CN103928727A - 一种动力电池拆解设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动力电池拆解设备，其特征在于：包括：储料输送机，调整输送机，影像系统，自动调整送料机构，切割进料机构，自动切割机构，自动分离机构，出料输送机；其中，储料输送机、调整输送机、自动调整送料机构、切割进料机构依次相接；摄像头位于自动调整送料机构的进料口的上方；自动切割机构与切割进料机构的一个出料口相接，自动分离机构与切割进料机构的另一个出料口相接；出料输送机与自动分离机构相接。本发明还涉及一种动力电池拆解方法。本发明具有结构简单，操作方便，自动化程度高，拆解效率高的优点，属于车用动力电池回收处理领域。

Description

一种动力电池拆解设备和方法

技术领域

本发明涉及车用动力电池回收处理领域，特别涉及一种集电极头的切割和电芯的顶出于一体的动力电池拆解设备和方法。

背景技术

当今，全球的石油储量仅能供人类使用40年左右，全球石油危机日益严重，且随着科技的迅猛发展和环保意识的日益增强，国内新能源动力电池产业发展势头强劲。动力电池之所以成为当今世界的研究热点，主要由于私家汽车大量增加，环境污染日益加剧；同时石油匮乏，迫使世界各国寻找新能源，发展新能源交通工具，因此，动力电池和电动交通工具的发展被放在更加重要的位置。

自2000年以来就依托国家“十五”、“863”计划电动车重大专项，对各类型的电动汽车展开多角度研发，为以后新能源汽车进一步发展奠定了较为完善的技术路径和体系。随着技术的成熟，电动汽车会得到广泛的应用，在未来的时间里，动力电池将会进入批量报废阶段。因此，需要快速提高动力电池的拆解回收效率来适应科学技术的发展。

目前，我国已经形成了珠江三角洲、长江三角洲以及京津地区三大动力电池产业集群，并形成了一批具有较强研发和生产能力的动力电池企业。这些企业生产的产品已能够满足我国现有车辆的使用要求，但是，关键原材料仍依赖进口。

预计到2015年，国内动力电池累计报废重约在2万—4万吨左右。而到2020年前后，我国仅纯电动(含插电式)乘用车何混合动力乘用车动力电池的累计报废量将会达到12万—17万吨的规模。

动力电池是指具有较大电能容量和输出功率，可配置电动自行车、电动汽车、电动设备及工具驱动电源的电池；，单个动力电池体积比一般的手机电池、数码相机电池等小型充电电池的体积大，失效后其余能电压和电量仍然很高，因而动力电池拆解存在很大的危险性，容易发生起火或爆炸。

目前我国车用动力电池尚未出现大规模报废的情况，因此尚未建立专业车用动力电池回收利用体系。目前国内的动力电池的型号和品种繁多，对于拆解设备的适应性要求不断提高，导致其拆解方法稀少及回收设备效率偏低。

动力电池的电芯位于电池外壳内，电池外壳的两端设有电极头，通过电极头将动力电池接入外部电路。拆解动力电池，需要将动力电池带有电极头的两端切割，再从其中一端将电芯从电池外壳取出。然而现有技术中，只存在电池端部自动切割的设备，将电芯取出的工序依然需要手工进行。因此，存在如下缺点：1.整个拆解过程不是连续的生产过程，效率低下。2.手工拆解过程中，操作者可能接触到电池废液，危害健康。3.废旧电池仍有爆炸的可能，人工操作具有安全隐患。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种自动化程度高的动力电池拆解设备和方法，集自动上料、排列、摆放、电极头切割、电芯顶出、出料功能于一体。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种动力电池拆解设备，其特征在于：包括：1.上料用的储料输送机，2.使动力电池有序排列的调整输送机，3.通过摄像头识别动力电池的型号尺寸及电极头方向的影像系统，4.将动力电池调整至正确切割方向的自动调整送料机构，5.输送动力电池的切割进料机构，6.将动力电池的电极头切割的自动切割机构，7.将动力电池的电芯从动力电池的电池外壳顶出的自动分离机构，8.出料输送机；其中，储料输送机、调整输送机、自动调整送料机构、切割进料机构依次相接；摄像头位于自动调整送料机构的进料口的上方；自动切割机构与切割进料机构的一个出料口相接，自动分离机构与切割进料机构的另一个出料口相接；出料输送机与自动分离机构相接。采用这种结构后，储料输送机能将成批置于其上的动力电池大批量上料；调整输送机能实现动力电池的有序上料，即动力电池的长度方向与调整输送机的出料方向平行或垂直；影像系统能根据摄像头拍摄到的动力电池俯视的图像，识别出动力电池的型号尺寸及电极头的位置，切割机将根据将根据其型号尺寸调整到最佳切割位置，同时控制自动调整送料机构将电极头在水平面上旋转至正确的方向，为电极头的切割做准备；切割进料机构将动力电池以正确的方向送入自动切割机构，并将切割后的动力电池送入自动分离机构；自动切割机构可自动切割动力电池两端的电极头；自动分离机构可将电池外壳夹持，并通过顶芯装置将电芯从电池外壳中顶出；出料输送机将拆解后的物料自动出料。

