Správy

Existuje niekoľko technológií batérií a nabíjania, ktoré je potrebné zvážiť pri prechode na elektromobilitu v podzemnej ťažbe.

Bateriové ťažobné vozidlá sú ideálne vhodné pre podzemnú ťažbu.Pretože nevypúšťajú výfukové plyny, znižujú požiadavky na chladenie a vetranie, znižujú emisie skleníkových plynov (GHG) a náklady na údržbu a zlepšujú pracovné podmienky.

Takmer všetky zariadenia podzemných baní sú dnes poháňané naftou a vytvárajú výfukové plyny.To vedie k potrebe rozsiahlych ventilačných systémov na zachovanie bezpečnosti pracovníkov.Navyše, keďže dnešní prevádzkovatelia baní kopajú až do hĺbky 4 km (13 123,4 stôp), aby sa dostali k ložiskám rudy, tieto systémy sa exponenciálne zväčšujú.To znamená, že ich inštalácia a prevádzka sú nákladnejšie a majú väčšiu spotrebu energie.

Zároveň sa mení trh.Vlády stanovujú environmentálne ciele a spotrebitelia sú čoraz viac ochotní zaplatiť prémiu za konečné produkty, ktoré môžu preukázať nižšiu uhlíkovú stopu.To vytvára väčší záujem o dekarbonizáciu baní.

Nakladacie, ťahacie a vyklápacie stroje (LHD) sú na to vynikajúcou príležitosťou.Predstavujú približne 80 % spotreby energie pri podzemnej ťažbe, keďže presúvajú ľudí a zariadenia cez baňu.

Prechod na vozidlá poháňané batériami môže dekarbonizovať ťažbu a zjednodušiť ventilačné systémy.

To si vyžaduje batérie s vysokým výkonom a dlhou výdržou – povinnosť, ktorá presahovala možnosti predchádzajúcej technológie.Výskum a vývoj za posledných niekoľko rokov však vytvoril nový druh lítium-iónových (Li-ion) batérií so správnou úrovňou výkonu, bezpečnosti, cenovej dostupnosti a spoľahlivosti.

Päťročné očakávanie

Keď operátori kupujú stroje LHD, očakávajú kvôli náročným podmienkam životnosť maximálne 5 rokov.Stroje potrebujú prepravovať ťažké bremená 24 hodín denne v nerovnomerných podmienkach s vlhkosťou, prachom a kameňmi, mechanickými otrasmi a vibráciami.

Pokiaľ ide o napájanie, operátori potrebujú batériové systémy, ktoré zodpovedajú životnosti stroja.Batérie tiež musia vydržať časté a hlboké cykly nabíjania a vybíjania.Musia byť tiež schopné rýchleho nabíjania, aby sa maximalizovala dostupnosť vozidla.To znamená 4 hodiny služby naraz, čo zodpovedá modelu poldenných zmien.

Výmena batérie verzus rýchle nabíjanie

Ako dve možnosti na dosiahnutie tohto cieľa sa objavili výmena batérie a rýchle nabíjanie.Výmena batérií vyžaduje dve identické sady batérií – jedna napája vozidlo a jedna na nabíjanie.Po 4-hodinovej zmene sa vybitá batéria vymení za čerstvo nabitú.

Výhodou je, že to nevyžaduje nabíjanie vysokým výkonom a zvyčajne môže byť podporované existujúcou elektrickou infraštruktúrou bane.Prechod si však vyžaduje zdvíhanie a manipuláciu, čo predstavuje ďalšiu úlohu.

Ďalším prístupom je použitie jedinej batérie schopnej rýchleho nabitia za približne 10 minút počas prestávok, prestávok a zmien zmien.To eliminuje potrebu vymieňať batérie a zjednodušuje život.

Rýchle nabíjanie sa však spolieha na vysokovýkonné pripojenie k rozvodnej sieti a prevádzkovatelia baní možno budú musieť modernizovať svoju elektrickú infraštruktúru alebo nainštalovať zásobníky energie, najmä pre väčšie flotily, ktoré potrebujú nabíjať súčasne.

Li-ion chémia na výmenu batérií

Voľba medzi výmenou a rýchlym nabíjaním informuje, aký typ chémie batérie použiť.

Li-ion je zastrešujúci pojem, ktorý pokrýva široké spektrum elektrochémie.Môžu byť použité jednotlivo alebo zmiešané, aby poskytli požadovanú životnosť cyklu, životnosť kalendára, hustotu energie, rýchle nabíjanie a bezpečnosť.

Väčšina lítium-iónových batérií sa vyrába s grafitom ako zápornou elektródou a má rôzne materiály ako kladnú elektródu, ako je lítium-nikel-mangán-kobaltový oxid (NMC), lítium-nikel-kobalt-hlinitý oxid (NCA) a lítium-železnatý fosforečnan (LFP). ).

Z nich NMC a LFP poskytujú dobrý energetický obsah s dostatočným nabíjacím výkonom.Vďaka tomu je každý z nich ideálny na výmenu batérií.

Nová chémia pre rýchle nabíjanie

Pre rýchle nabíjanie sa objavila atraktívna alternatíva.Ide o oxid titaničitý lítny (LTO), ktorý má kladnú elektródu vyrobenú z NMC.Namiesto grafitu je jeho záporná elektróda založená na LTO.

