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 emitiraju ispušne plinove, 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 ispušne plinove.To dovodi do potrebe za opsežnim ventilacijskim sustavima za održavanje sigurnosti radnika.Štoviše, kako današnji rudnici kopaju čak 4 km (13.123,4 ft.) kako bi pristupili nalazištima rude, ovi sustavi 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 plaćati premiju za krajnje proizvode koji mogu pokazati niži ugljični otisak.To stvara veći interes za dekarbonizaciju rudnika.

Strojevi za utovar, izvlačenje i istovar (LHD) izvrsna su prilika za to.Oni predstavljaju oko 80% energetske potražnje za podzemno rudarenje dok prebacuju ljude i opremu kroz rudnik.

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

To zahtijeva baterije velike snage i dugog trajanja – dužnost koja je bila izvan mogućnosti prethodne tehnologije.Međutim, istraživanje i razvoj tijekom posljednjih nekoliko godina stvorilo je novu vrstu litij-ionskih (Li-ion) baterija s pravom razinom performansi, sigurnosti, pristupačnosti i pouzdanosti.

Petogodišnje očekivanje

Kada operateri kupuju LHD strojeve, očekuju život od najviše 5 godina zbog teških uvjeta.Strojevi trebaju transportirati teške terete 24 sata dnevno u neravnim uvjetima s vlagom, prašinom i kamenjem, mehaničkim udarima i vibracijama.

Kada je riječ o snazi, operateri trebaju baterijske sustave koji odgovaraju vijeku trajanja stroja.Baterije također moraju izdržati česte i duboke cikluse punjenja i pražnjenja.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 zamjenu baterija potrebna su dva identična kompleta baterija – jedan za napajanje vozila, a drugi za punjenje.Nakon 4-satne smjene, istrošena baterija se zamjenjuje svježe napunjenom.

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

Drugi pristup je korištenje jedne baterije sposobne za brzo punjenje u roku od oko 10 minuta tijekom pauza, stanki i promjena stupnjeva prijenosa.To eliminira potrebu za zamjenom baterija, čineći život jednostavnijim.

Međutim, brzo punjenje se oslanja na mrežnu vezu velike snage i rudnici će možda morati nadograditi svoju električnu infrastrukturu ili instalirati skladište energije uz put, posebno za veće flote koje se moraju puniti istovremeno.

Li-ion kemija za zamjenu baterija

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

Li-ion je krovni pojam koji pokriva širok raspon elektrokemija.Mogu se koristiti pojedinačno ili u kombinaciji za isporuku potrebnog životnog ciklusa, kalendarskog vijeka, gustoće energije, brzog punjenja i sigurnosti.

Većina litij-ionskih baterija izrađena je od grafita kao negativne elektrode i imaju različite materijale kao pozitivne elektrode, kao što su litij nikl-mangan-kobalt oksid (NMC), litij nikl-kobalt aluminijev oksid (NCA) i litij željezo fosfat (LFP ).

Od toga, i NMC i LFP pružaju dobar energetski sadržaj s dovoljnim performansama punjenja.To čini bilo koji od njih idealnim za zamjenu baterija.

Nova kemija za brzo punjenje

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

To 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 kemije.To znači dulji vijek trajanja kalendara.

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

Upravljanje baterijom

Drugi važan čimbenik dizajna za OEM-e je elektronički nadzor i kontrola.Oni moraju integrirati vozilo sa sustavom upravljanja baterijom (BMS) koji upravlja performansama, istovremeno štiteći sigurnost u cijelom sustavu.

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

Plug-and-play sposobnost

Kada je u pitanju određivanje akumulatorskih sustava za vozila, ima puno smisla koristiti module.Ovo se može usporediti s alternativnim pristupom traženja od proizvođača baterija da razviju sustave baterija po mjeri 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 regulira izlaznu snagu.Zatim mogu kombinirati te žice paralelno kako bi izgradili potreban kapacitet za pohranu energije i osigurali potrebno trajanje.

Velika opterećenja u podzemnom rudarstvu znače da vozila moraju isporučiti veliku snagu.To zahtijeva sustave baterija na 650-850V.Iako bi povećanje napona donijelo veću snagu, također bi dovelo do većih troškova sustava, pa se vjeruje da će sustavi ostati ispod 1000 V u doglednoj budućnosti.

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

Ovaj modularni pristup pomaže OEM-ima da kontroliraju troškove razvoja i smanje vrijeme izlaska na tržište smanjenjem potrebe za ispitivanjem tipa.Imajući na umu to, Saft je razvio plug-and-play baterijsko rješenje dostupno u elektrokemijama NMC i LTO.

Praktična usporedba

Da biste dobili dojam o usporedbi modula, vrijedi pogledati dva alternativna scenarija za tipično LHD vozilo temeljena na zamjeni baterija i brzom punjenju.U oba scenarija vozilo je teško 45 tona neopterećeno i 60 tona potpuno natovareno uz nosivost 6-8 m3 (7,8-10,5 yd3).Kako bi omogućio usporedbu sličnog za slično, Saft je vizualizirao baterije slične težine (3,5 tona) i volumena (4 m3 [5,2 yd3]).

U scenariju zamjene baterija, baterija bi se mogla temeljiti na NMC ili LFP kemiji i podržavala bi 6-satni LHD pomak u odnosu na veličinu i težinu omotnice.Dvije baterije, ocijenjene na 650 V s kapacitetom od 400 Ah, trebale bi 3-satno punjenje kada se izmijene iz vozila.Svaki bi trajao 2500 ciklusa tijekom ukupnog kalendarskog vijeka od 3-5 godina.

Za brzo punjenje, jedna ugrađena LTO baterija istih dimenzija imala bi napon od 800 V s kapacitetom od 250 Ah, pružajući 3 sata rada uz ultrabrzo punjenje od 15 minuta.Budući da kemija može izdržati mnogo više ciklusa, isporučila bi 20 000 ciklusa, s očekivanim kalendarskim vijekom od 5-7 godina.

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

Fleksibilan dizajn

U konačnici, rudari će biti ti koji biraju hoće li više voljeti zamjenu baterija ili brzo punjenje.Njihov izbor može varirati ovisno o električnoj snazi ​​i raspoloživom prostoru na svakom od njihovih mjesta.

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