hírek

Számos akkumulátor- és töltéstechnológia létezik, amelyeket figyelembe kell venni a földalatti bányászatban az elektromobilitásra való átálláskor.

Az akkumulátoros bányászati ​​járművek ideálisak a földalatti bányászathoz.Mivel nem bocsátanak ki kipufogógázt, csökkentik a hűtési és szellőztetési követelményeket, csökkentik az üvegházhatású gázok (ÜHG) kibocsátását és a karbantartási költségeket, valamint javítják a munkakörülményeket.

Manapság szinte minden földalatti bányaberendezés dízelmotorral működik, és kipufogógázokat hoz létre.Emiatt kiterjedt szellőzőrendszerekre van szükség a dolgozók biztonságának megőrzése érdekében.Sőt, mivel a mai bányák üzemeltetői akár 4 km (13 123,4 láb) mélyre ásnak, hogy hozzáférjenek az érclelőhelyekhez, ezek a rendszerek exponenciálisan megnőnek.Emiatt költségesebb a telepítésük és üzemeltetésük, és energiaéhesebbek.

Ezzel párhuzamosan a piac is változik.A kormányok környezetvédelmi célokat tűznek ki, a fogyasztók pedig egyre inkább hajlandóak felárat fizetni olyan végtermékekért, amelyek alacsonyabb szénlábnyomot tudnak felmutatni.Ez nagyobb érdeklődést vált ki a bányák szén-dioxid-mentesítése iránt.

A berakodó, vontatható és lerakható (LHD) gépek kiváló lehetőséget kínálnak erre.A földalatti bányászat energiaszükségletének körülbelül 80%-át teszik ki, miközben embereket és berendezéseket szállítanak a bányán keresztül.

Akkumulátoros járművekre való áttérés szén-dioxid-mentesítést tehet a bányászatban és egyszerűsítheti a szellőzőrendszereket.

Ehhez nagy teljesítményű és hosszú élettartamú akkumulátorokra van szükség – ez a feladat meghaladta a korábbi technológia lehetőségeit.Az elmúlt néhány évben végzett kutatás és fejlesztés azonban a lítium-ion (Li-ion) akkumulátorok új fajtáját hozta létre, megfelelő szintű teljesítménnyel, biztonsággal, megfizethető és megbízható.

Öt éves várakozás

Amikor a kezelők LHD gépeket vásárolnak, a nehéz körülmények miatt legfeljebb 5 éves élettartamra számítanak.A gépeknek nehéz terheket kell szállítaniuk a nap 24 órájában egyenetlen körülmények között, nedvességgel, porral és sziklákkal, mechanikai ütésekkel és vibrációval.

Ha az áramellátásról van szó, a kezelőknek olyan akkumulátorrendszerekre van szükségük, amelyek megfelelnek a gép élettartamának.Az akkumulátoroknak ki kell bírniuk a gyakori és mély töltési és kisütési ciklusokat is.Gyorstöltésre is képesnek kell lenniük, hogy maximalizálják a jármű rendelkezésre állását.Ez egyszerre 4 óra szolgálatot jelent, a félnapos műszakos beosztásnak megfelelően.

Akkumulátorcsere a gyorstöltéssel szemben

Ennek elérésére két lehetőségként az akkumulátorcsere és a gyorstöltés merült fel.Az akkumulátor cseréjéhez két egyforma akkumulátorkészletre van szükség – az egyik táplálja a járművet, egy pedig tölti.4 órás műszak után a lemerült akkumulátort egy frissen feltöltöttre cserélik.

Előnye, hogy ez nem igényel nagy teljesítményű töltést, és jellemzően a bánya meglévő elektromos infrastruktúrájával támogatható.Az átállás azonban emelést és kezelést igényel, ami plusz feladatot jelent.

A másik megközelítés egyetlen akkumulátor használata, amely körülbelül 10 percen belül képes gyorsan feltölteni szünetek, szünetek és váltások idején.Ezzel szükségtelenné válik az elemek cseréje, így az élet egyszerűbb.

A gyorstöltés azonban nagy teljesítményű hálózati csatlakozáson múlik, és előfordulhat, hogy a bányák üzemeltetőinek korszerűsíteniük kell elektromos infrastruktúrájukat, vagy út menti energiatárolókat kell telepíteniük, különösen a nagyobb flották esetében, amelyeknek egyszerre kell tölteniük.

Li-ion kémia akkumulátorcseréhez

A csere és a gyorstöltés közötti választás jelzi, hogy milyen típusú akkumulátort kell használni.

A Li-ion egy gyűjtőfogalom, amely az elektrokémia széles skáláját fedi le.Ezek külön-külön vagy keverve is használhatók a szükséges ciklus-élettartam, naptári élettartam, energiasűrűség, gyorstöltés és biztonság biztosítása érdekében.

A legtöbb Li-ion akkumulátor grafitból készül negatív elektródként, és pozitív elektródként különböző anyagokat használnak, például lítium-nikkel-mangán-kobalt-oxidot (NMC), lítium-nikkel-kobalt-alumínium-oxidot (NCA) és lítium-vas-foszfátot (LFP). ).

Ezek közül az NMC és az LFP is jó energiatartalmat biztosít megfelelő töltési teljesítménnyel.Emiatt ezek bármelyike ​​ideális elemcserére.

Új kémia a gyorstöltéshez

A gyorstöltéshez egy vonzó alternatíva jelent meg.Ez lítium-titanát-oxid (LTO), amelynek pozitív elektródája NMC-ből készült.Negatív elektródája grafit helyett LTO-n alapul.

