Νέα

Υπάρχουν πολλές τεχνολογίες μπαταρίας και φόρτισης που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τη μετάβαση στην ηλεκτροκίνηση στην υπόγεια εξόρυξη.

Τα οχήματα εξόρυξης με μπαταρίες είναι ιδανικά για υπόγεια εξόρυξη.Επειδή δεν εκπέμπουν καυσαέρια, μειώνουν τις απαιτήσεις ψύξης και αερισμού, μειώνουν τις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου (GHG) και το κόστος συντήρησης και βελτιώνουν τις συνθήκες εργασίας.

Σχεδόν όλος ο εξοπλισμός υπόγειων ορυχείων σήμερα τροφοδοτείται με ντίζελ και δημιουργεί καυσαέρια.Αυτό οδηγεί στην ανάγκη για εκτεταμένα συστήματα εξαερισμού για τη διατήρηση της ασφάλειας των εργαζομένων.Επιπλέον, καθώς οι σημερινοί χειριστές ορυχείων σκάβουν βάθος έως και 4 km (13.123,4 πόδια) για πρόσβαση σε κοιτάσματα μεταλλεύματος, αυτά τα συστήματα γίνονται εκθετικά μεγαλύτερα.Αυτό καθιστά πιο δαπανηρή την εγκατάσταση και τη λειτουργία τους και περισσότερη ενέργεια.

Ταυτόχρονα, η αγορά αλλάζει.Οι κυβερνήσεις θέτουν περιβαλλοντικούς στόχους και οι καταναλωτές είναι όλο και πιο πρόθυμοι να πληρώσουν ένα ασφάλιστρο για τελικά προϊόντα που μπορούν να επιδείξουν χαμηλότερο αποτύπωμα άνθρακα.Αυτό δημιουργεί περισσότερο ενδιαφέρον για την απαλλαγή από τις ανθρακούχες ορυχεία.

Οι μηχανές φόρτωσης, ανάσυρσης και απόρριψης (LHD) είναι μια εξαιρετική ευκαιρία για να το κάνετε αυτό.Αντιπροσωπεύουν περίπου το 80% της ενεργειακής ζήτησης για υπόγεια εξόρυξη καθώς μετακινούν ανθρώπους και εξοπλισμό μέσα από το ορυχείο.

Η μετάβαση σε οχήματα με μπαταρίες μπορεί να απαλλάξει την εξόρυξη από άνθρακα και να απλοποιήσει τα συστήματα εξαερισμού.

Αυτό απαιτεί μπαταρίες υψηλής ισχύος και μεγάλης διάρκειας – μια εργασία που ξεπερνούσε τις δυνατότητες της προηγούμενης τεχνολογίας.Ωστόσο, η έρευνα και η ανάπτυξη τα τελευταία χρόνια έχουν δημιουργήσει μια νέα φυλή μπαταριών ιόντων λιθίου (Li-ion) με το σωστό επίπεδο απόδοσης, ασφάλειας, προσιτότητας και αξιοπιστίας.

Προσδοκία πενταετίας

Όταν οι χειριστές αγοράζουν μηχανές LHD, αναμένουν διάρκεια ζωής το πολύ 5 ετών λόγω των δύσκολων συνθηκών.Τα μηχανήματα πρέπει να μεταφέρουν βαριά φορτία 24 ώρες το 24ωρο σε ανώμαλες συνθήκες με υγρασία, σκόνη και βράχους, μηχανικούς κραδασμούς και κραδασμούς.

Όσον αφορά την τροφοδοσία, οι χειριστές χρειάζονται συστήματα μπαταριών που ταιριάζουν με τη διάρκεια ζωής του μηχανήματος.Οι μπαταρίες πρέπει επίσης να αντέχουν σε συχνούς και μεγάλους κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης.Πρέπει επίσης να έχουν δυνατότητα γρήγορης φόρτισης για να μεγιστοποιήσουν τη διαθεσιμότητα του οχήματος.Αυτό σημαίνει 4 ώρες υπηρεσίας κάθε φορά, που ταιριάζει με το μοτίβο βάρδιας μισής ημέρας.

Εναλλαγή μπαταρίας έναντι γρήγορης φόρτισης

Η αλλαγή μπαταρίας και η γρήγορη φόρτιση προέκυψαν ως οι δύο επιλογές για να επιτευχθεί αυτό.Η αλλαγή μπαταριών απαιτεί δύο πανομοιότυπα σετ μπαταριών – μία που τροφοδοτεί το όχημα και μία με φόρτιση.Μετά από μια βάρδια 4 ωρών, η χρησιμοποιημένη μπαταρία αντικαθίσταται με μια φρεσκοφορτισμένη.

Το πλεονέκτημα είναι ότι αυτό δεν χρειάζεται φόρτιση υψηλής ισχύος και συνήθως μπορεί να υποστηριχθεί από την υπάρχουσα ηλεκτρική υποδομή του ορυχείου.Ωστόσο, η μετάβαση απαιτεί ανύψωση και χειρισμό, γεγονός που δημιουργεί μια επιπλέον εργασία.

