CN108879002A - 一种便携式废旧动力电池放电设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式废旧动力电池放电设备及方法，包括口字形框架、MCU和继电器开关，所述口字形框架内侧分布有电极连接杆，所述口字形框架的前后两侧开有导槽引导电极连接杆左右平移活动，所述口字形框架前后两侧设置有可引导口字形框架上下活动的支撑脚，所述电极连接杆上的前后两侧分别设置有电极连接器和用于带动电极连接器平移的电极蜗杆，所述电极蜗杆两侧的螺纹方向相反，所述电极连接杆上还设置有热电偶；可方便对废旧动力电池进行运输前或暂存前的现场放电，而且可进行多个电池放电，当出现放电异常时设备会自动与电池分离，确保放电过程的安全，当电池放电结束后，设备会自动与电池分离，简化放电作业流程，降低劳动强度。

Description

一种便携式废旧动力电池放电设备及方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是一种便携式废旧动力电池放电设备及方法。

背景技术

根据中国汽车工业协会的数据，2016年中国新能源汽车保有量达109万辆，与2015年相比增长86.90％。在新能源汽车产业的带动下动力电池产业一路高歌猛进，随着动力电池的使用，性能的逐步衰减，动力电池退役报废，我国电池报废量将在未来3～5年迎来井喷式爆发。

废旧电池不仅破坏城市的生态环境，还对人体健康造成严重危害。废旧电池中含有大量的有价金属，如钴、镍、锰、铜、铝、铁等，是一座永不枯竭的城市矿山。但是如果废旧电池处理不当，必将引起严重的环境污染问题且造成巨大的资源浪费。因此规范回收废旧电池不仅能创造经济效益，而且能避免废旧电池对环境的污染，节约资源，促进我国新能源汽车行业和电池行业可持续发展，实现电池行业的生态循环。

动力电池在电动汽车上经过长期使用后，随着容量的不断衰减，3～5年后电池不再满足使用要求，需要报废拆解处理，爆发式的增长必将带来爆发式的报废。废旧动力电池从电动汽车上退役时，残余电压较高，拆解过程中容易发生起火。为了实现安全拆解，废旧动力电池拆解前应进行放电处理。另一方面，对于从电动汽车上退役时残余电压较高，残余能量大，在将废旧电池转移至有资质的动力电池回收处理企业过程中电池一旦发生短路，则会立即引发起火，造成人员伤亡，危害极大。

尤其目前锂离子动力电池常用的电解液溶剂体系为低闪点的碳酸酯类混合溶剂(包括EC(碳酸乙烯酯)、DEC(碳酸二乙酯)、DMC(碳酸二甲酯)、EMC(碳酸甲乙酯)等，闪点分别为160℃、31℃、18℃、25℃。如果锂离子动力电池外壳破损，当电池温度较高时，电解液泄露并接触到空气中的氧气会引起电池着火燃烧，甚至爆炸。电池经过长时间使用后，报废时电池外壳可能存在裂纹和破损，电解液可能发生泄漏，例如取一个正常的废旧锂离子动力电池单体，容量为100Ah，将电池连接充放电设备，充电至截止电压后停止充电，戳穿电池安全阀，以电流400A进行放电至 0V，监测电池外壳温度变化。实验发现当温度升高至90℃时，电池着火。因此如果不适当进行放电，危险性非常大，因此如何安全地将其运输至有资质的动力电池回收处理企业，是亟待解决的难题。

对废旧电池进行彻底放电后再运输是实现安全运输的有效方法，然而目前放电设备多为大型集成式一体化装备，具体参照《一种车用动力电池单体全自动放电装备》(专利号：201611257740.9)，这种装备体积大、质量大，难以搬运和移动，不能实现对厂区外部废旧动力电池进行现场放电，局限性明显。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种便携式废旧动力电池放电设备及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种便携式废旧动力电池放电设备，包括口字形框架、MCU和继电器开关，所述口字形框架内侧分布有电极连接杆，所述口字形框架的前后两侧开有导槽引导电极连接杆左右平移活动，所述口字形框架前后两侧设置有可引导口字形框架上下活动的支撑脚，所述电极连接杆上的前后两侧分别设置有电极连接器和用于带动电极连接器平移的电极蜗杆，所述电极蜗杆两侧的螺纹方向相反，所述电极连接杆上还设置有热电偶。

作为一个优选项，所述支撑脚上设置有可沿着支撑脚上下活动的滑动架，所述支撑脚通过滑动架与口字形框架连接，所述支撑脚上端与滑动架之间连接有上拉伸弹簧，所述支撑脚下侧设置有倒钩，所述倒钩与支撑脚之间连接有下拉伸弹簧，所述滑动架上设置有与倒钩对应的卡板。

