Новини

Існує кілька технологій зарядки акумуляторів і зарядки, які необхідно враховувати при переході на електромобільність у підземному видобутку.

Акумуляторні гірничі машини ідеально підходять для підземного видобутку.Оскільки вони не виділяють вихлопних газів, вони зменшують вимоги до охолодження та вентиляції, скорочують викиди парникових газів (ПГ) і витрати на технічне обслуговування, а також покращують умови праці.

Майже все підземне шахтне обладнання сьогодні працює на дизельному паливі і створює вихлопні гази.Це викликає потребу в розширених системах вентиляції для підтримки безпеки працівників.Більше того, оскільки сучасні оператори шахти копають на глибину до 4 км (13 123,4 фута), щоб отримати доступ до родовищ руди, ці системи стають експоненціально більшими.Це робить їх більш дорогими в установці та експлуатації та більш енергоємними.

Водночас ринок змінюється.Уряди встановлюють екологічні цілі, і споживачі все більше готові платити надбавку за кінцеву продукцію, яка може демонструвати менший вуглецевий слід.Це створює більший інтерес до декарбонізації шахт.

Машини для завантаження, перевезення та розвантаження (LHD) є чудовою можливістю для цього.Вони становлять близько 80% потреби в енергії для підземного видобутку, оскільки вони переміщують людей та обладнання через шахту.

Перехід на транспортні засоби з акумуляторним живленням може декарбонізувати видобуток і спростити системи вентиляції.

Для цього потрібні батареї з високою потужністю та тривалим терміном служби – обов’язок, який був за межами можливостей попередніх технологій.Однак дослідження та розробки протягом останніх кількох років створили нову породу літій-іонних (Li-ion) акумуляторів з належним рівнем продуктивності, безпеки, доступності та надійності.

Очікування на п'ять років

Коли оператори купують машини з LHD, вони очікують не більше 5 років через важкі умови.Машинам необхідно цілодобово транспортувати важкі вантажі в нерівномірних умовах з вологою, пилом і камінням, механічними ударами та вібрацією.

Коли справа доходить до живлення, операторам потрібні акумуляторні системи, які відповідають терміну служби машини.Акумулятори також повинні витримувати часті та глибокі цикли заряду та розряду.Вони також повинні мати можливість швидкої зарядки, щоб максимізувати доступність автомобіля.Це означає 4 години обслуговування за раз, що відповідає схемі зміни на півдня.

Заміна акумулятора проти швидкої зарядки

Заміна акумулятора та швидка зарядка з’явилися як два варіанти досягнення цього.Для заміни батареї потрібні два однакових комплекти батарей – один для живлення автомобіля, а другий для зарядки.Після 4-годинної зміни відпрацьований акумулятор замінюють на щойно заряджений.

Перевага полягає в тому, що це не потребує високої потужності зарядки і зазвичай може підтримуватися наявною електричною інфраструктурою шахти.Однак перемикання вимагає підйому та переміщення, що створює додаткове завдання.

Інший підхід полягає у використанні однієї батареї, здатної швидко заряджатися протягом приблизно 10 хвилин під час пауз, перерв і змін.Це позбавляє від необхідності змінювати батареї, спрощуючи життя.

Однак швидка зарядка залежить від високопотужного підключення до мережі, і операторам шахт може знадобитися модернізувати свою електричну інфраструктуру або встановити придорожнє сховище енергії, особливо для великих автопарків, які повинні заряджатися одночасно.

Літій-іонна хімія для заміни батареї

Вибір між заміною та швидкою зарядкою визначає, який тип хімічного складу акумулятора використовувати.

Літій-іон – це загальний термін, який охоплює широкий діапазон електрохімії.Їх можна використовувати окремо або змішувати для забезпечення необхідного циклу, календарного терміну служби, щільності енергії, швидкої зарядки та безпеки.

Більшість літій-іонних акумуляторів виготовляються з графіту як негативного електрода та мають різні матеріали як позитивний електрод, такі як літій-нікель-марганцю-кобальту (NMC), літій-нікель-кобальт-оксид алюмінію (NCA) і літій-залізофосфат (LFP). ).

З них як NMC, так і LFP забезпечують хороший рівень енергоємності з достатньою продуктивністю зарядки.Це робить будь-який з них ідеальним для заміни батареї.

Нова хімія для швидкої зарядки

Для швидкої зарядки з’явилася приваблива альтернатива.Це оксид титанату літію (LTO), який має позитивний електрод з NMC.Замість графіту його негативний електрод заснований на LTO.