调整输送机包括：1.输送动力电池的输送带，2.架设在输送带上的将动力电池推平的推倒装置，3.架设在输送带上的、引导动力电池在输送带上位置的导向块，4.从输送带的侧向压住动力电池的拍平装置。采用这种结构后，调整输送机构在送料的过程中实现推倒、导向和拍平的功能，有序出料，即动力电池的方向有序，为其长度方向与出料方向平行或垂直；出料间隔有序。

自动调整送料机构包括：1.将动力电池在水平面上转动的转动调整机构，2.将动力电池在自动调整送料机构的进料口、转动调整机构和自动调整送料机构的出料口之间移动的取料装置。采用这种结构后，取料装置将动力电池在进料口、转动调整机构和出料口之间平移。

取料装置有两组，两组取料装置同步运动；当第一组取料装置位于自动调整送料机构的进料口时，第二组取料装置位于转动调整机构处；当第一组取料装置位于转动调整机构时，第二组取料装置位于自动调整送料机构的出料口处。采用这种结构后，即两组取料装置联动，有效提高调整动力电池方向的效率。

转动调整机构包括做0、90、180或270度转动的转盘，动力电池置于转盘上。采用这种结构后，即可将动力电池旋转至合适的角度，为电极头的切割做准备。

切割进料机构包括：1.在动力电池的上端面打孔的打孔装置，2.打孔时将动力电池压紧的定位气缸，3.将动力电池沿着切割进料机构的进料方向送料的第一拨料装置，4.垂直于第一拨料装置送料、将动力电池推入自动切割机构的第二拨料装置，5.位于切割进料机构的两个出料口之间、将动力电池从自动切割机构移到自动分离机构的旋转机械手。采用这种结构后，打孔装置用于动力电池的打孔排气，防止动力电池短路引起的爆炸。动力电池依次经第一拨料装置和第二拨料装置送至自动切割机构，旋转机械手将切割后的动力电池送入自动分离机构。

自动切割机构包括：1.支撑并调整电池位置的移动平台，2.将动力电池夹紧在移动平台上的夹紧气缸，3.将动力电池朝自动切割机构的进料方向反向推出的推出气缸，4.位于移动平台上方的切割装置，5.位于移动平台下方的切割废料输送带，6.位于切割废料输送带下方的废液收集斗；所述移动平台上设有供切割下的电极头通过的下料口。采用这种结构后，推出气缸具有定位和切割完成后将动力电池推出的两种功能；在推出气缸前设有下料口，用于切割后电极头的掉落；移动平台用于调整动力电池切割位置；切割装置采用双锯片切割，其中一锯片为固定锯片，另一锯片为活动锯片，能随动力电池的型号尺寸的不同来调节两锯片之间的距离；切割废料输送带设在移动平台的下方，用于运输切割出来的电极头和电池外壳；切割装置设有两副滚珠丝杠，用于切割装置的横向进给和上下运动。

