Новини

Има няколко технологии за батерии и зареждане, които трябва да се имат предвид при преминаване към електромобилност в подземния добив.

Минните превозни средства, захранвани с батерии, са идеално пригодени за подземно копаене.Тъй като не отделят отработени газове, те намаляват изискванията за охлаждане и вентилация, намаляват емисиите на парникови газове (ПГ) и разходите за поддръжка и подобряват условията на работа.

Почти цялото оборудване за подземни рудници днес се захранва с дизелово гориво и създава изгорели газове.Това води до необходимостта от обширни вентилационни системи за поддържане на безопасността на работниците.Освен това, тъй като днешните оператори на мини копаят на дълбочина до 4 км (13 123,4 фута) за достъп до рудни находища, тези системи стават експоненциално по-големи.Това ги прави по-скъпи за инсталиране и работа и по-силни за енергия.

В същото време пазарът се променя.Правителствата поставят екологични цели и потребителите са все по-склонни да плащат премия за крайни продукти, които могат да демонстрират по-нисък въглероден отпечатък.Това създава по-голям интерес към декарбонизиращите мини.

Машините за товарене, теглене и разтоварване (LHD) са отлична възможност за това.Те представляват около 80% от енергийните нужди за подземен добив, докато преместват хора и оборудване през мината.

Преминаването към превозни средства, захранвани от батерии, може да декарбонизира добива и да опрости вентилационните системи.

Това изисква батерии с висока мощност и дълъг живот – задължение, което е извън възможностите на предишната технология.Въпреки това, изследванията и разработките през последните няколко години създадоха нова порода литиево-йонни (Li-ion) батерии с правилното ниво на производителност, безопасност, достъпност и надеждност.

Петгодишно очакване

Когато операторите купуват LHD машини, те очакват най-много 5-годишен живот поради тежките условия.Машините трябва да транспортират тежки товари 24 часа в денонощието при неравномерни условия с влага, прах и камъни, механични удари и вибрации.

Когато става въпрос за мощност, операторите се нуждаят от акумулаторни системи, които отговарят на живота на машината.Батериите също трябва да издържат на чести и дълбоки цикли на зареждане и разреждане.Те също така трябва да имат възможност за бързо зареждане, за да увеличат максимално наличността на автомобила.Това означава 4 часа обслужване наведнъж, което съответства на модела на смяна на половин ден.

Смяна на батерия срещу бързо зареждане

Смяната на батерията и бързото зареждане се появиха като двете възможности за постигане на това.Смяната на батерии изисква два еднакви комплекта батерии – едната за захранване на превозното средство и една заредена.След 4-часова смяна изтощената батерия се заменя с прясно заредена.

Предимството е, че това не се нуждае от зареждане с висока мощност и обикновено може да се поддържа от съществуващата електрическа инфраструктура на мината.Смяната обаче изисква повдигане и манипулиране, което създава допълнителна задача.

Другият подход е да се използва една батерия, способна да се зарежда бързо в рамките на около 10 минути по време на паузи, почивки и смяна на смяната.Това елиминира необходимостта от смяна на батериите, което прави живота по-лесен.

Бързото зареждане обаче разчита на мрежова връзка с висока мощност и операторите на мините може да се наложи да модернизират електрическата си инфраструктура или да инсталират крайпътно съхранение на енергия, особено за по-големи флотилии, които трябва да се зареждат едновременно.

Литиево-йонна химия за смяна на батерии

Изборът между смяна и бързо зареждане информира кой тип химия на батерията да се използва.

Li-ion е общ термин, който обхваща широк спектър от електрохимия.Те могат да се използват поотделно или смесени, за да осигурят необходимия живот на цикъла, календарен живот, енергийна плътност, бързо зареждане и безопасност.

Повечето литиево-йонни батерии са направени с графит като отрицателен електрод и имат различни материали като положителен електрод, като литиев никел-манган-кобалтов оксид (NMC), литиев никел-кобалтов алуминиев оксид (NCA) и литиево-железен фосфат (LFP ).

От тях NMC и LFP осигуряват добро енергийно съдържание с достатъчна производителност на зареждане.Това прави всяко от тях идеално за смяна на батерии.

Нова химия за бързо зареждане

За бързо зареждане се появи атрактивна алтернатива.Това е литиев титанат оксид (LTO), който има положителен електрод, направен от NMC.Вместо графит, неговият отрицателен електрод е базиран на LTO.

