CN105206891A

CN105206891A - 具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置及拆解方法

Info

Publication number: CN105206891A
Application number: CN201510545502.7A
Authority: CN
Inventors: 张小平; 周峰
Original assignee: Harbin Huazhen Technology Co Ltd
Current assignee: Harbin Huazhen Technology Co Ltd
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2015-12-30

Abstract

具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置及拆解方法。随着新能源汽车的快速产业化和规模化，作为重要零部件之一的动力锂离子电池被大量应用，电池的性能随着使用逐渐衰减，当衰减到一定程度时电池将进行报废处理，所以在未来几年内将会有大批量的锂离子电池进入报废阶段。一种具有轨迹识别切割功能的电池自动拆解装置，其组成包括：电池切割轨迹识别装置（1）、电池环形切割装置（2），所述的电池切割轨迹识别装置、所述的电池环形切割装置一侧具有搬运轨道（3），所述的搬运轨道上具有搬运车（4），所述的搬运车上具有不规则形状的锂离子电池（5）。本发明应用于不规则锂离子电池的切割分解。

Description

具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置及拆解方法

技术领域：

本发明涉及一种具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置及拆解方法。

背景技术：

随着新能源汽车的快速产业化和规模化，作为重要零部件之一的动力锂离子电池被大量应用，电池的性能随着使用逐渐衰减，当衰减到一定程度时电池将进行报废处理，所以在未来几年内将会有大批量的锂离子电池进入报废阶段。大量的报废电池若不能得到有效地回收处理，将会对生态环境和人体健康产生严重危害，同时造成资源浪费。2012年国家出台了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012--2020）》明确提出来要制定动力锂离子电池回收利用管理办法，建立动力电池梯级利用和回收管理体系，要求验收生产者责任，规范回收体系。

由于锂离子电池在使用过程中经常出现电池模块外壳体变形，变形程度也各不相同，这样给自动化拆解带来很多不便。

发明内容：

本发明的目的是提供一种具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置及拆解方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置，其组成包括：电池切割轨迹识别装置、电池环形切割装置，所述的电池切割轨迹识别装置、所述的电池环形切割装置一侧具有搬运轨道，所述的搬运轨道上具有搬运车，所述的搬运车上具有不规则形状的锂离子电池。

所述的具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置，所述的电池切割轨迹识别装置具有机械手臂一，所述的机械手臂一与龙门架一连接，所述的龙门架一、龙门架二分别与龙门架滑动轨道一连接，所述的龙门架滑动轨道与操作台连接，所述的龙门架二与探针连接，所述的操作台台面与柔性夹具一连接，所述的柔性夹具一上具有锂离子电池。

所述的具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置，所述的电池环形切割装置具有机械手臂二，所述的机械手臂二与龙门架三连接，所述的龙门架三、龙门架四分别与龙门架滑动轨道二连接，所述的龙门架四上连接有切割锯片，所述的龙门架滑动轨道二与所述的操作台连接，所述的操作台台面与柔性夹具二连接，所述的龙门架滑动轨道二之间具有切割废沫收集装置。

所述的具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置，所述的龙门架一、所述的龙门架二、所述的龙门架三和所述的龙门架四能够在所述的龙门架轨道一、所述的龙门架轨道二上移动，所述的机械手臂一、所述的机械手臂二通过龙门架一、所述的龙门架三进行上下左右移动，所述的探针能够在所述的龙门架二上进行上下左右移动，所述的切割锯片能够在所述的龙门架四上进行上下左右移动。

所述的具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置，所述的柔性夹具一能够进行360度旋转，所述的柔性夹具二能够进行90度旋转。