自动分离机构包括：1.将动力电池从自动分离机构的进料口输送至顶出位置的第三拨料装置，2.将动力电池的电池外壳在顶出位置压紧的压紧装置，3.将电芯从电池外壳顶出的顶芯装置。采用这种结构后，压紧装置将动力电池的外壳压紧，顶芯装置即可将电芯从电池外壳顶出，结构简单，操作方便，可靠的将电芯和电池外壳分离。

自动分离机构设有电芯出料口、电池外壳出料口、电芯落料滑槽和电池外壳落料滑槽；电芯落料滑槽位于电芯出料口的下方，电池外壳落料滑槽位于电池外壳出料口的下方；出料输送机有两台，分别是第一出料输送机和第二出料输送机；第一出料输送机的一端与电池外壳落料滑槽相接，另一端设有储料箱；第二出料输送机的一端与电芯落料滑槽相接，另一端也设有储料箱。采用这种结构后，电芯和电池外壳分别出料，自动将不同种类的物料分离开，免去人工分选步骤。

一种动力电池拆解方法，使用一种动力电池拆解设备，包括如下步骤：启动前,将已知的动力电池型号尺寸储存到影像系统中；启动后动力电池由储料输送机上料，经调整输送机的推倒、导向、拍平后有序进入自动调整送料机构；在自动调整送料机构的进料口处由影像系统获取动力电池的型号尺寸及其摆放方向的图像，切割机将根据其型号尺寸调整到最佳切割位置，同时自动调整送料机构根据该图像将动力电池旋转至正确的切割方向，再将动力电池送至切割进料机构；切割进料机构将动力电池送入自动切割机构进行两端电极头的切割，切割进料机构将切割后的动力电池送入自动分离机构；在自动分离机构中，电池外壳被压紧，电芯从电池外壳内顶出；电芯和电池外壳分别落料，由出料输送机输出。采用这种方法后，操作方便，自动化程度高，拆解效率高。

作为优选，自动调整送料机构、切割进料机构、自动切割机构、自动分离机构和出料输送机均设有防尘罩。切割废料输送带、出料输送机内的出料输送带均优选的采用网格状的不锈钢板，用于过滤废液；出料输送带下设有废液收集槽。

总的说来，本发明具有如下优点：

1、整套设备由多个独立的功能单元组成，结构简单，更换、维护方便。

2、本方法自动切割并将电芯从电池外壳自动顶出，操作过程自动化程度高，有效节省人力。

3、本设备动力电池的上料、两端切割、电芯和电池外壳分离、出料步骤完全自动化，适于批量化生产，且废料自动分类，有效提高电池的拆解效率，免除了后续的人工分选步骤。

4、调整输送机设置了推倒装置和拍平装置，可以采用无序批量上料的方式，减小了工人上料的频率，减轻了劳动强度。

5、本设备采用了影像系统，能快速、准确地识别动力电池的型号尺寸及电极头方向，可靠的将电池依正确的切割方向摆放，并且能使切割机按电池的尺寸大小来调整到最佳切割位置。

