اخبار

چندین فن‌آوری باتری و شارژ وجود دارد که باید در هنگام انتقال به الکتروموبیلیتی در استخراج زیرزمینی مورد توجه قرار گیرد.

وسایل نقلیه معدنی که با باتری کار می کنند برای استخراج زیرزمینی مناسب هستند.از آنجایی که آنها گازهای خروجی را منتشر نمی کنند، نیازهای خنک کننده و تهویه را کاهش می دهند، انتشار گازهای گلخانه ای (GHG) و هزینه های نگهداری را کاهش می دهند و شرایط کار را بهبود می بخشند.

تقریباً تمام تجهیزات معادن زیرزمینی امروزه با موتور دیزلی کار می‌کنند و دود اگزوز ایجاد می‌کنند.این امر نیاز به سیستم های تهویه گسترده را برای حفظ ایمنی کارگران ایجاد می کند.علاوه بر این، با حفاری اپراتورهای معادن امروزی تا عمق 4 کیلومتری (13123.4 فوت) برای دسترسی به ذخایر سنگ، این سیستم ها به طور تصاعدی بزرگتر می شوند.این باعث می شود نصب و راه اندازی آنها هزینه بیشتری داشته باشد و انرژی بیشتری مصرف کند.

در همان زمان، بازار در حال تغییر است.دولت ها در حال تعیین اهداف زیست محیطی هستند و مصرف کنندگان به طور فزاینده ای مایل به پرداخت حق بیمه برای محصولات نهایی هستند که می توانند ردپای کربن کمتری را نشان دهند.این باعث ایجاد علاقه بیشتر به کربن زدایی معادن می شود.

ماشین های بارگیری، حمل و نقل و تخلیه (LHD) فرصتی عالی برای انجام این کار هستند.آنها حدود 80 درصد از تقاضای انرژی برای استخراج زیرزمینی را به عنوان جابجایی افراد و تجهیزات از طریق معدن نشان می دهند.

جابجایی به وسایل نقلیه با باتری می تواند استخراج معدن را کربن زدایی کند و سیستم های تهویه را ساده کند.

این به باتری هایی با قدرت بالا و مدت زمان طولانی نیاز دارد - وظیفه ای که فراتر از توانایی های فناوری قبلی بود.با این حال، تحقیق و توسعه در چند سال گذشته نسل جدیدی از باتری‌های لیتیوم یون (Li-ion) با سطح مناسب عملکرد، ایمنی، مقرون به صرفه بودن و قابلیت اطمینان ایجاد کرده است.

انتظار پنج ساله

هنگامی که اپراتورها دستگاه های LHD را خریداری می کنند، به دلیل شرایط سخت، انتظار عمر حداکثر 5 ساله را دارند.ماشین آلات نیاز به حمل بارهای سنگین 24 ساعته در شرایط ناهموار با رطوبت، گرد و غبار و سنگ، شوک مکانیکی و لرزش دارند.

وقتی نوبت به برق می رسد، اپراتورها به سیستم های باتری نیاز دارند که با طول عمر دستگاه مطابقت داشته باشد.باتری ها همچنین باید در برابر چرخه های شارژ و دشارژ مکرر و عمیق مقاومت کنند.آنها همچنین باید قابلیت شارژ سریع را داشته باشند تا دسترسی خودرو را به حداکثر برسانند.این به معنای 4 ساعت سرویس در هر زمان است که با الگوی شیفت نیم روز مطابقت دارد.

تعویض باتری در مقابل شارژ سریع

تعویض باتری و شارژ سریع به عنوان دو گزینه برای رسیدن به این هدف ظاهر شدند.تعویض باتری به دو مجموعه باتری یکسان نیاز دارد - یکی برای تغذیه خودرو و دیگری در حالت شارژ.پس از یک شیفت 4 ساعته، باتری مصرف شده با یک باتری تازه شارژ شده جایگزین می شود.

مزیت این است که این نیاز به شارژ با توان بالا ندارد و معمولاً می تواند توسط زیرساخت های الکتریکی موجود معدن پشتیبانی شود.با این حال، تغییر نیاز به بلند کردن و جابجایی دارد که یک کار اضافی ایجاد می کند.

