动力电池pack组装/拆解双向生产线的制作方法

本发明涉及一种动力电池pack组装/拆解双向生产线。

背景技术：

随着新能源电动汽车的广泛应用，作为新能源电动汽车最重要零部件之一的动力电池将在未来逐渐进入批量报废阶段。由于电池中含有危害人体健康的金属和电解液，报废的电池将在几十年内对环境产生极大的污染，1只20克重的手机电池可使1平方公里土地污染50年左右,会给自然环境和人类健康带来潜在的威胁。2015年中国锂电池总产量47.13gwh，到2020年动力锂电池的需求量将达到125gwh，报废量将达32.2gwh，约50万吨；到2023年，报废量将达到101gwh，约116万吨。报废之后不能得到有效回收，将会对社会造成更大的环境污染。

其实，在报废的动力电池中还有相当一部分电池可以重复利用或者可以降级梯次利用。动力电池的回收利用将直接影响新能源汽车产业的可持续发展和国家节能减排战略的有效实施，因此提高拆解回收的效率非常重要。

新能源电动汽车动力电池的组装是从单体电池做起，经过单体电池的并联组成单层电池组，若干个单层电池组串联组成多层电池组，若干个多层电池组组成电池模块，若干个电池模块组成电池pack，之后可以安装到汽车上。目前国内外动力电池pack的生产线技术已经基本成熟，专门针对动力电池pack拆解的生产线比较罕见，由于动力电池pack拆解的生产线建设投资较大，再加上给废旧动力电池pack的拆解困难重重，不仅效率低下，而且存在安全隐患，所以无人问津。至于动力电池pack组装/拆解双向生产线，在国内外均未见任何文献报道。

技术实现要素：

本发明的目的是发明一种动力电池pack组装/拆解双向生产线，在一条动力电池pack组装生产线的基础上，增加电池检测分选装置，实现组装顺序和物流方向可逆，实现每一个工序组装/拆解可逆，使一条动力电池pack组装生产线既可以实现动力电池pack组装，也可以实现报废动力电池pack的拆解，提高了生产线的设备利用率。

动力电池pack组装/拆解双向生产线由单层电池组组装机构、电池检测分选装置、动力电池模块组装机构和动力电池总成装配流水线四部分组成，可以实现组装顺序和物流方向可逆，实现每一个工序组装/拆解可逆。当动力电池pack组装/拆解双向生产线正向运行时，从单体电池和零部件进料开始，最终组装成动力电池pack成品；当生产线逆向运行时，可以把报废动力电池pack拆解为单体电池和零部件，拆解过程中电池检测分选装置完成对报废动力电池进行检测分类，使报废电池得以重复利用或者降级梯次利用；当生产线再次正向运行时，这些报废电池可以重新组合成为新的降级使用的动力电池pack成品。

所述的单层电池组组装机构正向运行时，将若干个单体电池从电池托盘中抓取出来，并且将单体电池的正极安装在电池组框架的正极孔穴中，将组合好的单层电池组传送到单层电池组检测分选工序；当单层电池组组装机构逆向运行时，该机械机构是将报废的单体电池从电池组框架上的正极孔穴中抓取出来，根据单层电池组检测分选装置的分选指令将取出的不同分类的报废单体电池安放在不同类别的电池托盘中。

所述的电池检测分选装置由电池检测仪器和一个针床机构组成。针床机构由上针板、下针板、导柱和探针对组成。上针板和下针板可以沿着导柱上下往复运动，上针板的探针可以接触电池组每一支单体电池的正极；下针板的探针可以接触电池组每一支单体电池的负极；电池检测分选装置通过针床机构的探针可以检测每一支单体电池的内阻和开路电压等电池性能参数，并将检测分选信息传送到中央控制室。正向运行时，电池检测分选装置可以剔除不合格的单层电池组，合格的单层电池组转入电池模块组装工序；逆向运行时，电池检测分选装置对报废单体电池进行检测并且根据检测结果进行分类，将报废单层电池组返回单层电池组组装工序，并且指挥单层电池组组装机构取出不同性能的报废单体电池安放在不同分类的电池托盘中。

