Berita

Terdapat beberapa teknologi bateri dan pengecasan yang perlu dipertimbangkan apabila beralih kepada mobiliti elektro dalam perlombongan bawah tanah.

Kenderaan perlombongan berkuasa bateri sangat sesuai untuk perlombongan bawah tanah.Kerana ia tidak mengeluarkan gas ekzos, ia mengurangkan keperluan penyejukan dan pengudaraan, mengurangkan pelepasan gas rumah hijau (GHG) dan kos penyelenggaraan, dan memperbaiki keadaan kerja.

Hampir semua peralatan lombong bawah tanah hari ini adalah berkuasa diesel dan menghasilkan asap ekzos.Ini mendorong keperluan untuk sistem pengudaraan yang meluas untuk mengekalkan keselamatan pekerja.Lebih-lebih lagi, kerana pengusaha lombong hari ini menggali sedalam 4 km (13,123.4 kaki) untuk mengakses deposit bijih, sistem ini menjadi lebih besar secara eksponen.Itu menjadikan mereka lebih mahal untuk dipasang dan dijalankan serta lebih lapar tenaga.

Pada masa yang sama, pasaran berubah.Kerajaan menetapkan sasaran alam sekitar dan pengguna semakin bersedia untuk membayar premium untuk produk akhir yang boleh menunjukkan jejak karbon yang lebih rendah.Itu mewujudkan lebih banyak minat dalam menyahkarbonkan lombong.

Mesin muat, angkut dan buang (LHD) adalah peluang terbaik untuk melakukan ini.Mereka mewakili sekitar 80% daripada permintaan tenaga untuk perlombongan bawah tanah semasa mereka memindahkan orang dan peralatan melalui lombong.

Beralih kepada kenderaan berkuasa bateri boleh menyahkarbon perlombongan dan memudahkan sistem pengudaraan.

Ini memerlukan bateri dengan kuasa tinggi dan tempoh yang panjang - tugas yang di luar kemampuan teknologi sebelumnya.Walau bagaimanapun, penyelidikan dan pembangunan sejak beberapa tahun kebelakangan ini telah mencipta satu baka baharu bateri litium-ion (Li-ion) dengan tahap prestasi, keselamatan, keterjangkauan dan kebolehpercayaan yang betul.

Jangkaan lima tahun

Apabila pengendali membeli mesin LHD, mereka menjangkakan jangka hayat paling lama 5 tahun disebabkan keadaan yang sukar.Mesin perlu mengangkut beban berat 24 jam sehari dalam keadaan tidak rata dengan kelembapan, habuk dan batu, kejutan mekanikal dan getaran.

Apabila bercakap mengenai kuasa, pengendali memerlukan sistem bateri yang sepadan dengan jangka hayat mesin.Bateri juga perlu menahan kitaran cas dan nyahcas yang kerap dan dalam.Mereka juga perlu mampu mengecas pantas untuk memaksimumkan ketersediaan kenderaan.Ini bermakna 4 jam perkhidmatan pada satu masa, sepadan dengan corak syif setengah hari.

Pertukaran bateri berbanding pengecasan pantas

Pertukaran bateri dan pengecasan pantas muncul sebagai dua pilihan untuk mencapai matlamat ini.Pertukaran bateri memerlukan dua set bateri yang serupa - satu menghidupkan kenderaan dan satu lagi dicas.Selepas peralihan 4 jam, bateri yang telah digunakan digantikan dengan yang baru dicas.

Kelebihannya ialah ini tidak memerlukan pengecasan kuasa tinggi dan lazimnya boleh disokong oleh infrastruktur elektrik sedia ada lombong.Walau bagaimanapun, pertukaran memerlukan pengangkatan dan pengendalian, yang mewujudkan tugas tambahan.

Pendekatan lain ialah menggunakan satu bateri yang mampu mengecas pantas dalam masa sekitar 10 minit semasa jeda, rehat dan pertukaran syif.Ini menghapuskan keperluan untuk menukar bateri, menjadikan kehidupan lebih mudah.

Walau bagaimanapun, pengecasan pantas bergantung pada sambungan grid berkuasa tinggi dan pengendali lombong mungkin perlu menaik taraf infrastruktur elektrik mereka atau memasang storan tenaga di tepi jalan, terutamanya untuk armada yang lebih besar yang perlu mengecas secara serentak.

Kimia li-ion untuk menukar bateri

Pilihan antara pertukaran dan pengecasan pantas memberitahu jenis kimia bateri yang hendak digunakan.

Li-ion ialah istilah umum yang merangkumi rangkaian luas elektrokimia.Ini boleh digunakan secara individu atau dicampur untuk menyampaikan hayat kitaran yang diperlukan, hayat kalendar, ketumpatan tenaga, pengecasan pantas dan keselamatan.

Kebanyakan bateri Li-ion dibuat dengan grafit sebagai elektrod negatif dan mempunyai bahan yang berbeza sebagai elektrod positif, seperti litium nikel-mangan-kobalt oksida (NMC), litium nikel-kobalt aluminium oksida (NCA) dan litium besi fosfat (LFP). ).

Daripada jumlah ini, NMC dan LFP kedua-duanya menyediakan kandungan tenaga yang baik dengan prestasi pengecasan yang mencukupi.Ini menjadikan salah satu daripada ini sesuai untuk menukar bateri.

Kimia baharu untuk pengecasan pantas

Untuk pengecasan pantas, alternatif yang menarik telah muncul.Ini adalah litium titanate oksida (LTO), yang mempunyai elektrod positif yang diperbuat daripada NMC.Daripada grafit, elektrod negatifnya adalah berdasarkan LTO.

