一种动力电池壳体自动切割系统及方法与流程

本发明涉及动力电池绿色回收技术领域，具体属于一种动力电池壳体自动切割系统及方法。

背景技术：

随着新能源电动汽车的蓬勃发展，动力电池市场呈现高速增长态势，与此同时，动力电池报废量日益增多，报废动力电池的回收利用是动力电池产业发展的一个重要方面，同时对自然生态环境产生了深远影响。目前，国内动力电池回收行业还处于起步摸索阶段，回收环节的各步骤在技术上、应用上均不太成熟。

在动力电池的拆解回收过程中，其中一个关键问题是要将动力电池壳体切割开来，以进行下一步电池内部可再生利用资源的回收步骤。现阶段，大部分生产、回收动力电池的厂家对电池壳体的自动化切割程度低，主要依靠工人的手工生产。国内亦有部分厂家和科研机构进行了动力电池壳体自动化切割方面的探索，但整体上效率较低、过程不稳定、难以系统集成。

因此，亟需开发出动力电池壳体自动切割装备，实现动力电池壳体环保节能、安全可靠、效率高的切割作业。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种动力电池壳体自动切割系统及方法，大大提高了切割效率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种动力电池壳体自动切割系统，包括壳体环切设备、极头切断设备和机械手，所述壳体环切设备和所述极头切断设备相邻放置，通过所述机械手进行连接；

所述壳体环切设备包括机架台件a、外防护组件a、内防护组件a以及位于外防护组件a内部的工装旋转机构和环切机构；所述外防护组件a用于防护整台设备，所述内防护组件a用于保护环切过程；所述机架台件a底部有一落料仓a，用于装卸经切割处理后的切屑；所述外防护组件a设置有一抽风口a，用于连接抽风设备，以抽走在切割过程中产生的废气和微小粉尘；

所述极头切断设备包括机架台件b、外防护组件b、内防护组件b以及位于外防护组件b内部的极头切断组件；所述外防护组件b用于防护整台设备，所述内防护组件b用于保护极头切断过程；所述机架台件b底部有一落料仓b，用于装卸切断的电池极头；所述外防护组件b设置有一抽风口b，用于连接抽风设备，以抽走在切割过程中产生的废气和微小粉尘。

作为优选的技术方案，所述环切机构包括直线导轨座a、滑块安装板a、螺旋升降机、升降机架a、伺服电机a、变频电机a、三相电机a、砂轮a和砂轮磨损检测装置a；

所述升降机架a上部固定安装所述三相电机a，所述三相电机a通过同步带a带动固定安装在升降机架a下部的所述砂轮a转动；

所述伺服电机a和所述螺旋升降机的箱体固定安装于所述滑块安装板a；所述伺服电机a带动所述螺旋升降机的丝杆a实现升降运动，所述丝杆a上部与所述升降机架a的升降连接件固定连接，所述升降机架在所述丝杆a的带动下沿导轨同步实现升降运动；

所述变频电机a固定安装于所述直线导轨座a的安装座上，通过丝杆b驱动所述滑块安装板a沿导轨实现横向来回运动；

辅助实现所述升降运动和所述横向来回运动的导轨两端均设置有传感器和挡块，以使运动行程控制在一定范围内；所述环切机构侧部还安装有一导线槽，用于整齐放置驱动各部件所用的导线；

所述直线导轨座a水平固定安装于所述内防护组件a的水平台面上侧。

作为优选的技术方案，所述砂轮磨损检测装置a为行程开关检测，当所述砂轮a不工作停止转动时，行程开关伸出，所述伺服电机a驱动所述砂轮a向上运动直至所述砂轮a的外边缘触碰所述行程开关，记录所述伺服电机a驱动的所述丝杆a的行程，计算可获得所述砂轮a的外边缘磨损量。