Η άλλη προσέγγιση είναι η χρήση μιας μπαταρίας με δυνατότητα ταχείας φόρτισης εντός περίπου 10 λεπτών κατά τις παύσεις, τα διαλείμματα και τις αλλαγές βάρδιας.Αυτό εξαλείφει την ανάγκη αλλαγής μπαταριών, κάνοντας τη ζωή πιο εύκολη.

Ωστόσο, η γρήγορη φόρτιση βασίζεται σε σύνδεση δικτύου υψηλής ισχύος και οι χειριστές ορυχείων μπορεί να χρειαστεί να αναβαθμίσουν την ηλεκτρική τους υποδομή ή να εγκαταστήσουν αποθήκευση ενέργειας στην άκρη του δρόμου, ειδικά για μεγαλύτερους στόλους που πρέπει να φορτίζουν ταυτόχρονα.

Χημεία ιόντων λιθίου για εναλλαγή μπαταριών

Η επιλογή μεταξύ εναλλαγής και γρήγορης φόρτισης ενημερώνει τον τύπο της χημείας της μπαταρίας που θα χρησιμοποιήσετε.

Το Li-ion είναι ένας γενικός όρος που καλύπτει ένα ευρύ φάσμα ηλεκτροχημειών.Αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν μεμονωμένα ή σε συνδυασμό για να προσφέρουν την απαιτούμενη διάρκεια ζωής κύκλου, ημερολογιακή διάρκεια, πυκνότητα ενέργειας, γρήγορη φόρτιση και ασφάλεια.

Οι περισσότερες μπαταρίες ιόντων λιθίου κατασκευάζονται με γραφίτη ως αρνητικό ηλεκτρόδιο και έχουν διαφορετικά υλικά όπως το θετικό ηλεκτρόδιο, όπως οξείδιο νικελίου-μαγγανίου-κοβαλτίου λιθίου (NMC), οξείδιο αργιλίου νικελίου-κοβαλτίου λιθίου (NCA) και φωσφορικό σίδηρο λιθίου (LFP). ).

Από αυτά, το NMC και το LFP παρέχουν και τα δύο καλό ενεργειακό περιεχόμενο με επαρκή απόδοση φόρτισης.Αυτό καθιστά οποιοδήποτε από αυτά ιδανικό για εναλλαγή μπαταριών.

Μια νέα χημεία για γρήγορη φόρτιση

Για γρήγορη φόρτιση, έχει προκύψει μια ελκυστική εναλλακτική.Αυτό είναι το οξείδιο του τιτανικού λιθίου (LTO), το οποίο έχει ένα θετικό ηλεκτρόδιο κατασκευασμένο από NMC.Αντί για γραφίτη, το αρνητικό του ηλεκτρόδιο βασίζεται στο LTO.

Αυτό δίνει στις μπαταρίες LTO ένα διαφορετικό προφίλ απόδοσης.Μπορούν να δεχτούν φόρτιση πολύ υψηλής ισχύος, έτσι ώστε ο χρόνος φόρτισης να μπορεί να είναι μόλις 10 λεπτά.Μπορούν επίσης να υποστηρίξουν τρεις έως πέντε φορές περισσότερους κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης από τους άλλους τύπους χημείας ιόντων λιθίου.Αυτό μεταφράζεται σε μεγαλύτερη ημερολογιακή ζωή.

Επιπλέον, το LTO έχει εξαιρετικά υψηλή εγγενή ασφάλεια καθώς μπορεί να αντέξει την ηλεκτρική κατάχρηση, όπως βαθιά εκφόρτιση ή βραχυκυκλώματα, καθώς και μηχανικές βλάβες.

Διαχείριση μπαταρίας

Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας σχεδιασμού για τους OEM είναι η ηλεκτρονική παρακολούθηση και έλεγχος.Πρέπει να ενσωματώσουν το όχημα με ένα σύστημα διαχείρισης μπαταρίας (BMS) που διαχειρίζεται την απόδοση προστατεύοντας παράλληλα την ασφάλεια σε ολόκληρο το σύστημα.

Ένα καλό BMS θα ελέγχει επίσης τη φόρτιση και την εκφόρτιση μεμονωμένων κυψελών για να διατηρεί σταθερή θερμοκρασία.Αυτό εξασφαλίζει σταθερή απόδοση και μεγιστοποιεί τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.Θα παρέχει επίσης ανατροφοδότηση σχετικά με την κατάσταση χρέωσης (SOC) και την κατάσταση της υγείας (SOH).Αυτοί είναι σημαντικοί δείκτες της διάρκειας ζωής της μπαταρίας, με το SOC να δείχνει πόσο περισσότερο μπορεί ο χειριστής να λειτουργεί το όχημα κατά τη διάρκεια μιας βάρδιας και το SOH να είναι δείκτης της υπολειπόμενης ημερολογιακής ζωής.

Δυνατότητα Plug-and-play

Όταν πρόκειται για τον καθορισμό συστημάτων μπαταριών για οχήματα, είναι πολύ λογικό να χρησιμοποιείτε μονάδες.Αυτό συγκρίνεται με την εναλλακτική προσέγγιση ζητώντας από τους κατασκευαστές μπαταριών να αναπτύξουν εξατομικευμένα συστήματα μπαταριών για κάθε όχημα.

