חֲדָשׁוֹת

ישנן מספר טכנולוגיות סוללה וטעינה שיש לקחת בחשבון בעת ​​המעבר לניידות חשמלית בכרייה תת-קרקעית.

רכבי כרייה המונעים באמצעות סוללות מתאימים באופן אידיאלי לכרייה תת-קרקעית.מכיוון שהם אינם פולטים גזי פליטה, הם מפחיתים את דרישות הקירור והאוורור, מצמצמים את פליטת גזי החממה (GHG) ועלויות התחזוקה ומשפרים את תנאי העבודה.

כמעט כל ציוד המכרות התת-קרקעי כיום מופעל בדיזל ויוצר אדי פליטה.זה מניע את הצורך במערכות אוורור נרחבות כדי לשמור על בטיחות העובדים.יתרה מכך, מכיוון שמפעילי המכרות של היום חופרים לעומק של עד 4 ק"מ (13,123.4 רגל) כדי לגשת למרבצי עפרות, המערכות הללו הופכות לגדולות יותר באופן אקספוננציאלי.זה גורם להם להיות יקרים יותר להתקנה ולהפעלה ולרעבים יותר לאנרגיה.

במקביל, השוק משתנה.ממשלות מציבות יעדים סביבתיים והצרכנים מוכנים יותר ויותר לשלם פרמיה עבור מוצרי קצה שיכולים להפגין טביעת רגל פחמנית נמוכה יותר.זה יוצר יותר עניין בהפחתת מכרות.

מכונות טעינה, גרירה והשלכה (LHD) הן הזדמנות מצוינת לעשות זאת.הם מייצגים כ-80% מהביקוש לאנרגיה לכרייה תת-קרקעית כשהם מעבירים אנשים וציוד דרך המכרה.

מעבר לכלי רכב המונעים על ידי סוללות יכול לשחרר את הכרייה ולפשט את מערכות האוורור.

זה דורש סוללות בעלות עוצמה גבוהה ומשך זמן ארוך - חובה שהייתה מעבר ליכולות של טכנולוגיה קודמת.עם זאת, מחקר ופיתוח במהלך השנים האחרונות יצרו זן חדש של סוללות ליתיום-יון (Li-ion) עם הרמה הנכונה של ביצועים, בטיחות, סבירות ואמינות.

צפי לחמש שנים

כאשר מפעילים קונים מכונות LHD, הם מצפים לחיים של 5 שנים לכל היותר בשל התנאים הקשים.מכונות צריכות להעביר משאות כבדים 24 שעות ביממה בתנאים לא אחידים עם לחות, אבק וסלעים, זעזועים מכניים ורעידות.

בכל הנוגע לכוח, מפעילים זקוקים למערכות סוללות התואמות את אורך חיי המכונה.הסוללות גם צריכות לעמוד במחזורי טעינה ופריקה תכופים ועמוקים.הם גם צריכים להיות מסוגלים לטעינה מהירה כדי למקסם את זמינות הרכב.המשמעות היא 4 שעות שירות בכל פעם, בהתאמה לדפוס משמרת חצי יום.

החלפת סוללה מול טעינה מהירה

החלפת סוללה וטעינה מהירה הופיעו כשתי האפשרויות להשיג זאת.החלפת סוללות דורשת שני סטים זהים של סוללות - אחת מפעילה את הרכב ואחת בטעינה.לאחר משמרת של 4 שעות, הסוללה החסרה מוחלפת בסוללה טעונה טריה.

היתרון הוא שזה לא מצריך טעינת הספק גבוה ובדרך כלל יכול להיתמך על ידי תשתית החשמל הקיימת של המכרה.עם זאת, המעבר דורש הרמה וטיפול, מה שיוצר משימה נוספת.

הגישה האחרת היא להשתמש בסוללה אחת המסוגלת לטעון מהירה תוך כ-10 דקות במהלך הפסקות, הפסקות והחלפות משמרות.זה מבטל את הצורך להחליף סוללות, מה שהופך את החיים לפשוטים יותר.

עם זאת, טעינה מהירה מסתמכת על חיבור לרשת בעלת הספק גבוה ויתכן ומפעילי מכרות יצטרכו לשדרג את תשתית החשמל שלהם או להתקין אחסון אנרגיה בצד הדרך, במיוחד עבור ציים גדולים יותר שצריכים להיטען בו זמנית.

כימיה של Li-ion להחלפת סוללות

הבחירה בין החלפה לטעינה מהירה מודיעה באיזה סוג של כימיה של סוללה להשתמש.

Li-ion הוא מונח גג המכסה מגוון רחב של אלקטרוכימיה.ניתן להשתמש בהם בנפרד או בשילוב כדי לספק את חיי המחזור הנדרשים, חיי לוח השנה, צפיפות האנרגיה, טעינה מהירה ובטיחות.

רוב סוללות ה-Li-ion מיוצרות עם גרפיט בתור האלקטרודה השלילית ויש להן חומרים שונים כמו האלקטרודה החיובית, כגון תחמוצת ליתיום ניקל-מנגן-קובלט (NMC), תחמוצת ליתיום ניקל-קובלט אלומיניום (NCA) ופוספט ליתיום ברזל (LFP). ).

מתוכם, NMC ו-LFP מספקים שתיהן תכולת אנרגיה טובה עם ביצועי טעינה מספיקים.זה הופך אחד מאלה לאידיאלי להחלפת סוללות.

כימיה חדשה לטעינה מהירה

לטעינה מהירה, נוצרה חלופה אטרקטיבית.מדובר בתחמוצת ליתיום טיטנאט (LTO), בעלת אלקטרודה חיובית העשויה מ-NMC.במקום גרפיט, האלקטרודה השלילית שלו מבוססת על LTO.

