Știri

Există mai multe tehnologii de încărcare și baterii care trebuie luate în considerare la trecerea la electromobilitatea în minerit subteran.

Vehiculele miniere alimentate cu baterii sunt ideale pentru minerit subteran.Deoarece nu emit gaze de eșapament, reduc cerințele de răcire și ventilație, reduc emisiile de gaze cu efect de seră (GES) și costurile de întreținere și îmbunătățesc condițiile de lucru.

Aproape toate echipamentele miniere subterane de astăzi sunt alimentate cu motorină și creează gaze de eșapament.Acest lucru determină nevoia unor sisteme extinse de ventilație pentru a menține siguranța lucrătorilor.Mai mult, deoarece operatorii minelor de astăzi sapă până la 4 km (13.123,4 ft.) pentru a accesa zăcămintele de minereu, aceste sisteme devin exponențial mai mari.Acest lucru le face mai costisitoare de instalat și de rulat și mai mult consumatoare de energie.

În același timp, piața se schimbă.Guvernele stabilesc obiective de mediu, iar consumatorii sunt din ce în ce mai dispuși să plătească o primă pentru produsele finale care pot demonstra o amprentă de carbon mai mică.Acest lucru creează mai mult interes pentru decarbonizarea minelor.

Mașinile de încărcare, transport și descărcare (LHD) sunt o oportunitate excelentă de a face acest lucru.Acestea reprezintă aproximativ 80% din cererea de energie pentru minerit subteran, deoarece mută oamenii și echipamentele prin mină.

Trecerea la vehicule alimentate cu baterii poate decarboniza mineritul și simplifica sistemele de ventilație.

Acest lucru necesită baterii cu putere mare și durată lungă - o sarcină care depășea capacitățile tehnologiei anterioare.Cu toate acestea, cercetarea și dezvoltarea din ultimii câțiva ani a creat o nouă generație de baterii litiu-ion (Li-ion) cu nivelul potrivit de performanță, siguranță, accesibilitate și fiabilitate.

Aşteptare de cinci ani

Când operatorii cumpără mașini LHD, se așteaptă la o durată de viață de cel mult 5 ani din cauza condițiilor grele.Mașinile trebuie să transporte încărcături grele 24 de ore pe zi în condiții neuniforme cu umiditate, praf și pietre, șocuri mecanice și vibrații.

Când vine vorba de putere, operatorii au nevoie de sisteme de baterii care se potrivesc cu durata de viață a mașinii.De asemenea, bateriile trebuie să reziste la cicluri de încărcare și descărcare frecvente și profunde.De asemenea, trebuie să fie capabili de încărcare rapidă pentru a maximiza disponibilitatea vehiculului.Aceasta înseamnă 4 ore de serviciu la un moment dat, care se potrivesc cu modelul de ture de jumătate de zi.

Schimbarea bateriei versus încărcare rapidă

Schimbarea bateriei și încărcarea rapidă au apărut drept două opțiuni pentru a realiza acest lucru.Schimbarea bateriilor necesită două seturi identice de baterii - unul care alimentează vehiculul și unul la încărcare.După o tură de 4 ore, bateria uzată este înlocuită cu una proaspăt încărcată.

Avantajul este că acest lucru nu necesită încărcare cu putere mare și poate fi susținut de obicei de infrastructura electrică existentă a minei.Cu toate acestea, schimbarea necesită ridicare și manipulare, ceea ce creează o sarcină suplimentară.

Cealaltă abordare este să utilizați o singură baterie capabilă să se încarce rapid în aproximativ 10 minute în timpul pauzelor, pauzelor și schimbărilor de tură.Acest lucru elimină nevoia de a schimba bateriile, simplificând viața.

Cu toate acestea, încărcarea rapidă se bazează pe o conexiune la rețea de mare putere, iar operatorii minelor ar putea avea nevoie să își modernizeze infrastructura electrică sau să instaleze stocarea energiei pe marginea drumului, în special pentru flotele mai mari care trebuie să se încarce simultan.

Chimie Li-ion pentru schimbarea bateriei

Alegerea între schimbare și încărcare rapidă informează ce tip de chimie a bateriei să utilizați.

Li-ion este un termen umbrelă care acoperă o gamă largă de electrochimie.Acestea pot fi utilizate individual sau combinate pentru a oferi durata de viață necesară, durata de viață calendaristică, densitatea energiei, încărcare rapidă și siguranță.

Majoritatea bateriilor Li-ion sunt fabricate cu grafit ca electrod negativ și au materiale diferite ca electrod pozitiv, cum ar fi oxid de litiu nichel-mangan-cobalt (NMC), oxid de litiu nichel-cobalt aluminiu (NCA) și fosfat de litiu fier (LFP). ).

Dintre acestea, NMC și LFP oferă ambele conținut energetic bun cu performanță de încărcare suficientă.Acest lucru face ca oricare dintre acestea să fie ideală pentru schimbarea bateriei.

O nouă chimie pentru încărcare rapidă

Pentru încărcare rapidă, a apărut o alternativă atractivă.Acesta este oxidul de titanat de litiu (LTO), care are un electrod pozitiv fabricat din NMC.În loc de grafit, electrodul său negativ se bazează pe LTO.

