Uutiset

On olemassa useita akku- ja lataustekniikoita, jotka on otettava huomioon siirryttäessä sähköliikkuvuuteen maanalaisessa kaivostoiminnassa.

Akkukäyttöiset kaivosajoneuvot sopivat ihanteellisesti maanalaiseen kaivostoimintaan.Koska ne eivät tuota pakokaasuja, ne vähentävät jäähdytys- ja ilmanvaihtovaatimuksia, vähentävät kasvihuonekaasupäästöjä ja ylläpitokustannuksia sekä parantavat työoloja.

Lähes kaikki maanalaiset kaivoslaitteet ovat nykyään dieselkäyttöisiä ja niistä syntyy pakokaasuja.Tämä aiheuttaa laajojen ilmanvaihtojärjestelmien tarvetta työntekijöiden turvallisuuden ylläpitämiseksi.Lisäksi, kun nykypäivän kaivosoperaattorit kaivavat jopa 4 km:n (13 123,4 ft.) syvyyteen päästäkseen malmiesiintymiin, näistä järjestelmistä tulee eksponentiaalisesti suurempia.Tämä tekee niistä kalliimpia asentaa ja käyttää ja kuluttaa enemmän energiaa.

Samaan aikaan markkinat muuttuvat.Hallitukset asettavat ympäristötavoitteita, ja kuluttajat ovat yhä valmiimpia maksamaan palkkiota lopputuotteista, joiden hiilijalanjälki on pienempi.Tämä lisää kiinnostusta kaivosten hiilestä poistamiseen.

Load, Haul ja Dump (LHD) -koneet ovat erinomainen tilaisuus tehdä tämä.Ne edustavat noin 80 prosenttia maanalaisen kaivostoiminnan energiantarpeesta kuljettaessaan ihmisiä ja laitteita kaivoksen läpi.

Akkukäyttöisiin ajoneuvoihin siirtyminen voi vähentää kaivostoiminnan hiilidioksidia ja yksinkertaistaa ilmanvaihtojärjestelmiä.

Tämä vaatii suuritehoisia ja pitkäkestoisia akkuja – tehtävä, joka ylitti aiemman tekniikan mahdollisuudet.Tutkimus ja kehitys on kuitenkin viime vuosien aikana luonut uudenlaisen litiumioniakkujen (Li-ion) -akkujen, joiden suorituskyky, turvallisuus, edullisuus ja luotettavuus on oikea.

Viiden vuoden odotus

Kun kuljettajat ostavat LHD-koneita, he odottavat korkeintaan 5 vuoden käyttöikää kovien olosuhteiden vuoksi.Koneiden on kuljettava raskaita kuormia 24 tuntia vuorokaudessa epätasaisissa olosuhteissa, joissa on kosteutta, pölyä ja kiviä, mekaanisia iskuja ja tärinää.

Tehon suhteen kuljettajat tarvitsevat akkujärjestelmiä, jotka vastaavat koneen käyttöikää.Akkujen on myös kestettävä toistuvia ja syviä lataus- ja purkujaksoja.Niiden on myös pystyttävä nopeaan lataukseen ajoneuvon käytettävyyden maksimoimiseksi.Tämä tarkoittaa 4 tuntia palvelua kerrallaan, mikä vastaa puolen päivän työvuoroja.

Akun vaihto pikalataukseen verrattuna

Akun vaihto ja pikalataus nousivat esiin kahdeksi vaihtoehdoksi tämän saavuttamiseksi.Akun vaihto vaatii kaksi identtistä akkusarjaa – yksi antaa virtaa ajoneuvolle ja toinen latautuu.4 tunnin työvuoron jälkeen kulunut akku korvataan vasta ladattuun.

Etuna on, että tämä ei vaadi suuritehoista latausta ja sitä voidaan tyypillisesti tukea kaivoksen olemassa olevalla sähköinfrastruktuurilla.Vaihto vaatii kuitenkin nostoa ja käsittelyä, mikä luo ylimääräistä tehtävää.

Toinen tapa on käyttää yhtä akkua, joka pystyy latautumaan nopeasti noin 10 minuutissa taukojen, taukojen ja vuorojen vaihdon aikana.Tämä eliminoi tarpeen vaihtaa paristoja, mikä tekee elämästä yksinkertaisempaa.

Pikalataus perustuu kuitenkin korkeatehoiseen verkkoyhteyteen, ja kaivosoperaattorit saattavat joutua päivittämään sähköinfrastruktuuriaan tai asentamaan tienvarteen energiavarastoja erityisesti suurempia laivastoja varten, jotka tarvitsevat latausta samanaikaisesti.

Li-ion kemia akun vaihtoon

Vaihtamisen ja pikalatauksen välinen valinta kertoo käytettävän akun kemian tyypin.

Li-ion on kattotermi, joka kattaa laajan valikoiman sähkökemiaa.Niitä voidaan käyttää yksittäin tai sekoitettuna vaaditun syklin, kalenterin käyttöiän, energiatiheyden, nopean latauksen ja turvallisuuden saavuttamiseksi.

Useimmat Li-ion-akut on valmistettu grafiitista negatiivisena elektrodina ja niissä on erilaisia ​​materiaaleja positiivisena elektrodina, kuten litiumnikkeli-mangaani-kobolttioksidi (NMC), litium-nikkeli-koboltti-alumiinioksidi (NCA) ja litiumrautafosfaatti (LFP) ).

Näistä NMC ja LFP tarjoavat molemmat hyvän energiasisällön ja riittävän lataustehon.Tämä tekee niistä ihanteellisen akun vaihtoon.

Uusi kemia pikalataukseen

Pikalataukselle on syntynyt houkutteleva vaihtoehto.Tämä on litiumtitanaattioksidia (LTO), jonka positiivinen elektrodi on valmistettu NMC:stä.Grafiitin sijaan sen negatiivinen elektrodi perustuu LTO:han.