作为优选的技术方案，所述工装旋转机构包括伺服电机b、减速器、同步带b、传动轴、电池夹具和定位机构；

所述同步带b有两条，分别置于所述传动轴两端；所述伺服电机b位于电池夹具a一侧，所述伺服电机b通过所述减速器驱动所述电池夹具a旋转，同时，通过其中一条所述同步带b带动所述传动轴的一端，所述传动轴的另一端带动另一条所述同步带b，进而带动电池夹具b跟随所述电池夹具a同步旋转；所述电池夹具a和所述电池夹具b夹紧待环切的动力电池；所述同步带b通过张紧轴张紧，以保证传动效果；

所述电池夹具b一侧设置有所述定位机构；所述定位机构包括定位安装座、气缸、定位块和定位法兰；所述定位法兰与所述电池夹具b同轴固定；当所述伺服电机b驱动电池夹具旋转时，所述气缸驱动所述定位块收缩，所述定位法兰可自由转动；当所述伺服电机b不工作且电池夹具夹紧所述动力电池进行环切时，所述气缸驱动所述定位块顶撑所述定位法兰不动，起固定电池夹具的作用，防止环切所述动力电池过程中电池夹具产生移动；

所述传动轴垂直于所述环切机构的所述砂轮a所在平面；所述电池夹具a和所述电池夹具b相对所述砂轮a所在平面对称分布。

作为优选的技术方案，所述内防护组件a带有小喷管和大喷管，所述小喷管用于在正常切割工作时喷射流体，以利于切割降温和吹散碎屑；所述大喷管用于在冒烟、冒火的特殊状态下，喷洒灭火介质，以保证设备安全。

作为优选的技术方案，所述极头切断组件包括直线导轨座b、滑块安装板b、变频电机b、三相电机b、砂轮b、砂轮磨损检测装置b和电池固定组件；

所述滑块安装板b上部固定安装所述三相电机b，所述三相电机b通过同步带c带动固定安装在竖直机架下部的所述砂轮b转动；

所述变频电机b固定安装于所述直线导轨座b的安装座上，通过丝杆c驱动所述滑块安装板b沿导轨实现横向来回运动；

辅助实现所述横向来回运动的导轨两端均设置有传感器和挡块，以使运动行程控制在一定范围内；所述极头切断组件侧部还安装有一导线槽b，用于整齐放置驱动各部件所用的导线；

所述直线导轨座b固定安装于所述内防护组件b的台面上侧。

作为优选的技术方案，所述砂轮磨损检测装置b为行程开关检测，当所述砂轮b不工作停止转动时，行程开关伸出，所述变频电机b驱动所述砂轮横向运动直至所述砂轮b的外边缘触碰行程开关，记录所述变频电机b驱动的所述丝杆c的行程，计算可获得所述砂轮b的外边缘磨损量。

作为优选的技术方案，所述电池固定组件用于固定环切后的动力电池，以进行极头切断；所述电池固定组件包括电池工装台、连接压板、电池压板、定位板、气缸推板、保护气缸和压紧气缸；所述环切后的动力电池放置于所述电池工装台上表面，所述压紧气缸伸出使得所述电池工装台两侧的所述连接压板和所述电池工装台上侧的所述电池压板向下运动，直至压紧所述环切后的动力电池；所述电池压板下表面带有聚氨酯垫块，利用所述聚氨酯垫块的缓冲性以利于压紧所述环切后的动力电池；所述定位板用于定位所述环切后的动力电池的底面；当极头切割过程中出现冒烟或着火的紧急情况时，所述砂轮b停止工作并退出，所述保护气缸收缩，带动所述气缸推板穿过所述定位板的方孔，推出所述环切后的动力电池。