Ez az LTO-akkumulátorok eltérő teljesítményprofilt ad.Nagyon nagy teljesítményű töltést tudnak fogadni, így a töltési idő akár 10 perc is lehet.Három-ötször több töltési és kisütési ciklust is támogatnak, mint a többi Li-ion kémia típus.Ez hosszabb naptári élettartamot jelent.

Ezenkívül az LTO rendkívül magas belső biztonsággal rendelkezik, mivel ellenáll az elektromos visszaéléseknek, például a mélykisülésnek vagy rövidzárlatnak, valamint a mechanikai sérüléseknek.

Akkumulátorkezelés

Az OEM-ek másik fontos tervezési tényezője az elektronikus felügyelet és vezérlés.Integrálniuk kell a járművet egy akkumulátor-felügyeleti rendszerrel (BMS), amely kezeli a teljesítményt, miközben megóvja a biztonságot az egész rendszerben.

Egy jó BMS az egyes cellák töltését és kisütését is szabályozni fogja az állandó hőmérséklet fenntartása érdekében.Ez biztosítja az egyenletes teljesítményt és maximalizálja az akkumulátor élettartamát.Ezenkívül visszajelzést ad a töltöttségi állapotról (SOC) és az egészségi állapotról (SOH).Ezek az akkumulátor élettartamának fontos mutatói, az SOC azt mutatja, hogy a kezelő mennyi ideig tudja tovább üzemeltetni a járművet egy műszak alatt, az SOH pedig a hátralévő naptári élettartam mutatója.

Plug-and-play képesség

Amikor a járművek akkumulátorrendszerének meghatározásáról van szó, nagyon logikus a modulok használata.Ez összehasonlítható azzal az alternatív megközelítéssel, amely szerint az akkumulátorgyártókat arra kérik, hogy fejlesszenek ki személyre szabott akkumulátorrendszert minden egyes járműhöz.

A moduláris megközelítés nagy előnye, hogy az OEM-ek alapplatformot fejleszthetnek több járműhöz.Ezután sorba állíthatják az akkumulátormodulokat, hogy létrehozzák az egyes modellekhez szükséges feszültséget biztosító szálakat.Ez szabályozza a kimeneti teljesítményt.Ezután párhuzamosan kombinálhatják ezeket a húrokat, hogy kiépítsék a szükséges energiatároló kapacitást és biztosítsák a szükséges időtartamot.

A földalatti bányászatban nagy terhelések azt jelentik, hogy a járműveknek nagy teljesítményt kell leadniuk.Ehhez 650-850 V-os akkumulátorrendszerekre van szükség.Míg a magasabb feszültségre való feljavítás nagyobb teljesítményt biztosítana, egyúttal magasabb rendszerköltségekhez is vezetne, ezért a rendszerek várhatóan 1000 V alatt maradnak a belátható jövőben.

A 4 órás folyamatos működés eléréséhez a tervezők jellemzően 200-250 kWh energiatároló kapacitást keresnek, bár egyeseknek 300 kWh-ra vagy nagyobbra is szükségük lesz.

Ez a moduláris megközelítés segíti az OEM-eket a fejlesztési költségek ellenőrzésében, és csökkenti a piacra kerülési időt, mivel csökkenti a típustesztek szükségességét.Ennek tudatában a Saft kifejlesztett egy plug-and-play akkumulátor megoldást, amely mind az NMC, mind az LTO elektrokémiában elérhető.

Gyakorlati összehasonlítás

A modulok összehasonlításához érdemes két alternatív forgatókönyvet megvizsgálni egy tipikus LHD jármű esetében, amelyek akkumulátorcserén és gyorstöltésen alapulnak.A jármű mindkét forgatókönyvben 45 tonnát nyom üresen és 60 tonnát teljesen megrakva, 6-8 m3 (7,8-10,5 yd3) teherbírással.A hasonló összehasonlítás érdekében a Saft hasonló tömegű (3,5 tonna) és térfogatú (4 m3 [5,2 yd3]) akkumulátorokat jelenített meg.

Az akkumulátorcsere forgatókönyve szerint az akkumulátor akár NMC, akár LFP kémián alapulhat, és támogatná a 6 órás LHD eltolást a méret- és súlyborítéktól.A két, 650 V-os, 400 Ah kapacitású akkumulátort 3 óra töltésre lenne szükség, ha kicserélik a járműből.Mindegyik 2500 ciklust tartana a 3-5 éves teljes naptári élettartam alatt.

A gyorstöltéshez egyetlen, azonos méretű, beépített LTO-akkumulátor 800 V-os, 250 Ah-s kapacitással rendelkezik, amely 15 perces ultragyors töltéssel 3 óra működést biztosít.Mivel a kémia sokkal több ciklust képes kibírni, 20 000 ciklust biztosítana, 5-7 év várható naptári élettartammal.

A valós világban a járműtervező alkalmazhatja ezt a megközelítést, hogy megfeleljen az ügyfelek igényeinek.Például a műszak időtartamának meghosszabbítása az energiatároló kapacitás növelésével.

Rugalmas kialakítás

Végső soron a bányaüzemeltetők döntik el, hogy az akkumulátorcserét vagy a gyorstöltést részesítik előnyben.A választásuk az egyes telephelyeken rendelkezésre álló elektromos teljesítménytől és helytől függően változhat.

Ezért fontos, hogy az LHD gyártók rugalmas választási lehetőséget biztosítsanak számukra.