一种废旧硬壳锂离子动力电池可控放电安全自动拆解装置的制作方法

本发明涉及锂离子动力电池回收处理领域，特别涉及一种废旧硬壳锂离子动力电池切割方法和与之相适应的自动分离设备。

背景技术：

废旧硬壳锂离子动力电池具有比能量大、循环寿命长以及安全性能优异等特点，现已在电动汽车、电动列车、电动自行车以及高尔夫球车等电动交通工具领域得到广泛应用，因此也被称为动力电池。动力电池在使用过程中，由于内外因素的影响会出现容量下降的现象。随着电动新能源汽车的快速发展，动力电池的用量逐年上升，随之而产生的废旧电池也在逐年上升。

目前，第一批电动汽车中的动力电池已经开始出现报废现象。预计到2020年，我国电动车动力电池报废量将达到12万吨至17万吨。

现阶段，我国动力电池回收行业仍处于起步时期，电池自动拆解设备虽已有研究，但由于动力电池型号各异，自动拆解设备的适应性不高，因此并未在实际生产中得到大规模应用。专利CN103928727A（申请号201410164190.0）公布了一种动力电池拆解设备与方法，采用电池两端切割，芯包顶出方式实现自动分离。该专利主要针对动力电池自动拆解，但对电池形状要求严格不适应大规模工业生产。同时金属外壳在切割过程中产生毛刺，芯包在顶出过程中可能不顺畅或被划伤。专利CN204029951U（申请号201420475176.8）公布了一种废旧动力电池的全自动拆解设备，采用端盖切割，芯包夹出的方式实现自动分离。该方法由于只对端盖一端进行切割，在芯包夹取时必须由辅助设备将壳体撑开。壳体撑开一方面增加了设备的复杂程度与成本，另一方面在壳体撑开过程中变形的铝壳极有可能卡住芯包，影响夹取效果并且不利于工业生产。

电池电芯位于电池组塑料壳体内部，一端设有电极端盖。拆解动力电池时，需要将硬质壳体切开，再从切口处将电池芯包取出。废旧动力电池仍具有一定能量，并且其内部有电解液等可燃成份。拆解时，切割位置产生的高温会导致局部温度达到电池中某些材料的着火点，若此时材料接触空气便会产生起火现象。同时，局部的高温使电池中的不良反应加剧，其有害产物在空气作用下会加剧火情。

技术实现要素：

为克服现有自动拆解装置存在的问题，本发明的目的是：采用对废旧电池可控放电、气体保护下的方式切割，该装置既提高了电池拆解效率，也杜绝拆解过程中的起火现象。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

如图1，一种废旧硬壳锂离子动力电池可控放电安全自动拆解装置，其特征在于，包括：1.上料装置，2.可控放电装置，3.端盖切割装置，4.局部气氛保护装置，5.壳体切割装置，6.取芯装置。上料装置、可控放电装置、端盖切割装置、壳体切割装置、取芯装置依次相连，切割装置中的机械臂抓取电池完成切割，端盖集料箱位于端盖切割刀片下方，电芯集料箱位于取芯装置夹头下方，外壳集料箱与取芯装置末端导轨相连。上料装置中电池由上料传送皮带输送至电池调向工位，经过位置调整以及电压测量后分别被输送至切割装置和可控放电装置。进入切割装置的电池由机械臂夹紧并沿导轨完成切割工作，进入可控放电装置电池经过放电处理后再被输送进切割装置。切割完成的电池由机械臂输送至取芯起始位置，然后由取芯装置完成取芯分离。