作为优选的技术方案，所述机械手为通用型号的机械手。

本发明还提供了一种动力电池壳体自动切割系统的切割方法，包括下述步骤：

s1：所述机械手夹取动力电池上料至电池夹具，所述电池夹具a和所述电池夹具b夹紧待环切的动力电池的左右两侧面，所述伺服电机b驱动电池夹具旋转，至所述动力电池上侧面水平放置；

s2：所述伺服电机a和所述变频电机a工作，调整驱动所述砂轮a的升降运动和横向运动，直至所述砂轮a外边缘抵达所述动力电池上侧面中线；所述定位块固定所述电池夹具；所述三相电机a驱动所述砂轮a切割所述动力电池上侧面，上侧面中线切割成缝；

s3：所述砂轮a复位，所述定位块收缩，所述电池夹具旋转至所述动力电池底面水平放置；所述砂轮a外边缘抵达所述动力电池底面中线；所述定位块固定所述电池夹具；所述砂轮a切割所述动力电池地面，底面中线切割成缝；

s3：所述砂轮a复位，所述定位块收缩，所述电池夹具旋转至所述动力电池下侧面水平放置；所述砂轮a外边缘抵达所述动力电池下侧面中线；所述定位块固定所述电池夹具；所述砂轮a切割所述动力电池下侧面，下侧面中线切割成缝；至此完成所述动力电池的环切；

s4：所述机械手抓取所述动力电池，所述电池夹具松开，所述机械手将所述动力电池抓取至所述电池固定组件的所述电池工装台上表面，所述电池定位板顶住动力电池底面，电池极头伸出所述电池工装台；所述压紧气缸伸出使得所述电池工装台两侧的所述连接压板和所述电池工装台上侧的所述电池压板向下运动，直至压紧所述环切后的动力电池；

s5：所述三相电机b驱动所述砂轮b工作，所述变频电机b驱动所述砂轮b横向运动切断电池极头，电池极头落料至所述落料仓b；至此完成所述动力电池的极头切断。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明通过机械手将壳体环切设备和极头切断设备连接，分别对壳体和极头进行切割，大大提高了切割效率，有利于大规模工业化生产。

2、本发明中壳体环切设备不仅可以装卸经切割处理后的切屑，还具备抽风功能，抽走在切割过程中产生的废气和微小粉尘。

3、本发明主要工艺部位采用全封闭式外罩，有效地隔绝设备内部噪声和粉尘，保护人员和设备的安全，降低了切割的危险性。

附图说明

图1是本发明带防护组件时壳体环切设备的外观示意图；

图2是本发明不带防护组件时壳体环切设备的外观示意图；

图3是本发明环切机构的结构示意图；

图4是本发明工装旋转机构的结构示意图；

图5是本发明环切机构和工装旋转机构的相对位置示意图；

图6是本发明极头切断组件的结构示意图；

图7是本发明电池固定组件的外观示意图；

图8是本发明电池固定组件的内部结构示意图。

附图标号说明：1-机架台件a；2-外防护组件a；3-抽风口a；4-落料仓a；5-内防护组件a；6-工装旋转机构；7-环切机构；8-直线导轨座a；9-滑块安装板a；10-升降机架a；11-伺服电机a；12-变频电机a；13-三相电机a；14-砂轮a；15-砂轮磨损检测装置a；16-同步带a；17-丝杆a；18-升降连接件；19-丝杆b；20-导线槽；21-伺服电机b；22-减速器；23-同步带b；24-张紧轴；25-传动轴；26-定位安装座；27-气缸；28-定位块；29-定位法兰；30-电池夹具b；31-动力电池；32-电池夹具a；33-直线导轨座b；34-滑块安装板b；35-变频电机b；36-三相电机b；37-砂轮b；38-砂轮磨损检测装置b；39-电池固定组件；40-同步带c；41-竖直机架；42-丝杆c；43-导线槽b；44-电池工装台；45-连接压板；46-电池压板；47-定位板；48-气缸推板；49-保护气缸；50-压紧气缸。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例一种动力电池壳体自动切割系统，包括壳体环切设备、极头切断设备和机械手，所述壳体环切设备和所述极头切断设备相邻放置，通过所述机械手进行连接，所述机械手旋转本领域常用的机械手，通过机械手来实现壳体环切设备和所述极头切断设备的物料传输。

