• Bulldozers at work in gravel mine

Tin tức

Có một số công nghệ sạc và pin cần được xem xét khi chuyển đổi sang khả năng vận hành bằng điện trong khai thác hầm lò.

Battery Power and the Future of Deep-Level Mining

Các phương tiện khai thác chạy bằng pin rất thích hợp cho việc khai thác hầm lò.Bởi vì chúng không thải ra khí thải, chúng làm giảm các yêu cầu làm mát và thông gió, cắt giảm phát thải khí nhà kính (GHG) và chi phí bảo trì, đồng thời cải thiện điều kiện làm việc.

Hầu hết tất cả các thiết bị mỏ hầm lò ngày nay đều chạy bằng động cơ diesel và tạo ra khói thải.Điều này thúc đẩy nhu cầu về hệ thống thông gió rộng rãi để duy trì sự an toàn cho người lao động.Hơn nữa, khi các nhà khai thác mỏ ngày nay đang đào sâu tới 4 km (13.123,4 ft.) Để tiếp cận các mỏ quặng, các hệ thống này trở nên lớn hơn theo cấp số nhân.Điều đó làm cho chúng tốn kém hơn để cài đặt và chạy và nhiều năng lượng hơn.

Đồng thời, thị trường đang thay đổi.Các chính phủ đang đặt ra các mục tiêu về môi trường và người tiêu dùng ngày càng sẵn sàng trả giá cao hơn cho các sản phẩm cuối cùng có thể chứng tỏ lượng khí thải carbon thấp hơn.Điều đó đang tạo ra nhiều mối quan tâm hơn đến việc khử cacbon trong các mỏ.

Máy tải, kéo và đổ (LHD) là một cơ hội tuyệt vời để thực hiện điều này.Chúng đại diện cho khoảng 80% nhu cầu năng lượng cho khai thác dưới lòng đất khi di chuyển người và thiết bị qua mỏ.

Chuyển sang phương tiện chạy bằng pin có thể khử cacbon trong quá trình khai thác và đơn giản hóa hệ thống thông gió.Battery Power and the Future of Deep-Level Mining

Điều này đòi hỏi pin có công suất cao và thời lượng dài - một nhiệm vụ vượt quá khả năng của công nghệ trước đây.Tuy nhiên, nghiên cứu và phát triển trong vài năm qua đã tạo ra một loại pin lithium-ion (Li-ion) mới với mức hiệu suất, độ an toàn, khả năng chi trả và độ tin cậy phù hợp.

 

Kỳ vọng 5 năm

Khi các nhà khai thác mua máy LHD, họ mong đợi tuổi thọ tối đa là 5 năm do các điều kiện khắc nghiệt.Máy móc cần vận chuyển tải trọng nặng 24/24 giờ trong điều kiện không bằng phẳng với độ ẩm, bụi và đá, va đập và rung động cơ học.

Khi liên quan đến nguồn điện, người vận hành cần hệ thống pin phù hợp với tuổi thọ của máy.Pin cũng cần phải chịu được chu kỳ sạc và xả thường xuyên và sâu.Chúng cũng cần có khả năng sạc nhanh để tối đa hóa khả năng hoạt động của xe.Điều này có nghĩa là 4 giờ phục vụ một lúc, phù hợp với mô hình ca làm việc nửa ngày.

Thay pin và sạc nhanh

Thay pin và sạc nhanh là hai lựa chọn để đạt được điều này.Việc hoán đổi pin yêu cầu hai bộ pin giống hệt nhau - một bộ cấp nguồn cho xe và một bộ sạc.Sau một ca làm việc kéo dài 4 giờ, pin đã sử dụng được thay thế bằng pin mới được sạc.

Ưu điểm là điều này không cần sạc điện cao và thường có thể được hỗ trợ bởi cơ sở hạ tầng điện hiện có của mỏ.Tuy nhiên, việc chuyển đổi yêu cầu nâng và xử lý, điều này tạo ra một nhiệm vụ bổ sung.