Το μεγάλο πλεονέκτημα της σπονδυλωτής προσέγγισης είναι ότι οι OEM μπορούν να αναπτύξουν μια βασική πλατφόρμα για πολλά οχήματα.Στη συνέχεια, μπορούν να προσθέσουν μονάδες μπαταρίας σε σειρά για να δημιουργήσουν σειρές που παρέχουν την απαιτούμενη τάση για κάθε μοντέλο.Αυτό διέπει την ισχύ εξόδου.Στη συνέχεια, μπορούν να συνδυάσουν αυτές τις χορδές παράλληλα για να δημιουργήσουν την απαιτούμενη ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας και να παρέχουν την απαιτούμενη διάρκεια.

Τα βαριά φορτία που παίζουν στην υπόγεια εξόρυξη σημαίνουν ότι τα οχήματα πρέπει να παρέχουν υψηλή ισχύ.Αυτό απαιτεί συστήματα μπαταριών με ονομαστική τάση 650-850 V.Ενώ η αναβάθμιση σε υψηλότερες τάσεις θα παρείχε υψηλότερη ισχύ, θα οδηγούσε επίσης σε υψηλότερο κόστος του συστήματος, επομένως πιστεύεται ότι τα συστήματα θα παραμείνουν κάτω από τα 1.000 V για το άμεσο μέλλον.

Για να επιτύχουν 4 ώρες συνεχούς λειτουργίας, οι σχεδιαστές συνήθως αναζητούν χωρητικότητα αποθήκευσης ενέργειας 200-250 kWh, αν και ορισμένοι χρειάζονται 300 kWh ή μεγαλύτερη.

Αυτή η αρθρωτή προσέγγιση βοηθά τους ΚΑΕ να ελέγχουν το κόστος ανάπτυξης και να μειώνουν το χρόνο στην αγορά, μειώνοντας την ανάγκη για δοκιμές τύπου.Έχοντας υπόψη αυτό, η Saft ανέπτυξε μια λύση μπαταρίας plug-and-play διαθέσιμη τόσο σε ηλεκτροχημείες NMC όσο και σε LTO.

Μια πρακτική σύγκριση

Για να πάρετε μια αίσθηση του τρόπου σύγκρισης των μονάδων, αξίζει να εξετάσετε δύο εναλλακτικά σενάρια για ένα τυπικό όχημα LHD που βασίζεται στην αλλαγή μπαταρίας και στη γρήγορη φόρτιση.Και στα δύο σενάρια, το όχημα ζυγίζει 45 τόνους χωρίς φορτίο και 60 τόνους πλήρως φορτωμένο με χωρητικότητα 6-8 m3 (7,8-10,5 yd3).Για να επιτρέψει μια παρόμοια σύγκριση, η Saft οπτικοποίησε μπαταρίες παρόμοιου βάρους (3,5 τόνοι) και όγκου (4 m3 [5,2 yd3]).

Στο σενάριο αλλαγής μπαταρίας, η μπαταρία θα μπορούσε να βασίζεται είτε στη χημεία NMC είτε σε LFP και θα υποστήριζε μια μετατόπιση LHD 6 ωρών από το μέγεθος και το βάρος του φακέλου.Οι δύο μπαταρίες, ονομαστικής ισχύος 650 V με χωρητικότητα 400 Ah, θα απαιτούσαν φόρτιση 3 ωρών όταν ανταλλάσσονταν από το όχημα.Ο καθένας θα διαρκούσε 2.500 κύκλους για μια συνολική ημερολογιακή ζωή 3-5 ετών.

Για γρήγορη φόρτιση, μια ενσωματωμένη μπαταρία LTO των ίδιων διαστάσεων θα αξιολογηθεί στα 800 V με χωρητικότητα 250 Ah, παρέχοντας 3 ώρες λειτουργίας με εξαιρετικά γρήγορη φόρτιση 15 λεπτών.Επειδή η χημεία μπορεί να αντέξει πολλούς περισσότερους κύκλους, θα παρείχε 20.000 κύκλους, με αναμενόμενη ημερολογιακή ζωή 5-7 χρόνια.

Στον πραγματικό κόσμο, ένας σχεδιαστής οχημάτων θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει αυτήν την προσέγγιση για να ικανοποιήσει τις προτιμήσεις ενός πελάτη.Για παράδειγμα, επιμήκυνση της διάρκειας της βάρδιας αυξάνοντας την ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας.

Ευέλικτη σχεδίαση

Τελικά, οι χειριστές του ορυχείου θα είναι αυτοί που θα επιλέξουν αν προτιμούν την αλλαγή μπαταρίας ή τη γρήγορη φόρτιση.Και η επιλογή τους μπορεί να διαφέρει ανάλογα με την ηλεκτρική ισχύ και τον διαθέσιμο χώρο σε καθεμία από τις εγκαταστάσεις τους.

Επομένως, είναι σημαντικό για τους κατασκευαστές LHD να τους παρέχουν την ευελιξία επιλογής.