Новости

Существует несколько технологий аккумуляторов и зарядки, которые необходимо учитывать при переходе на электромобильность в подземных горных работах.

Горнодобывающие машины с батарейным питанием идеально подходят для подземной добычи полезных ископаемых.Поскольку они не выделяют выхлопных газов, они снижают требования к охлаждению и вентиляции, сокращают выбросы парниковых газов (ПГ) и расходы на техническое обслуживание, а также улучшают условия труда.

Почти все подземное шахтное оборудование сегодня работает на дизельном топливе и создает выхлопные газы.Это приводит к необходимости обширных систем вентиляции для обеспечения безопасности рабочих.Более того, по мере того, как сегодняшние горняки выкапывают руду на глубину до 4 км (13 123,4 фута), эти системы становятся экспоненциально большими.Это делает их более дорогостоящими в установке и эксплуатации и более энергоемкими.

В то же время рынок меняется.Правительства устанавливают экологические цели, и потребители все чаще готовы платить больше за конечные продукты, которые могут демонстрировать более низкий углеродный след.Это вызывает больший интерес к обезуглероживанию шахт.

Погрузочно-доставочные машины (LHD) — отличная возможность для этого.На них приходится около 80% потребности в энергии для подземных горных работ, поскольку они перемещают людей и оборудование по шахте.

Переход на транспортные средства с батарейным питанием может обезуглероживать добычу полезных ископаемых и упростить системы вентиляции.

Для этого требуются аккумуляторы высокой мощности и длительного срока службы, а это было за пределами возможностей предыдущей технологии.Однако исследования и разработки, проведенные за последние несколько лет, позволили создать новое поколение литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов с должным уровнем производительности, безопасности, доступности и надежности.

Пятилетнее ожидание

Когда операторы покупают погрузочно-доставочные машины, они рассчитывают на срок службы не более 5 лет из-за тяжелых условий эксплуатации.Машины должны перевозить тяжелые грузы 24 часа в сутки в неровных условиях с наличием влаги, пыли и камней, механических ударов и вибрации.

Когда дело доходит до питания, операторам нужны аккумуляторные системы, соответствующие сроку службы машины.Аккумуляторы также должны выдерживать частые и глубокие циклы зарядки и разрядки.Они также должны иметь возможность быстрой зарядки, чтобы максимизировать доступность автомобиля.Это означает 4 часа работы за один раз, что соответствует смене на полдня.

Замена аккумулятора против быстрой зарядки

Замена батареи и быстрая зарядка стали двумя вариантами достижения этой цели.Для замены аккумуляторов требуется два одинаковых комплекта аккумуляторов — один для питания автомобиля, а другой для зарядки.После 4-часовой смены отработавшая батарея заменяется свежезаряженной.

Преимущество заключается в том, что для этого не требуется зарядка высокой мощности и, как правило, может поддерживаться существующей электрической инфраструктурой шахты.Однако переключение требует подъема и перемещения, что создает дополнительную задачу.

Другой подход заключается в использовании одной батареи, способной быстро заряжаться примерно за 10 минут во время пауз, перерывов и смены смен.Это избавляет от необходимости менять батареи, делая жизнь проще.

Тем не менее, быстрая зарядка зависит от подключения к сети высокой мощности, и операторам шахт может потребоваться модернизировать свою электрическую инфраструктуру или установить придорожное хранилище энергии, особенно для больших автопарков, которым необходимо заряжать одновременно.

Литий-ионная химия для замены аккумуляторов

Выбор между заменой и быстрой зарядкой информирует о том, какой тип химического состава батареи использовать.

Литий-ион — это общий термин, который охватывает широкий спектр электрохимических процессов.Их можно использовать по отдельности или смешивать, чтобы обеспечить требуемый срок службы, календарный срок службы, плотность энергии, быструю зарядку и безопасность.

Большинство литий-ионных аккумуляторов изготовлены из графита в качестве отрицательного электрода и имеют различные материалы в качестве положительного электрода, такие как литий-никель-марганцево-кобальтовый оксид (NMC), литий-никель-кобальтовый оксид алюминия (NCA) и литий-железо-фосфат (LFP). ).

Из них NMC и LFP обеспечивают хорошее энергопотребление с достаточной производительностью зарядки.Это делает любой из них идеальным для замены батареи.

Новая химия для быстрой зарядки

Для быстрой зарядки появилась привлекательная альтернатива.Это оксид титаната лития (LTO), положительный электрод которого изготовлен из NMC.Вместо графита его отрицательный электрод основан на LTO.

