Jaunumi

Ir vairākas akumulatoru un uzlādes tehnoloģijas, kas jāņem vērā, pārejot uz elektromobilitāti pazemes raktuvēs.

Ar akumulatoru darbināmi kalnrūpniecības transportlīdzekļi ir ideāli piemēroti pazemes ieguvei.Tā kā tie neizdala izplūdes gāzes, tie samazina dzesēšanas un ventilācijas prasības, samazina siltumnīcefekta gāzu (SEG) emisijas un uzturēšanas izmaksas, kā arī uzlabo darba apstākļus.

Gandrīz visas pazemes raktuvju iekārtas mūsdienās ir darbināmas ar dīzeļdegvielu un rada izplūdes gāzes.Tas rada nepieciešamību pēc plašām ventilācijas sistēmām, lai uzturētu darbinieku drošību.Turklāt, tā kā mūsdienu raktuvju operatori veic rakšanas pat 4 km (13 123,4 pēdas), lai piekļūtu rūdas atradnēm, šīs sistēmas kļūst eksponenciāli lielākas.Tas padara tos dārgāku uzstādīšanu un ekspluatāciju, un tie ir vairāk enerģijas izsalkuši.

Tajā pašā laikā tirgus mainās.Valdības nosaka vides mērķus, un patērētāji arvien vairāk vēlas maksāt piemaksu par galaproduktiem, kas var radīt mazāku oglekļa emisiju.Tas rada lielāku interesi par raktuvju dekarbonizāciju.

Iekraušanas, vilkšanas un izgāzšanas (LHD) mašīnas ir lieliska iespēja to izdarīt.Tie veido aptuveni 80% no enerģijas pieprasījuma pazemes raktuvēs, pārvietojot cilvēkus un aprīkojumu caur raktuvi.

Pārejot uz transportlīdzekļiem, kas darbināmi ar akumulatoru, var dekarbonizēt ieguvi un vienkāršot ventilācijas sistēmas.

Šim nolūkam ir nepieciešami akumulatori ar lielu jaudu un ilgu darbības laiku – tas ir pienākums, kas pārsniedz iepriekšējās tehnoloģijas iespējas.Tomēr pētniecība un attīstība pēdējos gados ir radījusi jaunu litija jonu (Li-ion) akumulatoru šķirni ar atbilstošu veiktspējas, drošības, cenas ziņā pieņemamu un uzticamu līmeni.

Piecu gadu cerības

Kad operatori pērk LHD iekārtas, smago apstākļu dēļ viņi sagaida, ka kalpošanas laiks nepārsniedz 5 gadus.Mašīnām ir nepieciešams transportēt smagas kravas 24 stundas diennaktī nevienmērīgos apstākļos ar mitrumu, putekļiem un akmeņiem, mehānisku triecienu un vibrāciju.

Runājot par jaudu, operatoriem ir vajadzīgas akumulatoru sistēmas, kas atbilst iekārtas kalpošanas laikam.Baterijām ir arī jāiztur bieži un dziļi uzlādes un izlādes cikli.Viņiem arī jāspēj ātri uzlādēt, lai maksimāli palielinātu transportlīdzekļa pieejamību.Tas nozīmē 4 stundu apkalpošanu vienlaikus, kas atbilst pusi dienas maiņas modelim.

Akumulatora maiņa pret ātro uzlādi

Akumulatora nomaiņa un ātra uzlāde parādījās kā divas iespējas, kā to panākt.Lai nomainītu akumulatoru, ir nepieciešami divi identiski akumulatoru komplekti – viens nodrošina transportlīdzekļa barošanu un otrs tiek uzlādēts.Pēc 4 stundu maiņas izlietotais akumulators tiek nomainīts pret tikko uzlādētu.

Priekšrocība ir tāda, ka tam nav nepieciešama liela jaudas uzlāde, un to parasti var atbalstīt raktuvēs esošā elektriskā infrastruktūra.Tomēr pārslēgšanai ir nepieciešama celšana un pārvietošana, kas rada papildu uzdevumu.