Ini memberikan bateri LTO profil prestasi yang berbeza.Mereka boleh menerima pengecasan kuasa yang sangat tinggi supaya masa pengecasan boleh seawal 10 minit.Mereka juga boleh menyokong tiga hingga lima kali lebih banyak kitaran cas dan nyahcas daripada jenis kimia Li-ion yang lain.Ini diterjemahkan kepada hayat kalendar yang lebih panjang.

Selain itu, LTO mempunyai keselamatan bawaan yang sangat tinggi kerana ia boleh menahan penyalahgunaan elektrik seperti nyahcas dalam atau litar pintas, serta kerosakan mekanikal.

Pengurusan bateri

Satu lagi faktor reka bentuk penting untuk OEM ialah pemantauan dan kawalan elektronik.Mereka perlu menyepadukan kenderaan dengan sistem pengurusan bateri (BMS) yang menguruskan prestasi sambil melindungi keselamatan di seluruh sistem.

BMS yang baik juga akan mengawal cas dan nyahcas sel individu untuk mengekalkan suhu malar.Ini memastikan prestasi yang konsisten dan memaksimumkan hayat bateri.Ia juga akan memberikan maklum balas tentang keadaan caj (SOC) dan keadaan kesihatan (SOH).Ini adalah penunjuk penting hayat bateri, dengan SOC menunjukkan berapa lama lagi pengendali boleh menjalankan kenderaan semasa syif, dan SOH menjadi penunjuk baki hayat kalendar.

Keupayaan plug-and-play

Apabila ia datang untuk menentukan sistem bateri untuk kenderaan, ia sangat masuk akal untuk menggunakan modul.Ini membandingkan dengan pendekatan alternatif meminta pengeluar bateri untuk membangunkan sistem bateri yang dibuat khusus untuk setiap kenderaan.

Manfaat besar pendekatan modular ialah OEM boleh membangunkan platform asas untuk berbilang kenderaan.Mereka kemudiannya boleh menambah modul bateri secara bersiri untuk membina rentetan yang memberikan voltan yang diperlukan untuk setiap model.Ini mengawal keluaran kuasa.Mereka kemudiannya boleh menggabungkan rentetan ini secara selari untuk membina kapasiti penyimpanan tenaga yang diperlukan dan menyediakan tempoh yang diperlukan.

Beban berat yang dimainkan dalam perlombongan bawah tanah bermakna kenderaan perlu menghantar kuasa tinggi.Itu memerlukan sistem bateri yang dinilai pada 650-850V.Walaupun peningkatan kepada voltan yang lebih tinggi akan memberikan kuasa yang lebih tinggi, ia juga akan membawa kepada kos sistem yang lebih tinggi, jadi sistem dipercayai akan kekal di bawah 1,000V untuk masa hadapan yang boleh dijangka.

Untuk mencapai 4 jam operasi berterusan, pereka biasanya mencari kapasiti penyimpanan tenaga 200-250 kWj, walaupun sesetengahnya memerlukan 300 kWj atau lebih tinggi.

Pendekatan modular ini membantu OEM mengawal kos pembangunan dan mengurangkan masa ke pasaran dengan mengurangkan keperluan untuk ujian jenis.Menyedari perkara ini, Saft membangunkan penyelesaian bateri pasang dan main yang tersedia dalam kedua-dua elektrokimia NMC dan LTO.

Perbandingan praktikal

Untuk merasakan bagaimana perbandingan modul, anda perlu melihat dua senario alternatif untuk kenderaan LHD biasa berdasarkan penukaran bateri dan pengecasan pantas.Dalam kedua-dua senario, kenderaan itu mempunyai berat 45 tan tanpa muatan dan 60 tan muatan penuh dengan kapasiti muatan 6-8 m3 (7.8-10.5 yd3).Untuk mendayakan perbandingan suka-untuk-seperti, Saft memvisualisasikan bateri dengan berat yang serupa (3.5 tan) dan isipadu (4 m3 [5.2 yd3]).

Dalam senario penukaran bateri, bateri boleh berdasarkan sama ada NMC atau kimia LFP dan akan menyokong peralihan LHD 6 jam daripada saiz dan berat sampul surat.Kedua-dua bateri itu, dinilai pada 650V dengan kapasiti 400 Ah, memerlukan pengecasan selama 3 jam apabila ditukar dari kenderaan.Setiap satu akan berlangsung 2,500 kitaran sepanjang hayat kalendar 3-5 tahun.

Untuk pengecasan pantas, satu bateri LTO onboard dengan dimensi yang sama akan dinilai pada 800V dengan kapasiti 250 Ah, memberikan 3 jam operasi dengan pengecasan ultra-pantas 15 minit.Kerana kimia boleh menahan lebih banyak kitaran, ia akan menyampaikan 20,000 kitaran, dengan jangka hayat kalendar 5-7 tahun.

Dalam dunia sebenar, pereka kenderaan boleh menggunakan pendekatan ini untuk memenuhi pilihan pelanggan.Contohnya, memanjangkan tempoh peralihan dengan meningkatkan kapasiti penyimpanan tenaga.

Reka bentuk yang fleksibel

Akhirnya, pengendali lombonglah yang memilih sama ada mereka lebih suka menukar bateri atau mengecas pantas.Dan pilihan mereka mungkin berbeza-beza bergantung pada kuasa elektrik dan ruang yang tersedia di setiap tapak mereka.

Oleh itu, adalah penting bagi pengeluar LHD untuk memberikan mereka fleksibiliti untuk memilih.