本發(fā)明涉及鋰離子動(dòng)力電池回收處理領(lǐng)域，特別涉及一種廢舊硬殼鋰離子動(dòng)力電池切割方法和與之相適應(yīng)的自動(dòng)分離設(shè)備。

背景技術(shù)：

廢舊硬殼鋰離子動(dòng)力電池具有比能量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)以及安全性能優(yōu)異等特點(diǎn)，現(xiàn)已在電動(dòng)汽車、電動(dòng)列車、電動(dòng)自行車以及高爾夫球車等電動(dòng)交通工具領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，因此也被稱為動(dòng)力電池。動(dòng)力電池在使用過(guò)程中，由于內(nèi)外因素的影響會(huì)出現(xiàn)容量下降的現(xiàn)象。隨著電動(dòng)新能源汽車的快速發(fā)展，動(dòng)力電池的用量逐年上升，隨之而產(chǎn)生的廢舊電池也在逐年上升。

目前，第一批電動(dòng)汽車中的動(dòng)力電池已經(jīng)開始出現(xiàn)報(bào)廢現(xiàn)象。預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)電動(dòng)車動(dòng)力電池報(bào)廢量將達(dá)到12萬(wàn)噸至17萬(wàn)噸。

現(xiàn)階段，我國(guó)動(dòng)力電池回收行業(yè)仍處于起步時(shí)期，電池自動(dòng)拆解設(shè)備雖已有研究，但由于動(dòng)力電池型號(hào)各異，自動(dòng)拆解設(shè)備的適應(yīng)性不高，因此并未在實(shí)際生產(chǎn)中得到大規(guī)模應(yīng)用。專利CN103928727A（申請(qǐng)?zhí)?01410164190.0）公布了一種動(dòng)力電池拆解設(shè)備與方法，采用電池兩端切割，芯包頂出方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分離。該專利主要針對(duì)動(dòng)力電池自動(dòng)拆解，但對(duì)電池形狀要求嚴(yán)格不適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。同時(shí)金屬外殼在切割過(guò)程中產(chǎn)生毛刺，芯包在頂出過(guò)程中可能不順暢或被劃傷。專利CN204029951U（申請(qǐng)?zhí)?01420475176.8）公布了一種廢舊動(dòng)力電池的全自動(dòng)拆解設(shè)備，采用端蓋切割，芯包夾出的方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分離。該方法由于只對(duì)端蓋一端進(jìn)行切割，在芯包夾取時(shí)必須由輔助設(shè)備將殼體撐開。殼體撐開一方面增加了設(shè)備的復(fù)雜程度與成本，另一方面在殼體撐開過(guò)程中變形的鋁殼極有可能卡住芯包，影響夾取效果并且不利于工業(yè)生產(chǎn)。

電池電芯位于電池組塑料殼體內(nèi)部，一端設(shè)有電極端蓋。拆解動(dòng)力電池時(shí)，需要將硬質(zhì)殼體切開，再?gòu)那锌谔帉㈦姵匦景〕觥U舊動(dòng)力電池仍具有一定能量，并且其內(nèi)部有電解液等可燃成份。拆解時(shí)，切割位置產(chǎn)生的高溫會(huì)導(dǎo)致局部溫度達(dá)到電池中某些材料的著火點(diǎn)，若此時(shí)材料接觸空氣便會(huì)產(chǎn)生起火現(xiàn)象。同時(shí)，局部的高溫使電池中的不良反應(yīng)加劇，其有害產(chǎn)物在空氣作用下會(huì)加劇火情。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有自動(dòng)拆解裝置存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是：采用對(duì)廢舊電池可控放電、氣體保護(hù)下的方式切割，該裝置既提高了電池拆解效率，也杜絕拆解過(guò)程中的起火現(xiàn)象。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

