Vijesti

Postoji nekoliko tehnologija baterija i punjenja koje treba uzeti u obzir pri prelasku na elektromobilnost u podzemnom rudarstvu.

Rudarska vozila na baterije su idealna za podzemno rudarenje.Budući da ne emituju izduvne gasove, smanjuju zahtjeve za hlađenjem i ventilacijom, smanjuju emisije stakleničkih plinova (GHG) i troškove održavanja, te poboljšavaju radne uvjete.

Gotovo sva podzemna rudarska oprema danas radi na dizel motor i stvara izduvne gasove.Ovo pokreće potrebu za opsežnim sistemima ventilacije kako bi se održala sigurnost radnika.Štaviše, kako današnji rudnici kopaju čak 4 km (13.123,4 ft.) kako bi pristupili nalazištima rude, ovi sistemi postaju eksponencijalno veći.To ih čini skupljima za instalaciju i rad i energetski gladnijima.

Istovremeno, tržište se mijenja.Vlade postavljaju ekološke ciljeve i potrošači su sve spremniji da plate premiju za krajnje proizvode koji mogu pokazati manji ugljični otisak.To stvara veći interes za dekarbonizaciju rudnika.

Mašine za utovar, izvlačenje i istovar (LHD) odlična su prilika za to.Oni predstavljaju oko 80% energetske potražnje za podzemno rudarstvo dok premeštaju ljude i opremu kroz rudnik.

Prelazak na vozila na baterije može dekarbonizirati rudarstvo i pojednostaviti ventilacijske sisteme.

Za to su potrebne baterije velike snage i dugog trajanja – dužnost koja je bila izvan mogućnosti prethodne tehnologije.Međutim, istraživanje i razvoj u posljednjih nekoliko godina stvorilo je novu vrstu litijum-jonskih (Li-ion) baterija sa odgovarajućim nivoom performansi, sigurnosti, pristupačnosti i pouzdanosti.

Petogodišnje očekivanje

Kada operateri kupuju LHD mašine, očekuju život od najviše 5 godina zbog teških uslova.Mašine treba da transportuju teške terete 24 sata dnevno u neujednačenim uslovima sa vlagom, prašinom i kamenjem, mehaničkim udarima i vibracijama.

Kada je u pitanju snaga, operaterima su potrebni sistemi baterija koji odgovaraju vijeku trajanja mašine.Baterije takođe moraju da izdrže česte i duboke cikluse punjenja i pražnjenja.Oni također moraju imati mogućnost brzog punjenja kako bi se povećala dostupnost vozila.To znači 4 sata rada u isto vrijeme, što odgovara obrascu poludnevne smjene.

Zamjena baterija naspram brzog punjenja

Zamjena baterija i brzo punjenje pojavile su se kao dvije opcije za postizanje ovog cilja.Za zamenu baterija potrebna su dva identična kompleta baterija – jedan za napajanje vozila i jedan za punjenje.Nakon smjene od 4 sata, istrošena baterija se zamjenjuje svježe napunjenom.

Prednost je u tome što za ovo nije potrebno punjenje velike snage i obično se može podržati postojećom električnom infrastrukturom rudnika.Međutim, zamjena zahtijeva podizanje i rukovanje, što stvara dodatni zadatak.

Drugi pristup je korištenje jedne baterije sposobne za brzo punjenje u roku od oko 10 minuta tokom pauza, pauza i promjena smjena.Ovo eliminira potrebu za zamjenom baterija, čineći život jednostavnijim.

Međutim, brzo punjenje se oslanja na mrežnu vezu velike snage i operateri rudnika će možda morati da nadograde svoju električnu infrastrukturu ili instaliraju skladište energije pored puta, posebno za veće flote koje moraju da se pune istovremeno.

Li-ion hemija za zamjenu baterija

Izbor između zamjene i brzog punjenja obavještava koju vrstu kemije baterije koristiti.

Li-ion je krovni pojam koji pokriva širok spektar elektrohemija.Oni se mogu koristiti pojedinačno ili u kombinaciji za isporuku potrebnog ciklusa, kalendarskog vijeka, gustine energije, brzog punjenja i sigurnosti.

Većina litijum-jonskih baterija napravljena je od grafita kao negativne elektrode i imaju različite materijale kao pozitivne elektrode, kao što su litijum nikl-mangan-kobalt oksid (NMC), litijum nikl-kobalt aluminijum oksid (NCA) i litijum gvožđe fosfat (LFP ).

Od toga, i NMC i LFP obezbeđuju dobar energetski sadržaj sa dovoljnim performansama punjenja.Ovo čini bilo koji od ovih idealnim za zamjenu baterija.

Nova hemija za brzo punjenje

Za brzo punjenje pojavila se atraktivna alternativa.Ovo je litijum titanat oksid (LTO), koji ima pozitivnu elektrodu napravljenu od NMC.Umjesto grafita, njegova negativna elektroda je bazirana na LTO.