本发明的工作原理是：上料箱中电池通过皮带进入传送带，通过传送带中安装的限高挡板以及导流板实现电池位置的初步调整。到达电池调向工位的电池首先进行端盖位置检测与调整，之后进行电压测定与筛选。电压达到安全电压的直接进入切割装置，电压高于安全电压的电池被输送至可控放电装置进行放电处理，电池达到设置的电压后再进入切割装置。电池由机械臂夹紧，并沿端盖切割导轨进行端盖切割，端盖切割进行同时由气嘴对切割位置吹送氮气或者氩气，在切割位置形成惰性气体保护层。切割完成后端盖自动落入下方端盖集料箱中，同时气嘴自动停止供气。壳体切割装置导轨起始端与端盖切割导轨末端相连，完成端盖切割的电池由机械臂夹紧并在壳体切割导轨辅助下完成壳体切割。壳体切割时同样由安装于刀片两侧气嘴进行局部气氛保护，切割完成后自动停止供气。完成切割的电池由推杆推送至取芯装置中取芯位置并固定，取芯夹头由端盖切割处插入将电芯取出，完成分离。分离工作结束后，电芯落入取芯装置下方电芯集料箱，外壳被推入外壳集料箱中。

附图说明

图1为自动拆解装置结构示意图

图2为上料装置立体结构示意图

图3为可控放电装置立体结构示意图

图4为端盖切割装置立体结构示意图

图5为局部气氛保护装置立体结构示意图

图6为壳体切割装置立体结构示意图

图7为取芯装置立体结构示意图

图8为动力电池立体结构示意图

图9为动力电池切割方式示意图

1.上料装置，2.可控放电装置，3.端盖切割装置，4.局部气氛保护装置，5.壳体切割装置，6.取芯装置。7.上料箱，8.限高挡板，9.传送导流板，10.电池调向工位，11.放电层，12.电池转运装置，13.电池缓冲层，14.端盖切割刀片，15.端盖切割外罩，16.端盖切割导轨，17.机械臂，18.端盖集料箱，19.储气罐，20.气管，21.端盖切割保护气嘴，22.壳体切割保护气嘴，23.壳体切割刀片，24.壳体切割外罩，25.壳体切割导轨，26.取芯推杆，27.取芯挡板，28.取芯夹头,29.电芯集料箱，30.外壳集料箱。

1.上料装置

如图2，上料装置包括上料箱7、限高挡板8、传送导流板9以及电池调向工位10。上料箱呈长方体，底部设有传送皮带。上料时，将动力电池倾倒与上料箱中，电池在皮带作用下进入传送带。限高挡板8与传送导流板9共同作用，使电池摆放位置符合要求。

电池调向工位10由影像系统自动控制，对到达槽内的电池首先进行端盖位置定位与调整，然后进行电压测试以及分流。

2.可控放电装置

如图3，可控放电装置包括放电层11、电池转运装置12以及电池缓冲层13。放电层11中设置多个电池放电槽位，通过触头将电池与放电系统相连，由控制系统自动控制放电电压与速度。放电结束的电池通过转运装置12输送至电池缓冲层13，并被有序输送至切割装置。

3.端盖切割装置

如图4，端盖切割装置包括切割刀片14、端盖切割外罩15、端盖切割导轨16、机械臂17以及端盖集料箱18。端盖切割刀片固定于可调节工作台上，并加装防护外罩15。可调节工作台能够实现刀片与电池相对位置的调节，提高设备的切割适应性。端盖切割导轨16整体为长方体空心盒状，一端与上料装置末端相连，此端面不封闭且面积与动力电池横截面积相匹配。导轨另一端与壳体切割装置导轨相连，同样不封闭。导轨上下端面设有宽度与机械臂相适应的长方形孔洞，孔洞长度贯穿整个导轨。导轨左右端面均可根据电池型号进行调节。导轨整体固定于工作台上，与刀片保护外罩配套使用。机械臂17完成电池的夹取与移动工作。

4.局部气氛保护装置

如图5，局部气氛保护装置包括储气罐19、气管20、端盖切割保护气嘴21以及壳体切割保护气嘴22。端盖切割保护气嘴21安装于刀片上下两侧，通过气管20与储气罐19相连，通过感应装置自动控制气嘴供气量以及供气时间。壳体切割保护气嘴21分别安装于刀片左右两侧，同样通过气管20与储气罐19相连，通过感应装置自动控制气嘴供气量以及供气时间。