如圖1，一種廢舊硬殼鋰離子動(dòng)力電池可控放電安全自動(dòng)拆解裝置，其特征在于，包括：1.上料裝置，2.可控放電裝置，3.端蓋切割裝置，4.局部氣氛保護(hù)裝置，5.殼體切割裝置，6.取芯裝置。上料裝置、可控放電裝置、端蓋切割裝置、殼體切割裝置、取芯裝置依次相連，切割裝置中的機(jī)械臂抓取電池完成切割，端蓋集料箱位于端蓋切割刀片下方，電芯集料箱位于取芯裝置夾頭下方，外殼集料箱與取芯裝置末端導(dǎo)軌相連。上料裝置中電池由上料傳送皮帶輸送至電池調(diào)向工位，經(jīng)過(guò)位置調(diào)整以及電壓測(cè)量后分別被輸送至切割裝置和可控放電裝置。進(jìn)入切割裝置的電池由機(jī)械臂夾緊并沿導(dǎo)軌完成切割工作，進(jìn)入可控放電裝置電池經(jīng)過(guò)放電處理后再被輸送進(jìn)切割裝置。切割完成的電池由機(jī)械臂輸送至取芯起始位置，然后由取芯裝置完成取芯分離。

本發(fā)明的工作原理是：上料箱中電池通過(guò)皮帶進(jìn)入傳送帶，通過(guò)傳送帶中安裝的限高擋板以及導(dǎo)流板實(shí)現(xiàn)電池位置的初步調(diào)整。到達(dá)電池調(diào)向工位的電池首先進(jìn)行端蓋位置檢測(cè)與調(diào)整，之后進(jìn)行電壓測(cè)定與篩選。電壓達(dá)到安全電壓的直接進(jìn)入切割裝置，電壓高于安全電壓的電池被輸送至可控放電裝置進(jìn)行放電處理，電池達(dá)到設(shè)置的電壓后再進(jìn)入切割裝置。電池由機(jī)械臂夾緊，并沿端蓋切割導(dǎo)軌進(jìn)行端蓋切割，端蓋切割進(jìn)行同時(shí)由氣嘴對(duì)切割位置吹送氮?dú)饣蛘邭鍤猓谇懈钗恢眯纬啥栊詺怏w保護(hù)層。切割完成后端蓋自動(dòng)落入下方端蓋集料箱中，同時(shí)氣嘴自動(dòng)停止供氣。殼體切割裝置導(dǎo)軌起始端與端蓋切割導(dǎo)軌末端相連，完成端蓋切割的電池由機(jī)械臂夾緊并在殼體切割導(dǎo)軌輔助下完成殼體切割。殼體切割時(shí)同樣由安裝于刀片兩側(cè)氣嘴進(jìn)行局部氣氛保護(hù)，切割完成后自動(dòng)停止供氣。完成切割的電池由推桿推送至取芯裝置中取芯位置并固定，取芯夾頭由端蓋切割處插入將電芯取出，完成分離。分離工作結(jié)束后，電芯落入取芯裝置下方電芯集料箱，外殼被推入外殼集料箱中。

附圖說(shuō)明

圖1為自動(dòng)拆解裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為上料裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖3為可控放電裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖4為端蓋切割裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖5為局部氣氛保護(hù)裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖6為殼體切割裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖7為取芯裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖8為動(dòng)力電池立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖9為動(dòng)力電池切割方式示意圖

1.上料裝置，2.可控放電裝置，3.端蓋切割裝置，4.局部氣氛保護(hù)裝置，5.殼體切割裝置，6.取芯裝置。7.上料箱，8.限高擋板，9.傳送導(dǎo)流板，10.電池調(diào)向工位，11.放電層，12.電池轉(zhuǎn)運(yùn)裝置，13.電池緩沖層，14.端蓋切割刀片，15.端蓋切割外罩，16.端蓋切割導(dǎo)軌，17.機(jī)械臂，18.端蓋集料箱，19.儲(chǔ)氣罐，20.氣管，21.端蓋切割保護(hù)氣嘴，22.殼體切割保護(hù)氣嘴，23.殼體切割刀片，24.殼體切割外罩，25.殼體切割導(dǎo)軌，26.取芯推桿，27.取芯擋板，28.取芯夾頭,29.電芯集料箱，30.外殼集料箱。

