Novas

Existen varias tecnoloxías de batería e carga que hai que ter en conta ao facer a transición á electromobilidade na minería subterránea.

Os vehículos de minería alimentados por batería son idóneos para a minería subterránea.Debido a que non emiten gases de escape, reducen os requisitos de refrixeración e ventilación, reducen as emisións de gases de efecto invernadoiro (GEI) e os custos de mantemento e melloran as condicións de traballo.

Case todos os equipos de minas subterráneas hoxe funcionan con diésel e crean gases de escape.Isto impulsa a necesidade de sistemas de ventilación extensos para manter a seguridade dos traballadores.Ademais, como os operadores de minas actuais están excavando ata 4 km (13.123,4 pés) para acceder aos depósitos de mineral, estes sistemas fanse exponencialmente máis grandes.Iso fai que sexan máis custosos de instalar e executar e teñan máis fame de enerxía.

Ao mesmo tempo, o mercado está cambiando.Os gobernos están a establecer obxectivos ambientais e os consumidores están cada vez máis dispostos a pagar unha prima polos produtos finais que poidan demostrar unha menor pegada de carbono.Iso está a xerar máis interese na descarbonización das minas.

As máquinas de carga, transporte e descarga (LHD) son unha excelente oportunidade para facelo.Representan ao redor do 80% da demanda enerxética da minería subterránea mentres moven persoas e equipos pola mina.

Cambiar a vehículos con batería pode descarbonizar a minería e simplificar os sistemas de ventilación.

Isto require baterías de alta potencia e longa duración, un deber que superaba as capacidades da tecnoloxía anterior.Non obstante, a investigación e o desenvolvemento nos últimos anos creou unha nova variedade de baterías de ión-litio (Li-ion) co nivel adecuado de rendemento, seguridade, accesibilidade e fiabilidade.

Expectativa de cinco anos

Cando os operadores compran máquinas LHD, esperan unha vida útil de 5 anos como máximo debido ás duras condicións.As máquinas precisan transportar cargas pesadas as 24 horas do día en condicións irregulares con humidade, po e pedras, choques mecánicos e vibracións.

Cando se trata de enerxía, os operadores necesitan sistemas de batería que se axusten á vida útil da máquina.As baterías tamén deben soportar ciclos de carga e descarga frecuentes e profundos.Tamén deben ser capaces de cargar rapidamente para maximizar a dispoñibilidade do vehículo.Isto significa 4 horas de servizo á vez, coincidindo co patrón de quendas de medio día.

Cambio de batería versus carga rápida

O intercambio de batería e a carga rápida xurdiron como dúas opcións para conseguilo.O cambio de batería require dous xogos idénticos de baterías: unha para alimentar o vehículo e outra en carga.Despois dunha quenda de 4 horas, a batería gastada substitúese por outra recentemente cargada.

A vantaxe é que isto non necesita carga de alta potencia e normalmente pode ser apoiado pola infraestrutura eléctrica existente da mina.Non obstante, o cambio require elevación e manipulación, o que crea unha tarefa extra.

O outro enfoque é usar unha única batería capaz de cargarse rápidamente nuns 10 minutos durante as pausas, descansos e cambios de quenda.Isto elimina a necesidade de cambiar as baterías, facilitando a vida.

Non obstante, a carga rápida depende dunha conexión á rede de alta potencia e os operadores de minas poden ter que actualizar a súa infraestrutura eléctrica ou instalar almacenamento de enerxía no camiño, especialmente para flotas máis grandes que precisan cargar simultáneamente.

Química de iones de litio para intercambio de batería

A elección entre o intercambio e a carga rápida indica o tipo de química da batería a utilizar.

Li-ion é un termo xeral que abarca unha ampla gama de electroquímicas.Pódense usar individualmente ou combinar para ofrecer a vida útil do ciclo, a vida útil do calendario, a densidade de enerxía, a carga rápida e a seguridade.

A maioría das baterías de ión-litio están feitas con grafito como electrodo negativo e teñen diferentes materiais como electrodo positivo, como óxido de litio níquel-manganeso-cobalto (NMC), óxido de litio níquel-cobalto de aluminio (NCA) e fosfato de ferro de litio (LFP). ).

Deles, NMC e LFP proporcionan un bo contido enerxético cun rendemento de carga suficiente.Isto fai que calquera destes sexa ideal para cambiar a batería.

Unha nova química para a carga rápida

Para a carga rápida, xurdiu unha alternativa atractiva.Trátase de óxido de titanato de litio (LTO), que ten un electrodo positivo feito de NMC.En lugar de grafito, o seu electrodo negativo baséase en LTO.