Cách tiếp cận khác là sử dụng một pin duy nhất có khả năng sạc nhanh trong vòng khoảng 10 phút trong thời gian tạm dừng, nghỉ và thay đổi ca làm việc.Điều này giúp loại bỏ nhu cầu chuyển đổi pin, giúp cuộc sống trở nên đơn giản hơn.

Tuy nhiên, sạc nhanh phụ thuộc vào kết nối lưới điện cao và các nhà khai thác mỏ có thể cần nâng cấp cơ sở hạ tầng điện của họ hoặc lắp đặt bộ lưu trữ năng lượng bên cạnh, đặc biệt là đối với các đội tàu lớn hơn cần sạc đồng thời.

Hóa học Li-ion để hoán đổi pin

Sự lựa chọn giữa hoán đổi và sạc nhanh cho biết loại pin nào được sử dụng.

Li-ion là một thuật ngữ bao hàm một loạt các nhà máy điện hóa.Chúng có thể được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp để cung cấp vòng đời theo yêu cầu, tuổi thọ theo lịch, mật độ năng lượng, sạc nhanh và an toàn.

Hầu hết các loại pin Li-ion được làm bằng than chì làm điện cực âm và có các vật liệu khác nhau làm điện cực dương, chẳng hạn như lithium niken-mangan-coban oxit (NMC), oxit nhôm lithium niken-coban (NCA) và lithium sắt phốt phát (LFP ).

Trong số này, NMC và LFP đều cung cấp hàm lượng năng lượng tốt với hiệu suất sạc đủ.Điều này làm cho một trong hai điều này trở nên lý tưởng cho việc hoán đổi pin.

Hóa chất mới để sạc nhanh

Đối với sạc nhanh, một giải pháp thay thế hấp dẫn đã xuất hiện.Đây là oxit liti titanat (LTO), có điện cực dương được làm từ NMC.Thay vì than chì, điện cực âm của nó dựa trên LTO.

Điều này mang lại cho pin LTO một cấu hình hiệu suất khác.Họ có thể chấp nhận sạc điện rất cao để thời gian sạc có thể chỉ là 10 phút.Chúng cũng có thể hỗ trợ chu kỳ sạc và phóng điện gấp 3 đến 5 lần so với các dạng hóa học Li-ion khác.Điều này chuyển thành tuổi thọ lịch dài hơn.

Ngoài ra, LTO có độ an toàn vốn có cực kỳ cao vì nó có thể chịu được sự lạm dụng điện như phóng điện sâu hoặc đoản mạch, cũng như hư hỏng cơ học.

Quản lý pin

Một yếu tố thiết kế quan trọng khác đối với OEM là giám sát và kiểm soát điện tử.Họ cần tích hợp chiếc xe với hệ thống quản lý pin (BMS) để quản lý hiệu suất đồng thời bảo vệ an toàn trên toàn bộ hệ thống.

Một BMS tốt cũng sẽ kiểm soát quá trình sạc và xả của các tế bào riêng lẻ để duy trì nhiệt độ ổn định.Điều này đảm bảo hiệu suất nhất quán và tối đa hóa tuổi thọ pin.Nó cũng sẽ cung cấp phản hồi về trạng thái phụ trách (SOC) và tình trạng sức khỏe (SOH).Đây là những chỉ số quan trọng về tuổi thọ pin, với SOC cho biết người điều khiển có thể chạy xe trong thời gian bao lâu và SOH là chỉ báo về thời lượng lịch còn lại.

Khả năng cắm và chạy

Khi nói đến việc chỉ định hệ thống pin cho xe, việc sử dụng các mô-đun có ý nghĩa rất nhiều.Điều này so sánh với cách tiếp cận thay thế là yêu cầu các nhà sản xuất pin phát triển các hệ thống pin được thiết kế riêng cho từng loại xe.

