmerah z vlago, prahom in kamenjem, mehanskimi udarci in vibracijami.

Ko gre za moč, operaterji potrebujejo baterijske sisteme, ki ustrezajo življenjski dobi stroja.Baterije morajo tudi vzdržati pogoste in globoke cikle polnjenja in praznjenja.Prav tako morajo imeti možnost hitrega polnjenja, da povečajo razpoložljivost vozila.To pomeni 4 ure dela naenkrat, kar ustreza vzorcu poldnevne izmene.

Zamenjava baterije v primerjavi s hitrim polnjenjem

Zamenjava baterije in hitro polnjenje sta se pojavili kot dve možnosti za dosego tega.Zamenjava baterij zahteva dva enaka kompleta baterij – enega za napajanje vozila in enega za polnjenje.Po 4-urni izmeni se izrabljena baterija zamenja s sveže napolnjeno.

Prednost je, da to ne potrebuje polnjenja z visoko močjo in ga običajno lahko podpira obstoječa električna infrastruktura rudnika.Vendar pa preklop zahteva dviganje in rokovanje, kar ustvarja dodatno nalogo.

Drugi pristop je uporaba ene baterije, ki se lahko hitro polni v približno 10 minutah med premori, odmori in menjavami.To odpravlja potrebo po zamenjavi baterij in poenostavi življenje.

Vendar pa je hitro polnjenje odvisno od omrežne povezave z visoko močjo in upravljavci rudnikov bodo morda morali nadgraditi svojo električno infrastrukturo ali namestiti obmejno shranjevanje energije, zlasti za večje flote, ki se morajo polniti hkrati.

Li-ion kemija za zamenjavo baterije

Izbira med zamenjavo in hitrim polnjenjem pove, katero vrsto kemije baterije uporabiti.

Li-ion je krovni izraz, ki pokriva širok spekter elektrokemij.Te je mogoče uporabiti posamezno ali kombinirati za zagotavljanje zahtevane življenjske dobe cikla, koledarske življenjske dobe, gostote energije, hitrega polnjenja in varnosti.

Večina litij-ionskih baterij je izdelana z grafitom kot negativno elektrodo in ima različne materiale kot pozitivne elektrode, kot so litijev nikelj-mangan-kobaltov oksid (NMC), litijev nikelj-kobaltov aluminijev oksid (NCA) in litijev železov fosfat (LFP). ).

Od tega oba NMC in LFP zagotavljata dobro energijsko vsebnost z zadostno zmogljivostjo polnjenja.Zaradi tega je eden od teh idealen za zamenjavo baterije.

Nova kemija za hitro polnjenje

Za hitro polnjenje se je pojavila privlačna alternativa.To je litijev titanat oksid (LTO), ki ima pozitivno elektrodo iz NMC.Namesto grafita je njegova negativna elektroda zasnovana na LTO.

To daje baterijam LTO drugačen profil delovanja.Lahko sprejmejo polnjenje z zelo visoko močjo, tako da je čas polnjenja lahko le 10 minut.Prav tako lahko podpirajo tri do petkrat več ciklov polnjenja in praznjenja kot druge vrste litij-ionske kemije.To pomeni daljšo življenjsko dobo koledarja.

Poleg tega ima LTO izjemno visoko inherentno varnost, saj lahko prenese električne zlorabe, kot so globoka razelektritev ali kratki stiki, pa tudi mehanske poškodbe.

Upravljanje baterije

Drug pomemben dejavnik oblikovanja za proizvajalce originalne opreme je elektronsko spremljanje in nadzor.Vozilo morajo integrirati s sistemom za upravljanje baterije (BMS), ki upravlja zmogljivost, hkrati pa ščiti varnost v celotnem sistemu.

Dober BMS bo nadzoroval tudi polnjenje in praznjenje posameznih celic za vzdrževanje konstantne temperature.To zagotavlja dosledno delovanje in podaljša življenjsko dobo baterije.Prav tako bo zagotovil povratne informacije o stanju napolnjenosti (SOC) in zdravstvenem stanju (SOH).To so pomembni kazalniki življenjske dobe baterije, pri čemer SOC kaže, koliko časa lahko upravljavec vozi vozilo med izmeno, SOH pa je indikator preostale koledarske življenjske dobe.