Otra pieeja ir izmantot vienu akumulatoru, kas spēj ātri uzlādēt aptuveni 10 minūšu laikā paužu, pārtraukumu un maiņas laikā.Tas novērš nepieciešamību mainīt akumulatorus, padarot dzīvi vienkāršāku.

Tomēr ātrā uzlāde ir atkarīga no lieljaudas tīkla savienojuma, un raktuvju operatoriem var būt nepieciešams modernizēt savu elektrisko infrastruktūru vai uzstādīt ceļmalas enerģijas krātuvi, jo īpaši lielākiem autoparkiem, kuriem uzlāde jāveic vienlaikus.

Litija jonu ķīmija akumulatora nomaiņai

Izvēle starp maiņu un ātro uzlādi norāda, kāda veida akumulatoru ķīmija jāizmanto.

Li-ion ir vispārīgs termins, kas aptver plašu elektroķīmiju klāstu.Tos var izmantot atsevišķi vai sajaukt, lai nodrošinātu nepieciešamo cikla kalpošanas laiku, kalendāro kalpošanas laiku, enerģijas blīvumu, ātru uzlādi un drošību.

Lielākā daļa litija jonu akumulatoru ir izgatavoti ar grafītu kā negatīvo elektrodu, un tiem ir dažādi materiāli kā pozitīvais elektrods, piemēram, litija niķeļa-mangāna-kobalta oksīds (NMC), litija niķeļa-kobalta alumīnija oksīds (NCA) un litija dzelzs fosfāts (LFP). ).

No tiem gan NMC, gan LFP nodrošina labu enerģijas saturu ar pietiekamu uzlādes veiktspēju.Tas padara jebkuru no tiem ideāli piemērotu akumulatora nomaiņai.

Jauna ķīmija ātrai uzlādei

Ātrai uzlādei ir parādījusies pievilcīga alternatīva.Tas ir litija titanāta oksīds (LTO), kuram ir pozitīvs elektrods, kas izgatavots no NMC.Grafīta vietā tā negatīvais elektrods ir balstīts uz LTO.

Tādējādi LTO akumulatoriem ir atšķirīgs veiktspējas profils.Tie var pieņemt ļoti lielas jaudas uzlādi, tāpēc uzlādes laiks var būt tikai 10 minūtes.Tie var arī atbalstīt trīs līdz piecas reizes vairāk uzlādes un izlādes ciklu nekā citi litija jonu ķīmijas veidi.Tas nozīmē ilgāku kalendāra mūžu.

Turklāt LTO ir ārkārtīgi augsta raksturīgā drošība, jo tā var izturēt elektrisku ļaunprātīgu izmantošanu, piemēram, dziļu izlādi vai īssavienojumus, kā arī mehāniskus bojājumus.

Akumulatora vadība

Vēl viens svarīgs OEM dizaina faktors ir elektroniskā uzraudzība un kontrole.Viņiem ir jāintegrē transportlīdzeklis ar akumulatoru pārvaldības sistēmu (BMS), kas pārvalda veiktspēju, vienlaikus aizsargājot drošību visā sistēmā.

Labs BMS arī kontrolēs atsevišķu elementu uzlādi un izlādi, lai uzturētu nemainīgu temperatūru.Tas nodrošina nemainīgu veiktspēju un palielina akumulatora darbības laiku.Tas arī sniegs atsauksmes par uzlādes stāvokli (SOC) un veselības stāvokli (SOH).Tie ir svarīgi akumulatora darbības laika rādītāji, kur SOC parāda, cik ilgi operators var darbināt transportlīdzekli maiņas laikā, un SOH ir atlikušā kalendārā darbības laika rādītājs.

Plug-and-play iespēja

Runājot par transportlīdzekļu akumulatoru sistēmu noteikšanu, moduļu izmantošana ir ļoti saprātīga.Tas ir salīdzināms ar alternatīvo pieeju, kurā akumulatoru ražotājiem tiek lūgts izstrādāt pielāgotas akumulatoru sistēmas katram transportlīdzeklim.

