žinios

Yra keletas akumuliatorių ir įkrovimo technologijų, į kurias reikia atsižvelgti pereinant prie elektromobilumo požeminėje kasyboje.

Baterijomis varomos kasybos transporto priemonės idealiai tinka požeminei kasybai.Kadangi jie neišskiria išmetamųjų dujų, jie sumažina vėsinimo ir vėdinimo reikalavimus, sumažina šiltnamio efektą sukeliančių dujų (ŠESD) emisiją ir priežiūros išlaidas bei pagerina darbo sąlygas.

Beveik visa požeminių kasyklų įranga šiandien yra varoma dyzelinu ir sukuria išmetamąsias dujas.Dėl to reikia didelių vėdinimo sistemų, kad būtų užtikrinta darbuotojų sauga.Be to, kadangi šiandieniniai kasyklų operatoriai kasa net 4 km (13 123,4 pėdos) gylį, kad pasiektų rūdos telkinius, šios sistemos tampa eksponentiškai didesnės.Dėl to juos brangiau įrengti ir eksploatuoti, be to, jiems reikia daugiau energijos.

Tuo pačiu metu rinka keičiasi.Vyriausybės nustato aplinkosaugos tikslus, o vartotojai vis labiau nori mokėti priemoką už galutinius produktus, kurie gali parodyti mažesnį anglies pėdsaką.Tai kelia didesnį susidomėjimą kasyklų dekarbonizavimu.

Pakrovimo, traukimo ir iškrovimo (LHD) mašinos yra puiki galimybė tai padaryti.Jie sudaro apie 80 % energijos poreikio požeminei kasybai, kai kasykloje perkeliami žmonės ir įranga.

Perėjus prie akumuliatoriaus varomų transporto priemonių, galima sumažinti kasybą ir supaprastinti vėdinimo sistemas.

Tam reikalingos didelės galios ir ilgos trukmės baterijos – ši pareiga viršijo ankstesnių technologijų galimybes.Tačiau per pastaruosius kelerius metus moksliniai tyrimai ir plėtra sukūrė naujos rūšies ličio jonų (Li-ion) baterijas, kurių našumas, saugumas, įperkamumas ir patikimumas yra tinkamas.

Penkerių metų lūkesčiai

Kai operatoriai perka LHD mašinas, dėl sunkių sąlygų jie tikisi, kad jų tarnavimo laikas yra ne daugiau kaip 5 metai.Mašinos turi gabenti sunkius krovinius 24 valandas per parą nelygiomis sąlygomis su drėgme, dulkėmis ir akmenimis, mechaniniais smūgiais ir vibracija.

Kalbant apie maitinimą, operatoriams reikia akumuliatorių sistemų, kurios atitiktų mašinos eksploatavimo laiką.Baterijos taip pat turi atlaikyti dažnus ir gilius įkrovimo ir iškrovimo ciklus.Jie taip pat turi turėti galimybę greitai įkrauti, kad transporto priemonė būtų maksimaliai prieinama.Tai reiškia, kad vienu metu dirbama 4 valandas, atitinkančią pusės dienos pamainą.

Baterijos keitimas prieš greitą įkrovimą

Akumuliatoriaus keitimas ir greitas įkrovimas pasirodė kaip dvi galimybės tai pasiekti.Norint pakeisti akumuliatorių, reikalingi du identiški akumuliatorių rinkiniai – vienas maitina transporto priemonę, o kitas – įkraunamas.Po 4 valandų pamainos išeikvota baterija pakeičiama naujai įkrauta.

Privalumas yra tas, kad tai nereikalauja didelio galingumo įkrovimo ir paprastai gali būti palaikoma esama kasyklos elektros infrastruktūra.Tačiau perjungimui reikia kelti ir tvarkyti, o tai sukuria papildomą užduotį.

Kitas būdas yra naudoti vieną bateriją, galinčią greitai įkrauti maždaug per 10 minučių per pauzes, pertraukas ir pamainas.Taip nebereikia keisti baterijų, todėl gyvenimas tampa paprastesnis.

Tačiau greitas įkrovimas priklauso nuo didelės galios tinklo jungties, o kasyklų operatoriams gali tekti atnaujinti savo elektros infrastruktūrą arba įrengti pakelės energijos saugyklas, ypač didesniems laivynams, kuriuos reikia įkrauti vienu metu.

Ličio jonų chemija akumuliatorių keitimui

Pasirinkimas tarp keitimo ir greito įkrovimo nurodo, kokio tipo akumuliatorių naudoti.

Ličio jonai yra bendras terminas, apimantis platų elektrochemijos spektrą.Jie gali būti naudojami atskirai arba sumaišyti, kad būtų užtikrintas reikiamas ciklo laikas, kalendorinis tarnavimo laikas, energijos tankis, greitas įkrovimas ir saugumas.

Dauguma ličio jonų baterijų gaminamos naudojant neigiamą elektrodą grafitą, o teigiamas elektrodas yra skirtingų medžiagų, tokių kaip ličio nikelio-mangano-kobalto oksidas (NMC), ličio nikelio-kobalto aliuminio oksidas (NCA) ir ličio geležies fosfatas (LFP). ).

Iš jų NMC ir LFP užtikrina gerą energijos kiekį ir pakankamą įkrovimo našumą.Dėl to bet kuris iš jų idealiai tinka keisti akumuliatorių.

Nauja chemija greitam įkrovimui

Greitam įkrovimui atsirado patraukli alternatyva.Tai yra ličio titanato oksidas (LTO), kurio teigiamas elektrodas pagamintas iš NMC.Vietoj grafito jo neigiamas elektrodas yra pagrįstas LTO.

