ข่าว

มีแบตเตอรี่และเทคโนโลยีการชาร์จหลายอย่างที่ต้องพิจารณาเมื่อเปลี่ยนไปใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าในการขุดใต้ดิน

รถขุดที่ใช้แบตเตอรี่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการขุดใต้ดินเนื่องจากไม่ปล่อยก๊าซไอเสีย จึงช่วยลดข้อกำหนดในการทำความเย็นและการระบายอากาศ ลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก (GHG) และค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา และปรับปรุงสภาพการทำงาน

อุปกรณ์เหมืองใต้ดินเกือบทั้งหมดในปัจจุบันใช้น้ำมันดีเซลและสร้างควันไอเสียสิ่งนี้ผลักดันความต้องการระบบระบายอากาศที่กว้างขวางเพื่อรักษาความปลอดภัยให้กับพนักงานนอกจากนี้ เนื่องจากผู้ปฏิบัติงานเหมืองในปัจจุบันกำลังขุดลึกถึง 4 กม. (13,123.4 ฟุต) เพื่อเข้าถึงแหล่งแร่ ระบบเหล่านี้จึงมีขนาดใหญ่ขึ้นแบบทวีคูณนั่นทำให้พวกเขาเสียค่าใช้จ่ายในการติดตั้งและใช้งานมากขึ้นและหิวพลังงานมากขึ้น

ในขณะเดียวกัน ตลาดก็กำลังเปลี่ยนแปลงรัฐบาลต่างๆ กำลังกำหนดเป้าหมายด้านสิ่งแวดล้อม และผู้บริโภคก็เต็มใจที่จะจ่ายเบี้ยประกันภัยสำหรับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งสามารถแสดงให้เห็นว่ามีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ลดลงนั่นคือการสร้างความสนใจมากขึ้นในการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในเหมือง

เครื่องโหลด ลาก และดัมพ์ (LHD) เป็นโอกาสที่ดีในการทำเช่นนี้พวกเขาเป็นตัวแทนของความต้องการพลังงานประมาณ 80% สำหรับการขุดใต้ดินในขณะที่พวกเขาเคลื่อนย้ายผู้คนและอุปกรณ์ผ่านเหมือง

การเปลี่ยนไปใช้ยานพาหนะที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่สามารถลดการปล่อยคาร์บอนจากการขุดและทำให้ระบบระบายอากาศง่ายขึ้น

สิ่งนี้ต้องใช้แบตเตอรี่ที่มีพลังงานสูงและระยะเวลานาน ซึ่งเป็นหน้าที่ที่เกินความสามารถของเทคโนโลยีก่อนหน้านี้อย่างไรก็ตาม การวิจัยและพัฒนาในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้สร้างแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Li-ion) สายพันธุ์ใหม่ที่มีประสิทธิภาพการทำงาน ความปลอดภัย ความสามารถในการจ่ายได้ และความน่าเชื่อถือในระดับที่เหมาะสม

ความคาดหวังห้าปี

เมื่อผู้ปฏิบัติงานซื้อเครื่อง LHD พวกเขาคาดว่าจะมีอายุการใช้งานสูงสุด 5 ปีเนื่องจากสภาพที่ยากลำบากเครื่องจักรจำเป็นต้องขนย้ายของหนักตลอด 24 ชั่วโมงในสภาพที่ไม่ราบเรียบด้วยความชื้น ฝุ่นและหิน การกระแทกทางกลและการสั่นสะเทือน

เมื่อพูดถึงเรื่องพลังงาน ผู้ปฏิบัติงานต้องการระบบแบตเตอรี่ที่ตรงกับอายุการใช้งานของเครื่องแบตเตอรี่ยังต้องทนต่อรอบการชาร์จและการคายประจุบ่อยครั้งและลึกพวกเขายังต้องสามารถชาร์จได้อย่างรวดเร็วเพื่อเพิ่มความพร้อมใช้งานของรถซึ่งหมายความว่าให้บริการครั้งละ 4 ชั่วโมง ซึ่งตรงกับรูปแบบกะครึ่งวัน

การสลับแบตเตอรี่กับการชาร์จอย่างรวดเร็ว

การสลับแบตเตอรี่และการชาร์จอย่างรวดเร็วกลายเป็นสองตัวเลือกในการดำเนินการนี้การเปลี่ยนแบตเตอรี่ต้องใช้แบตเตอรี่ที่เหมือนกันสองชุด – ชุดหนึ่งจ่ายไฟให้กับรถยนต์และอีกชุดหนึ่งต่อการชาร์จหลังจากกะ 4 ชั่วโมง แบตเตอรี่ที่ใช้แล้วจะถูกแทนที่ด้วยแบตเตอรี่ที่ชาร์จใหม่

ข้อดีคือไม่จำเป็นต้องชาร์จพลังงานสูง และโดยทั่วไปสามารถสนับสนุนโดยโครงสร้างพื้นฐานทางไฟฟ้าที่มีอยู่ของเหมืองอย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงต้องมีการยกและการจัดการ ซึ่งสร้างงานพิเศษ