6、自动切割机构采用了双锯片的切割方式，利用两个锯片同时切割动力电池的两端，有效减小了切割时间，提高工作效率。

7、自动切割机构的双锯片包括固定锯片和活动锯片，调整两者的距离，即可适应各种尺寸的动力电池的拆解，增强设备的通用性。

8、自动切割机构采用无齿锯片切割，切口平整，没有毛刺。

9、自动分离机构采用顶出的分离方式，分离成功率高，结构简单可靠，制造容易。

10、自动切割机构采用防尘罩进行保护，有效减小了动力电池切割后产生二次污染现象，同时也降低切割的危险性。

附图说明

图1为动力电池拆解设备的立体图。

图2为储料输送机的立体图。

图3为调整输送机的立体图。

图4为自动调整送料机构的立体图。

图5为自动调整送料机构的结构图。

图6为切割进料机构的立体图。

图7为切割进料机构的结构图。

图8为自动切割机构的立体图。

图9为自动切割机构的结构图。

图10为切割装置的结构图。

图11为自动分离机构的立体图。

图12为自动分离机构的结构图。

图13为第一出料输送机的立体图。

图14为第二出料输送机的立体图。

图15为储料箱的立体图。

图16为电控台的立体图。

图17为动力电池的立体图。

其中，1为储料输送机，2为调整输送机，3为摄像头，4为自动调整送料机构，5为切割进料机构，6为自动切割机构，7为自动分离机构，8为出料输送机，9为储料箱，10为电控台，11为推倒装置，12为导向块，13为拍平装置，14为中间搬运装置，15为转动调整机构，16为取料装置，17为转盘，18为打孔装置，19为定位气缸，20为第一拨料装置，21为第二拨料装置，22为旋转机械手，23为切割装置，24为夹紧气缸，25为推出气缸，26为移动平台，27为切割废料输送带，28为废液收集斗，29为移动导轨，30为升降导轨，31为切割机，32为第三拨料装置，33为压紧装置，34为顶芯装置，35a为电芯落料滑槽，35b为电池外壳落料滑槽，36为废液收集槽，37为动力电池。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

如图1，一种动力电池拆解设备，包括：储料输送机，调整输送机，影像系统，自动调整送料机构，切割进料机构，自动切割机构,自动分离机构，出料输送机，储料箱和电控台。电控台与前述除储料箱外的各机构相连，实现设备的自动控制。

如图3，调整输送机设有输送带、推倒装置、导向块、拍平装置，用于自动调整动力电池的摆放位置。动力电池摆放在输送带上输送。推倒装置横跨并架设在输送带上，将立起的高于推倒装置的动力电池推倒。导向块也架设在输送带上方两侧，对动力电池左右导向。拍平装置在气缸的作用下，对经过的动力电池拍平，使得途径此处的动力电池的长度方向与输送方向平行或垂直。

如图4，影像系统中的摄像头安装在自动调整送料机构的进料口的上方，即位于调整输送机的末端的上方。摄像头俯视拍摄动力电池的影像，自动识别动力电池的型号尺寸及电极头的方向，切割机根据其型号尺寸调整到最佳切割位置，自动调整送料机构则摆正动力电池的方向，为切割步骤做准备。

如图4、图5，自动调整送料机构包括：中间搬运装置和位于其下方的转动调整机构。中间搬运装置设有两个联动的取料装置，可同时进行两个工位的输送动作，同时夹紧、同时输送、同时放料。取料装置由步进电机驱动升降。转动调整机构设有转盘，由步进电机驱动转盘转动，可带动置于其上的动力电池实现0°、90°、180°或270°旋转。当第一组取料装置位于自动调整送料机构的进料口时，第二组取料装置位于转动调整机构处；当第一组取料装置位于转动调整机构时，第二组取料装置位于自动调整送料机构的出料口处。

如图6、图7，切割进料机构包括：打孔装置、定位气缸、第一拨料装置、第二拨料装置、旋转机械手。带动动力电池平动的第一拨料装置的驱动气缸设置在下方。打孔装置设置在切割进料机构的进料口附近，动力电池位于该处时，定位气缸将动力电池从侧面顶紧，打孔装置在动力电池的上端面打孔，第一拨料装置再将动力电池继续往后方送料。之后由第二拨料装置沿着垂直于第一拨料装置的送料方向将动力电池送入自动切割机构。如图7所示的切割进料机构有两个出料口，一个位于右上方，一个位于右下方。旋转机械手位于两个出料口之间，由电机驱动在水平面上转动，用于切割进料机构与自动分离机构之间的动力电池的运输工作。

如图8、图9、图10，自动切割机构包括：切割装置、夹紧气缸、推出气缸、移动平台、切割废料输送带、废液收集斗。切割废料输送带安装在移动平台下方，切割废料输送带下方设置有废液收集斗。夹紧气缸、推出气缸位于移动平台之上对动力电池的侧向进行夹紧，切割装置位于夹紧气缸和推出气缸的上方，切割装置安装在防尘罩上。切割装置包括移动导轨、升降导杆和切割机，移动导轨实现水平方向上的移动，升降导杆控制切割机的升降，切割机有固定刀片和可动刀片，两者间距可调，以适应不同型号的动力电池的电极头切割。移动平台上设有下料口，动力电池的端部切下后，废料从下料口落入切割废料输送带，废液由废液收集斗收集。

