Nyheder

Der er adskillige batteri- og opladningsteknologier, som skal overvejes, når man skifter til elektromobilitet i underjordisk minedrift.

Batteridrevne minedriftskøretøjer er ideelle til underjordiske minedrift.Fordi de ikke udsender udstødningsgasser, reducerer de krav til afkøling og ventilation, reducerer drivhusgasemissioner (GHG) og vedligeholdelsesomkostninger og forbedrer arbejdsforholdene.

Næsten alt underjordisk mineudstyr er i dag dieseldrevet og skaber udstødningsgasser.Dette driver behovet for omfattende ventilationssystemer for at opretholde sikkerheden for arbejderne.Da nutidens mineoperatører desuden graver så dybt som 4 km (13.123,4 ft.) for at få adgang til malmforekomster, bliver disse systemer eksponentielt større.Det gør dem dyrere at installere og køre og mere energikrævende.

Samtidig er markedet under forandring.Regeringer sætter miljømål, og forbrugerne er i stigende grad villige til at betale en præmie for slutprodukter, der kan demonstrere et lavere CO2-fodaftryk.Det skaber mere interesse for dekarbonisering af miner.

Load, haul og dump (LHD) maskiner er en glimrende mulighed for at gøre dette.De repræsenterer omkring 80 % af energibehovet til underjordisk minedrift, når de flytter mennesker og udstyr gennem minen.

Skift til batteridrevne køretøjer kan dekarbonisere minedrift og forenkle ventilationssystemer.

Dette kræver batterier med høj effekt og lang levetid – en pligt, der var ud over den tidligere teknologis muligheder.Imidlertid har forskning og udvikling i løbet af de sidste par år skabt en ny race af lithium-ion (Li-ion) batterier med det rigtige niveau af ydeevne, sikkerhed, overkommelighed og pålidelighed.

Fem års forventning

Når operatører køber LHD-maskiner, forventer de højst 5 års levetid på grund af de hårde forhold.Maskiner skal transportere tunge byrder 24 timer i døgnet under ujævne forhold med fugt, støv og sten, mekaniske stød og vibrationer.

Når det kommer til strøm, har operatører brug for batterisystemer, der matcher maskinens levetid.Batterierne skal også modstå hyppige og dybe op- og afladningscyklusser.De skal også være i stand til hurtig opladning for at maksimere køretøjets tilgængelighed.Det betyder 4 timers service ad gangen, som matcher halvdagsvagtsmønsteret.

Batteri-bytte kontra hurtig opladning

Batteriskift og hurtig opladning dukkede op som de to muligheder for at opnå dette.Batteriudskiftning kræver to identiske sæt batterier - et, der driver køretøjet og et, der er opladet.Efter en 4-timers vagt udskiftes det brugte batteri med et nyopladet.

Fordelen er, at denne ikke kræver høj effektopladning og typisk kan understøttes af minens eksisterende elektriske infrastruktur.Omstillingen kræver dog løft og håndtering, hvilket skaber en ekstra opgave.

Den anden tilgang er at bruge et enkelt batteri, der er i stand til hurtig opladning inden for omkring 10 minutter under pauser, pauser og skift.Dette eliminerer behovet for at skifte batterier, hvilket gør livet lettere.

Hurtig opladning er dog afhængig af en højstrømsnetforbindelse, og mineoperatører skal muligvis opgradere deres elektriske infrastruktur eller installere energilager ved siden af, især for større flåder, der skal lade op samtidigt.

Li-ion kemi til batteribytning

Valget mellem bytte og hurtig opladning informerer om, hvilken type batterikemi der skal bruges.

Li-ion er en paraplybetegnelse, der dækker en bred vifte af elektrokemi.Disse kan bruges individuelt eller blandet for at levere den nødvendige cykluslevetid, kalenderlevetid, energitæthed, hurtig opladning og sikkerhed.

De fleste Li-ion-batterier er lavet med grafit som den negative elektrode og har forskellige materialer som den positive elektrode, såsom lithium-nikkel-mangan-cobolt-oxid (NMC), lithium-nikkel-cobalt-aluminiumoxid (NCA) og lithium-jernphosphat (LFP). ).

Af disse giver NMC og LFP begge et godt energiindhold med tilstrækkelig opladningsydelse.Dette gør begge disse ideelle til batteribytning.

En ny kemi til hurtig opladning

Til hurtig opladning er der dukket et attraktivt alternativ op.Dette er lithiumtitanatoxid (LTO), som har en positiv elektrode lavet af NMC.I stedet for grafit er dens negative elektrode baseret på LTO.