作为一个优选项，所述口字形框架的前后两侧上设置有伸缩栅状架，所述伸缩栅状架由若干个X字状件连接而成，所述X字状件由两个旋转条连接而成，所述电极连接杆与伸缩栅状架连接。

作为一个优选项，所述电极连接器包括有H字状架、位于H字状架下侧的工字滑块、位于工字滑块下端的铜柱，所述H字状架和工字滑块之间设置有缓冲弹簧，所述H字状架上端两侧分别设置有与电极蜗杆连接的导向板和接线板。

作为一个优选项，所述口字形框架上设置有带动电极蜗杆旋转的调宽螺杆。

作为一个优选项，所述口字形框架上设置有竖直安装的调距螺杆，所述调距螺杆上下两侧设置有方向相反螺纹并分别套装有螺纹滑块，所述螺纹滑块分别与伸缩栅状架的上下两侧连接。

一种便携式废旧动力电池放电方法，采用一种便携式废旧动力电池放电设备及方法，步骤包括：

1)MCU控制继电器开关对电池进行串联，同时控制继电器开关将功率电阻串联，MCU根据电流采集监测的信号控制继电器开关调整功率电阻串联的数量，控制电阻值的大小，使得放电电流在1～500A范围内；

2)热电偶实时监测动力电池的温度，当动力电池温度为50℃～85℃时， MCU控制继电器开关增加功率电池串联的数量增加电阻值，减少放电电流，使得动力电池温度≤85℃；

3)当出现异常时，当动力电池温度＞85℃，MCU发出指令控制放电设备与电池分离；

4)在正常放电条件下，当设备监测到某一个电池电压到达0V时，MCU 控制相对应的继电器开关连通使得该电池短路；

5)当最后一个动力电池单体电压到达0V时，MCU控制电池所对应的继电器开关全部断开，然后接通外部电源，所述外部电源为其它待放电的电池或外接电源，并且外部电源的正极与动力电池模组的负极相接，外部电源的负极与动力电池模组的正极相接，对动力电池模组进行反向充电，充电电压为51～100V，充电时间为125min～24h，动力电池温度≤85℃，防止动力电池电压放电后再次回升；

6)充电结束后，MCU控制电机控制器使电机工作，带动滑动装置中的卡板横向移动，使弹卡装置与卡板脱离，桁架在上拉伸弹簧的作用下升起与动力电池分离。

本发明的有益效果是：可方便对废旧动力电池进行运输前或暂存前的现场放电，而且可进行多个电池放电，当出现放电异常时设备会自动与电池分离，确保放电过程的安全，当电池放电结束后，设备会自动与电池分离，简化放电作业流程，降低劳动强度，而且采用物理式放电，不会产生废水，既安全又环保。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的立体图；

图2是本发明中口字形框架等部件的局部放大图；

图3是本发明中电极连接器的立体图；

图4是本发明中滑动架等部件的局部放大图；

图5是本发明中电路连接图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。为透彻的理解本发明，在接下来的描述中会涉及一些特定细节。而在没有这些特定细节时，本发明创造仍可实现，即所属领域内的技术人员使用此处的这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员可更有效的介绍他们的工作本质。

参照图1、图2、图3，一种便携式废旧动力电池放电设备及方法，包括口字形框架1、MCU8和继电器开关81，所述口字形框架1内侧分布有电极连接杆2，所述口字形框架1的前后两侧开有导槽11引导电极连接杆2 左右平移活动，所述口字形框架1前后两侧设置有可引导口字形框架1上下活动的支撑脚3，所述电极连接杆2上的前后两侧分别设置有电极连接器4和用于带动电极连接器4平移的电极蜗杆21，所述电极蜗杆21两侧的螺纹方向相反，当电极蜗杆21转动时，两侧的电极连接器4向同向靠近或者反向远离的方向运动。所述电极连接杆2上还设置有热电偶22。实际工作时，参照图5，启动设备，MCU8控制继电器开关81对电池单体进行串联，同时控制继电器开关81将功率电阻串联，MCU8根据电流采集监测的信号控制继电器开关调整功率电阻串联的数量，控制电阻值的大小，使得放电电流在1～500A范围内。热电偶22实时监测动力电池的温度，当动力电池温度为50℃～85℃时，MCU8控制继电器开关81增加功率电池串联的数量增加电阻值，减少放电电流，使得动力电池温度≤85℃。当出现异常时，当动力电池温度＞85℃，MCU发出指令与动力电池分离。在正常放电条件下，当电压采集监测到某一个动力电池单体电压到达0V 时，MCU控制相对应的继电器开关连通使得该电池短路。当最后一个动力电池单体电压到达0V时，MCU控制电池所对应的继电器开关全部断开，然后接通外部电源，具体可以是待放电的动力电池或外接电源，并且外部电源的正极与动力电池模组的负极相接，外部电源的负极与动力电池模组的正极相接，对动力电池模组进行反向充电，充电电压为51～100V，充电时间为125min～24h，动力电池温度≤85℃，防止动力电池电压放电后再次回升。

