Nuus

Daar is verskeie battery- en laaitegnologieë wat in ag geneem moet word wanneer oorgeskakel word na elektromobiliteit in ondergrondse mynbou.

Battery-aangedrewe mynvoertuie is by uitstek geskik vir ondergrondse mynbou.Omdat hulle nie uitlaatgasse vrystel nie, verminder hulle verkoelings- en ventilasievereistes, verminder hulle kweekhuisgasvrystellings en onderhoudskoste en verbeter werksomstandighede.

Byna alle ondergrondse myntoerusting is vandag dieselaangedrewe en skep uitlaatgasse.Dit dryf die behoefte aan uitgebreide ventilasiestelsels om veiligheid vir werkers te handhaaf.Verder, aangesien vandag se mynoperateurs so diep as 4 km (13 123,4 voet) grawe om toegang tot ertsafsettings te kry, word hierdie stelsels eksponensieel groter.Dit maak hulle duurder om te installeer en te bedryf en meer energiehonger.

Terselfdertyd is die mark besig om te verander.Regerings stel omgewingsteikens en verbruikers is toenemend bereid om 'n premie te betaal vir eindprodukte wat 'n laer koolstofvoetspoor kan demonstreer.Dit skep meer belangstelling in die ontkoling van myne.

Laai-, trek- en stortmasjiene (LHD) is 'n uitstekende geleentheid om dit te doen.Hulle verteenwoordig ongeveer 80% van die energievraag vir ondergrondse mynbou terwyl hulle mense en toerusting deur die myn beweeg.

Om oor te skakel na batteryaangedrewe voertuie kan mynbou ontgas en ventilasiestelsels vereenvoudig.

Dit vereis batterye met hoë krag en lang duur - 'n plig wat bo die vermoëns van vorige tegnologie was.Navorsing en ontwikkeling oor die laaste paar jaar het egter 'n nuwe ras van litium-ioon (Li-ioon) batterye geskep met die regte vlak van werkverrigting, veiligheid, bekostigbaarheid en betroubaarheid.

Vyf jaar verwagting

Wanneer operateurs LHD-masjiene koop, verwag hulle 'n lewensduur van hoogstens 5 jaar weens die moeilike toestande.Masjiene moet swaar vragte 24 uur per dag vervoer in ongelyke toestande met vog, stof en klippe, meganiese skok en vibrasie.

Wat krag betref, het operateurs batterystelsels nodig wat ooreenstem met die leeftyd van die masjien.Die batterye moet ook gereelde en diep laai- en ontladingsiklusse weerstaan.Hulle moet ook in staat wees om vinnig te laai om die voertuig se beskikbaarheid te maksimeer.Dit beteken 4 uur diens op 'n slag, wat ooreenstem met die halfdagskofpatroon.

Battery-omruiling teenoor vinnige laai

Battery-omruiling en vinnige laai het na vore gekom as die twee opsies om dit te bereik.Om batterye te ruil vereis twee identiese stelle batterye – een wat die voertuig aandryf en een op laai.Na 'n skof van 4 uur word die gebruikte battery vervang met 'n vars gelaaide een.

Die voordeel is dat dit nie hoëkraglaai nodig het nie en tipies deur die myn se bestaande elektriese infrastruktuur ondersteun kan word.Die oorskakeling verg egter opheffing en hantering, wat 'n ekstra taak skep.

Die ander benadering is om 'n enkele battery te gebruik wat binne ongeveer 10 minute vinnig kan laai tydens pouses, pouses en skofveranderinge.Dit elimineer die behoefte om batterye te verander, wat die lewe makliker maak.

Vinnige laai berus egter op 'n hoëkragnetwerkverbinding en mynoperateurs sal dalk hul elektriese infrastruktuur moet opgradeer of energieberging langs die pad moet installeer, veral vir groter vlote wat gelyktydig moet laai.

Li-ioon chemie vir battery omruiling

Die keuse tussen omruil en vinnig laai lig in watter tipe batterychemie om te gebruik.

Li-ioon is 'n sambreelterm wat 'n wye reeks elektrochemie dek.Dit kan individueel gebruik of gemeng word om die vereiste sikluslewe, kalenderlewe, energiedigtheid, vinnige laai en veiligheid te lewer.

Die meeste Li-ioonbatterye word gemaak met grafiet as die negatiewe elektrode en het verskillende materiale as die positiewe elektrode, soos litium-nikkel-mangaan-kobalt-oksied (NMC), litium-nikkel-kobalt-aluminiumoksied (NCA) en litium-ysterfosfaat (LFP) ).

Hiervan bied NMC en LFP albei goeie energie-inhoud met voldoende laaiprestasie.Dit maak een van hierdie ideaal vir batteryruiling.

'n Nuwe chemie vir vinnige laai

Vir vinnige laai het 'n aantreklike alternatief na vore gekom.Dit is litiumtitanaatoksied (LTO), wat 'n positiewe elektrode van NMC het.In plaas van grafiet, is sy negatiewe elektrode gebaseer op LTO.