5.壳体切割装置

如图6，壳体切割装置包括切割刀片23、壳体切割导轨24、以及壳体切割外罩25。切割刀片23分列于两侧，并固定于可调节工作台上。刀片之间距离以及与电池的相对位置均可调节。辅助导轨整体结构与端盖切割装置导轨相似，一端与端盖切割装置导轨末端相连，另一端与取芯装置相连，其内部空间尺寸可根据电池型号进行调节。

6.取芯装置

如图7，取芯装置包括取芯推杆26、取芯挡板27、取芯夹头28、电芯集料箱29以及外壳集料箱30。取芯位置处于壳体切割装置末端，推杆从侧面将完成切割的电池推入取芯位置卡槽并进行固定。取芯夹头28由上下夹头以及夹紧系统组成，上下夹头前端均呈倒三角形并加装橡胶套，下夹头稍长于上夹头。整体夹具在插入电池合适深度后夹紧芯包，然后取出。

总体来说，与现有技术相比本发明具有如下优点：

1.本发明采用对废旧电池可控放电、气体保护下的方式切割，该装置既提高了电池拆解效率，也杜绝拆解过程中的起火现象。

2.本发明自动化程度高，实现了动力电池的自动检测以及放电，同时端盖、电池电芯以及电池外壳能够自动分离收集，可大大节省人力；

3.本发明切割装置中各刀片位置以及导轨宽度均可根据电池型号进行调整，同时可根据电池外壳种类选择相应刀片，适应性强，适应于电池的批量拆解工作；

4.本发明对电池切割位置进行了局部惰性气氛保护，能够杜绝动力电池切割时导致的起火现象，提升拆解工作的安全性；

5.本发明装置结构简单、集成化程度高、设备体积小巧、维修更换方便并且成本相对低廉。

具体实施方案

锂离子动力电池首先存放于上料箱中，通过皮带进入传送带。进入传送带的电池，在限高挡板作用下被逐一推到排序。电池在通过两侧传送倒流板时首先实现长度方向上的统一，并且调整电池与电池之间的间距。长度方向统一的电池被送入电池调向工位，由控制影像系统对电池进行端盖相对位置的校对与调整。端盖位置调整结束后，对电池进行电压测试与分流。电压达到安全电压的被送入切割起始位置，电压高于安全电压的被输送至可控放电装置进行放电处理。到达切割起始位置的电池由机械臂通过上下夹板进行夹紧，并完成切割工作。首先进行端盖切割，机械臂夹紧的动力电池沿切割导轨经过端盖切割刀片。电池到达刀片位置前，供气系统预先在切割位置形成保护气帘。切割时电池尾部紧贴导轨后部挡板，刀片至尾部距离根据电池型号进行调节，保证切割时电池芯包的完整性。端盖与导轨前部挡板之间留有足够空间，保证切割完成后端盖可自动掉落至下方端盖集料箱中，端盖切割完成后气嘴自动停止供气。完成端盖切割的电池由机械臂夹紧并沿壳体切割导轨完成壳体切割工作。壳体切割时，刀片与电池相对位置根据壳体厚度进行设置。电池到达刀片位置前同样供气系统预先在切割位置形成保护气帘，保证切割位置在工作过程中始终处于保护气氛下，切割完成后气嘴自动停止供气。

完成切割电池由机械臂输送至取芯起始位置，机械臂复位。电池到达取芯起始位置后，由取芯推杆推送至取芯卡位并固定，取芯夹头由端盖切割处插入，夹紧取出电芯并回复至原始位置。夹头松开，电芯落入电芯集料箱，同时推杆将外壳送入外壳集料箱并复位，完成一次拆解工作。

上述实施方案为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式不受上述实施方案的限制，其他任何未背离本发明精神实质与原理下所作的改变、修饰、组合简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明保护范围之内。