روش دیگر استفاده از یک باتری منفرد با قابلیت شارژ سریع در حدود 10 دقیقه در هنگام مکث، استراحت و تغییر شیفت است.این امر نیاز به تعویض باتری را از بین می برد و زندگی را ساده تر می کند.

با این حال، شارژ سریع به اتصال به شبکه پرقدرت متکی است و اپراتورهای معدن ممکن است نیاز به ارتقای زیرساخت های الکتریکی یا نصب ذخیره انرژی در کنار جاده داشته باشند، به خصوص برای ناوگان بزرگتر که نیاز به شارژ همزمان دارند.

شیمی لیتیوم یون برای تعویض باتری

انتخاب بین تعویض و شارژ سریع نشان می دهد که از کدام نوع باتری استفاده شود.

Li-ion یک اصطلاح چتر است که طیف گسترده ای از الکتروشیمی را پوشش می دهد.اینها را می توان به صورت جداگانه یا ترکیبی برای ارائه چرخه مورد نیاز، عمر تقویم، چگالی انرژی، شارژ سریع و ایمنی استفاده کرد.

اکثر باتری های لیتیوم یونی با گرافیت به عنوان الکترود منفی ساخته می شوند و دارای مواد مختلفی مانند الکترود مثبت هستند، مانند اکسید لیتیوم نیکل- منگنز- کبالت (NMC)، اکسید آلومینیوم لیتیوم نیکل- کبالت (NCA) و فسفات آهن لیتیوم (LFP). ).

از این میان، NMC و LFP هر دو محتوای انرژی خوبی را با عملکرد شارژ کافی ارائه می دهند.این باعث می شود که هر یک از اینها برای تعویض باتری ایده آل باشد.

شیمی جدید برای شارژ سریع

برای شارژ سریع، یک جایگزین جذاب ظاهر شده است.این اکسید لیتیوم تیتانات (LTO) است که دارای یک الکترود مثبت ساخته شده از NMC است.به جای گرافیت، الکترود منفی آن بر پایه LTO است.

این به باتری های LTO مشخصات عملکرد متفاوتی می دهد.آنها می توانند شارژ با قدرت بسیار بالا را بپذیرند به طوری که زمان شارژ می تواند به کمتر از 10 دقیقه برسد.آنها همچنین می توانند سه تا پنج برابر چرخه شارژ و دشارژ بیشتر از سایر انواع شیمی لیتیوم یون را پشتیبانی کنند.این به یک عمر تقویم طولانی تر تبدیل می شود.

علاوه بر این، LTO دارای ایمنی ذاتی بسیار بالایی است زیرا می تواند در برابر سوء استفاده الکتریکی مانند تخلیه عمیق یا اتصال کوتاه و همچنین آسیب های مکانیکی مقاومت کند.

مدیریت باتری

یکی دیگر از عوامل مهم طراحی برای OEM ها نظارت و کنترل الکترونیکی است.آنها باید خودرو را با یک سیستم مدیریت باتری (BMS) ادغام کنند که عملکرد را مدیریت می کند و در عین حال از ایمنی در کل سیستم محافظت می کند.

یک BMS خوب همچنین شارژ و تخلیه سلول های جداگانه را برای حفظ دمای ثابت کنترل می کند.این عملکرد ثابت را تضمین می کند و عمر باتری را به حداکثر می رساند.همچنین بازخوردی در مورد وضعیت شارژ (SOC) و وضعیت سلامت (SOH) ارائه می دهد.اینها شاخص های مهمی از عمر باتری هستند، با SOC نشان می دهد که اپراتور چقدر بیشتر می تواند وسیله نقلیه را در طول یک شیفت کار کند، و SOH نشانگر عمر تقویمی باقی مانده است.

قابلیت Plug-and-play

وقتی نوبت به مشخص کردن سیستم های باتری برای وسایل نقلیه می شود، استفاده از ماژول ها منطقی است.این با رویکرد جایگزین درخواست از تولید کنندگان باتری برای توسعه سیستم های باتری سفارشی برای هر وسیله نقلیه مقایسه می شود.