Modulārās pieejas lielais ieguvums ir tas, ka oriģinālo iekārtu ražotāji var izstrādāt pamata platformu vairākiem transportlīdzekļiem.Pēc tam viņi var sērijveidā pievienot akumulatoru moduļus, lai izveidotu virknes, kas nodrošina nepieciešamo spriegumu katram modelim.Tas regulē izvades jaudu.Pēc tam viņi var apvienot šīs virknes paralēli, lai izveidotu nepieciešamo enerģijas uzglabāšanas jaudu un nodrošinātu nepieciešamo ilgumu.

Lielās slodzes pazemes raktuvēs nozīmē, ka transportlīdzekļiem ir jānodrošina liela jauda.Tam nepieciešamas akumulatoru sistēmas, kuru spriegums ir 650–850 V.Lai gan pāreja uz augstāku spriegumu nodrošinātu lielāku jaudu, tas arī radītu lielākas sistēmas izmaksas, tāpēc tiek uzskatīts, ka pārskatāmā nākotnē sistēmas paliks zem 1000 V.

Lai sasniegtu 4 stundu nepārtrauktu darbību, dizaineri parasti meklē enerģijas uzglabāšanas jaudu 200–250 kWh, lai gan dažiem būs nepieciešami 300 kWh vai vairāk.

Šī modulārā pieeja palīdz oriģinālo iekārtu ražotājiem kontrolēt izstrādes izmaksas un saīsināt laiku, lai nonāktu tirgū, samazinot vajadzību pēc tipa pārbaudes.Ņemot to vērā, Saft izstrādāja plug-and-play akumulatora risinājumu, kas pieejams gan NMC, gan LTO elektroķīmijā.

Praktisks salīdzinājums

Lai izprastu moduļu salīdzinājumu, ir vērts aplūkot divus alternatīvus scenārijus tipiskam LHD transportlīdzeklim, kura pamatā ir akumulatora nomaiņa un ātra uzlāde.Abos scenārijos transportlīdzeklis sver 45 tonnas bez kravas un 60 tonnas pilnībā piekrauts ar kravnesību 6-8 m3 (7,8-10,5 yd3).Lai veiktu līdzīgu salīdzinājumu, Saft vizualizēja līdzīga svara (3,5 tonnas) un tilpuma (4 m3 [5,2 yd3]) akumulatorus.

Akumulatora maiņas scenārijā akumulators varētu būt balstīts uz NMC vai LFP ķīmiju un atbalstītu 6 stundu LHD nobīdi no izmēra un svara aploksnes.Abiem akumulatoriem, kuru jauda ir 650 V un 400 Ah, būs nepieciešama 3 stundu uzlāde, ja tie tiek nomainīti no transportlīdzekļa.Katrs no tiem ilgtu 2500 ciklus kopējā kalendārā 3–5 gadu mūža garumā.

Ātrai uzlādei viens iebūvēts LTO akumulators ar tādiem pašiem izmēriem būtu 800 V ar 250 Ah jaudu, nodrošinot 3 stundu darbību ar 15 minūšu īpaši ātru uzlādi.Tā kā ķīmija var izturēt daudz vairāk ciklu, tā nodrošinātu 20 000 ciklu ar paredzamo kalendāro kalpošanas laiku 5–7 gadi.

Reālajā pasaulē transportlīdzekļu dizaineris varētu izmantot šo pieeju, lai apmierinātu klienta vēlmes.Piemēram, pagarinot maiņas ilgumu, palielinot enerģijas uzglabāšanas jaudu.

Elastīgs dizains

Galu galā raktuvju operatori izvēlēsies, vai viņi dod priekšroku akumulatora maiņai vai ātrai uzlādei.Viņu izvēle var atšķirties atkarībā no elektrības jaudas un pieejamās vietas katrā viņu vietnē.

Tāpēc LHD ražotājiem ir svarīgi nodrošināt viņiem izvēles iespējas.