如图11、图12，自动分离机构包括：第三拨料装置、压紧装置、顶芯装置、电芯落料滑槽和电池外壳落料滑槽。第三拨料装置结构同第一拨料装置，动力电池进料后，由第三拨料装置带动其沿着直线方向平动。压紧装置用于压紧电池外壳。顶芯装置在电池外壳被压紧时，将电芯从电池外壳的被切割掉的端部顶出。顶芯装置采用气缸顶出的原理。本实施例中，顶出方向与第三拨料装置的进料方向垂直，因此电池外壳由第三拨料装置带动出料，落到下方的电池外壳落料滑槽中；电芯由顶芯装置从侧面出料，落到下方的电芯落料滑槽中。

如图13、图14，出料输送机有两台，分别是第一出料输送机和第二出料输送机；第一出料输送机的一端与电池外壳落料滑槽相接，另一端设有储料箱；第二出料输送机的一端与电芯落料滑槽相接，另一端也设有储料箱。出料输送机包括输送带和输送带下方的废液收集槽。

本发明的工作原理是：

工作前，将已知的动力电池型号尺寸储存到影像系统中；工作时，将批量的动力电池倒在储料输送机上，经过调整输送机的推倒和拍平后，使动力电池的摆放一致，有序的像下一个步骤送料；经过影像系统识别动力电池型号尺寸及电极头的方向后，自动切割机构的切割机将会根据其型号尺寸调整到最佳切割位置，同时利用中间搬运装置运送到转动调整机构上，通过转动调整机构上的转盘调整动力电池电极头方向，其转盘的旋转角度可控制为0°、90°、180°、270°，也可做360°转动。

再利用中间搬运装置运送到切割进料机构，到达指定位置后，定位气缸将动力电池拍平夹紧；然后，打孔装置对动力电池进行打孔排气；接着，由第一拨料装置送到第二拨料装置前，第二拨料装置把动力电池送进自动切割机构内。

在自动切割机构内，用夹紧气缸来将动力电池定位夹紧，接着由移动平台进行切割位置的调整，使切割装置在动力电池的中轴线上；接着，切割装置对动力电池头部及尾部两端同时进行切割，切割出来的废料掉落到切割废料输送带上，废液通过废液收集斗流到废液收集箱中。切割完毕后，切割装置复位，移动平台复位，夹紧气缸松开，推出气缸将动力电池推回到切割进料机构中的旋转搬运机械手前，接着，旋转搬运机械手捉起动力电池并旋转180°，将动力电池送进自动分离机构中。

在自动分离机构中，第三拨料装置将动力电池推到压紧装置下，压紧装置将其压紧，然后顶芯装置将动力电池中的电芯顶出，顶出的电芯从一侧的电芯落料滑槽滑落到第二出料输送机上；动力电池外壳由第三拨料装置将下一个动力电池送入时将其推进电池外壳落料滑槽，从而滑落到第一出料输送机上。

切割废料输送带的末端与第一出料输送机的前端相接，切割废料最终通过第一出料输送机输出。

通过上述结构对动力电池进行拆解作业，实现了动力电池高效、安全、全自动化拆解。

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。

Claims (10)

1.一种动力电池拆解设备，其特征在于：包括：

-上料用的储料输送机，

-使动力电池有序排列的调整输送机，

-通过摄像头识别动力电池的型号尺寸及电极头方向的影像系统，

-将动力电池调整至正确切割方向的自动调整送料机构，

-输送动力电池的切割进料机构，

-将动力电池的电极头切割的自动切割机构，

-将动力电池的电芯从动力电池的电池外壳顶出的自动分离机构，

-出料输送机；

储料输送机、调整输送机、自动调整送料机构、切割进料机构依次相接；摄像头位于自动调整送料机构的进料口的上方；自动切割机构与切割进料机构的一个出料口相接，自动分离机构与切割进料机构的另一个出料口相接；出料输送机与自动分离机构相接。

