Haberler

Yeraltı madenciliğinde elektromobiliteye geçiş yapılırken dikkate alınması gereken birkaç akü ve şarj teknolojisi vardır.

Pille çalışan madencilik araçları, yeraltı madenciliği için idealdir.Egzoz gazı yaymadıkları için soğutma ve havalandırma gereksinimlerini azaltır, sera gazı (GHG) emisyonlarını ve bakım maliyetlerini azaltır ve çalışma koşullarını iyileştirir.

Bugün neredeyse tüm yeraltı maden ekipmanları dizelle çalışır ve egzoz dumanı oluşturur.Bu, çalışanların güvenliğini sağlamak için kapsamlı havalandırma sistemlerine duyulan ihtiyacı doğurur.Ayrıca, günümüzün maden işletmecileri cevher yataklarına erişmek için 4 km'ye (13.123.4 ft.) kadar derin kazdıkça, bu sistemler katlanarak büyüyor.Bu, onları kurmayı ve çalıştırmayı daha maliyetli hale getirir ve daha fazla enerji tüketir.

Aynı zamanda piyasa da değişiyor.Hükümetler çevresel hedefler belirliyor ve tüketiciler daha düşük karbon ayak izi gösterebilen nihai ürünler için giderek daha fazla prim ödemeye istekli.Bu, madenlerin karbonsuzlaştırılmasına daha fazla ilgi yaratıyor.

Yükleme, çekme ve boşaltma (LHD) makineleri bunu yapmak için mükemmel bir fırsattır.İnsanları ve ekipmanı madenden geçirirken, yeraltı madenciliği için enerji talebinin yaklaşık %80'ini temsil ederler.

Pille çalışan araçlara geçiş, madenciliği karbondan arındırabilir ve havalandırma sistemlerini basitleştirebilir.

Bu, önceki teknolojinin yeteneklerinin ötesinde bir görev olan yüksek güçlü ve uzun ömürlü piller gerektirir.Bununla birlikte, son birkaç yıldaki araştırma ve geliştirme, doğru performans, güvenlik, satın alınabilirlik ve güvenilirlik düzeyine sahip yeni bir tür lityum iyon (Li-ion) pil yarattı.

Beş yıllık beklenti

Operatörler LHD makine satın aldıklarında zorlu koşullar nedeniyle en fazla 5 yıllık bir ömür beklerler.Makinelerin ağır yükleri günde 24 saat nem, toz ve kayalar, mekanik şok ve titreşim ile düzensiz koşullarda taşıması gerekir.

Güç söz konusu olduğunda, operatörler makinenin kullanım ömrüne uygun akü sistemlerine ihtiyaç duyarlar.Pillerin ayrıca sık ve derin şarj ve deşarj döngülerine dayanması gerekir.Ayrıca, aracın kullanılabilirliğini en üst düzeye çıkarmak için hızlı şarj etme yeteneğine sahip olmaları gerekir.Bu, yarım günlük vardiya düzenine uygun olarak bir seferde 4 saat hizmet anlamına gelir.

Pil değiştirmeye karşı hızlı şarj

Pil değiştirme ve hızlı şarj bunu başarmak için iki seçenek olarak ortaya çıktı.Pil değişimi, biri araca güç sağlayan ve diğeri şarj olan iki özdeş pil seti gerektirir.4 saatlik bir vardiyadan sonra, bitmiş pil yeni şarj edilmiş bir pil ile değiştirilir.

Avantajı, bunun yüksek güçlü şarj gerektirmemesi ve tipik olarak madenin mevcut elektrik altyapısı tarafından desteklenebilmesidir.Bununla birlikte, geçiş, ekstra bir görev oluşturan kaldırma ve taşımayı gerektirir.

Diğer yaklaşım ise duraklamalar, molalar ve vardiya değişimleri sırasında yaklaşık 10 dakika içinde hızlı şarj olabilen tek bir pil kullanmaktır.Bu, pilleri değiştirme ihtiyacını ortadan kaldırarak hayatı kolaylaştırır.

Ancak hızlı şarj, yüksek güçlü bir şebeke bağlantısına dayanır ve maden operatörlerinin, özellikle aynı anda şarj olması gereken daha büyük filolar için elektrik altyapılarını yükseltmeleri veya yol kenarında enerji depolaması kurmaları gerekebilir.

Pil değişimi için Li-ion kimyası

Değiştirme ve hızlı şarj arasındaki seçim, hangi pil kimyasının kullanılacağını bildirir.

Li-ion, geniş bir elektrokimya yelpazesini kapsayan bir şemsiye terimdir.Bunlar, gerekli çevrim ömrü, takvim ömrü, enerji yoğunluğu, hızlı şarj ve güvenlik sağlamak için ayrı ayrı veya karıştırılarak kullanılabilir.

Çoğu Li-ion pil, negatif elektrot olarak grafit ile yapılır ve pozitif elektrot olarak lityum nikel-manganez-kobalt oksit (NMC), lityum nikel-kobalt alüminyum oksit (NCA) ve lityum demir fosfat (LFP) gibi farklı malzemelere sahiptir. ).

Bunlardan NMC ve LFP, yeterli şarj performansı ile iyi enerji içeriği sağlar.Bu, bunlardan herhangi birini pil değişimi için ideal hale getirir.

Hızlı şarj için yeni bir kimya

Hızlı şarj için çekici bir alternatif ortaya çıktı.Bu, NMC'den yapılmış bir pozitif elektrota sahip olan lityum titanat oksittir (LTO).Grafit yerine negatif elektrotu LTO'ya dayanır.