อีกวิธีหนึ่งคือการใช้แบตเตอรี่ก้อนเดียวที่สามารถชาร์จอย่างรวดเร็วภายในเวลาประมาณ 10 นาทีระหว่างหยุดชั่วคราว หยุดพัก และเปลี่ยนกะทำให้ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่ ทำให้ชีวิตง่ายขึ้น

อย่างไรก็ตาม การชาร์จอย่างรวดเร็วต้องอาศัยการเชื่อมต่อโครงข่ายไฟฟ้าแรงสูง และผู้ปฏิบัติงานเหมืองอาจจำเป็นต้องอัพเกรดโครงสร้างพื้นฐานทางไฟฟ้าหรือติดตั้งที่เก็บพลังงานข้างทาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับฟลีตขนาดใหญ่ที่ต้องชาร์จพร้อมกัน

เคมี Li-ion สำหรับการเปลี่ยนแบตเตอรี่

ทางเลือกระหว่างการเปลี่ยนและการชาร์จอย่างรวดเร็วจะแจ้งว่าควรใช้เคมีของแบตเตอรี่ประเภทใด

ลิเธียมไอออนเป็นศัพท์เฉพาะที่ครอบคลุมวิชาไฟฟ้าเคมีที่หลากหลายสามารถใช้แยกกันหรือผสมกันเพื่อส่งมอบวงจรชีวิต อายุการใช้งานปฏิทิน ความหนาแน่นของพลังงาน การชาร์จอย่างรวดเร็ว และความปลอดภัยที่ต้องการ

แบตเตอรี่ Li-ion ส่วนใหญ่ทำด้วยกราไฟต์เป็นขั้วลบและมีวัสดุที่แตกต่างกันเป็นขั้วบวก เช่น ลิเธียมนิกเกิล-แมงกานีส-โคบอลต์ออกไซด์ (NMC) ลิเธียมนิกเกิล-โคบอลต์อะลูมิเนียมออกไซด์ (NCA) และลิเธียมไอรอนฟอสเฟต (LFP) ).

ในจำนวนนี้ NMC และ LFP ให้พลังงานที่ดีพร้อมประสิทธิภาพการชาร์จที่เพียงพอทำให้สิ่งเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเปลี่ยนแบตเตอรี่

เคมีใหม่สำหรับการชาร์จที่รวดเร็ว

สำหรับการชาร์จอย่างรวดเร็ว ได้มีทางเลือกอื่นที่น่าสนใจนี่คือลิเธียมไททาเนตออกไซด์ (LTO) ซึ่งมีอิเล็กโทรดบวกที่ทำจาก NMCอิเล็กโทรดลบจะใช้ LTO แทนกราไฟต์

สิ่งนี้ทำให้แบตเตอรี่ LTO มีโปรไฟล์ประสิทธิภาพที่แตกต่างออกไปพวกเขาสามารถยอมรับการชาร์จพลังงานที่สูงมากเพื่อให้เวลาในการชาร์จเพียง 10 นาทีนอกจากนี้ยังสามารถรองรับรอบการชาร์จและการคายประจุได้มากกว่าเคมี Li-ion ประเภทอื่นๆ สามถึงห้าเท่านี้แปลเป็นชีวิตปฏิทินอีกต่อไป

นอกจากนี้ LTO ยังมีความปลอดภัยโดยธรรมชาติที่สูงมาก เนื่องจากสามารถทนต่อการใช้ไฟฟ้าในทางที่ผิด เช่น การคายประจุลึกหรือไฟฟ้าลัดวงจร ตลอดจนความเสียหายทางกล

การจัดการแบตเตอรี่

ปัจจัยการออกแบบที่สำคัญอีกประการสำหรับ OEM คือการตรวจสอบและควบคุมทางอิเล็กทรอนิกส์พวกเขาจำเป็นต้องรวมรถเข้ากับระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ที่จัดการประสิทธิภาพในขณะที่ปกป้องความปลอดภัยทั่วทั้งระบบ

BMS ที่ดีจะควบคุมประจุและการปล่อยเซลล์แต่ละเซลล์เพื่อรักษาอุณหภูมิให้คงที่สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ให้สูงสุดนอกจากนี้ยังจะให้ข้อเสนอแนะเกี่ยวกับสถานะการชาร์จ (SOC) และสถานะสุขภาพ (SOH)สิ่งเหล่านี้เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของอายุการใช้งานแบตเตอรี่ โดย SOC จะแสดงระยะเวลาที่ผู้ควบคุมรถสามารถขับรถได้ในระหว่างการเปลี่ยนเกียร์ และ SOH เป็นตัวบ่งชี้อายุปฏิทินที่เหลืออยู่

ความสามารถ Plug-and-play

เมื่อพูดถึงการระบุระบบแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ การใช้โมดูลเป็นสิ่งที่สมเหตุสมผลซึ่งเปรียบเทียบกับวิธีการอื่นในการขอให้ผู้ผลิตแบตเตอรี่พัฒนาระบบแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์แต่ละคัน