如图1、图2所示，所述壳体环切设备包括机架台件a1、外防护组件a2、内防护组件a5以及位于外防护组件a内部的工装旋转机构6和环切机构7；所述外防护组件a用于防护整台设备，所述内防护组件a用于保护环切过程；所述机架台件a底部有一落料仓a4，用于装卸经切割处理后的切屑；所述外防护组件a设置有一抽风口a3，用于连接抽风设备，以抽走在切割过程中产生的废气和微小粉尘。

同样的，所述极头切断设备包括机架台件b、外防护组件b、内防护组件b以及位于外防护组件b内部的极头切断组件；所述外防护组件b用于防护整台设备，所述内防护组件b用于保护极头切断过程；所述机架台件b底部有一落料仓b，用于装卸切断的电池极头；所述外防护组件b设置有一抽风口b，用于连接抽风设备，以抽走在切割过程中产生的废气和微小粉尘。

如图3所示，所述环切机构包括直线导轨座a8、滑块安装板a9、螺旋升降机、升降机架a10、伺服电机a11、变频电机a12、三相电机a13、砂轮a14和砂轮磨损检测装置a15。

所述升降机架a上部固定安装所述三相电机a13，所述三相电机a通过同步带a16带动固定安装在升降机架a下部的所述砂轮a转动。

所述伺服电机a和所述螺旋升降机的箱体固定安装于所述滑块安装板a；所述伺服电机a带动所述螺旋升降机的丝杆a17实现升降运动，所述丝杆a17上部与所述升降机架a的升降连接件18固定连接，所述升降机架在所述丝杆a的带动下沿导轨同步实现升降运动。

所述变频电机a12固定安装于所述直线导轨座a8的安装座上，通过丝杆b19驱动所述滑块安装板a沿导轨实现横向来回运动。

辅助实现所述升降运动和所述横向来回运动的导轨两端均设置有传感器和挡块，以使运动行程控制在一定范围内；所述环切机构侧部还安装有一导线槽20，用于整齐放置驱动各部件所用的导线。

所述直线导轨座a水平固定安装于所述内防护组件a的水平台面上侧。

本实施例中，所述砂轮磨损检测装置a为行程开关检测，当所述砂轮a不工作停止转动时，行程开关伸出，所述伺服电机a驱动所述砂轮a向上运动直至所述砂轮a的外边缘触碰所述行程开关，记录所述伺服电机a驱动的所述丝杆a的行程，计算可获得所述砂轮a的外边缘磨损量。

如图4、图5所示，所述工装旋转机构6包括伺服电机b21、减速器22、同步带b23、传动轴25、电池夹具和定位机构。

所述同步带b有两条，分别置于所述传动轴两端；所述伺服电机b位于电池夹具a32一侧，所述伺服电机b通过所述减速器驱动所述电池夹具a32旋转，同时，通过其中一条所述同步带b带动所述传动轴的一端，所述传动轴的另一端带动另一条所述同步带b，进而带动电池夹具b30跟随所述电池夹具a同步旋转；所述电池夹具a和所述电池夹具b夹紧待环切的动力电池31；所述同步带b通过张紧轴24张紧，以保证传动效果。

所述电池夹具b一侧设置有所述定位机构；所述定位机构包括定位安装座26、气缸27、定位块28和定位法兰29；所述定位法兰与所述电池夹具b同轴固定；当所述伺服电机b驱动电池夹具旋转时，所述气缸驱动所述定位块收缩，所述定位法兰可自由转动；当所述伺服电机b不工作且电池夹具夹紧所述动力电池进行环切时，所述气缸驱动所述定位块顶撑所述定位法兰不动，起固定电池夹具的作用，防止环切所述动力电池过程中电池夹具产生移动。

所述传动轴25垂直于所述环切机构的所述砂轮a14所在平面；所述电池夹具a和所述电池夹具b相对所述砂轮a14所在平面对称分布。

进一步的，所述内防护组件a带有小喷管和大喷管，所述小喷管用于在正常切割工作时喷射流体，以利于切割降温和吹散碎屑；所述大喷管用于在冒烟、冒火的特殊状态下，喷洒灭火介质，以保证设备安全。

