Berita

Ada beberapa teknologi baterai dan pengisian daya yang perlu dipertimbangkan saat beralih ke elektromobilitas di pertambangan bawah tanah.

Kendaraan penambangan bertenaga baterai sangat cocok untuk penambangan bawah tanah.Karena tidak mengeluarkan gas buang, mereka mengurangi kebutuhan pendinginan dan ventilasi, mengurangi emisi gas rumah kaca (GRK) dan biaya pemeliharaan, serta meningkatkan kondisi kerja.

Hampir semua peralatan tambang bawah tanah saat ini bertenaga diesel dan menghasilkan asap knalpot.Hal ini mendorong perlunya sistem ventilasi yang ekstensif untuk menjaga keselamatan pekerja.Selain itu, karena operator tambang saat ini menggali sedalam 4 km (13.123,4 ft.) untuk mengakses deposit bijih, sistem ini menjadi lebih besar secara eksponensial.Itu membuat mereka lebih mahal untuk dipasang dan dijalankan dan lebih haus energi.

Pada saat yang sama, pasar berubah.Pemerintah menetapkan target lingkungan dan konsumen semakin bersedia membayar mahal untuk produk akhir yang dapat menunjukkan jejak karbon yang lebih rendah.Itu menciptakan lebih banyak minat dalam mendekarbonisasi tambang.

Mesin muat, angkut, dan buang (LHD) adalah peluang bagus untuk melakukan hal ini.Mereka mewakili sekitar 80% dari permintaan energi untuk penambangan bawah tanah saat mereka memindahkan orang dan peralatan melalui tambang.

Beralih ke kendaraan bertenaga baterai dapat mendekarbonisasi penambangan dan menyederhanakan sistem ventilasi.

Ini membutuhkan baterai dengan daya tinggi dan durasi yang lama – tugas yang berada di luar kemampuan teknologi sebelumnya.Namun, penelitian dan pengembangan selama beberapa tahun terakhir telah menciptakan generasi baru baterai lithium-ion (Li-ion) dengan tingkat kinerja, keamanan, keterjangkauan, dan keandalan yang tepat.

Harapan lima tahun

Saat operator membeli alat berat LHD, mereka mengharapkan masa pakai paling lama 5 tahun karena kondisi yang sulit.Alat berat perlu mengangkut beban berat 24 jam sehari dalam kondisi yang tidak rata dengan kelembapan, debu, dan batu, guncangan mekanis, dan getaran.

Dalam hal daya, operator membutuhkan sistem baterai yang sesuai dengan masa pakai alat berat.Baterai juga harus tahan terhadap siklus pengisian dan pengosongan yang sering dan dalam.Mereka juga harus mampu mengisi daya dengan cepat untuk memaksimalkan ketersediaan kendaraan.Ini berarti 4 jam layanan pada suatu waktu, sesuai dengan pola shift setengah hari.

Pertukaran baterai versus pengisian cepat

Pertukaran baterai dan pengisian cepat muncul sebagai dua opsi untuk mencapai ini.Pertukaran baterai membutuhkan dua set baterai yang identik – satu untuk memberi daya pada kendaraan dan satu lagi untuk mengisi daya.Setelah shift 4 jam, baterai bekas diganti dengan yang baru diisi.

Keuntungannya adalah tidak memerlukan pengisian daya yang tinggi dan biasanya dapat didukung oleh infrastruktur kelistrikan tambang yang ada.Namun, pergantian membutuhkan pengangkatan dan penanganan, yang menciptakan tugas ekstra.

Pendekatan lainnya adalah dengan menggunakan satu baterai yang mampu mengisi daya dengan cepat dalam waktu sekitar 10 menit selama jeda, istirahat, dan perubahan shift.Ini menghilangkan kebutuhan untuk mengganti baterai, membuat hidup lebih sederhana.

Namun, pengisian cepat bergantung pada koneksi jaringan berdaya tinggi dan operator tambang mungkin perlu meningkatkan infrastruktur listrik mereka atau memasang penyimpanan energi di pinggir jalan, terutama untuk armada yang lebih besar yang perlu mengisi daya secara bersamaan.

Kimia Li-ion untuk pertukaran baterai

Pilihan antara swapping dan pengisian cepat menginformasikan jenis kimia baterai yang akan digunakan.

Li-ion adalah istilah umum yang mencakup berbagai elektrokimia.Ini dapat digunakan secara individual atau dicampur untuk memberikan siklus hidup yang diperlukan, masa pakai kalender, kepadatan energi, pengisian cepat, dan keamanan.

Sebagian besar baterai Li-ion dibuat dengan grafit sebagai elektroda negatif dan memiliki bahan yang berbeda sebagai elektroda positif, seperti lithium nikel-mangan-kobalt oksida (NMC), lithium nikel-kobalt aluminium oksida (NCA) dan lithium besi fosfat (LFP). ).

Dari jumlah tersebut, NMC dan LFP keduanya memberikan konten energi yang baik dengan kinerja pengisian yang memadai.Ini membuat salah satu dari ini ideal untuk pertukaran baterai.

Kimia baru untuk pengisian cepat

Untuk pengisian cepat, alternatif yang menarik telah muncul.Ini adalah lithium titanate oxide (LTO), yang memiliki elektroda positif yang terbuat dari NMC.Alih-alih grafit, elektroda negatifnya didasarkan pada LTO.