Acest lucru conferă bateriilor LTO un profil de performanță diferit.Ele pot accepta încărcare cu putere foarte mare, astfel încât timpul de încărcare poate fi de până la 10 minute.De asemenea, pot suporta de trei până la cinci ori mai multe cicluri de încărcare și descărcare decât celelalte tipuri de chimie Li-ion.Acest lucru se traduce printr-o viață mai lungă a calendarului.

În plus, LTO are o siguranță inerentă extrem de ridicată, deoarece poate rezista la abuzul electric, cum ar fi descărcarea profundă sau scurtcircuitele, precum și deteriorările mecanice.

Gestionarea bateriei

Un alt factor important de proiectare pentru OEM este monitorizarea și controlul electronic.Ei trebuie să integreze vehiculul cu un sistem de management al bateriei (BMS) care gestionează performanța, protejând în același timp siguranța în întregul sistem.

Un BMS bun va controla, de asemenea, încărcarea și descărcarea celulelor individuale pentru a menține o temperatură constantă.Acest lucru asigură o performanță constantă și maximizează durata de viață a bateriei.De asemenea, va oferi feedback cu privire la starea de încărcare (SOC) și starea de sănătate (SOH).Aceștia sunt indicatori importanți ai duratei de viață a bateriei, SOC arătând cât mai mult timp poate rula operatorul vehiculul în timpul unei ture, iar SOH fiind un indicator al duratei de viață rămase în calendar.

Capacitate plug-and-play

Când vine vorba de specificarea sistemelor de baterii pentru vehicule, este foarte logic să folosiți module.Aceasta se compară cu abordarea alternativă de a cere producătorilor de baterii să dezvolte sisteme de baterii personalizate pentru fiecare vehicul.

Marele beneficiu al abordării modulare este că OEM-urile pot dezvolta o platformă de bază pentru mai multe vehicule.Apoi pot adăuga module de baterii în serie pentru a construi șiruri care furnizează tensiunea necesară pentru fiecare model.Aceasta guvernează puterea de ieșire.Ei pot apoi combina aceste șiruri în paralel pentru a construi capacitatea necesară de stocare a energiei și pentru a oferi durata necesară.

Sarcinile grele aflate în joc în minerit subteran înseamnă că vehiculele trebuie să furnizeze o putere mare.Acest lucru necesită sisteme de baterii evaluate la 650-850V.În timp ce creșterea la tensiuni mai mari ar oferi o putere mai mare, ar duce și la costuri mai mari ale sistemului, așa că se crede că sistemele vor rămâne sub 1.000 V în viitorul apropiat.

Pentru a realiza 4 ore de funcționare continuă, proiectanții caută de obicei o capacitate de stocare a energiei de 200-250 kWh, deși unii vor avea nevoie de 300 kWh sau mai mult.

Această abordare modulară îi ajută pe OEM să controleze costurile de dezvoltare și să reducă timpul de lansare pe piață prin reducerea nevoii de testare de tip.Având în vedere acest lucru, Saft a dezvoltat o soluție de baterie plug-and-play disponibilă atât în ​​electrochimie NMC, cât și LTO.

O comparație practică

Pentru a vă face o idee despre modul în care se compară modulele, merită să priviți două scenarii alternative pentru un vehicul LHD tipic bazat pe schimbarea bateriei și încărcarea rapidă.În ambele scenarii, vehiculul cântărește 45 de tone neîncărcat și 60 de tone complet încărcat, cu o capacitate de încărcare de 6-8 m3 (7,8-10,5 yd3).Pentru a permite o comparație similară, Saft a vizualizat baterii cu greutate (3,5 tone) și volum (4 m3 [5,2 yd3]) similare.

În scenariul de schimbare a bateriei, bateria ar putea fi bazată fie pe chimia NMC, fie pe LFP și ar suporta o schimbare LHD de 6 ore de la dimensiunea și greutatea pachetului.Cele două baterii, evaluate la 650 V cu o capacitate de 400 Ah, ar necesita o încărcare de 3 ore atunci când sunt schimbate de pe vehicul.Fiecare ar dura 2.500 de cicluri pe o viață calendaristică totală de 3-5 ani.

Pentru încărcare rapidă, o singură baterie LTO integrată de aceleași dimensiuni ar fi evaluată la 800 V cu o capacitate de 250 Ah, oferind 3 ore de funcționare cu o încărcare ultra-rapidă de 15 minute.Deoarece chimia poate rezista mult mai multe cicluri, ar oferi 20.000 de cicluri, cu o viață calendaristică estimată de 5-7 ani.

În lumea reală, un designer de vehicule ar putea folosi această abordare pentru a satisface preferințele unui client.De exemplu, prelungirea duratei schimbului prin creșterea capacității de stocare a energiei.

Design flexibil

În cele din urmă, operatorii minelor vor fi cei care vor alege dacă preferă schimbarea bateriei sau încărcarea rapidă.Iar alegerea lor poate varia în funcție de puterea electrică și spațiul disponibil în fiecare dintre locațiile lor.

Prin urmare, este important ca producătorii LHD să le ofere flexibilitatea de a alege.