Notícies

Hi ha diverses tecnologies de bateries i càrrega que cal tenir en compte a l'hora de passar a l'electromobilitat a la mineria subterrània.

Els vehicles miners que funcionen amb bateries són ideals per a la mineria subterrània.Com que no emeten gasos d'escapament, redueixen els requisits de refrigeració i ventilació, redueixen les emissions de gasos d'efecte hivernacle (GEH) i els costos de manteniment i milloren les condicions de treball.

Gairebé tots els equips de mines subterrànies d'avui funcionen amb dièsel i generen fums d'escapament.Això impulsa la necessitat de sistemes de ventilació extensos per mantenir la seguretat dels treballadors.A més, com que els operadors de mines actuals estan excavant fins a 4 km (13.123,4 peus) per accedir als dipòsits de mineral, aquests sistemes es fan exponencialment més grans.Això fa que siguin més costosos d'instal·lar i executar i tinguin més gana d'energia.

Al mateix temps, el mercat està canviant.Els governs estan establint objectius ambientals i els consumidors estan cada cop més disposats a pagar una prima pels productes finals que puguin demostrar una menor petjada de carboni.Això està creant més interès per descarbonitzar les mines.

Les màquines de càrrega, transport i abocament (LHD) són una excel·lent oportunitat per fer-ho.Representen al voltant del 80% de la demanda energètica de la mineria subterrània mentre mouen persones i equips per la mina.

El canvi a vehicles alimentats amb bateries pot descarbonitzar la mineria i simplificar els sistemes de ventilació.

Això requereix bateries amb gran potència i llarga durada, un deure que superava les capacitats de la tecnologia anterior.Tanmateix, la investigació i el desenvolupament dels darrers anys han creat una nova generació de bateries d'ions de liti (Li-ion) amb el nivell adequat de rendiment, seguretat, assequibilitat i fiabilitat.

Expectació de cinc anys

Quan els operadors compren màquines LHD, esperen una vida útil de 5 anys com a màxim a causa de les dures condicions.Les màquines necessiten transportar càrregues pesades les 24 hores del dia en condicions irregulars amb humitat, pols i roques, cops mecànics i vibracions.

Quan es tracta d'energia, els operadors necessiten sistemes de bateries que coincideixin amb la vida útil de la màquina.Les bateries també han de suportar cicles de càrrega i descàrrega freqüents i profunds.També han de ser capaços de carregar ràpidament per maximitzar la disponibilitat del vehicle.Això significa 4 hores de servei alhora, coincidint amb el patró de torn de mig dia.

Canvi de bateria versus càrrega ràpida

El intercanvi de bateries i la càrrega ràpida van sorgir com les dues opcions per aconseguir-ho.L'intercanvi de bateries requereix dos jocs idèntics de bateries: una per alimentar el vehicle i una altra amb càrrega.Després d'un torn de 4 hores, la bateria gastada es substitueix per una de recent carregada.

L'avantatge és que això no necessita una càrrega d'alta potència i normalment es pot donar suport a la infraestructura elèctrica existent de la mina.Tanmateix, el canvi requereix aixecament i manipulació, la qual cosa crea una tasca addicional.

L'altre enfocament és utilitzar una única bateria capaç de carregar-se ràpidament en uns 10 minuts durant les pauses, les pauses i els canvis de torn.Això elimina la necessitat de canviar les piles, fent la vida més senzilla.

Tanmateix, la càrrega ràpida depèn d'una connexió a la xarxa d'alta potència i és possible que els operadors de mines hagin d'actualitzar la seva infraestructura elèctrica o instal·lar l'emmagatzematge d'energia a la carretera, especialment per a flotes més grans que necessiten carregar-se simultàniament.

Química d'ions de liti per intercanviar bateries

L'elecció entre intercanvi i càrrega ràpida informa quin tipus de química de la bateria s'utilitza.

Li-ió és un terme paraigua que cobreix una àmplia gamma d'electroquímiques.Es poden utilitzar individualment o combinar per oferir la vida útil del cicle, la vida del calendari, la densitat d'energia, la càrrega ràpida i la seguretat.

La majoria de les bateries d'ió de liti es fabriquen amb grafit com a elèctrode negatiu i tenen diferents materials com l'elèctrode positiu, com ara l'òxid de liti níquel-manganès-cobalt (NMC), l'òxid de liti níquel-cobalt d'alumini (NCA) i fosfat de ferro de liti (LFP). ).

D'aquests, NMC i LFP proporcionen un bon contingut energètic amb un rendiment de càrrega suficient.Això fa que qualsevol d'ells sigui ideal per canviar la bateria.

Una nova química per a la càrrega ràpida

Per a la càrrega ràpida, ha sorgit una alternativa atractiva.Es tracta d'òxid de titanat de liti (LTO), que té un elèctrode positiu fet de NMC.En lloc de grafit, el seu elèctrode negatiu es basa en LTO.