Dit gee LTO-batterye 'n ander werkverrigtingprofiel.Hulle kan baie hoë kraglaai aanvaar sodat die laaityd so min as 10 minute kan wees.Hulle kan ook drie tot vyf keer meer laai- en ontladingsiklusse ondersteun as die ander tipes Li-ion-chemie.Dit lei tot 'n langer kalenderlewe.

Daarbenewens het LTO uiters hoë inherente veiligheid aangesien dit elektriese misbruik soos diep ontlading of kortsluitings, sowel as meganiese skade kan weerstaan.

Batterybestuur

Nog 'n belangrike ontwerpfaktor vir OEM's is elektroniese monitering en beheer.Hulle moet die voertuig integreer met 'n batterybestuurstelsel (BMS) wat werkverrigting bestuur terwyl veiligheid oor die hele stelsel beskerm word.

'n Goeie BMS sal ook die lading en ontlading van individuele selle beheer om 'n konstante temperatuur te handhaaf.Dit verseker konsekwente werkverrigting en maksimeer batterylewe.Dit sal ook terugvoer gee oor die staat van beheer (SOC) en toestand van gesondheid (SOH).Dit is belangrike aanwysers van batterylewe, met SOC wat wys hoeveel langer die operateur die voertuig tydens 'n skof kan laat bestuur, en SOH is 'n aanduiding van die oorblywende kalenderlewe.

Plug-en-speel-vermoë

Wanneer dit kom by die spesifikasie van batterystelsels vir voertuie, maak dit baie sin om modules te gebruik.Dit vergelyk met die alternatiewe benadering om batteryvervaardigers te vra om pasgemaakte batterystelsels vir elke voertuig te ontwikkel.

Die groot voordeel van die modulêre benadering is dat OEM's 'n basiese platform vir veelvuldige voertuie kan ontwikkel.Hulle kan dan batterymodules in serie byvoeg om stringe te bou wat die vereiste spanning vir elke model lewer.Dit beheer die kraguitset.Hulle kan dan hierdie stringe parallel kombineer om die vereiste energiebergingskapasiteit te bou en die vereiste tydsduur te verskaf.

Die swaar vragte wat in ondergrondse mynbou speel, beteken dat voertuie hoë krag moet lewer.Dit vereis batterystelsels wat op 650-850V gegradeer is.Terwyl opgradering na hoër spannings hoër krag sal verskaf, sal dit ook lei tot hoër stelselkoste, so daar word geglo dat stelsels vir die afsienbare toekoms onder 1 000V sal bly.

Om 4 uur se aaneenlopende werking te bereik, soek ontwerpers tipies energiebergingskapasiteit van 200-250 kWh, hoewel sommige 300 kWh of hoër sal benodig.

Hierdie modulêre benadering help OEM's om ontwikkelingskoste te beheer en tyd tot mark te verminder deur die behoefte aan tipe toetsing te verminder.Met inagneming hiervan het Saft 'n plug-and-play battery-oplossing ontwikkel wat beskikbaar is in beide NMC- en LTO-elektrochemie.

'n Praktiese vergelyking

Om 'n gevoel te kry vir hoe die modules vergelyk, is dit die moeite werd om na twee alternatiewe scenario's te kyk vir 'n tipiese LHD-voertuig gebaseer op battery-omruiling en vinnige laai.In beide scenario's weeg die voertuig 45 ton ongelaai en 60 ton volgelaai met 'n laaivermoë van 6-8 m3 (7.8-10.5 yd3).Om 'n soortgelyke vergelyking moontlik te maak, het Saft batterye van soortgelyke gewig (3,5 ton) en volume (4 m3 [5,2 yd3]) gevisualiseer.

In die battery-omruilscenario kan die battery gebaseer wees op óf NMC- óf LFP-chemie en sal 'n 6-uur LHD-verskuiwing van die grootte en gewig koevert ondersteun.Die twee batterye, gegradeer op 650V met 400 Ah kapasiteit, sal 'n 3-uur laai vereis wanneer dit van die voertuig af geruil word.Elkeen sou 2 500 siklusse oor 'n totale kalenderlewe van 3-5 jaar duur.

Vir vinnig laai, sal 'n enkele LTO-battery aan boord van dieselfde afmetings gegradeer word teen 800V met 250 Ah-kapasiteit, wat 3 uur se werking lewer met 'n ultravinnige laai van 15 minute.Omdat die chemie baie meer siklusse kan weerstaan, sal dit 20 000 siklusse lewer, met 'n verwagte kalenderlewe van 5-7 jaar.

In die regte wêreld kan 'n voertuigontwerper hierdie benadering gebruik om aan 'n kliënt se voorkeure te voldoen.Byvoorbeeld, om die skof se duur te verleng deur die energiebergingskapasiteit te verhoog.

Buigsame ontwerp

Uiteindelik sal dit die mynoperateurs wees wat kies of hulle batteryruil of vinnige laai verkies.En hul keuse kan wissel na gelang van die elektriese krag en spasie beskikbaar by elk van hul terreine.

Daarom is dit belangrik vir LHD-vervaardigers om hulle die buigsaamheid te gee om te kies.