أخبار

هناك العديد من تقنيات البطاريات والشحن التي يجب مراعاتها عند الانتقال إلى التنقل الكهربائي في التعدين تحت الأرض.

تعتبر مركبات التعدين التي تعمل بالبطارية مناسبة بشكل مثالي للتعدين تحت الأرض.نظرًا لأنها لا تصدر غازات العادم ، فإنها تقلل متطلبات التبريد والتهوية ، وتقلل من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري (GHG) وتكاليف الصيانة ، وتحسن ظروف العمل.

تعمل جميع معدات المناجم تحت الأرض تقريبًا اليوم بالديزل وتنتج أبخرة العادم.وهذا يدفع إلى الحاجة إلى أنظمة تهوية واسعة النطاق للحفاظ على سلامة العمال.علاوة على ذلك ، نظرًا لأن مشغلي المناجم اليوم يحفرون بعمق يصل إلى 4 كيلومترات (13123.4 قدمًا) للوصول إلى رواسب الخام ، فإن هذه الأنظمة تصبح أكبر بشكل كبير.وهذا يجعل تركيبها وتشغيلها أكثر تكلفة ويجعلها أكثر جوعًا للطاقة.

في الوقت نفسه ، يتغير السوق.تضع الحكومات أهدافًا بيئية والمستهلكون على استعداد متزايد لدفع علاوة للمنتجات النهائية التي يمكن أن تظهر بصمة كربونية أقل.هذا يخلق المزيد من الاهتمام بإزالة الكربون من المناجم.

تعد ماكينات التحميل والسحب والتفريغ (LHD) فرصة ممتازة للقيام بذلك.يمثلون حوالي 80 ٪ من الطلب على الطاقة للتعدين تحت الأرض حيث يقومون بنقل الأشخاص والمعدات عبر المنجم.

يمكن أن يؤدي التحول إلى المركبات التي تعمل بالبطاريات إلى إزالة الكربون من التعدين وتبسيط أنظمة التهوية.

يتطلب هذا بطاريات ذات طاقة عالية ومدة طويلة - وهو واجب كان يفوق قدرات التكنولوجيا السابقة.ومع ذلك ، فقد أدى البحث والتطوير على مدى السنوات القليلة الماضية إلى إنشاء سلالة جديدة من بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion) مع المستوى المناسب من الأداء والسلامة والقدرة على تحمل التكاليف والموثوقية.

توقع خمس سنوات

عندما يشتري المشغلون ماكينات LHD ، فإنهم يتوقعون 5 سنوات على الأكثر بسبب الظروف الصعبة.تحتاج الآلات إلى نقل الأحمال الثقيلة على مدار 24 ساعة في اليوم في ظروف غير متكافئة مع الرطوبة والغبار والصخور والصدمات الميكانيكية والاهتزازات.

عندما يتعلق الأمر بالطاقة ، يحتاج المشغلون إلى أنظمة بطاريات تتوافق مع عمر الماكينة.تحتاج البطاريات أيضًا إلى تحمل دورات الشحن والتفريغ المتكررة والعميقة.يحتاجون أيضًا إلى أن يكونوا قادرين على الشحن السريع لزيادة توافر السيارة إلى أقصى حد.هذا يعني 4 ساعات من الخدمة في كل مرة ، مطابقة لنمط وردية نصف يوم.

تبديل البطارية مقابل الشحن السريع

ظهر تبديل البطارية والشحن السريع كخيارين لتحقيق ذلك.تتطلب عملية تبديل البطارية مجموعتين متطابقتين من البطاريات - إحداهما لتشغيل السيارة والأخرى قيد الشحن.بعد وردية مدتها 4 ساعات ، يتم استبدال البطارية المستهلكة بأخرى مشحونة حديثًا.

الميزة هي أن هذا لا يحتاج إلى شحن عالي الطاقة ويمكن دعمه عادةً من خلال البنية التحتية الكهربائية الحالية للمنجم.ومع ذلك ، فإن التغيير يتطلب الرفع والمناولة ، مما يخلق مهمة إضافية.