Это дает батареям LTO другой профиль производительности.Они могут принимать зарядку очень высокой мощности, так что время зарядки может составлять всего 10 минут.Они также могут поддерживать в три-пять раз больше циклов зарядки и разрядки, чем другие типы литий-ионных аккумуляторов.Это приводит к увеличению срока службы календаря.

Кроме того, LTO обладает чрезвычайно высокой внутренней безопасностью, поскольку он может выдерживать электрические нарушения, такие как глубокий разряд или короткое замыкание, а также механические повреждения.

Управление батареей

Еще одним важным конструктивным фактором для OEM-производителей является электронный мониторинг и управление.Им необходимо интегрировать транспортное средство с системой управления батареями (BMS), которая управляет производительностью, обеспечивая при этом безопасность всей системы.

Хорошая BMS также будет контролировать заряд и разряд отдельных элементов для поддержания постоянной температуры.Это обеспечивает стабильную производительность и максимально увеличивает срок службы батареи.Он также предоставит информацию о состоянии заряда (SOC) и состоянии здоровья (SOH).Это важные показатели срока службы батареи, при этом SOC показывает, как долго оператор может управлять транспортным средством в течение смены, а SOH является показателем оставшегося календарного срока службы.

Возможность plug-and-play

Когда дело доходит до спецификации аккумуляторных систем для транспортных средств, имеет смысл использовать модули.Это сравнимо с альтернативным подходом, когда производители аккумуляторов просят разработать индивидуальные аккумуляторные системы для каждого автомобиля.

Большим преимуществом модульного подхода является то, что OEM-производители могут разработать базовую платформу для нескольких автомобилей.Затем они могут последовательно добавлять аккумуляторные модули для создания цепочек, обеспечивающих требуемое напряжение для каждой модели.Это определяет выходную мощность.Затем они могут комбинировать эти строки параллельно, чтобы создать необходимую емкость для хранения энергии и обеспечить требуемую продолжительность.

Тяжелые грузы в подземных горных работах означают, что транспортные средства должны обеспечивать высокую мощность.Для этого требуются аккумуляторные системы с номинальным напряжением 650–850 В.Хотя повышение напряжения до более высокого напряжения обеспечит более высокую мощность, это также приведет к более высоким затратам на систему, поэтому считается, что в обозримом будущем системы останутся ниже 1000 В.

Чтобы обеспечить 4 часа непрерывной работы, разработчики обычно ищут накопители энергии емкостью 200-250 кВтч, хотя некоторым потребуется 300 кВтч и выше.

Этот модульный подход помогает OEM-производителям контролировать затраты на разработку и сокращать время выхода на рынок за счет снижения потребности в типовых испытаниях.Помня об этом, Saft разработала готовое к работе аккумуляторное решение, доступное как в электрохимии NMC, так и в LTO.

Практическое сравнение

Чтобы понять, как модули сравниваются, стоит рассмотреть два альтернативных сценария для типичного автомобиля с левым рулем, основанных на замене аккумулятора и быстрой зарядке.В обоих случаях автомобиль весит 45 тонн без груза и 60 тонн с полной загрузкой, а его грузоподъемность составляет 6–8 м3 (7,8–10,5 ярда3).Чтобы сделать возможным сравнение, компания Saft визуализировала батареи аналогичного веса (3,5 тонны) и объема (4 м3 [5,2 ярда3]).

В сценарии замены батареи батарея может быть основана либо на химическом составе NMC, либо на LFP, и будет поддерживать 6-часовой сдвиг LHD от конверта размера и веса.Две батареи с номинальным напряжением 650 В и емкостью 400 Ач требуют 3-часовой зарядки при снятии с автомобиля.Каждый из них прослужит 2500 циклов в течение всего календарного срока службы 3-5 лет.

Для быстрой зарядки одна встроенная батарея LTO тех же размеров будет рассчитана на 800 В с емкостью 250 Ач, обеспечивая 3 часа работы при 15-минутной сверхбыстрой зарядке.Поскольку химия может выдержать гораздо больше циклов, она будет обеспечивать 20 000 циклов с ожидаемым календарным сроком службы 5-7 лет.

В реальном мире конструктор транспортных средств мог бы использовать этот подход для удовлетворения предпочтений клиента.Например, увеличение продолжительности смены за счет увеличения емкости накопителя энергии.

Гибкий дизайн

В конечном счете, операторы шахт будут выбирать, предпочитают ли они замену батареи или быструю зарядку.И их выбор может варьироваться в зависимости от электрической мощности и места, доступного на каждом из их участков.

Поэтому для производителей LHD важно предоставить им возможность выбора.