مزیت بزرگ رویکرد مدولار این است که OEM ها می توانند یک پلت فرم پایه برای چندین وسیله نقلیه ایجاد کنند.سپس آنها می توانند ماژول های باتری را به صورت سری اضافه کنند تا رشته هایی بسازند که ولتاژ مورد نیاز را برای هر مدل ارائه کند.این بر توان خروجی حاکم است.سپس می توانند این رشته ها را به صورت موازی ترکیب کنند تا ظرفیت ذخیره انرژی مورد نیاز را ایجاد کنند و مدت زمان مورد نیاز را فراهم کنند.

بارهای سنگین موجود در معادن زیرزمینی به این معنی است که وسایل نقلیه باید قدرت بالایی ارائه دهند.این به سیستم های باتری با ولتاژ 650-850 ولت نیاز دارد.در حالی که ارتقاء به ولتاژهای بالاتر، توان بالاتری را فراهم می کند، همچنین منجر به هزینه های سیستم بالاتر می شود، بنابراین اعتقاد بر این است که سیستم ها برای آینده قابل پیش بینی زیر 1000 ولت باقی می مانند.

برای دستیابی به 4 ساعت کارکرد مداوم، طراحان معمولاً به دنبال ظرفیت ذخیره انرژی 200-250 کیلووات ساعت هستند، اگرچه برخی به 300 کیلووات ساعت یا بیشتر نیاز دارند.

این رویکرد مدولار به OEM ها کمک می کند تا با کاهش نیاز به آزمایش نوع، هزینه های توسعه را کنترل کنند و زمان ورود به بازار را کاهش دهند.با توجه به این موضوع، Saft یک راه حل باتری plug-and-play را توسعه داد که در هر دو الکتروشیمی NMC و LTO موجود است.

یک مقایسه عملی

برای درک نحوه مقایسه ماژول ها، ارزش دارد به دو سناریو جایگزین برای یک خودروی LHD معمولی بر اساس تعویض باتری و شارژ سریع نگاه کنید.در هر دو سناریو، وزن وسیله نقلیه 45 تن بدون بار و 60 تن با بار کامل با ظرفیت بار 6-8 متر مکعب (7.8-10.5 yd3) است.برای فعال کردن مقایسه‌ای مشابه، Saft باتری‌هایی با وزن مشابه (3.5 تن) و حجم (4 متر مکعب [5.2 yd3]) را مشاهده کرد.

در سناریوی تعویض باتری، باتری می تواند بر اساس شیمی NMC یا LFP باشد و از تغییر اندازه و وزن 6 ساعته LHD پشتیبانی کند.این دو باتری، با ولتاژ 650 ولت با ظرفیت 400 Ah، در صورت تعویض از خودرو به شارژ 3 ساعته نیاز دارند.هر کدام 2500 چرخه در کل عمر تقویمی 3-5 سال دوام خواهند آورد.

برای شارژ سریع، یک باتری LTO با همان ابعاد دارای ولتاژ 800 ولت با ظرفیت 250 Ah است که با شارژ فوق سریع 15 دقیقه ای 3 ساعت کار می کند.از آنجایی که شیمی می تواند چرخه های بسیار بیشتری را تحمل کند، 20000 چرخه را با عمر تقویمی 5 تا 7 سال پیش بینی می کند.

در دنیای واقعی، یک طراح خودرو می تواند از این رویکرد برای برآورده کردن ترجیحات مشتری استفاده کند.به عنوان مثال، افزایش مدت زمان شیفت با افزایش ظرفیت ذخیره انرژی.

طراحی انعطاف پذیر

در نهایت، این اپراتورهای معدن هستند که ترجیح می دهند تعویض باتری یا شارژ سریع را ترجیح دهند.و انتخاب آنها ممکن است بسته به قدرت الکتریکی و فضای موجود در هر یک از سایت های آنها متفاوت باشد.

بنابراین، برای سازندگان LHD مهم است که انعطاف پذیری را برای انتخاب در اختیار آنها قرار دهند.