تتمثل الطريقة الأخرى في استخدام بطارية واحدة قادرة على الشحن السريع في غضون 10 دقائق تقريبًا أثناء فترات التوقف المؤقت والفواصل وتغييرات التحول.هذا يلغي الحاجة إلى تبديل البطاريات ، مما يجعل الحياة أسهل.

ومع ذلك ، يعتمد الشحن السريع على اتصال شبكة عالية الطاقة وقد يحتاج مشغلو المناجم إلى ترقية البنية التحتية الكهربائية أو تثبيت تخزين الطاقة على جانب الطريق ، خاصة بالنسبة للأساطيل الكبيرة التي تحتاج إلى الشحن في وقت واحد.

كيمياء ليثيوم أيون لمبادلة البطارية

يُعلم الاختيار بين الشحن السريع والتبديل بنوع كيمياء البطارية المراد استخدامه.

Li-ion هو مصطلح شامل يغطي مجموعة واسعة من الكيمياء الكهربائية.يمكن استخدامها بشكل فردي أو ممزوج لتوفير دورة الحياة المطلوبة وعمر التقويم وكثافة الطاقة والشحن السريع والسلامة.

تصنع معظم بطاريات Li-ion من الجرافيت كقطب كهربائي سالب ولها مواد مختلفة مثل القطب الموجب ، مثل أكسيد الليثيوم والنيكل والمنغنيز والكوبالت (NMC) وأكسيد الألومنيوم والنيكل والكوبالت (NCA) وفوسفات الحديد الليثيوم (LFP) ).

من بين هؤلاء ، يوفر كل من NMC و LFP محتوى طاقة جيدًا مع أداء شحن كافٍ.هذا يجعل أيًا منهما مثاليًا لمبادلة البطارية.

كيمياء جديدة للشحن السريع

بالنسبة للشحن السريع ، ظهر بديل جذاب.هذا هو أكسيد تيتانات الليثيوم (LTO) ، والذي يحتوي على قطب كهربائي موجب مصنوع من NMC.بدلاً من الجرافيت ، يعتمد القطب السالب على LTO.

هذا يعطي بطاريات LTO ملف تعريف أداء مختلف.يمكنهم قبول شحن عالي الطاقة بحيث يمكن أن يكون وقت الشحن أقل من 10 دقائق.يمكنهم أيضًا دعم دورات شحن وتفريغ ثلاث إلى خمس مرات أكثر من الأنواع الأخرى من كيمياء أيونات الليثيوم.هذا يترجم إلى عمر أطول للتقويم.

بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع LTO بسلامة متأصلة للغاية حيث يمكنها تحمل سوء الاستخدام الكهربائي مثل التفريغ العميق أو الماس الكهربائي ، فضلاً عن التلف الميكانيكي.

إدارة البطارية

عامل تصميم مهم آخر لمصنعي المعدات الأصلية هو المراقبة الإلكترونية والتحكم.يحتاجون إلى دمج السيارة مع نظام إدارة البطارية (BMS) الذي يدير الأداء مع حماية السلامة عبر النظام بأكمله.

سيتحكم نظام BMS الجيد أيضًا في شحن وتفريغ الخلايا الفردية للحفاظ على درجة حرارة ثابتة.يضمن ذلك أداءً ثابتًا ويزيد من عمر البطارية.كما ستقدم ملاحظات حول حالة الشحن (SOC) والحالة الصحية (SOH).هذه مؤشرات مهمة لعمر البطارية ، حيث توضح SOC المدة التي يمكن للمشغل أن يديرها أثناء المناوبة ، و SOH هو مؤشر على العمر الزمني المتبقي للتقويم.

القدرة على التوصيل والتشغيل

عندما يتعلق الأمر بتحديد أنظمة البطاريات للمركبات ، فمن المنطقي جدًا استخدام الوحدات.يُقارن هذا بالنهج البديل المتمثل في مطالبة مصنعي البطاريات بتطوير أنظمة بطاريات مصممة خصيصًا لكل مركبة.