Ovo daje LTO baterijama drugačiji profil performansi.Mogu prihvatiti punjenje vrlo velike snage tako da vrijeme punjenja može biti samo 10 minuta.Oni također mogu podržati tri do pet puta više ciklusa punjenja i pražnjenja nego druge vrste Li-ion hemije.Ovo se prevodi u duži vijek trajanja kalendara.

Osim toga, LTO ima izuzetno visoku inherentnu sigurnost jer može izdržati električnu upotrebu kao što su duboko pražnjenje ili kratki spojevi, kao i mehanička oštećenja.

Upravljanje baterijom

Još jedan važan faktor dizajna za OEM proizvođače je elektronski nadzor i kontrola.Oni moraju integrirati vozilo sa sistemom za upravljanje baterijom (BMS) koji upravlja performansama dok istovremeno štiti sigurnost u cijelom sistemu.

Dobar BMS će također kontrolirati punjenje i pražnjenje pojedinačnih ćelija kako bi se održala konstantna temperatura.Ovo osigurava dosljedne performanse i maksimizira vijek trajanja baterije.Također će pružiti povratne informacije o stanju napunjenosti (SOC) i zdravstvenom stanju (SOH).Ovo su važni pokazatelji vijeka trajanja baterije, pri čemu SOC pokazuje koliko dugo operater može upravljati vozilom tokom smjene, a SOH je pokazatelj preostalog kalendarskog vijeka trajanja.

Plug-and-play sposobnost

Kada je u pitanju specifikacija akumulatorskih sistema za vozila, ima smisla koristiti module.Ovo se može porediti sa alternativnim pristupom traženja od proizvođača baterija da razviju sisteme baterija po meri za svako vozilo.

Velika prednost modularnog pristupa je da proizvođači originalne opreme mogu razviti osnovnu platformu za više vozila.Zatim mogu dodati module baterija u seriju kako bi izgradili nizove koji isporučuju potreban napon za svaki model.Ovo upravlja izlaznom snagom.Oni zatim mogu kombinovati ove žice paralelno da bi izgradili potreban kapacitet skladištenja energije i obezbedili potrebno trajanje.

Velika opterećenja u podzemnom rudarstvu znače da vozila moraju isporučiti veliku snagu.To zahtijeva sisteme baterija na 650-850V.Dok bi povećanje napona omogućilo veću snagu, to bi takođe dovelo do većih troškova sistema, tako da se vjeruje da će sistemi ostati ispod 1.000 V u doglednoj budućnosti.

Da bi postigli 4 sata neprekidnog rada, dizajneri obično traže kapacitet skladištenja energije od 200-250 kWh, iako će nekima biti potrebno 300 kWh ili više.

Ovaj modularni pristup pomaže proizvođačima originalne opreme da kontrolišu troškove razvoja i smanje vreme izlaska na tržište smanjenjem potrebe za ispitivanjem tipa.Imajući na umu ovo, Saft je razvio plug-and-play baterijsko rješenje dostupno i u NMC i LTO elektrohemiji.

Praktično poređenje

Da biste stekli dojam o tome kako se moduli upoređuju, vrijedi pogledati dva alternativna scenarija za tipično LHD vozilo zasnovano na zamjeni baterija i brzom punjenju.U oba scenarija, vozilo je teško 45 tona neopterećeno i 60 tona potpuno opterećeno uz nosivost 6-8 m3 (7,8-10,5 yd3).Da bi omogućio slično poređenje, Saft je vizualizirao baterije slične težine (3,5 tona) i zapremine (4 m3 [5,2 yd3]).

U scenariju zamjene baterija, baterija bi mogla biti bazirana na NMC ili LFP hemiji i podržavala bi 6-satnu promjenu LHD-a u odnosu na veličinu i težinu.Dvije baterije, nominalne na 650V sa kapacitetom od 400 Ah, trebale bi punjenje od 3 sata kada se izmijene iz vozila.Svaki bi trajao 2.500 ciklusa tokom ukupnog kalendarskog vijeka od 3-5 godina.

Za brzo punjenje, jedna ugrađena LTO baterija istih dimenzija bi imala 800V sa kapacitetom od 250 Ah, pružajući 3 sata rada uz 15-minutno ultra brzo punjenje.Budući da hemija može izdržati mnogo više ciklusa, isporučila bi 20.000 ciklusa, sa očekivanim kalendarskim vijekom od 5-7 godina.

U stvarnom svijetu, dizajner vozila bi mogao koristiti ovaj pristup kako bi zadovoljio želje kupaca.Na primjer, produženje trajanja smjene povećanjem kapaciteta skladištenja energije.

Fleksibilan dizajn

U konačnici, rudnici će biti ti koji biraju da li više vole zamjenu baterija ili brzo punjenje.Njihov izbor može varirati ovisno o električnoj snazi ​​i raspoloživom prostoru na svakoj od njihovih lokacija.

Stoga je važno za proizvođače LHD-a da im omoguće fleksibilnost izbora.