所述的具有轨迹识别功能的电池自动拆解装置的拆解方法，该方法包括如下步骤：

（1）将不规则形状外壳体变形的锂离子电池放入夹具内，并根据电池尺寸建立坐标系。

（2）坐标系建立完成以后，通过安装在龙门架结构上Z轴的探针探测轨迹起点。

（3）通过程序控制驱动龙门架的X、Y、Z轴运动对电池切割轨迹进行多点探测，探测点数越多，切割轨迹越精确。

（4）切割轨迹拟合，通过探针探测的点数进行轨迹拟合运算。

（5）轨迹探测完成以后通过搬运车及机械手臂将待拆解电池搬运至切割夹具内并根据上一步骤运算的切割轨迹进行实时切割。

（6）环形切合完毕以后通过搬运车及机械手臂将电池搬运至电芯与外壳体分离工序。

本发明的有益效果：

1.本发明所涉及的不规则形状（外壳体变形）的锂离子电池智能拆解方法将有效的解决不规则锂离子电池的快速拆解问题。从而提高锂离子电池自动化拆解线运行效率，降低人工成本，最大化的提高用户的经济效益。

本发明以自动轨迹识别并通过自动识别的轨迹实时控制切割刀具运动，对不规则形状（外壳体变形）的锂离子电池外壳体进行自动识别、自动切割并通过机械手臂进行自动化拆解。

附图说明：

附图1是本发明型的结构示意图。

附图2是电池切割轨迹识别装置的结构示意图。

附图3是电池环形切割装置的结构示意图。

附图4是控制系统原理框图。

附图5是X、Y、Z轴运动到探测原点位置结构示意图。

附图6是附图5的俯视图。

附图7是第一特征点与第二特征点的探测结构示意图。

附图8是第二个特征点的变形程度结构示意图。

附图9是第一象限直线DDA插补法示意图。

附图10是第一象限DDA法直线插补程序流程图。

具体实施方式：

实施例1：

一种具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置，其组成包括：电池切割轨迹识别装置1、电池环形切割装置2，所述的电池切割轨迹识别装置、所述的电池环形切割装置一侧具有搬运轨道3，所述的搬运轨道上具有搬运车4，所述的搬运车上具有不规则形状的锂离子电池5。

实施例2：

根据实施例1所述的具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置，所述的电池切割轨迹识别装置具有机械手臂一6，所述的机械手臂一与龙门架一7连接，所述的龙门架一、龙门架二8分别与龙门架滑动轨道一9连接，所述的龙门架滑动轨道一与操作台连接，所述的龙门架二与探针10连接，所述的操作台台面与柔性夹具一11连接，所述的柔性夹具一上具有锂离子电池。

实施例3：

根据实施例1或2所述的具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置，所述的电池环形切割装置具有机械手臂二12，所述的机械手臂二与龙门架三13连接，所述的龙门架三、龙门架四14分别与龙门架滑动轨道二15连接，所述的龙门架四上连接有切割锯片16，所述的龙门架滑动轨道二与操作台连接，所述的操作台台面与柔性夹具二17连接，所述的龙门架滑动轨道二之间具有切割废沫收集装置。

实施例4：

根据实施例1或2或3所述的具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置，所述的龙门架一、所述的龙门架二、所述的龙门架三和所述的龙门架四能够在所述的龙门架轨道一、所述的龙门架轨道二上移动，所述的机械手臂一、所述的机械手臂二通过龙门架一、所述的龙门架三进行上下左右移动，所述的探针能够在所述的龙门架二上进行上下左右移动，所述的切割锯片能够在所述的龙门架四上进行上下左右移动。

实施例5：

根据实施例1或2或3或4所述的具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置，所述的柔性夹具一能够进行360度旋转，所述的柔性夹具二能够进行90度旋转。

实施例6：

一种实施例1—5之一所述的具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置的拆解方法，该方法包括如下步骤：

实施例7：

通过安装在龙门架Z轴上的探针进行切割轨迹的特征点采集，龙门架可以沿Y轴进行正负（前后）运动，安装探针的Z轴可以沿Z轴方向上下运动，Z轴可以沿X方向进行左右运动。X、Y、Z轴的运动是通过步进电机带动丝杠控制的，其原理为步进电机的轴向运动通过丝杠转变成直线运动，从而实现X、Y、Z轴的运动。

实施例8：

探针为一个可自动复位的直线位移传感器，通过直线位移传感器将直线机械位移量转换成电信号，其内部结构为将一个可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。根据这个测量的阻值既可确定探测点位置。