所述的动力电池模块组装机构正向运行时，首先将第一个单层电池组的电池负极同时安装在一个电池组框架的负极孔穴中，然后将第二个单层电池组的电池负极安装在第一个单层电池组框架的负极孔穴中，余此类推，组成一个由若干个单层电池组组成的多层电池组；然后将两个固定板分别安装在一个多层电池组或者若干个多层电池组的两个端面上，使用若干个长螺杆穿过每一个电池组框架的通孔，使用螺母将多层电池组和两侧固定板固定在一起，组成一个动力电池模块；动力电池模块组装机构逆向运行时，是将每一个长螺杆的螺母旋开，将螺母和长螺杆取出放到长螺杆物料架内，取出固定板放到固定板物料架内。进一步是将多层电池组拆解成为单层电池组，首先将电池正极输出(最上面)的单层电池组的电池负极一起从相邻的单层电池组框架的负极孔穴中取出，重复上面的操作，直至将多层电池组分解为每一个单层电池组，并将单层电池组返回到电池检测分选工序，将负极框架放到负极框架物料箱内。

所述的动力电池总成装配流水线正向运行时，是将若干个动力电池模块安放在电池箱内，并且用螺钉将其固定，分别安装和固定高压线束、电池管理系统、低压线束、高压连接器和低压连接器等元器件，安装电池箱上盖，使用螺钉将其固定，最后组装完成动力电池pack的成品；动力电池总成装配流水线逆向运行时，首先将电池箱上盖的螺钉旋开，打开上盖，依次取出低压连接器、高压连接器、低压线束、电池管理系统和高压线束等元器件，并将它们依次放到分别的物料箱内。将固定动力电池模块的螺钉旋开，取出动力电池模块并且将其返回到动力电池模块组装工序。

本发明的有益效果是，在一条动力电池pack组装生产线的基础上，增加电池检测分选装置，实现组装顺序和物流方向可逆，实现每一个工序组装/拆解可逆，使一条动力电池pack组装生产线既可以实现动力电池pack组装，也可以实现动力报废电池pack的拆解，提高了生产线的设备利用率。实现动力报废电池pack的拆解，可以使大部分报废电池得以重复利用或者降级梯次利用，不仅为社会节约大量物质资源，同时可以降低报废电池对环境的污染。

【附图说明】

图1是电池组框架的剖面视图；

图2是单层电池组的轴侧视图；

图3是单层电池组组装机构的轴侧视图；

图4是图3视图中a部分的放大图；

图5是图3视图中b部分的放大图；

图6是单层电池组检测装置的正向视图；

图7是多层电池组的轴侧视图；

图8是动力电池模块的轴侧视图；

图9是动力电池模块组装机构的轴侧视图；

图10是图9视图中c部分的放大图

图11是动力电池pack未安装上盖的轴侧视图；

图12是动力电池pack安装上盖的轴侧视图；

图13是动力电池总成装配流水线的轴侧视图；

图14是图13视图中d部分的放大图；

其中：1.电池；1-1.电池正极；1-2.电池负极；2.电池组框架；2-1.正极孔穴；2-2.负极孔穴；2-3.通孔；3.单层电池组；4.单层电池组组装机构；4.1电池托盘；4.2单层电池组组装机器人；4.3单层电池组组装夹具；4.4电池组框架物料箱；5.单层电池组检测装置；5.1单层电池组检测仪器；6.针床机构；6.1上针板；6.2探针；6.3导柱；6.4下针板；7.多层电池组；8.动力电池模块；8-1.固定板；8-2.长螺杆；9.动力电池模块组装机构；9-1.负极框架物料箱；9-2.动力电池模块组装机械人；9-3.螺母旋紧装置9-4.动力电池模块组装夹具；9-5.动力电池模块组装辅助机械人；9-6.固定板物料架；9-7.长螺杆物料架10.动力电池pack；10-1.高压输出端子；10-2.高压线束；10-3.低压输出端子；10-4.电池管理系统；10-5.电池箱体；10-6.上盖螺钉；10-7.箱体上盖11.动力电池pack流水线；11-1.高压输出端子安装工位；11-2.低压输出端子安装工位；11-3.电池管理系统组装机械人；11-4.动力电池模块装箱机械人；11-5.动力电池模块固定机械人；11-6.高压线束安装机械人；11-7.动力电池模块搬运机械人；11-8.电池箱体上盖安装机械人；11-9.电池箱体上盖固定机械人。

【具体实施方式】

单层电池组组装机构由单层电池组组装机器人(4-2)、单层电池组组装夹具(4-3)、电池托盘(4-1)、电池组框架物料箱(4-4)等构成。单层电池组组装机构正向运行时，单层电池组组装机器人(4-2)将46个单体电池(1)从电池托盘(4-1)中抓取出来，并且将单体电池的正极(1-1)安装在电池组框架的正极孔穴(2-1)中，将组合好的单层电池组(3)传送到电池检测分选工序；当单层电池组组装机构逆向运行时，单层电池组组装机器人将报废的单体电池从电池组框架上的正极孔穴中抓取出来，根据电池检测分选装置的分选指令将取出的不同性能的报废单体电池安放在不同分类的电池托盘中，将电池组框架安放在物料箱内。