Això dóna a les bateries LTO un perfil de rendiment diferent.Poden acceptar una càrrega molt alta, de manera que el temps de càrrega pot ser tan petit com 10 minuts.També poden suportar de tres a cinc vegades més cicles de càrrega i descàrrega que els altres tipus de química d'ions de liti.Això es tradueix en una vida més llarga del calendari.

A més, LTO té una seguretat inherent extremadament alta, ja que pot suportar l'abús elèctric, com ara descàrregues profundes o curtcircuits, així com danys mecànics.

Gestió de la bateria

Un altre factor de disseny important per als OEM és la supervisió i el control electrònics.Han d'integrar el vehicle amb un sistema de gestió de bateries (BMS) que gestioni el rendiment alhora que protegeix la seguretat de tot el sistema.

Un bon BMS també controlarà la càrrega i la descàrrega de les cèl·lules individuals per mantenir una temperatura constant.Això garanteix un rendiment constant i maximitza la durada de la bateria.També proporcionarà comentaris sobre l'estat de càrrega (SOC) i l'estat de salut (SOH).Aquests són indicadors importants de la durada de la bateria, amb SOC que mostra quant de temps més l'operador pot fer funcionar el vehicle durant un torn, i SOH és un indicador de la vida del calendari restant.

Capacitat de plug-and-play

Quan es tracta d'especificar sistemes de bateries per a vehicles, té molt sentit utilitzar mòduls.Això es compara amb l'enfocament alternatiu de demanar als fabricants de bateries que desenvolupin sistemes de bateries a mida per a cada vehicle.

El gran avantatge de l'enfocament modular és que els OEM poden desenvolupar una plataforma bàsica per a diversos vehicles.A continuació, poden afegir mòduls de bateries en sèrie per construir cadenes que proporcionin la tensió necessària per a cada model.Això regula la potència de sortida.A continuació, poden combinar aquestes cordes en paral·lel per construir la capacitat d'emmagatzematge d'energia necessària i proporcionar la durada requerida.

Les càrregues pesades en joc a la mineria subterrània fan que els vehicles hagin de lliurar una gran potència.Això requereix sistemes de bateries de 650-850V.Tot i que l'augment de voltatges més alts proporcionaria una potència més gran, també comportaria costos més elevats del sistema, de manera que es creu que els sistemes es mantindran per sota dels 1.000 V en el futur previsible.

Per aconseguir 4 hores de funcionament continu, els dissenyadors solen buscar una capacitat d'emmagatzematge d'energia de 200-250 kWh, encara que alguns necessitaran 300 kWh o més.

Aquest enfocament modular ajuda els OEM a controlar els costos de desenvolupament i reduir el temps de llançament al mercat reduint la necessitat de proves de tipus.Tenint en compte això, Saft va desenvolupar una solució de bateria plug-and-play disponible tant en electroquímica NMC com LTO.

Una comparació pràctica

Per tenir una idea de com es comparen els mòduls, val la pena mirar dos escenaris alternatius per a un vehicle LHD típic basat en el intercanvi de bateries i la càrrega ràpida.En ambdós escenaris, el vehicle pesa 45 tones sense càrrega i 60 tones plenament carregat amb una capacitat de càrrega de 6-8 m3 (7,8-10,5 yd3).Per permetre una comparació similar, Saft va visualitzar bateries de pes (3,5 tones) i volum (4 m3 [5,2 yd3]) similars.

En l'escenari d'intercanvi de bateries, la bateria es podria basar en la química NMC o LFP i suportaria un canvi LHD de 6 hores des de la mida i el pes.Les dues bateries, amb una capacitat de 650 V amb una capacitat de 400 Ah, requeririen una càrrega de 3 hores quan es canvien del vehicle.Cadascun tindria una durada de 2.500 cicles durant una vida natural total de 3-5 anys.

Per a la càrrega ràpida, una única bateria LTO integrada de les mateixes dimensions tindria una capacitat de 800 V amb una capacitat de 250 Ah, proporcionant 3 hores de funcionament amb una càrrega ultraràpida de 15 minuts.Com que la química pot suportar molts més cicles, donaria 20.000 cicles, amb una vida natural prevista de 5-7 anys.

Al món real, un dissenyador de vehicles podria utilitzar aquest enfocament per satisfer les preferències d'un client.Per exemple, allargar la durada del torn augmentant la capacitat d'emmagatzematge d'energia.

Disseny flexible

En última instància, seran els operadors de les mines els que escolliran si prefereixen l'intercanvi de bateries o la càrrega ràpida.I la seva elecció pot variar en funció de l'energia elèctrica i l'espai disponible a cadascun dels seus llocs.

Per tant, és important que els fabricants de LHD els proporcionin la flexibilitat per triar.