الميزة الكبيرة للنهج المعياري هي أن مصنعي المعدات الأصلية يمكنهم تطوير منصة أساسية لمركبات متعددة.يمكنهم بعد ذلك إضافة وحدات بطارية متسلسلة لبناء سلاسل توفر الجهد المطلوب لكل طراز.هذا يتحكم في انتاج الطاقة.يمكنهم بعد ذلك دمج هذه الخيوط بالتوازي لبناء سعة تخزين الطاقة المطلوبة وتوفير المدة المطلوبة.

تعني الأحمال الثقيلة في التعدين تحت الأرض أن المركبات تحتاج إلى توفير طاقة عالية.هذا يستدعي أنظمة بطارية مصنفة على 650-850 فولت.في حين أن الترقية إلى الفولتية الأعلى ستوفر طاقة أعلى ، فإنها ستؤدي أيضًا إلى ارتفاع تكاليف النظام ، لذلك يُعتقد أن الأنظمة ستبقى أقل من 1000 فولت في المستقبل المنظور.

لتحقيق 4 ساعات من التشغيل المتواصل ، يبحث المصممون عادةً عن سعة تخزين طاقة تتراوح من 200 إلى 250 كيلو وات في الساعة ، على الرغم من أن البعض سيحتاج إلى 300 كيلو وات في الساعة أو أعلى.

يساعد هذا النهج المعياري مصنعي المعدات الأصلية على التحكم في تكاليف التطوير وتقليل الوقت اللازم للتسويق عن طريق تقليل الحاجة إلى اختبار النوع.وإدراكًا لذلك ، طورت Saft حلاً لبطارية التوصيل والتشغيل متاحًا في كل من الكيميائيات الكهربائية NMC و LTO.

مقارنة عملية

للتعرف على كيفية مقارنة الوحدات ، يجدر النظر في سيناريوهين بديلين لمركبة LHD نموذجية تعتمد على تبديل البطارية والشحن السريع.في كلا السيناريوهين ، تزن السيارة 45 طنًا غير محملة و 60 طنًا محملة بالكامل بسعة حمولة 6-8 م 3 (7.8-10.5 ياردة 3).ولتمكين المقارنة المماثلة ، تصور بطاريات Saft ذات الوزن المماثل (3.5 طن) والحجم (4 م 3 [5.2 ياردة 3]).

في سيناريو تبديل البطارية ، يمكن أن تعتمد البطارية على كيمياء NMC أو LFP وستدعم تحول LHD لمدة 6 ساعات من الحجم والوزن المغلف.تتطلب البطاريتان ، المصنفتان عند 650 فولت بسعة 400 أمبير ساعة ، شحنًا لمدة 3 ساعات عند تبديلها من السيارة.ستستمر كل دورة 2500 دورة على مدى عمر تقويم إجمالي يتراوح من 3-5 سنوات.

للشحن السريع ، سيتم تصنيف بطارية LTO واحدة مدمجة بنفس الأبعاد عند 800 فولت بسعة 250 أمبير ، مما يوفر 3 ساعات من التشغيل مع شحن فائق السرعة لمدة 15 دقيقة.نظرًا لأن الكيمياء يمكن أن تصمد أمام العديد من الدورات ، فإنها ستوفر 20000 دورة ، مع عمر تقويم متوقع من 5-7 سنوات.

في العالم الحقيقي ، يمكن لمصمم السيارة استخدام هذا النهج لتلبية تفضيلات العميل.على سبيل المثال ، إطالة مدة النوبة عن طريق زيادة سعة تخزين الطاقة.

تصميم مرن

في النهاية ، سيكون مشغلو المناجم هم الذين يختارون ما إذا كانوا يفضلون تبديل البطارية أو الشحن السريع.وقد يختلف اختيارهم اعتمادًا على الطاقة الكهربائية والمساحة المتوفرة في كل موقع من مواقعهم.

لذلك ، من المهم لمصنعي LHD تزويدهم بالمرونة للاختيار.