Ini memberikan baterai LTO profil kinerja yang berbeda.Mereka dapat menerima pengisian daya yang sangat tinggi sehingga waktu pengisian hanya 10 menit.Mereka juga dapat mendukung siklus pengisian dan pengosongan tiga hingga lima kali lebih banyak daripada jenis kimia Li-ion lainnya.Ini diterjemahkan ke dalam kehidupan kalender yang lebih lama.

Selain itu, LTO memiliki keamanan bawaan yang sangat tinggi karena dapat menahan penyalahgunaan listrik seperti pelepasan muatan yang dalam atau korsleting, serta kerusakan mekanis.

Manajemen baterai

Faktor desain penting lainnya untuk OEM adalah pemantauan dan kontrol elektronik.Mereka perlu mengintegrasikan kendaraan dengan sistem manajemen baterai (BMS) yang mengelola kinerja sekaligus melindungi keselamatan di seluruh sistem.

BMS yang baik juga akan mengontrol pengisian dan pengosongan sel individu untuk mempertahankan suhu yang konstan.Ini memastikan kinerja yang konsisten dan memaksimalkan masa pakai baterai.Ini juga akan memberikan umpan balik tentang status pengisian daya (SOC) dan status kesehatan (SOH).Ini adalah indikator penting dari masa pakai baterai, dengan SOC menunjukkan berapa lama lagi operator dapat menjalankan kendaraan selama shift, dan SOH menjadi indikator sisa masa pakai kalender.

Kemampuan plug-and-play

Dalam hal menentukan sistem baterai untuk kendaraan, sangat masuk akal untuk menggunakan modul.Ini dibandingkan dengan pendekatan alternatif yang meminta produsen baterai untuk mengembangkan sistem baterai yang dibuat khusus untuk setiap kendaraan.

Manfaat besar dari pendekatan modular adalah OEM dapat mengembangkan platform dasar untuk banyak kendaraan.Mereka kemudian dapat menambahkan modul baterai secara seri untuk membangun string yang memberikan tegangan yang diperlukan untuk setiap model.Ini mengatur output daya.Mereka kemudian dapat menggabungkan string ini secara paralel untuk membangun kapasitas penyimpanan energi yang dibutuhkan dan memberikan durasi yang dibutuhkan.

Beban berat yang dimainkan di pertambangan bawah tanah berarti bahwa kendaraan harus menghasilkan daya yang tinggi.Itu membutuhkan sistem baterai dengan nilai 650-850V.Sementara menaikkan ke tegangan yang lebih tinggi akan memberikan daya yang lebih tinggi, itu juga akan menyebabkan biaya sistem yang lebih tinggi, sehingga diyakini sistem akan tetap di bawah 1.000V di masa mendatang.

Untuk mencapai 4 jam operasi terus menerus, desainer biasanya mencari kapasitas penyimpanan energi 200-250 kWh, meskipun beberapa akan membutuhkan 300 kWh atau lebih tinggi.

Pendekatan modular ini membantu OEM untuk mengontrol biaya pengembangan dan mengurangi waktu ke pasar dengan mengurangi kebutuhan untuk pengujian tipe.Mengingat hal ini, Saft mengembangkan solusi baterai plug-and-play yang tersedia di elektrokimia NMC dan LTO.

Perbandingan praktis

Untuk merasakan bagaimana modul membandingkan, ada baiknya melihat dua skenario alternatif untuk kendaraan LHD khas berdasarkan pertukaran baterai dan pengisian cepat.Dalam kedua skenario, kendaraan berbobot 45 ton tanpa muatan dan 60 ton terisi penuh dengan kapasitas beban 6-8 m3 (7,8-10,5 yd3).Untuk mengaktifkan perbandingan suka-untuk-suka, Saft memvisualisasikan baterai dengan berat dan volume yang sama (3,5 ton) dan volume (4 m3 [5,2 yd3]).

Dalam skenario pertukaran baterai, baterai dapat didasarkan pada bahan kimia NMC atau LFP dan akan mendukung perubahan LHD 6 jam dari ukuran dan berat amplop.Kedua baterai, dengan daya 650V dengan kapasitas 400 Ah, akan membutuhkan pengisian daya selama 3 jam saat ditukar dari kendaraan.Masing-masing akan berlangsung 2.500 siklus selama kehidupan kalender total 3-5 tahun.

Untuk pengisian cepat, satu baterai LTO onboard dengan dimensi yang sama akan diberi rating 800V dengan kapasitas 250 Ah, memberikan 3 jam pengoperasian dengan pengisian ultra cepat 15 menit.Karena kimia dapat menahan lebih banyak siklus, itu akan menghasilkan 20.000 siklus, dengan perkiraan umur kalender 5-7 tahun.

Di dunia nyata, perancang kendaraan dapat menggunakan pendekatan ini untuk memenuhi preferensi pelanggan.Misalnya, memperpanjang durasi shift dengan meningkatkan kapasitas penyimpanan energi.

Desain fleksibel

Pada akhirnya, operator tambang akan memilih apakah mereka lebih suka menukar baterai atau pengisian cepat.Dan pilihan mereka dapat bervariasi tergantung pada daya listrik dan ruang yang tersedia di masing-masing lokasi mereka.

Oleh karena itu, penting bagi produsen LHD untuk memberi mereka fleksibilitas untuk memilih.