电池检测分选装置(5)由电池检测分选仪器(5-1)、针床机构(6)等组成。针床机构由上针板、下针板、导柱和探针对组成，上针板(6-1)和下针板(6-4)可以沿着导柱(6-3)上下往复运动，上针板的探针(6-2)可以接触电池组每一支单体电池的正极(1-1)；下针板的探针(6-2)可以接触电池组每一支单体电池的负极(1-2)；电池检测分选仪器(5-1)通过针床机构的探针可以检测每一支单体电池(1)的内阻和开路电压等电池性能参数，并将检测分选信息传到中央控制室。正向运行时，电池检测分选装置可以剔除不合格的单层电池组，合格的单层电池组转入动力电池模块组装工序；逆向运行时，电池检测分选装置对报废单体电池进行检测并且根据检测结果进行分类：a类、b类、c类和d类，将报废单层电池组返回单层电池组组装工序，指挥单层电池组组装机构取出不同性能的报废单体电池安放在不同分类的电池托盘(4-1)中。

动力电池模块组装机构由动力电池模块组装机械人(9-2)、螺母旋紧装置(9-3)、动力电池模块组装夹具(9-4)、动力电池模块组装辅助机械人(9-5)等构成。动力电池模块组装机构正向运行时，首先将第一个单层电池组(7)的电池负极(1-2)一起安装在一个电池框架(2)的负极孔穴(2-2)中，然后将第二个单层电池组(3)的电池负极一起安装在第一个单层电池组框架的负极孔穴中，余此类推，组成一个由8个单层电池组组成的多层电池组(7)；然后将两个固定板(8-1)分别安装在2个多层电池组的两个端面上，使用4个长螺杆(8-2)穿过每一个单层电池组框架的通孔(2-3)，使用螺母将2个多层电池组和安装在两侧的固定板紧固在一起，组成一个动力电池模块(8)；动力电池模块组装机构逆向运行时，首先将每一个长螺杆的螺母旋开，将长螺杆取出放到长螺杆物料架上，取出固定板放到固定板物料架上。将电池正极输出(最上面)的单层电池组的电池负极一起从相邻的单层电池组电池框架的负极孔穴中取出，重复上面的操作，直至将多层电池组分解为8个单层电池组，并将单层电池组返回到电池检测分选工序，将电池框架放到电池框架物料箱内。

动力电池总成装配流水线由一条装配流水线和高压输出端子安装工位(11-1)；低压输出端子安装工位(11-2)；电池管理系统组装机械人(11-3)；动力电池模块装箱机械人(11-4)；动力电池模块固定机械人(11-5)；高压线束安装机械人(11-6)；动力电池模块搬运机械人(11-7)；电池箱体上盖安装机械人(11-8)；电池箱体上盖固定机械人(11-9)组成。动力电池总成装配流水线正向运行时，操作者在高压输出端子安装工位(11-1)安装高压输出端子(10-1)；在低压输出端子安装工位(11-2)安装低压输出端子(10-3)；电池管理系统安装机械人(11-3)将电池管理系统(10-4)安装在电池箱体里面；动力电池模块装箱机械人(11-4)将四个动力电池模块(8)依次安装在电池箱体里面；动力电池模块固定机械人使用螺钉将动力电池模块固定在电池箱体里面(11-5)；高压线束安装机械人(11-6)使用螺钉将高压线束固定在高压输出端子(10-1)和动力电池模块的输出端子上；电池箱体上盖安装机械人(11-8)将电池箱体上盖(10-7)安装在电池箱体(10-5)上面；电池箱体上盖固定机械人(11-9)使用螺钉(10-6)将电池箱体上盖固定在电池箱体上面；动力电池模块搬运机械人(11-7)将装配结束的动力电池pack从装配流水线移到周转车上入库。动力电池总成装配流水线逆向运行时，首先将电池箱上盖的螺钉旋开，打开上盖，依次取出低压连接器、高压连接器、低压线束、电池管理系统和高压线束等元器件，并将它们依次放到分别的物料箱内。将固定动力电池模块的螺钉旋开，取出动力电池模块并且将其返回到动力电池模块组装工序。