实施例9

主控MCU控制芯片18通过脉冲信号分别与X轴步进电机驱动器19、Y轴步进电机驱动器20、Z轴步进电机驱动器21连接，所述的X轴步进电机驱动器与X轴步进电机23连接，所述的Y轴步进电机驱动器与Y轴步进电机24连接，所述的Z轴步进电机驱动器与Z轴步进电机25连接，所述的探针与信号处理器26连接，所述的信号处理与A/D转换器22连接，所述的A/D转换器与所述的主控MCU控制芯片连接。

首先，机械手臂将待拆解的锂离子电池抓取到柔性夹具内，控制系统根据待拆解的里锂电池尺寸建立坐标系，坐标系建立完成以后，控制系统通过MUC核心控制芯片向X、Y、Z轴步进电机驱动器发送脉冲信号，各个轴的步进电机驱动器将根据发送的脉冲信号控制步进电机的转动，步进电机通过丝杠将轴向运动转换成直线运动，当X、Y、Z轴到达探测原点以后停止运动。

实施例10：

特征点探测，当探针运动到探测原点时，当Y轴正向运动时探针头与锂离子电池接触，当探针顶住锂离子电池外壳体时Y轴继续想正方向运动4CM，如果电池外壳体没有变形，探针将缩进4CM，此时为第一个特征点，系统记录探针缩进距离，例如第一点缩进4CM系统将根据坐标系建立第一点位置。

第一特征点建立完成以后，龙门架沿Y轴负方向运动4CM使探针复位，然后带有探针的Z轴沿X轴正方向运动2CM（X轴方向运动距离根据探测特征点确定，X轴方向运动距离越小特征点越密集，最终计算的切割轨迹越精确），Z轴X方向运动到位以后，Y轴继续沿正方向运动4CM，如上图所示进行第二个特征点探测，如果外壳体按照上图方向变形，此时探针的缩进距离将大于4CM，根据下列公式即可计算出第二个特征点的变形程度。

d=x-4cm

其中d为第二特征点Y轴坐标值与未变形电池轨迹的Y轴坐标值的差，X为探针采集值。

根据上述方式继续测量其他特征点，在此不再复述。当此面的特征点探测完毕以后，装有探针的龙门架复位到起始点，装有电池的柔性夹具旋转90度，装有探针的龙门架按上述方式继续探测与其相对的面的特征点，其他面以此类推，在此不再复述。

当所有特征点探测完毕以后，主控MUC将根据探测的特征点及所建立的坐标系进行切割轨迹运算，与此同时装有机械手的龙门架通过机械手将电池从柔性夹具内抓取到搬运车内，搬运车将电池传送至轨迹切割单元。

实施例11：

切割轨迹计算采用数字积分法（又称DDA法)。采用该方法进行插补，具有运算速度快，逻辑功能强，脉冲分配均匀等特点，且只输入很少的数据，就能加工出直线、圆弧等较复杂的曲线轨迹，精度也能满足要求。其基本原理是使用一系列的小矩形面积之和来近似轮廓曲线函数积分的整个面积。根据锂离子电池外壳体变形不固定的情况及切割精度要求不高，本系统采用以短直线拟合圆弧方式进行轨迹规划，其原理就是在每两个特征点之间进行直线切割，当两个特征点之间越短，拟合的切割轨迹越接近电池的实际变形量。所以本系统切割轨迹就是在每两个特征点之间（X、Y轴）做直线插补计算，其计算方法如下：

两轴直线插补：

第一象限直线DDA插补法，设直线OZ在第一象限，起点坐标O(0,0)，终点坐标Z(XZ,YZ)。

假定OZ直线给定速度v是均匀的，则：

该直线方程为：

将直线方程化为已时间t为参量的参数方程：

式中，K为比例系数，对上两式取微分得：

上式如取增量形式将变化为，变化为，变化为则得：

动点从原点走向终点的过程可以看做各坐标轴在每经过一段单位时间间隔分别已增量及同时累加的结果，经m次累加x，y分别都达到终点Z(XZ,YZ)，即下式成立：

这里为常数，取单位时间间隔，或一脉冲增量，即当=1时，则

由上式可得：即

上式表明比例系数与累加次数的关系，其中一个已知，另一个也就定了，在选择K时应使每次增量均小于1，以使在各坐标轴每次分配进给脉冲不超过一个脉冲（即每次增量只给进一个脉冲）