ประโยชน์ที่สำคัญของวิธีการแบบโมดูลาร์คือ OEM สามารถพัฒนาแพลตฟอร์มพื้นฐานสำหรับยานพาหนะหลายคันจากนั้นจึงเพิ่มโมดูลแบตเตอรี่เป็นชุดเพื่อสร้างสตริงที่ส่งแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับแต่ละรุ่นสิ่งนี้ควบคุมการส่งออกพลังงานจากนั้นพวกเขาสามารถรวมสตริงเหล่านี้เข้าด้วยกันเพื่อสร้างความจุในการจัดเก็บพลังงานที่จำเป็นและระบุระยะเวลาที่ต้องการ

ภาระงานหนักในการขุดใต้ดินหมายความว่ายานพาหนะจำเป็นต้องส่งพลังงานสูงที่เรียกร้องให้ระบบแบตเตอรี่ได้รับการจัดอันดับที่ 650-850Vในขณะที่การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าให้สูงขึ้นจะให้พลังงานที่สูงขึ้น แต่ก็จะนำไปสู่ต้นทุนของระบบที่สูงขึ้น ดังนั้นจึงเชื่อว่าระบบจะยังคงต่ำกว่า 1,000V ในอนาคตอันใกล้

เพื่อให้บรรลุการทำงานต่อเนื่อง 4 ชั่วโมง นักออกแบบมักจะมองหาความจุในการกักเก็บพลังงานที่ 200-250 kWh แม้ว่าบางคนอาจต้องการ 300 kWh หรือสูงกว่าก็ตาม

วิธีการแบบแยกส่วนนี้ช่วยให้ OEM ควบคุมต้นทุนการพัฒนาและลดเวลาในการออกสู่ตลาดโดยลดความจำเป็นในการทดสอบประเภทเมื่อคำนึงถึงสิ่งนี้ Saft ได้พัฒนาโซลูชันแบตเตอรี่แบบพลักแอนด์เพลย์ซึ่งมีให้ในทั้งไฟฟ้าเคมี NMC และ LTO

การเปรียบเทียบเชิงปฏิบัติ

เพื่อให้เข้าใจถึงการเปรียบเทียบของโมดูล ควรพิจารณาสถานการณ์ทางเลือกสองสถานการณ์สำหรับรถยนต์ LHD ทั่วไปโดยพิจารณาจากการแลกเปลี่ยนแบตเตอรี่และการชาร์จอย่างรวดเร็วในทั้งสองสถานการณ์ ยานพาหนะมีน้ำหนัก 45 ตันที่ไม่ได้บรรทุกสัมภาระ และ 60 ตันเมื่อบรรทุกเต็มที่ โดยสามารถรองรับน้ำหนักบรรทุกได้ 6-8 ลูกบาศก์เมตร (7.8-10.5 หลา)เพื่อเปิดใช้งานการเปรียบเทียบที่เหมือนกัน Saft ได้แสดงภาพแบตเตอรี่ที่มีน้ำหนักใกล้เคียงกัน (3.5 ตัน) และปริมาตร (4 ม.3 [5.2 หลา3])

ในสถานการณ์การเปลี่ยนแบตเตอรี่ แบตเตอรี่อาจใช้คุณสมบัติทางเคมีของ NMC หรือ LFP และจะรองรับการเปลี่ยน LHD ใน 6 ชั่วโมงจากขนาดและน้ำหนักซองแบตเตอรี่สองก้อนที่มีกำลังไฟ 650V พร้อมความจุ 400 Ah จะต้องชาร์จ 3 ชั่วโมงเมื่อเปลี่ยนออกจากรถแต่ละอันจะมีอายุการใช้งาน 2,500 รอบตลอดอายุปฏิทิน 3-5 ปี

สำหรับการชาร์จอย่างรวดเร็ว แบตเตอรี่ LTO ออนบอร์ดที่มีขนาดเท่ากันจะได้รับการจัดอันดับที่ 800V ที่มีความจุ 250 Ah ซึ่งใช้งานได้ 3 ชั่วโมงด้วยการชาร์จที่รวดเร็วเป็นพิเศษ 15 นาทีเนื่องจากเคมีสามารถทนต่อวัฏจักรได้มากกว่าหลายรอบ มันจึงส่งถึง 20,000 รอบ โดยมีอายุตามปฏิทินที่คาดหวังไว้ที่ 5-7 ปี

ในโลกแห่งความเป็นจริง นักออกแบบรถยนต์สามารถใช้แนวทางนี้เพื่อตอบสนองความต้องการของลูกค้าได้ตัวอย่างเช่น การขยายระยะเวลาของกะโดยการเพิ่มความจุในการจัดเก็บพลังงาน

การออกแบบที่ยืดหยุ่น

ท้ายที่สุด ผู้ปฏิบัติงานเหมืองจะเป็นผู้เลือกว่าพวกเขาต้องการเปลี่ยนแบตเตอรี่หรือชาร์จอย่างรวดเร็วและตัวเลือกอาจแตกต่างกันไปตามกำลังไฟฟ้าและพื้นที่ที่มีในแต่ละไซต์

ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญสำหรับผู้ผลิต LHD ที่จะต้องให้ความยืดหยุ่นในการเลือก