1.上料裝置

如圖2，上料裝置包括上料箱7、限高擋板8、傳送導(dǎo)流板9以及電池調(diào)向工位10。上料箱呈長(zhǎng)方體，底部設(shè)有傳送皮帶。上料時(shí)，將動(dòng)力電池傾倒與上料箱中，電池在皮帶作用下進(jìn)入傳送帶。限高擋板8與傳送導(dǎo)流板9共同作用，使電池?cái)[放位置符合要求。

電池調(diào)向工位10由影像系統(tǒng)自動(dòng)控制，對(duì)到達(dá)槽內(nèi)的電池首先進(jìn)行端蓋位置定位與調(diào)整，然后進(jìn)行電壓測(cè)試以及分流。

2.可控放電裝置

如圖3，可控放電裝置包括放電層11、電池轉(zhuǎn)運(yùn)裝置12以及電池緩沖層13。放電層11中設(shè)置多個(gè)電池放電槽位，通過(guò)觸頭將電池與放電系統(tǒng)相連，由控制系統(tǒng)自動(dòng)控制放電電壓與速度。放電結(jié)束的電池通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)裝置12輸送至電池緩沖層13，并被有序輸送至切割裝置。

3.端蓋切割裝置

如圖4，端蓋切割裝置包括切割刀片14、端蓋切割外罩15、端蓋切割導(dǎo)軌16、機(jī)械臂17以及端蓋集料箱18。端蓋切割刀片固定于可調(diào)節(jié)工作臺(tái)上，并加裝防護(hù)外罩15?？烧{(diào)節(jié)工作臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)刀片與電池相對(duì)位置的調(diào)節(jié)，提高設(shè)備的切割適應(yīng)性。端蓋切割導(dǎo)軌16整體為長(zhǎng)方體空心盒狀，一端與上料裝置末端相連，此端面不封閉且面積與動(dòng)力電池橫截面積相匹配。導(dǎo)軌另一端與殼體切割裝置導(dǎo)軌相連，同樣不封閉。導(dǎo)軌上下端面設(shè)有寬度與機(jī)械臂相適應(yīng)的長(zhǎng)方形孔洞，孔洞長(zhǎng)度貫穿整個(gè)導(dǎo)軌。導(dǎo)軌左右端面均可根據(jù)電池型號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。導(dǎo)軌整體固定于工作臺(tái)上，與刀片保護(hù)外罩配套使用。機(jī)械臂17完成電池的夾取與移動(dòng)工作。

4.局部氣氛保護(hù)裝置

如圖5，局部氣氛保護(hù)裝置包括儲(chǔ)氣罐19、氣管20、端蓋切割保護(hù)氣嘴21以及殼體切割保護(hù)氣嘴22。端蓋切割保護(hù)氣嘴21安裝于刀片上下兩側(cè)，通過(guò)氣管20與儲(chǔ)氣罐19相連，通過(guò)感應(yīng)裝置自動(dòng)控制氣嘴供氣量以及供氣時(shí)間。殼體切割保護(hù)氣嘴21分別安裝于刀片左右兩側(cè)，同樣通過(guò)氣管20與儲(chǔ)氣罐19相連，通過(guò)感應(yīng)裝置自動(dòng)控制氣嘴供氣量以及供氣時(shí)間。

5.殼體切割裝置

如圖6，殼體切割裝置包括切割刀片23、殼體切割導(dǎo)軌24、以及殼體切割外罩25。切割刀片23分列于兩側(cè)，并固定于可調(diào)節(jié)工作臺(tái)上。刀片之間距離以及與電池的相對(duì)位置均可調(diào)節(jié)。輔助導(dǎo)軌整體結(jié)構(gòu)與端蓋切割裝置導(dǎo)軌相似，一端與端蓋切割裝置導(dǎo)軌末端相連，另一端與取芯裝置相連，其內(nèi)部空間尺寸可根據(jù)電池型號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

6.取芯裝置

如圖7，取芯裝置包括取芯推桿26、取芯擋板27、取芯夾頭28、電芯集料箱29以及外殼集料箱30。取芯位置處于殼體切割裝置末端，推桿從側(cè)面將完成切割的電池推入取芯位置卡槽并進(jìn)行固定。取芯夾頭28由上下夾頭以及夾緊系統(tǒng)組成，上下夾頭前端均呈倒三角形并加裝橡膠套，下夾頭稍長(zhǎng)于上夾頭。整體夾具在插入電池合適深度后夾緊芯包，然后取出。