זה נותן לסוללות LTO פרופיל ביצועים שונה.הם יכולים לקבל טעינה בעוצמה גבוהה מאוד, כך שזמן הטעינה יכול להיות קטן כמו 10 דקות.הם יכולים גם לתמוך פי שלושה עד חמישה במחזורי טעינה ופריקה מאשר שאר סוגי הכימיה של Li-ion.זה מתורגם לחיים לוח שנה ארוכים יותר.

בנוסף, ל-LTO בטיחות אינהרנטית גבוהה במיוחד שכן הוא יכול לעמוד בפני שימוש לרעה בחשמל כגון פריקה עמוקה או קצר חשמלי, כמו גם נזק מכני.

ניהול סוללה

גורם עיצובי חשוב נוסף עבור יצרני OEM הוא ניטור ובקרה אלקטרוניים.הם צריכים לשלב את הרכב עם מערכת ניהול סוללות (BMS) המנהלת את הביצועים תוך הגנה על הבטיחות בכל המערכת.

BMS טוב ישלוט גם בטעינה ובפריקה של תאים בודדים כדי לשמור על טמפרטורה קבועה.זה מבטיח ביצועים עקביים וממקסם את חיי הסוללה.זה גם יספק משוב על מצב הטעינה (SOC) ומצב הבריאות (SOH).אלו הם אינדיקטורים חשובים לחיי הסוללה, כאשר SOC מראה כמה זמן עוד המפעיל יכול להפעיל את הרכב במהלך משמרת, ו-SOH הוא אינדיקטור לחיים הקלנדריים שנותרו.

יכולת Plug-and-Play

כשזה מגיע לציון מערכות מצבר לרכב, הגיוני מאוד להשתמש במודולים.זאת בהשוואה לגישה האלטרנטיבית של בקשה מיצרני המצברים לפתח מערכות מצברים מותאמות אישית לכל רכב.

היתרון הגדול של הגישה המודולרית הוא שיצרני OEM יכולים לפתח פלטפורמה בסיסית עבור מספר רכבים.לאחר מכן הם יכולים להוסיף מודולי סוללה בסדרה כדי לבנות מחרוזות המספקות את המתח הנדרש עבור כל דגם.זה קובע את תפוקת הכוח.לאחר מכן הם יכולים לשלב מחרוזות אלה במקביל כדי לבנות את קיבולת אחסון האנרגיה הנדרשת ולספק את משך הזמן הנדרש.

העומסים הכבדים שמשחקים בכרייה תת-קרקעית פירושם שכלי רכב צריכים לספק הספק גבוה.זה דורש מערכות סוללה בדירוג של 650-850V.אמנם שדרוג למתחים גבוהים יותר יספק הספק גבוה יותר, אבל זה גם יוביל לעלויות מערכת גבוהות יותר, ולכן מאמינים שהמערכות יישארו מתחת ל-1,000V בעתיד הנראה לעין.

כדי להשיג 4 שעות של פעולה רציפה, מעצבים בדרך כלל מחפשים קיבולת אחסון אנרגיה של 200-250 קילוואט-שעה, אם כי חלקם יצטרכו 300 קילו-וואט ומעלה.

גישה מודולרית זו מסייעת ליצרני OEM לשלוט בעלויות הפיתוח ולצמצם את זמן היציאה לשוק על ידי הפחתת הצורך בבדיקת סוגים.מתוך תשומת לב לכך, Saft פיתחה פתרון סוללות "הכנס והפעל" הזמין גם באלקטרוכימיה של NMC וגם של LTO.

השוואה מעשית

כדי לקבל תחושה של השוואה בין המודולים, כדאי להסתכל על שני תרחישים חלופיים לרכב LHD טיפוסי המבוסס על החלפת סוללות וטעינה מהירה.בשני התרחישים, הרכב שוקל 45 טון לא עמוס ו-60 טון עמוס במלואו עם כושר העמסה של 6-8 מ"ק (7.8-10.5 י"ד).כדי לאפשר השוואה דומה לדומה, Saft הדמייה סוללות במשקל דומה (3.5 טון) ונפח (4 m3 [5.2 yd3]).

בתרחיש של החלפת סוללה, הסוללה יכולה להתבסס על כימיה של NMC או LFP ותתמוך במעבר LHD של 6 שעות ממעטפת הגודל והמשקל.שתי הסוללות, המדורגות ב-650V עם קיבולת של 400 Ah, ידרשו טעינה של 3 שעות בהחלפה מהרכב.כל אחד מהם יימשך 2,500 מחזורים לאורך חיים קלנדרי כולל של 3-5 שנים.

לטעינה מהירה, סוללת LTO יחידה באותם ממדים תהיה מדורגת ב-800V עם קיבולת של 250 Ah, ומספקת 3 שעות פעולה עם טעינה מהירה במיוחד של 15 דקות.מכיוון שהכימיה יכולה לעמוד בהרבה יותר מחזורים, היא תספק 20,000 מחזורים, עם אורך חיים קלנדרי צפוי של 5-7 שנים.

בעולם האמיתי, מעצב רכב יכול להשתמש בגישה זו כדי לענות על העדפותיו של הלקוח.למשל, הארכת משך המשמרת על ידי הגדלת קיבולת אחסון האנרגיה.

עיצוב גמיש

בסופו של דבר, מפעילי המכרות יהיו אלה שיבחרו אם הם מעדיפים החלפת סוללה או טעינה מהירה.והבחירה שלהם עשויה להשתנות בהתאם לכוח החשמל ולשטח הזמין בכל אחד מהאתרים שלהם.

לכן, חשוב ליצרני LHD לספק להם את הגמישות לבחירה.