Це надає акумуляторам LTO інший профіль продуктивності.Вони можуть приймати зарядку дуже високої потужності, так що час зарядки може становити всього 10 хвилин.Вони також можуть підтримувати в три-п’ять разів більше циклів заряду та розряду, ніж інші типи літій-іонної хімії.Це означає довший термін служби календаря.

Крім того, LTO має надзвичайно високу притаманну безпеку, оскільки може витримувати електричні зловживання, такі як глибокий розряд або коротке замикання, а також механічні пошкодження.

Управління акумулятором

Іншим важливим фактором дизайну для OEM-виробників є електронний моніторинг та контроль.Їм потрібно інтегрувати автомобіль із системою керування акумулятором (BMS), яка керує продуктивністю, захищаючи безпеку в усій системі.

Хороший BMS також контролюватиме заряд і розряд окремих елементів для підтримки постійної температури.Це забезпечує стабільну продуктивність і максимальний термін служби акумулятора.Він також надасть зворотній зв’язок про стан заряду (SOC) і стан здоров’я (SOH).Це важливі показники роботи батареї, причому SOC показує, скільки довше оператор може працювати з транспортним засобом протягом зміни, а SOH є показником календарного терміну, що залишився.

Можливість Plug-and-Play

Коли справа доходить до специфікації акумуляторних систем для транспортних засобів, має великий сенс використовувати модулі.Це порівнюється з альтернативним підходом до виробників акумуляторів, щоб вони розробили спеціальні акумуляторні системи для кожного автомобіля.

Велика перевага модульного підходу полягає в тому, що OEM-виробники можуть розробити базову платформу для кількох транспортних засобів.Потім вони можуть додавати модулі батарей послідовно, щоб створити ланцюги, які забезпечують потрібну напругу для кожної моделі.Це регулює вихідну потужність.Потім вони можуть комбінувати ці струни паралельно, щоб створити необхідну ємність накопичення енергії та забезпечити необхідну тривалість.

Важкі навантаження під час видобутку корисних копалин означають, що транспортні засоби повинні забезпечувати високу потужність.Для цього потрібні акумуляторні системи з напругою 650-850 В.Хоча підвищення напруги дасть більшу потужність, це також призведе до вищих витрат на систему, тому вважається, що системи залишаться нижче 1000 В в осяжному майбутньому.

Щоб забезпечити 4 години безперервної роботи, конструктори зазвичай шукають ємність накопичувача енергії 200-250 кВт-год, хоча деяким знадобиться 300 кВт-год або вище.

Цей модульний підхід допомагає OEM-виробникам контролювати витрати на розробку та скорочувати час виходу на ринок, зменшуючи потребу в тестуванні типу.Пам’ятаючи про це, Saft розробив рішення для батареї plug-and-play, доступне в електрохімії NMC і LTO.

Практичне порівняння

Щоб відчути порівняння модулів, варто розглянути два альтернативні сценарії для типового автомобіля з LHD на основі заміни акумулятора та швидкої зарядки.В обох сценаріях транспортний засіб важить 45 тонн у порожньому стані та 60 тонн із повністю завантаженим при вантажопідйомності 6-8 м3 (7,8-10,5 ярда3).Щоб забезпечити порівняння «подібне до подібного», Saft візуалізував батареї схожої ваги (3,5 тонни) та об’єму (4 м3 [5,2 ярда3]).

У сценарії заміни акумулятора батарея може бути заснована на хімії NMC або LFP і підтримуватиме 6-годинний зсув LHD від розміру та ваги.Дві батареї, розраховані на 650 В і ємністю 400 Ач, вимагають 3-годинної зарядки при заміні автомобіля.Кожен триватиме 2500 циклів протягом загального календарного життя 3-5 років.

Для швидкої зарядки один бортовий акумулятор LTO такого ж розміру буде розрахований на 800 В і ємністю 250 Ач, забезпечуючи 3 години роботи з 15-хвилинною надшвидкою зарядкою.Оскільки хімія може витримати набагато більше циклів, вона забезпечить 20 000 циклів з очікуваним календарним терміном служби 5-7 років.

У реальному світі дизайнер транспортного засобу міг би використовувати цей підхід, щоб задовольнити вподобання клієнта.Наприклад, подовження тривалості зміни за рахунок збільшення ємності накопичення енергії.

Гнучкий дизайн

Зрештою, оператори шахт вибиратимуть, чи віддають перевагу заміні акумулятора чи швидкій зарядці.Їх вибір може відрізнятися залежно від електричної потужності та місця, доступного на кожному з їхніх ділянок.

Тому для виробників LHD важливо надати їм можливість вибору.