Dette giver LTO-batterier en anden ydeevneprofil.De kan acceptere opladning med meget høj effekt, så opladningstiden kan være så lidt som 10 minutter.De kan også understøtte tre til fem gange flere opladnings- og afladningscyklusser end de andre typer Li-ion-kemi.Dette udmønter sig i en længere kalenderlevetid.

Derudover har LTO ekstrem høj iboende sikkerhed, da den kan modstå elektrisk misbrug såsom dyb afladning eller kortslutninger, samt mekaniske skader.

Batteristyring

En anden vigtig designfaktor for OEM'er er elektronisk overvågning og kontrol.De skal integrere køretøjet med et batteristyringssystem (BMS), der styrer ydeevnen og samtidig beskytter sikkerheden på tværs af hele systemet.

En god BMS vil også kontrollere opladningen og afladningen af ​​individuelle celler for at opretholde en konstant temperatur.Dette sikrer ensartet ydeevne og maksimerer batterilevetiden.Det vil også give feedback om ladningstilstanden (SOC) og sundhedstilstanden (SOH).Disse er vigtige indikatorer for batterilevetid, hvor SOC viser, hvor meget længere operatøren kan køre køretøjet under et skift, og SOH er en indikator for den resterende kalenderlevetid.

Plug-and-play-funktion

Når det kommer til at specificere batterisystemer til køretøjer, giver det rigtig god mening at bruge moduler.Dette kan sammenlignes med den alternative tilgang med at bede batteriproducenter om at udvikle skræddersyede batterisystemer til hvert køretøj.

Den store fordel ved den modulære tilgang er, at OEM'er kan udvikle en grundlæggende platform til flere køretøjer.De kan derefter tilføje batterimoduler i serie for at bygge strenge, der leverer den nødvendige spænding til hver model.Dette styrer udgangseffekten.De kan derefter kombinere disse strenge parallelt for at opbygge den nødvendige energilagringskapacitet og give den nødvendige varighed.

De tunge belastninger på spil i underjordisk minedrift betyder, at køretøjer skal levere høj effekt.Det kræver batterisystemer vurderet til 650-850V.Selvom opgradering til højere spændinger ville give højere effekt, ville det også føre til højere systemomkostninger, så det antages, at systemer vil forblive under 1.000V i en overskuelig fremtid.

For at opnå 4 timers kontinuerlig drift, leder designere typisk efter energilagringskapacitet på 200-250 kWh, selvom nogle vil have brug for 300 kWh eller mere.

Denne modulære tilgang hjælper OEM'er med at kontrollere udviklingsomkostninger og reducere time to market ved at reducere behovet for typetestning.Med tanke på dette udviklede Saft en plug-and-play batteriløsning tilgængelig i både NMC og LTO elektrokemi.

En praktisk sammenligning

For at få en fornemmelse af, hvordan modulerne sammenligner sig, er det værd at se på to alternative scenarier for et typisk LHD-køretøj baseret på batteriudskiftning og hurtigopladning.I begge scenarier vejer køretøjet 45 tons ulastet og 60 tons fuldt lastet med en lastkapacitet på 6-8 m3 (7,8-10,5 yd3).For at muliggøre en lignende sammenligning visualiserede Saft batterier med samme vægt (3,5 tons) og volumen (4 m3 [5,2 yd3]).

I batteribyttescenariet kunne batteriet være baseret på enten NMC- eller LFP-kemi og ville understøtte et 6-timers LHD-skift fra størrelsen og vægten.De to batterier, vurderet til 650V med 400 Ah kapacitet, ville kræve en 3-timers opladning, når de skiftes fra køretøjet.Hver vil vare 2.500 cyklusser over en samlet kalenderlevetid på 3-5 år.

Til hurtig opladning vil et enkelt indbygget LTO-batteri af samme dimensioner være normeret til 800V med 250 Ah kapacitet, hvilket giver 3 timers drift med en 15-minutters ultrahurtig opladning.Fordi kemien kan modstå mange flere cyklusser, ville den levere 20.000 cyklusser med en forventet kalenderlevetid på 5-7 år.

I den virkelige verden kunne en bildesigner bruge denne tilgang til at imødekomme en kundes præferencer.For eksempel at forlænge skiftets varighed ved at øge energilagringskapaciteten.

Fleksibelt design

I sidste ende vil det være mineoperatørerne, der vælger, om de foretrækker batteribytning eller hurtigopladning.Og deres valg kan variere afhængigt af den elektriske strøm og den tilgængelige plads på hver af deres steder.

Derfor er det vigtigt for LHD-producenter at give dem fleksibiliteten til at vælge.