Lợi ích lớn của phương pháp mô-đun là các OEM có thể phát triển một nền tảng cơ bản cho nhiều phương tiện.Sau đó, họ có thể thêm các mô-đun pin nối tiếp để xây dựng các chuỗi cung cấp điện áp cần thiết cho mỗi mô hình.Điều này chi phối sản lượng điện.Sau đó, họ có thể kết hợp song song các chuỗi này để xây dựng khả năng lưu trữ năng lượng cần thiết và cung cấp thời lượng cần thiết.

Tải trọng nặng trong khai thác hầm lò có nghĩa là các phương tiện cần phải cung cấp năng lượng cao.Điều đó yêu cầu hệ thống pin được đánh giá ở 650-850V.Mặc dù tăng điện áp lên cao hơn sẽ cung cấp năng lượng cao hơn, nhưng nó cũng sẽ dẫn đến chi phí hệ thống cao hơn, vì vậy người ta tin rằng các hệ thống sẽ duy trì ở mức dưới 1.000V trong tương lai gần.

Để đạt được 4 giờ hoạt động liên tục, các nhà thiết kế thường tìm kiếm khả năng lưu trữ năng lượng từ 200-250 kWh, mặc dù một số sẽ cần 300 kWh hoặc cao hơn.

Cách tiếp cận mô-đun này giúp OEM kiểm soát chi phí phát triển và giảm thời gian đưa ra thị trường bằng cách giảm nhu cầu kiểm tra kiểu mẫu.Nhận thức được điều này, Saft đã phát triển một giải pháp pin plug-and-play có sẵn trong cả hai nhà máy điện hóa NMC và LTO.

Một so sánh thực tế

Để có cảm nhận về cách so sánh giữa các mô-đun, bạn nên xem xét hai kịch bản thay thế cho một chiếc xe LHD điển hình dựa trên việc hoán đổi pin và sạc nhanh.Trong cả hai kịch bản, chiếc xe nặng 45 tấn không tải và 60 tấn đầy tải có tải trọng 6-8 m3 (7,8-10,5 yd3).Để cho phép so sánh tương tự, Saft đã hình dung các loại pin có trọng lượng và thể tích tương tự (3,5 tấn) và thể tích (4 m3 [5,2 yd3]).

Trong kịch bản hoán đổi pin, pin có thể dựa trên hóa học NMC hoặc LFP và sẽ hỗ trợ sự thay đổi LHD kéo dài 6 giờ so với kích thước và trọng lượng.Hai pin, được đánh giá ở 650V với dung lượng 400 Ah, sẽ yêu cầu sạc 3 giờ khi hoán đổi khỏi xe.Mỗi chu kỳ sẽ kéo dài 2.500 chu kỳ trong tổng vòng đời lịch là 3-5 năm.

Để sạc nhanh, một pin LTO tích hợp có cùng kích thước sẽ được đánh giá là 800V với dung lượng 250 Ah, cung cấp 3 giờ hoạt động với 15 phút sạc cực nhanh.Bởi vì hóa chất có thể chịu được nhiều chu kỳ hơn, nó sẽ cung cấp 20.000 chu kỳ, với tuổi thọ lịch dự kiến ​​là 5-7 năm.

Trong thế giới thực, một nhà thiết kế xe có thể sử dụng phương pháp này để đáp ứng sở thích của khách hàng.Ví dụ, kéo dài thời gian của ca làm việc bằng cách tăng khả năng lưu trữ năng lượng.

Thiết kế linh hoạt

Cuối cùng, các nhà khai thác mỏ sẽ chọn xem họ thích hoán đổi pin hay sạc nhanh.Và sự lựa chọn của họ có thể khác nhau tùy thuộc vào nguồn điện và không gian có sẵn tại mỗi địa điểm của họ.

Do đó, điều quan trọng đối với các nhà sản xuất LHD là cung cấp cho họ sự linh hoạt để lựa chọn.


Thời gian đăng: 27-10-2021