Tai suteikia LTO akumuliatoriams skirtingą veikimo profilį.Jie gali priimti labai didelės galios įkrovimą, todėl įkrovimo laikas gali būti tik 10 minučių.Jie taip pat gali palaikyti nuo trijų iki penkių kartų daugiau įkrovimo ir iškrovimo ciklų nei kiti ličio jonų chemijos tipai.Tai reiškia ilgesnį kalendorinį gyvenimą.

Be to, LTO pasižymi itin aukšta būdinga sauga, nes gali atlaikyti piktnaudžiavimą elektra, pvz., gilų iškrovą ar trumpąjį jungimą, taip pat mechaninius pažeidimus.

Akumuliatoriaus valdymas

Kitas svarbus OEM projektavimo veiksnys yra elektroninis stebėjimas ir valdymas.Jie turi integruoti transporto priemonę su akumuliatoriaus valdymo sistema (BMS), kuri valdo veikimą ir užtikrina saugumą visoje sistemoje.

Geras BMS taip pat valdys atskirų elementų įkrovimą ir iškrovimą, kad išlaikytų pastovią temperatūrą.Tai užtikrina pastovų veikimą ir maksimaliai pailgina baterijos veikimo laiką.Ji taip pat pateiks grįžtamąjį ryšį apie įkrovimo būseną (SOC) ir sveikatos būklę (SOH).Tai yra svarbūs akumuliatoriaus veikimo laiko rodikliai: SOC rodo, kiek ilgiau operatorius gali važiuoti automobiliu per pamainą, o SOH – likusį kalendorinį veikimo laiką.

„Plug-and-play“ galimybė

Kalbant apie transporto priemonių akumuliatorių sistemų nustatymą, labai prasminga naudoti modulius.Tai galima palyginti su alternatyviu požiūriu, kai akumuliatorių gamintojai prašo sukurti kiekvienai transporto priemonei pritaikytas akumuliatorių sistemas.

Didelis modulinio metodo pranašumas yra tas, kad originalios įrangos gamintojai gali sukurti pagrindinę platformą kelioms transporto priemonėms.Tada jie gali nuosekliai pridėti akumuliatorių modulius, kad sukurtų eilutes, tiekiančias reikiamą įtampą kiekvienam modeliui.Tai reguliuoja išėjimo galią.Tada jie gali sujungti šias eilutes lygiagrečiai, kad sukurtų reikiamą energijos kaupimo pajėgumą ir užtikrintų reikiamą trukmę.

Didelės apkrovos požeminėje kasyboje reiškia, kad transporto priemonės turi tiekti didelę galią.Tam reikalingos 650–850 V baterijų sistemos.Nors pakeitus į aukštesnę įtampą būtų gaunama didesnė galia, tai taip pat padidintų sistemos sąnaudas, todėl manoma, kad artimiausioje ateityje sistemos išliks žemiau 1000 V.

Norint pasiekti 4 valandų nepertraukiamo veikimo, projektuotojai paprastai ieško 200–250 kWh energijos kaupimo talpos, nors kai kuriems reikės 300 kWh ar daugiau.

Šis modulinis metodas padeda OĮG kontroliuoti kūrimo išlaidas ir sutrumpinti pateikimo į rinką laiką, nes sumažėja tipo bandymų poreikis.Atsižvelgdama į tai, „Saft“ sukūrė „plug-and-play“ akumuliatoriaus sprendimą, prieinamą tiek NMC, tiek LTO elektrochemijos srityse.

Praktinis palyginimas

Kad suprastumėte, kaip moduliai yra lyginami, verta pažvelgti į du alternatyvius tipinės LHD transporto priemonės scenarijus, pagrįstus akumuliatoriaus keitimu ir greitu įkrovimu.Abiem atvejais transporto priemonė be krovinio sveria 45 tonas, o pilnai pakrauta – 60 tonų, o keliamoji galia yra 6–8 m3 (7,8–10,5 yd3).Kad būtų galima palyginti, „Saft“ vizualizavo panašaus svorio (3,5 tonos) ir tūrio (4 m3 [5,2 yd3]) baterijas.

Pagal baterijos keitimo scenarijų akumuliatorius galėtų būti pagrįstas NMC arba LFP chemija ir palaikytų 6 valandų LHD poslinkį nuo dydžio ir svorio voko.Dvi baterijas, kurių nominalioji įtampa yra 650 V ir 400 Ah talpa, iškeitus iš transporto priemonės reikės įkrauti 3 valandas.Kiekvienas iš jų truktų 2500 ciklų per bendrą 3–5 metų kalendorinį gyvenimą.

Norint greitai įkrauti, vieno tų pačių matmenų LTO akumuliatoriaus įtampa būtų 800 V ir 250 Ah talpa, o tai suteiktų 3 valandų veikimo su 15 minučių itin greitu įkrovimu.Kadangi chemija gali atlaikyti daug daugiau ciklų, ji atliktų 20 000 ciklų, o numatomas kalendorinis tarnavimo laikas yra 5–7 metai.

Realiame pasaulyje transporto priemonių dizaineris galėtų naudoti šį metodą, kad patenkintų kliento pageidavimus.Pavyzdžiui, pailginti pamainos trukmę didinant energijos kaupimo pajėgumus.

Lankstus dizainas

Galų gale kasyklų operatoriai nuspręs, ar jie nori pakeisti akumuliatorių, ar greitą įkrovimą.Jų pasirinkimas gali skirtis priklausomai nuo elektros energijos ir vietos kiekvienoje jų svetainėje.

Todėl LHD gamintojams svarbu suteikti jiems galimybę rinktis.