Układy zasilania i algorytmy sterowania elektrycznych podziemnych maszyn górniczych zasilanych bateryjnie

• Autorzy: Kozłowski Artur , Bołoz Łukasz , Szurlej Tomasz
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W przedmiotowym artykule omówiono prace, w wyniku których powstały dwie samojezdne elektryczne maszyny górnicze zasilane bateryjnie, przeznaczone do pracy w warunkach polskiej kopalni rud miedzi. Obecnie w górnictwie światowym obserwuje się rosnące zainteresowanie maszynami elektrycznymi zasilanymi bateryjnie, które zastępują rozwiązania napędzane silnikami spalinowymi. W wyniku współpracy firmy Mine Master, Sieci Badawczej Łukasiewicz – Instytutu Technik Innowacyjnych EMAG oraz AGH w Krakowie zrealizowano szereg prac, które pozwoliły w rezultacie na wyprodukowanie dwóch zupełnie nowych maszyn. W celu opracowania wymagań i założeń do projektowanych układów napędowych z zasilaniem bateryjnym przeprowadzono badania dołowe istniejących maszyn spalinowych. Wykorzystując wyniki tych badań, opracowano układy zasilania oraz algorytmy sterowania, które zostały zweryfikowane w środowisku wirtualnym, a następnie na stanowisku badawczym. Algorytmy pozwalają na sterowanie maszynami podczas ładowania i rozładowywania baterii, w trybie pracy oraz jazdy, a także uwzględniają odzysk energii hamowania. Algorytmy uwzględniają również niepożądane sytuacje, jak wahania napięcia zasilana czy ograniczenie mocy ładowania. Finalnie układy zasilania wraz z algorytmami sterowania zostały zaimplementowane i sprawdzone w wyprodukowanych maszynach bateryjnych podczas prób ruchowych.

Słowa kluczowe

PL

napęd bateryjny; zasilanie bateryjne; samojezdna maszyna górnicza; elektryczna maszyna górnicza; algorytm sterowania

EN

battery drive; battery powered; self-propelled mining machine; electric mining machine; control algorithm

• Wydawca: Wydawnictwo "Druk-Art" SC
• Czasopismo: Napędy i Sterowanie
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 23, nr 7/8
• Strony: 58--65
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Kozłowski Artur

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technik Innowacyjnych EMAG

autor

Bołoz Łukasz

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

autor

Szurlej Tomasz

• Mine Master Sp. z o.o.

Bibliografia

• [1] Fugiel A., Burchart-Korol D., Czaplicka-Kolarz K., Smoliński A.:Environmental impact and damage categories caused by air pollution emissions from mining and quarrying sectors of European countries. „Journal of Cleaner Production” 143/2017.
• [2] Bołoz Ł.: Światowe trendy w rozwoju podziemnych maszyn górniczych z napędami bateryjnymi, VI Science Symposium: Rozwój i eksploatacja maszyn górnictwa podziemnego surowców mineralnych - efekty współpracy przemysłu i nauki (online symposium), 23.04.2021.
• [3] Guo YJ., Yang ZL., Liu KL., Zhang YH., Feng W.: A compact and optimized neural network approach for battery state-of-charge estimation of energy storage system. „Energies” 11/2021.
• [4] Miao Y., Hynan P., Jouanne A., Yokochi A.: Current Li-Ion Battery Technologies in Electric Vehicles and Opportunities for Advancements. „Energies” 12/2019.
• [5] Wentker M., Greenwood M.,Leker J .: A Bottom-Up Approach to Lithium-Ion Battery Cost Modeling with a Focus on Cathode Active Materials. „Energies” 12/2019.
• [6] The 100% electric mine - Conver - ting the biggest diesels to electric. Available online: https://www.nrcan.gc.ca/science-and-data/funding-partnerships/funding-opportunities/current-investments/the-100-electric-mine-converting-the-biggest-diesels-electric/22639 (dostęp 20 lipca 2021).
• [7] Polnik B., Kaczmarczyk K., Niedworok A., Baltes R., Clausen E.: Energy Recuperation as One of the Factors Improving the Energy Efficiency of Mining Battery Locomotives. „Management Systems in Production Engineering” 4/2020.
• [8] Rafi M.A.H., Rennie R., Larsen J.,Bauman J.: Investigation of Fast Charging and Battery Swapping Options forElectric Haul Trucks in Underground Mines. 2020 IEEE Transportation Electrification Conference & Expo (ITEC), Chicago, IL, USA, 2020.
• [9] Bołoz Ł., Castañeda L.F.: Computer-Aided Support for the Rapid Creation of Parametric Models of Milling Units for Longwall Shearers. „Management Systems in Production Engineering”4/2018.
• [10] Bołoz Ł.: Digital Prototyping on the Example of Selected Self-Propelled Mining Machines. Multidisciplinary Aspects of Production Engineering. 2020.
• [11] Burd J.T.J., Moore E.A., Ezzat H., Kirchain R., Roth R .: Improvements in electric vehicle battery technology influence vehicle lightweighting and material substitution decisions. „Applied Energy” 12/2020.
• [12] Biały W., Bołoz Ł., Sitko J .: Mechanical processing of hard coal as a source of Noise pollution. „Energies” 14/2021.
• [13] Bołoz Ł., Biały W.: Automation and Robotization of Underground Mining in Poland. „Applied Science” 10/2020.
• [14] Kozłowski A., Wojtas P.: Systemowe podejście do cyfryzacji w procesach technologicznych w górnictwie. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, 99/2017.
• [15] Wojtas P., Kozłowski A., Wojtas M.: Digitization of Polish mining industry by reducing costs and improving safety and quality of finished product.„Mininig – Informatics Automation and Electrical Engineering” 3/2017.
• [16] Bołoz Ł.: Interpretation of the results of mechanical rock properties testing with respect to mining methods. „Acta Montanistica Slovaca” 1/2020.
• [17] Kotwica K., Małkowski P.: Methods of Mechanical Mining of Compact-Rock.A Comparison of Efficiency and Energy Consumption. „Energies” 12/2019.
• [18] Kozłowski A., Bołoz Ł.: Design and research on power systems and algorithms for controlling electric underground mining machines powered by batteries. „Energy” 14/2021.
• [19] Baterry Electri Rgis, Mine Master Spółka z o.o., Available online: https://www.minemaster.eu/battery-electricrigs (dostęp 20 lipca 2021).
• [20] Weiss H., Winkler T., Ziegerhofer H.: Large lithium-ion battery-powered electric vehicles. From idea to reality, ELEKTRO, Mikulov, Czech Republic, 2018.