2.按照权利要求1所述的一种动力电池拆解设备，其特征在于：所述调整输送机包括：

-输送动力电池的输送带，

-架设在输送带上的将动力电池推平的推倒装置，

-架设在输送带上的、引导动力电池在输送带上位置的导向块，

-从输送带的侧向压住动力电池的拍平装置。

3.按照权利要求1所述的一种动力电池拆解设备，其特征在于：所述自动调整送料机构包括：

-将动力电池在水平面上转动的转动调整机构，

-将动力电池在自动调整送料机构的进料口、转动调整机构和自动调整送料机构的出料口之间移动的取料装置。

4.按照权利要求3所述的一种动力电池拆解设备，其特征在于：所述取料装置有两组，两组取料装置同步运动；当第一组取料装置位于自动调整送料机构的进料口时，第二组取料装置位于转动调整机构处；当第一组取料装置位于转动调整机构时，第二组取料装置位于自动调整送料机构的出料口处。

5.按照权利要求3所述的一种动力电池拆解设备，其特征在于：所述转动调整机构包括做0、90、180或270度转动的转盘，动力电池置于转盘上。

6.按照权利要求1所述的一种动力电池拆解设备，其特征在于：所述切割进料机构包括：

-在动力电池的上端面打孔的打孔装置，

-打孔时将动力电池压紧的定位气缸，

-将动力电池沿着切割进料机构的进料方向送料的第一拨料装置，

-垂直于第一拨料装置送料、将动力电池推入自动切割机构的第二拨料装置，

-位于切割进料机构的两个出料口之间、将动力电池从自动切割机构移到自动分离机构的旋转机械手。

7.按照权利要求1所述的一种动力电池拆解设备，其特征在于：所述自动切割机构包括：

-支撑并调整电池位置的移动平台，

-将动力电池夹紧在移动平台上的夹紧气缸，

-将动力电池朝自动切割机构的进料方向反向推出的推出气缸，

-位于移动平台上方的切割装置，

-位于移动平台下方的切割废料输送带，

-位于切割废料输送带下方的废液收集斗；

所述移动平台上设有供切割下的电极头通过的下料口。

8.按照权利要求1所述的一种动力电池拆解设备，其特征在于：所述自动分离机构包括：

-将动力电池从自动分离机构的进料口输送至顶出位置的第三拨料装置，

-将动力电池的电池外壳在顶出位置压紧的压紧装置，

-将电芯从电池外壳顶出的顶芯装置。

9.按照权利要求8所述的一种动力电池拆解设备，其特征在于：所述自动分离机构设有电芯出料口、电池外壳出料口、电芯落料滑槽和电池外壳落料滑槽；电芯落料滑槽位于电芯出料口的下方，电池外壳落料滑槽位于电池外壳出料口的下方；出料输送机有两台，分别是第一出料输送机和第二出料输送机；第一出料输送机的一端与电池外壳落料滑槽相接，另一端设有储料箱；第二出料输送机的一端与电芯落料滑槽相接，另一端也设有储料箱。

10.一种动力电池拆解方法，其特征在于：使用权利要求1至9中任一项所述的一种动力电池拆解设备，包括如下步骤：动力电池由储料输送机上料，经调整输送机的推倒、导向、拍平后有序进入自动调整送料机构；在自动调整送料机构的进料口处由影像系统获取动力电池的型号尺寸和摆放方向的图像，切割机将会根据动力电池的型号尺寸调整到最佳切割位置，同时自动调整送料机构根据该图像将动力电池旋转至正确的切割方向，再将动力电池送至切割进料机构；切割进料机构将动力电池送入自动切割机构进行两端电极头的切割，切割进料机构将切割后的动力电池送入自动分离机构；在自动分离机构中，电池外壳被压紧，电芯从电池外壳内顶出；电芯和电池外壳分别落料，由出料输送机输出。