Zmožnost Plug-and-Play

Ko gre za določanje baterijskih sistemov za vozila, je zelo smiselno uporabljati module.To primerjamo z alternativnim pristopom, ko proizvajalce baterij zahtevamo, da razvijejo prilagojene sisteme akumulatorjev za vsako vozilo.

Velika prednost modularnega pristopa je, da lahko proizvajalci originalne opreme razvijejo osnovno platformo za več vozil.Nato lahko zaporedno dodajo baterijske module, da zgradijo nize, ki zagotavljajo zahtevano napetost za vsak model.To ureja izhodno moč.Nato lahko te strune vzporedno združijo, da zgradijo zahtevano zmogljivost za shranjevanje energije in zagotovijo zahtevano trajanje.

Velike obremenitve pri podzemnem rudarjenju pomenijo, da morajo vozila zagotavljati visoko moč.To zahteva baterijske sisteme, ocenjene na 650-850V.Medtem ko bi dvig na višje napetosti zagotovil višjo moč, bi to vodilo tudi do višjih stroškov sistema, zato se domneva, da bodo sistemi v bližnji prihodnosti ostali pod 1000 V.

Da bi dosegli 4 ure neprekinjenega delovanja, oblikovalci običajno iščejo zmogljivost za shranjevanje energije 200-250 kWh, čeprav bodo nekateri potrebovali 300 kWh ali več.

Ta modularni pristop pomaga proizvajalcem originalne opreme nadzorovati razvojne stroške in skrajšati čas do trženja z zmanjšanjem potrebe po tipskem testiranju.Upoštevajoč to, je Saft razvil baterijsko rešitev plug-and-play, ki je na voljo v elektrokemiji NMC in LTO.

Praktična primerjava

Da bi dobili občutek za primerjavo modulov, je vredno pogledati dva alternativna scenarija za tipično vozilo z LHD, ki temeljita na zamenjavi baterije in hitrem polnjenju.V obeh scenarijih vozilo tehta 45 ton neobremenjenega in 60 ton polno obremenjenega z nosilnostjo 6-8 m3 (7,8-10,5 yd3).Da bi omogočil primerjavo podobno za podobno, je Saft vizualiziral baterije podobne teže (3,5 tone) in prostornine (4 m3 [5,2 yd3]).

V scenariju zamenjave baterije bi lahko baterija temeljila na kemiji NMC ali LFP in bi podpirala 6-urni premik LHD glede na velikost in težo.Dve bateriji, ocenjeni na 650 V s kapaciteto 400 Ah, bi ob zamenjavi iz vozila potrebovali 3-urno polnjenje.Vsak bi trajal 2500 ciklov v skupni koledarski življenjski dobi 3-5 let.

Za hitro polnjenje bi bila ena vgrajena baterija LTO enakih dimenzij ocenjena na 800 V z zmogljivostjo 250 Ah, kar zagotavlja 3 ure delovanja s 15-minutnim ultra hitrim polnjenjem.Ker lahko kemija prenese veliko več ciklov, bi zagotovila 20.000 ciklov s pričakovano koledarsko življenjsko dobo 5-7 let.

V resničnem svetu bi lahko oblikovalec vozil uporabil ta pristop, da bi izpolnil želje stranke.Na primer, podaljšanje trajanja izmene s povečanjem zmogljivosti za shranjevanje energije.

Prilagodljiv dizajn

Navsezadnje bodo upravljavci rudnikov tisti, ki se odločijo, ali jim je ljubše zamenjati baterije ali hitro polnjenje.Njihova izbira se lahko razlikuje glede na električno moč in prostor, ki je na voljo na vsakem od njihovih mest.

Zato je za proizvajalce LHD pomembno, da jim omogočijo prilagodljivost pri izbiri.