如图6所示，所述极头切断组件包括直线导轨座b33、滑块安装板b34、变频电机b35、三相电机b36、砂轮b37、砂轮磨损检测装置b38和电池固定组件39。

所述滑块安装板b上部固定安装所述三相电机b，所述三相电机b通过同步带c40带动固定安装在竖直机架41下部的所述砂轮b转动。

所述变频电机b35固定安装于所述直线导轨座b33的安装座上，通过丝杆c42驱动所述滑块安装板b沿导轨实现横向来回运动。

辅助实现所述横向来回运动的导轨两端均设置有传感器和挡块，以使运动行程控制在一定范围内；所述极头切断组件侧部还安装有一导线槽b43，用于整齐放置驱动各部件所用的导线。

所述直线导轨座b33固定安装于所述内防护组件b的台面上侧。

本实施例中，当设备转动时，行程开关伸出，所述变频电机b35驱动所述砂轮横向运动直至所述砂轮b的外边缘触碰行程开关，记录所述变频电机b驱动的所述丝杆c的行程，计算可获得所述砂轮b的外边缘磨损量。

如图7、图8所示，所述电池固定组件用于固定环切后的动力电池，以进行极头切断；所述电池固定组件包括电池工装台44、连接压板45、电池压板46、定位板47、气缸推板48、保护气缸49和压紧气缸50；所述环切后的动力电池放置于所述电池工装台上表面，所述压紧气缸伸出使得所述电池工装台两侧的所述连接压板和所述电池工装台上侧的所述电池压板向下运动，直至压紧所述环切后的动力电池；所述电池压板下表面带有聚氨酯垫块，利用所述聚氨酯垫块的缓冲性以利于压紧所述环切后的动力电池；所述定位板用于定位所述环切后的动力电池的底面；当极头切割过程中出现冒烟或着火的紧急情况时，所述砂轮b停止工作并退出，所述保护气缸收缩，带动所述气缸推板穿过所述定位板的方孔，推出所述环切后的动力电池。

本实施例还提供了一种动力电池壳体自动切割系统的切割方法，包括下述步骤：

s1：所述机械手夹取动力电池上料至电池夹具，所述电池夹具a和所述电池夹具b夹紧待环切的动力电池的左右两侧面，所述伺服电机b驱动电池夹具旋转，至所述动力电池上侧面水平放置；

s2：所述伺服电机a和所述变频电机a工作，调整驱动所述砂轮a的升降运动和横向运动，直至所述砂轮a外边缘抵达所述动力电池上侧面中线；所述定位块固定所述电池夹具；所述三相电机a驱动所述砂轮a切割所述动力电池上侧面，上侧面中线切割成缝；

s3：所述砂轮a复位，所述定位块收缩，所述电池夹具旋转至所述动力电池底面水平放置；所述砂轮a外边缘抵达所述动力电池底面中线；所述定位块固定所述电池夹具；所述砂轮a切割所述动力电池地面，底面中线切割成缝；

s3：所述砂轮a复位，所述定位块收缩，所述电池夹具旋转至所述动力电池下侧面水平放置；所述砂轮a外边缘抵达所述动力电池下侧面中线；所述定位块固定所述电池夹具；所述砂轮a切割所述动力电池下侧面，下侧面中线切割成缝；至此完成所述动力电池的环切；

s4：所述机械手抓取所述动力电池，所述电池夹具松开，所述机械手将所述动力电池抓取至所述电池固定组件的所述电池工装台上表面，所述电池定位板顶住动力电池底面，电池极头伸出所述电池工装台；所述压紧气缸伸出使得所述电池工装台两侧的所述连接压板和所述电池工装台上侧的所述电池压板向下运动，直至压紧所述环切后的动力电池；

s5：所述三相电机b驱动所述砂轮b工作，所述变频电机b驱动所述砂轮b横向运动切断电池极头，电池极头落料至所述落料仓b；至此完成所述动力电池的极头切断。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。