的最大允许值受寄存器容量的限制，假设寄存器的字长为N，则最大最大允许值为2N-1，为了满足上式则

即要求

通常取

故累加次数为：

次

因，

对二进制来说，使

很容易实现，即数字本身不变，只要把小数点左移N位即可，所以一个有N位的寄存器中存放数字是相同的，后者只认为小数点出现在最高位数N前面，除此之外没有其他差异，因而在寄存器（被积数的寄存器）中省略了K。所以，使用数字积分法插补时只对终点坐标进行累加，累加器每溢出一个脉冲相应的轴就进给一个脉冲当量，当累加2N后，X轴和Y轴所走的步数正好等于各轴的终点坐标。

直线插补的终点判别，在程序设一个总步数变量，每累加一次变量减一，当该变量为零时即结束。

实施了例12：

在不同象限做直线插补时，终点坐标取绝对值即可，因为在其他象限取终点坐标的绝对值将于第一象限的计算方法相同，然后根据下表改变各轴的给进方向。

Claims

1.一种具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置，其组成包括：电池切割轨迹识别装置、电池环形切割装置，其特征是：所述的电池切割轨迹识别装置、所述的电池环形切割装置一侧具有搬运轨道，所述的搬运轨道上具有搬运车，所述的搬运车上具有不规则形状的锂离子电池。

2.根据权利要求1所述的具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置，其特征是：所述的电池切割轨迹识别装置具有机械手臂一，所述的机械手臂一与龙门架一连接，所述的龙门架一、龙门架二分别与龙门架滑动轨道一连接，所述的龙门架滑动轨道一与操作台连接，所述的龙门架二与探针连接，所述的操作台台面与柔性夹具一连接，所述的柔性夹具一上具有锂离子电池。

3.根据权利要求1或2所述的具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置，其特征是：所述的电池环形切割装置具有机械手臂二，所述的机械手臂二与龙门架三连接，所述的龙门架三、龙门架四分别与龙门架滑动轨道二连接，所述的龙门架四上连接有切割锯片，所述的龙门架滑动轨道二与所述的操作台连接，所述的操作台台面与柔性夹具二连接，所述的龙门架滑动轨道二之间具有切割废沫收集装置。

4.根据权利要求1或2或3所述的具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置，其特征是：所述的龙门架一、所述的龙门架二、所述的龙门架三和所述的龙门架四能够在所述的龙门架轨道一、所述的龙门架轨道二上移动，所述的机械手臂一、所述的机械手臂二通过龙门架一、所述的龙门架三进行上下左右移动，所述的探针能够在所述的龙门架二上进行上下左右移动，所述的切割锯片能够在所述的龙门架四上进行上下左右移动。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置，其特征是：所述的柔性夹具一能够进行360度旋转，所述的柔性夹具二能够进行90度旋转。

6.一种权利要求1—5之一所述的具有轨迹识别功能的锂离子电池自动拆解装置的拆解方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

（1）将不规则形状外壳体变形的锂离子电池放入夹具内，并根据电池尺寸建立坐标系；

（2）坐标系建立完成以后，通过安装在龙门架结构上Z轴的探针探测轨迹起点；

（3）通过程序控制驱动龙门架的X、Y、Z轴运动对电池切割轨迹进行多点探测，探测点数越多，切割轨迹越精确；

（4）切割轨迹拟合，通过探针探测的点数进行切割轨迹拟合运算；

（5）切割轨迹探测完成以后通过搬运车及机械手臂将待拆解电池搬运至切割夹具内并根据上一步骤运算的切割轨迹进行实时切割；

（6）环形切合完毕以后通过搬运车及机械手臂将电池搬运至电芯与外壳体分离工序。