Bu, LTO pillerine farklı bir performans profili verir.Çok yüksek güçte şarjı kabul edebilirler, böylece şarj süresi 10 dakika kadar kısa olabilir.Ayrıca diğer Li-ion kimya türlerinden üç ila beş kat daha fazla şarj ve deşarj döngüsünü destekleyebilirler.Bu, daha uzun bir takvim ömrü anlamına gelir.

Buna ek olarak, LTO, derin deşarj veya kısa devreler gibi elektriksel kötüye kullanıma ve ayrıca mekanik hasara dayanabileceğinden, son derece yüksek bir doğal güvenliğe sahiptir.

Pil yönetimi

OEM'ler için bir diğer önemli tasarım faktörü elektronik izleme ve kontroldür.Aracı, tüm sistem genelinde güvenliği korurken performansı yöneten bir akü yönetim sistemi (BMS) ile entegre etmeleri gerekiyor.

İyi bir BMS, sabit bir sıcaklığı korumak için tek tek hücrelerin şarj ve deşarjını da kontrol edecektir.Bu, tutarlı performans sağlar ve pil ömrünü en üst düzeye çıkarır.Ayrıca şarj durumu (SOC) ve sağlık durumu (SOH) hakkında geri bildirim sağlayacaktır.Bunlar, pil ömrünün önemli göstergeleridir; SOC, operatörün bir vardiya sırasında aracı ne kadar süre çalıştırabileceğini gösterir ve SOH, kalan takvim ömrünün bir göstergesidir.

Tak ve çalıştır özelliği

Araçlar için akü sistemlerinin belirlenmesi söz konusu olduğunda modüllerin kullanılması oldukça mantıklıdır.Bu, akü üreticilerinden her bir araç için özel olarak tasarlanmış akü sistemleri geliştirmelerini isteme alternatif yaklaşımıyla karşılaştırılır.

Modüler yaklaşımın en büyük yararı, OEM'lerin birden fazla araç için temel bir platform geliştirebilmesidir.Ardından, her model için gerekli voltajı sağlayan diziler oluşturmak için seri olarak pil modülleri ekleyebilirler.Bu, güç çıkışını yönetir.Daha sonra gerekli enerji depolama kapasitesini oluşturmak ve gerekli süreyi sağlamak için bu dizileri paralel olarak birleştirebilirler.

Yeraltı madenciliğinde oynanan ağır yükler, araçların yüksek güç sağlaması gerektiği anlamına gelir.Bu, 650-850V olarak derecelendirilen akü sistemlerini gerektirir.Daha yüksek voltajlara yükseltmek daha yüksek güç sağlarken, aynı zamanda daha yüksek sistem maliyetlerine yol açacaktır, bu nedenle sistemlerin öngörülebilir gelecekte 1.000V'un altında kalacağına inanılmaktadır.

4 saatlik sürekli çalışmayı elde etmek için, tasarımcılar tipik olarak 200-250 kWh enerji depolama kapasitesi ararlar, ancak bazılarının 300 kWh veya daha fazlasına ihtiyacı olacaktır.

Bu modüler yaklaşım, tip testi ihtiyacını azaltarak OEM'lerin geliştirme maliyetlerini kontrol etmesine ve pazara sunma süresini kısaltmasına yardımcı olur.Bunu dikkate alan Saft, hem NMC hem de LTO elektrokimyalarında kullanılabilen bir tak ve çalıştır pil çözümü geliştirdi.

Pratik bir karşılaştırma

Modüllerin nasıl karşılaştırıldığına dair bir fikir edinmek için, pil değiştirme ve hızlı şarja dayalı tipik bir LHD araç için iki alternatif senaryoya bakmaya değer.Her iki senaryoda da araç, 45 ton yüksüz ve 60 ton tam yüklü ve 6-8 m3 (7,8-10,5 yd3) yük kapasitesine sahip.Benzer bir karşılaştırmayı mümkün kılmak için Saft, benzer ağırlıkta (3,5 ton) ve hacimde (4 m3 [5,2 yd3]) pilleri görselleştirdi.

Pil değiştirme senaryosunda, pil, NMC veya LFP kimyasına dayalı olabilir ve boyut ve ağırlık zarfından 6 saatlik bir LHD kaymasını destekleyebilir.650V ve 400 Ah kapasiteli iki akü, araçtan çıkarıldığında 3 saatlik şarj gerektirir.Her biri, toplam 3-5 yıllık bir takvim ömrü boyunca 2.500 döngü sürecektir.

Hızlı şarj için, aynı boyuttaki tek bir yerleşik LTO pil, 15 dakikalık ultra hızlı şarjla 3 saatlik çalışma sağlayan 250 Ah kapasiteli 800 V olarak derecelendirilir.Kimya çok daha fazla döngüye dayanabileceğinden, 5-7 yıllık bir takvim ömrü ile 20.000 döngü sunacaktır.

Gerçek dünyada, bir araç tasarımcısı bir müşterinin tercihlerini karşılamak için bu yaklaşımı kullanabilir.Örneğin, enerji depolama kapasitesini artırarak vardiya süresinin uzatılması.

Esnek tasarım

Sonuç olarak, pil değiştirmeyi mi yoksa hızlı şarjı mı tercih edeceklerini maden işletmecileri seçecek.Ve seçimleri, sitelerinin her birinde mevcut olan elektrik gücüne ve alana bağlı olarak değişebilir.

Bu nedenle, LHD üreticilerinin onlara seçme esnekliği sağlamaları önemlidir.