總體來(lái)說(shuō)，與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明采用對(duì)廢舊電池可控放電、氣體保護(hù)下的方式切割，該裝置既提高了電池拆解效率，也杜絕拆解過(guò)程中的起火現(xiàn)象。

2.本發(fā)明自動(dòng)化程度高，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力電池的自動(dòng)檢測(cè)以及放電，同時(shí)端蓋、電池電芯以及電池外殼能夠自動(dòng)分離收集，可大大節(jié)省人力；

3.本發(fā)明切割裝置中各刀片位置以及導(dǎo)軌寬度均可根據(jù)電池型號(hào)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)可根據(jù)電池外殼種類選擇相應(yīng)刀片，適應(yīng)性強(qiáng)，適應(yīng)于電池的批量拆解工作；

4.本發(fā)明對(duì)電池切割位置進(jìn)行了局部惰性氣氛保護(hù)，能夠杜絕動(dòng)力電池切割時(shí)導(dǎo)致的起火現(xiàn)象，提升拆解工作的安全性；

5.本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成化程度高、設(shè)備體積小巧、維修更換方便并且成本相對(duì)低廉。

具體實(shí)施方案

鋰離子動(dòng)力電池首先存放于上料箱中，通過(guò)皮帶進(jìn)入傳送帶。進(jìn)入傳送帶的電池，在限高擋板作用下被逐一推到排序。電池在通過(guò)兩側(cè)傳送倒流板時(shí)首先實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度方向上的統(tǒng)一，并且調(diào)整電池與電池之間的間距。長(zhǎng)度方向統(tǒng)一的電池被送入電池調(diào)向工位，由控制影像系統(tǒng)對(duì)電池進(jìn)行端蓋相對(duì)位置的校對(duì)與調(diào)整。端蓋位置調(diào)整結(jié)束后，對(duì)電池進(jìn)行電壓測(cè)試與分流。電壓達(dá)到安全電壓的被送入切割起始位置，電壓高于安全電壓的被輸送至可控放電裝置進(jìn)行放電處理。到達(dá)切割起始位置的電池由機(jī)械臂通過(guò)上下夾板進(jìn)行夾緊，并完成切割工作。首先進(jìn)行端蓋切割，機(jī)械臂夾緊的動(dòng)力電池沿切割導(dǎo)軌經(jīng)過(guò)端蓋切割刀片。電池到達(dá)刀片位置前，供氣系統(tǒng)預(yù)先在切割位置形成保護(hù)氣簾。切割時(shí)電池尾部緊貼導(dǎo)軌后部擋板，刀片至尾部距離根據(jù)電池型號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證切割時(shí)電池芯包的完整性。端蓋與導(dǎo)軌前部擋板之間留有足夠空間，保證切割完成后端蓋可自動(dòng)掉落至下方端蓋集料箱中，端蓋切割完成后氣嘴自動(dòng)停止供氣。完成端蓋切割的電池由機(jī)械臂夾緊并沿殼體切割導(dǎo)軌完成殼體切割工作。殼體切割時(shí)，刀片與電池相對(duì)位置根據(jù)殼體厚度進(jìn)行設(shè)置。電池到達(dá)刀片位置前同樣供氣系統(tǒng)預(yù)先在切割位置形成保護(hù)氣簾，保證切割位置在工作過(guò)程中始終處于保護(hù)氣氛下，切割完成后氣嘴自動(dòng)停止供氣。

完成切割電池由機(jī)械臂輸送至取芯起始位置，機(jī)械臂復(fù)位。電池到達(dá)取芯起始位置后，由取芯推桿推送至取芯卡位并固定，取芯夾頭由端蓋切割處插入，夾緊取出電芯并回復(fù)至原始位置。夾頭松開，電芯落入電芯集料箱，同時(shí)推桿將外殼送入外殼集料箱并復(fù)位，完成一次拆解工作。

上述實(shí)施方案為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式不受上述實(shí)施方案的限制，其他任何未背離本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、組合簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。