Това дава на LTO батериите различен профил на производителност.Те могат да приемат зареждане с много висока мощност, така че времето за зареждане може да бъде само 10 минути.Те също така могат да поддържат три до пет пъти повече цикли на зареждане и разреждане в сравнение с другите видове литиево-йонна химия.Това води до по-дълъг календарен живот.

В допълнение, LTO има изключително висока присъща безопасност, тъй като може да издържи на електрическа злоупотреба като дълбоко разреждане или късо съединение, както и механични повреди.

Управление на батерията

Друг важен дизайнерски фактор за OEM производителите е електронното наблюдение и контрол.Те трябва да интегрират автомобила със система за управление на батерията (BMS), която управлява производителността, като същевременно защитава безопасността в цялата система.

Добрият BMS също така ще контролира зареждането и разреждането на отделните клетки, за да поддържа постоянна температура.Това гарантира постоянна производителност и максимизира живота на батерията.Той също така ще предостави обратна връзка за състоянието на зареждане (SOC) и състоянието на здравето (SOH).Това са важни показатели за живота на батерията, като SOC показва колко дълго операторът може да управлява превозното средство по време на смяна, а SOH е индикатор за оставащия календарен живот.

Възможност за включване и работа

Когато става въпрос за определяне на акумулаторни системи за превозни средства, има много смисъл да се използват модули.Това се сравнява с алтернативния подход да се помолят производителите на батерии да разработят персонализирани акумулаторни системи за всяко превозно средство.

Голямото предимство на модулния подход е, че OEM производителите могат да разработят основна платформа за множество превозни средства.След това те могат да добавят модули на батериите последователно, за да изградят струни, които доставят необходимото напрежение за всеки модел.Това управлява изходната мощност.След това те могат да комбинират тези струни успоредно, за да изградят необходимия капацитет за съхранение на енергия и да осигурят необходимата продължителност.

Тежките натоварвания при подземния добив означават, че превозните средства трябва да доставят висока мощност.Това изисква акумулаторни системи, оценени на 650-850V.Докато повишаването до по-високи напрежения би осигурило по-висока мощност, това също би довело до по-високи системни разходи, така че се смята, че системите ще останат под 1000V в обозримо бъдеще.

За да постигнат 4 часа непрекъсната работа, дизайнерите обикновено търсят капацитет за съхранение на енергия от 200-250 kWh, въпреки че някои ще се нуждаят от 300 kWh или повече.

Този модулен подход помага на OEM производителите да контролират разходите за разработка и да намалят времето за излизане на пазара, като намаляват необходимостта от тестване на типа.Съобразявайки се с това, Saft разработи Plug-and-Play решение за батерии, достъпно както в NMC, така и в LTO електрохимия.

Практично сравнение

За да усетите как се сравняват модулите, си струва да разгледате два алтернативни сценария за типичен LHD автомобил, базиран на смяна на батерията и бързо зареждане.И в двата сценария превозното средство тежи 45 тона без товар и 60 тона напълно натоварено с товароносимост 6-8 m3 (7,8-10,5 yd3).За да даде възможност за сравнение между подобните, Saft визуализира батерии с подобно тегло (3,5 тона) и обем (4 m3 [5,2 yd3]).

В сценария за смяна на батерията батерията може да се основава или на NMC, или на LFP химия и ще поддържа 6-часова промяна на LHD от размера и теглото.Двете батерии, оценени на 650V с капацитет 400 Ah, ще изискват 3-часово зареждане, когато бъдат сменени от автомобила.Всеки ще продължи 2500 цикъла за общ календарен живот от 3-5 години.

За бързо зареждане, една бордова LTO батерия със същите размери ще бъде оценена на 800V с капацитет 250 Ah, осигурявайки 3 часа работа с 15-минутно ултра-бързо зареждане.Тъй като химията може да издържи много повече цикли, тя ще осигури 20 000 цикъла, с очакван календарен живот от 5-7 години.

В реалния свят дизайнерът на превозно средство може да използва този подход, за да отговори на предпочитанията на клиента.Например, удължаване на продължителността на смяната чрез увеличаване на капацитета за съхранение на енергия.

Гъвкав дизайн

В крайна сметка минните оператори ще избират дали предпочитат смяна на батерията или бързо зареждане.И техният избор може да варира в зависимост от електрическата мощност и наличното пространство на всеки от техните обекти.

Ето защо е важно производителите на LHD да им предоставят гъвкавост при избора.