Tämä antaa LTO-akuille erilaisen suorituskykyprofiilin.Ne hyväksyvät erittäin suuren teholatauksen, joten latausaika voi olla vain 10 minuuttia.Ne tukevat myös kolmesta viiteen kertaa enemmän lataus- ja purkausjaksoja kuin muut Li-ion-kemian tyypit.Tämä merkitsee pidemmäksi kalenteriikää.

Lisäksi LTO:lla on erittäin korkea luontainen turvallisuus, koska se kestää sähkön väärinkäyttöä, kuten syväpurkausta tai oikosulkuja, sekä mekaanisia vaurioita.

Akun hallinta

Toinen tärkeä suunnittelutekijä OEM-valmistajille on elektroninen valvonta ja ohjaus.Heidän on integroitava ajoneuvo akunhallintajärjestelmään (BMS), joka hallitsee suorituskykyä ja suojaa koko järjestelmän turvallisuutta.

Hyvä BMS ohjaa myös yksittäisten kennojen latausta ja purkamista ylläpitääkseen tasaisen lämpötilan.Tämä varmistaa tasaisen suorituskyvyn ja maksimoi akun käyttöiän.Se antaa myös palautetta varaustilasta (SOC) ja terveydentilasta (SOH).Nämä ovat tärkeitä akun käyttöiän indikaattoreita, sillä SOC näyttää, kuinka kauan kuljettaja voi käyttää ajoneuvoa vuorossa, ja SOH on jäljellä olevan kalenterin käyttöiän indikaattori.

Plug and play -ominaisuus

Ajoneuvojen akkujärjestelmien määrittelyssä on erittäin järkevää käyttää moduuleja.Tätä verrataan vaihtoehtoiseen lähestymistapaan, jossa akkuvalmistajia pyydetään kehittämään räätälöityjä akkujärjestelmiä kullekin ajoneuvolle.

Modulaarisen lähestymistavan suuri etu on, että OEM-valmistajat voivat kehittää perusalustan useille ajoneuvoille.Sen jälkeen he voivat lisätä akkumoduuleja sarjaan rakentaakseen jonoja, jotka tuottavat tarvittavan jännitteen jokaiselle mallille.Tämä säätelee tehoa.He voivat sitten yhdistää nämä merkkijonot rinnakkain rakentaakseen tarvittavan energian varastointikapasiteetin ja tarjotakseen tarvittavan keston.

Maanalaisen kaivostoiminnan raskaat kuormat tarkoittavat, että ajoneuvojen on toimitettava suurta tehoa.Tämä vaatii 650-850 V:n akkujärjestelmiä.Vaikka nostaminen korkeampiin jännitteisiin antaisi suuremman tehon, se johtaisi myös korkeampiin järjestelmäkustannuksiin, joten järjestelmien uskotaan pysyvän alle 1 000 V:n lähitulevaisuudessa.

4 tunnin jatkuvan käytön saavuttamiseksi suunnittelijat etsivät tyypillisesti 200-250 kWh:n energian varastointikapasiteettia, vaikka jotkut tarvitsevat 300 kWh tai enemmän.

Tämä modulaarinen lähestymistapa auttaa OEM-valmistajia hallitsemaan kehityskustannuksia ja vähentämään markkinoilletuloaikaa vähentämällä tyyppitestauksen tarvetta.Tämän huomioon ottaen Saft kehitti plug-and-play-akkuratkaisun, joka on saatavilla sekä NMC- että LTO-sähkökemiassa.

Käytännön vertailu

Jotta saat käsityksen moduulien vertailusta, kannattaa tarkastella kahta vaihtoehtoista skenaariota tyypilliselle LHD-ajoneuvolle, joka perustuu akun vaihtoon ja pikalataukseen.Molemmissa skenaarioissa ajoneuvo painaa 45 tonnia kuormaamattomana ja 60 tonnia täyteen lastattuna ja kantavuus 6-8 m3 (7,8-10,5 yd3).Vertailun mahdollistamiseksi Saft visualisoi saman painoisia (3,5 tonnia) ja tilavuuksia (4 m3 [5,2 yd3]) olevia akkuja.

Pariston vaihtoskenaariossa akku voisi perustua joko NMC- tai LFP-kemiaan ja tukisi 6 tunnin LHD-siirtymää koon ja painon kirjekuoresta.Kaksi akkua, joiden nimellisjännite on 650 V ja kapasiteetti 400 Ah, vaativat 3 tunnin latauksen, kun ne vaihdetaan ajoneuvosta.Jokainen kestäisi 2 500 sykliä 3–5 vuoden kalenterivuoden aikana.

Pikalatausta varten yhden samankokoisen LTO-akun jännite on 800 V ja 250 Ah:n kapasiteetti, mikä tarjoaa 3 tuntia toimintaa 15 minuutin ultranopealla latauksella.Koska kemia kestää paljon enemmän syklejä, se toimittaisi 20 000 sykliä ja odotettu kalenteri-ikä on 5-7 vuotta.

Todellisessa maailmassa ajoneuvosuunnittelija voisi käyttää tätä lähestymistapaa vastatakseen asiakkaan toiveisiin.Esimerkiksi työvuoron keston pidentäminen lisäämällä energian varastointikapasiteettia.

Joustava muotoilu

Kaivosoperaattorit valitsevat viime kädessä, haluavatko he mieluummin akun vaihtoa vai pikalatausta.Ja heidän valintansa voivat vaihdella kunkin toimipisteen sähkötehon ja tilan mukaan.

Siksi on tärkeää, että LHD-valmistajat tarjoavat heille joustavuutta valita.