To dáva batériám LTO odlišný profil výkonu.Môžu akceptovať nabíjanie veľmi vysokým výkonom, takže čas nabíjania môže byť len 10 minút.Môžu tiež podporovať tri až päťkrát viac cyklov nabíjania a vybíjania ako iné typy lítium-iónovej chémie.To sa premieta do dlhšej životnosti kalendára.

Okrem toho má LTO extrémne vysokú prirodzenú bezpečnosť, pretože odolá elektrickému namáhaniu, ako je hlboké vybitie alebo skrat, ako aj mechanickému poškodeniu.

Správa batérie

Ďalším dôležitým konštrukčným faktorom pre OEM je elektronické monitorovanie a riadenie.Musia integrovať vozidlo so systémom správy batérie (BMS), ktorý riadi výkon a zároveň chráni bezpečnosť v celom systéme.

Dobrý BMS bude tiež kontrolovať nabíjanie a vybíjanie jednotlivých článkov, aby sa udržala konštantná teplota.To zaisťuje konzistentný výkon a maximalizuje životnosť batérie.Poskytne aj spätnú väzbu o stave nabitia (SOC) a zdravotnom stave (SOH).Ide o dôležité ukazovatele životnosti batérie, pričom SOC ukazuje, ako dlho ešte môže operátor jazdiť s vozidlom počas zmeny, a SOH je ukazovateľom zostávajúcej životnosti v kalendári.

Možnosť plug-and-play

Pokiaľ ide o špecifikáciu batériových systémov pre vozidlá, má veľký zmysel používať moduly.To je porovnateľné s alternatívnym prístupom, v rámci ktorého sa od výrobcov batérií požaduje, aby vyvinuli batériové systémy šité na mieru pre každé vozidlo.

Veľkou výhodou modulárneho prístupu je, že OEM môžu vyvinúť základnú platformu pre viacero vozidiel.Potom môžu pridať batériové moduly do série, aby vytvorili reťazce, ktoré dodávajú požadované napätie pre každý model.Tým sa riadi výstupný výkon.Potom môžu tieto reťazce paralelne kombinovať, aby vytvorili požadovanú kapacitu akumulácie energie a poskytli požadovanú dobu trvania.

Veľké zaťaženie pri podzemnej ťažbe znamená, že vozidlá musia poskytovať vysoký výkon.To si vyžaduje batériové systémy dimenzované na 650-850 V.Zatiaľ čo zvýšenie na vyššie napätie by poskytlo vyšší výkon, viedlo by to aj k vyšším nákladom na systém, takže sa verí, že systémy zostanú v dohľadnej budúcnosti pod 1 000 V.

Na dosiahnutie 4 hodín nepretržitej prevádzky dizajnéri zvyčajne hľadajú kapacitu skladovania energie 200-250 kWh, hoci niektorí budú potrebovať 300 kWh alebo viac.

Tento modulárny prístup pomáha výrobcom OEM kontrolovať náklady na vývoj a skrátiť čas uvedenia na trh znížením potreby typového testovania.Pamätajúc na to Saft vyvinul batériové riešenie typu plug-and-play dostupné v elektrochémii NMC aj LTO.

Praktické porovnanie

Aby ste získali predstavu o porovnaní modulov, stojí za to pozrieť sa na dva alternatívne scenáre pre typické vozidlo s LHD založené na výmene batérie a rýchlom nabíjaní.V oboch scenároch vozidlo váži 45 ton bez nákladu a 60 ton plne naložené s nosnosťou 6-8 m3 (7,8-10,5 yd3).Aby bolo možné porovnávať podobné zariadenia, spoločnosť Saft vizualizovala batérie s podobnou hmotnosťou (3,5 tony) a objemom (4 m3 [5,2 yd3]).

V scenári výmeny batérie by batéria mohla byť založená buď na chémii NMC alebo LFP a podporovala by 6-hodinový posun LHD od veľkosti a hmotnosti.Dve batérie, dimenzované na 650 V s kapacitou 400 Ah, by po výmene z vozidla vyžadovali 3-hodinové nabíjanie.Každý by vydržal 2500 cyklov počas celkovej kalendárnej životnosti 3-5 rokov.

Pre rýchle nabíjanie by jedna palubná batéria LTO rovnakých rozmerov mala napätie 800 V s kapacitou 250 Ah, čo by poskytovalo 3 hodiny prevádzky s 15-minútovým ultrarýchlym nabíjaním.Pretože chémia vydrží oveľa viac cyklov, poskytla by 20 000 cyklov s očakávanou kalendárnou životnosťou 5-7 rokov.

V reálnom svete by dizajnér vozidla mohol použiť tento prístup, aby splnil preferencie zákazníka.Napríklad predĺženie trvania zmeny zvýšením kapacity skladovania energie.

Flexibilný dizajn

V konečnom dôsledku to budú prevádzkovatelia baní, ktorí sa rozhodnú, či uprednostnia výmenu batérie alebo rýchle nabíjanie.A ich výber sa môže líšiť v závislosti od elektrickej energie a priestoru dostupného na každom z ich pracovísk.

Preto je pre výrobcov LHD dôležité, aby im poskytli flexibilitu výberu.