Isto dá ás baterías LTO un perfil de rendemento diferente.Poden aceptar cargas de moi alta potencia, polo que o tempo de carga pode ser de tan só 10 minutos.Tamén poden soportar de tres a cinco veces máis ciclos de carga e descarga que os outros tipos de química de iones de litio.Isto tradúcese nunha vida máis longa do calendario.

Ademais, LTO ten unha seguridade inherente extremadamente alta xa que pode soportar abusos eléctricos como descargas profundas ou curtocircuítos, así como danos mecánicos.

Xestión da batería

Outro factor de deseño importante para os OEM é a vixilancia e control electrónico.Deben integrar o vehículo cun sistema de xestión da batería (BMS) que xestione o rendemento ao tempo que protexe a seguridade en todo o sistema.

Un bo BMS tamén controlará a carga e descarga das células individuais para manter unha temperatura constante.Isto garante un rendemento constante e maximiza a duración da batería.Tamén proporcionará comentarios sobre o estado de carga (SOC) e o estado de saúde (SOH).Estes son indicadores importantes da vida útil da batería, sendo o SOC o tempo que pode levar o vehículo durante unha quenda e SOH un indicador da vida útil restante do calendario.

Capacidade plug-and-play

Cando se trata de especificar sistemas de batería para vehículos, ten moito sentido usar módulos.Isto compárase co enfoque alternativo de pedir aos fabricantes de baterías que desenvolvan sistemas de batería personalizados para cada vehículo.

O gran beneficio do enfoque modular é que os OEM poden desenvolver unha plataforma básica para varios vehículos.Despois poden engadir módulos de batería en serie para construír cadeas que proporcionen a tensión necesaria para cada modelo.Isto rexe a potencia de saída.Poden entón combinar estas cadeas en paralelo para construír a capacidade de almacenamento de enerxía necesaria e proporcionar a duración necesaria.

As cargas pesadas en xogo na minería subterránea significan que os vehículos necesitan entregar alta potencia.Iso require sistemas de batería clasificados en 650-850V.Aínda que aumentar a tensións máis altas proporcionaría maior potencia, tamén levaría a maiores custos do sistema, polo que se cre que os sistemas permanecerán por debaixo de 1.000 V no futuro previsible.

Para acadar 4 horas de funcionamento continuo, os deseñadores adoitan buscar unha capacidade de almacenamento de enerxía de 200-250 kWh, aínda que algúns necesitarán 300 kWh ou máis.

Este enfoque modular axuda aos OEM a controlar os custos de desenvolvemento e reducir o tempo de comercialización ao reducir a necesidade de probas de tipo.Tendo en conta isto, Saft desenvolveu unha solución de batería plug-and-play dispoñible tanto en electroquímicas NMC como LTO.

Unha comparación práctica

Para ter unha idea de como se comparan os módulos, paga a pena mirar dous escenarios alternativos para un vehículo LHD típico baseado no intercambio de batería e a carga rápida.En ambos os escenarios, o vehículo pesa 45 toneladas sen carga e 60 toneladas a plena carga cunha capacidade de carga de 6-8 m3 (7,8-10,5 yd3).Para permitir unha comparación similar, Saft visualizou baterías de peso (3,5 toneladas) e volume (4 m3 [5,2 yd3]) similares.

No escenario de intercambio de batería, a batería podería estar baseada na química NMC ou LFP e admitiría un cambio LHD de 6 horas desde o tamaño e peso do sobre.As dúas baterías, clasificadas en 650 V con capacidade de 400 Ah, necesitarían unha carga de 3 horas cando se cambiasen do vehículo.Cada un duraría 2.500 ciclos ao longo dunha vida natural total de 3-5 anos.

Para a carga rápida, unha única batería LTO integrada das mesmas dimensións estaría clasificada en 800 V con capacidade de 250 Ah, o que ofrece 3 horas de funcionamento cunha carga ultrarrápida de 15 minutos.Dado que a química pode soportar moitos máis ciclos, entregaría 20.000 ciclos, cunha vida útil prevista de 5-7 anos.

No mundo real, un deseñador de vehículos podería usar este enfoque para satisfacer as preferencias dun cliente.Por exemplo, alargando a duración da quenda aumentando a capacidade de almacenamento de enerxía.

Deseño flexible

En definitiva, serán os operadores da mina os que elixan se prefiren o cambio de batería ou a carga rápida.E a súa elección pode variar dependendo da enerxía eléctrica e do espazo dispoñible en cada un dos seus sitios.

Polo tanto, é importante que os fabricantes de LHD lles proporcionen a flexibilidade para escoller.