此外，电池经过长时间使用后，报废时电池一致性劣化，电池性能离散，甚至部分电池已经损坏，失去储存电量的能力。电池在放电时，由于单体之间是串联连接(或并联后再串联连接)，在电池放电过程中，电池单体不会同时到达0V，首先到达0V的电池如果不采用继电器对其进行短接，随着电路继续进行放电，也就是对该电池单体进行反向充电，由于对电池反向充电会产生大量热量，该电池迅速升温，轻则切断电路，设备停止工作，但此时其他电池并未达到0V，设备不能实现对所有电池的彻底放电；重则电池发热起火甚至爆炸，非常危险。

通过采用继电器可以控制实现具体某个电池单体完全放电至0V，然后短接该电池单体，一方面避免该电池继续接入放电电路，影响其他电池放电；另一方面短接可以对已经达到0V的电池短路，相当于该电池接入电阻更小(只有电池内阻)的放电电路，可以更加彻底地释放该电池的残余电量，为尽可能避免电池电压回升提供可能，同时也可以减少反向充电的时间和减少反向充电所需的电能。电池在残余电量较高的情况下进行反向充电，电池发热严重，容易引起起火爆炸，将每一个电池单体通过控制继电器逐一进行彻底释放残余电量后再进行反向充电，才可实现整个放电过程的安全。

参照图4，所述支撑脚3上设置有可沿着支撑脚3上下活动的滑动架5，所述支撑脚3通过滑动架5与口字形框架1连接，滑动架5与口字形框架 1可以完全分离，非工作时，可以拆卸后贮存和运输。所述支撑脚3上端与滑动架5之间连接有上拉伸弹簧51，所述支撑脚3下侧设置有倒钩6，所述倒钩6与支撑脚3之间连接有下拉伸弹簧61，具体下拉伸弹簧61的拉力系数比上拉伸弹簧51大，所述滑动架5上设置有与倒钩6对应的卡板52。工作时，提起倒钩6至扣紧卡板，口字形框架1在下拉伸弹簧61 施加作用力下下降并使得电极连接器4的接电端压紧电池的正负极耳。充电结束后，MCU控制电机控制器使电机工作，带动卡板52横向移动，使倒钩6与卡板52脱离，口字形框架1在上拉伸弹簧51的作用下升起与动力电池分离。MCU控制电机控制器使电机工作，带动卡板52复位。

所述口字形框架1的前后两侧上设置有伸缩栅状架7，所述伸缩栅状架7 由若干个X字状件71连接而成，所述X字状件71由两个旋转条72连接而成，旋转条72中间、端部通过转轴连接、所述电极连接杆2与伸缩栅状架7连接，这样伸缩栅状架7伸缩时，均可保证电极连接杆2之间等距，具体电极连接杆2安装在X字状件71中间位置处。所述口字形框架1上设置有竖直安装的调距螺杆13，所述调距螺杆13上下两侧设置有方向相反螺纹并分别套装有螺纹滑块14，所述螺纹滑块14分别与伸缩栅状架7 的上下两侧连接。

所述口字形框架1上设置有带动电极蜗杆21旋转的调宽螺杆12。

装置可采用手动方式操作，具体根据动力电池模组中单体与单体间的距离，旋转调距螺杆13的手轮调整电极连接杆2之间的距离，使得电极连接杆2之间的宽度与电池单体的厚度一致。根据单体中正负极耳间的距离，旋转调宽螺杆12的手轮调整电极连接器4之间的宽度，使得电极连接器4 之间的宽度与单体中正负极耳间距一致。

参照图2、图3所述电极连接器4包括有H字状架41、位于H字状架41 下侧的工字滑块42、位于工字滑块42下端的铜柱43，所述H字状架和工字滑块之间设置有缓冲弹簧44，所述H字状架41上端两侧分别设置有与电极蜗杆21连接的导向板45和接线板46。导向板45有内螺纹孔，可被电极蜗杆21带动。接线板46与铜柱43之间以软导线相连，便于接线，同时便于铜柱43上下移动压紧电池极耳，接线板46上设置有接线柱。根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。

经过实践证明，该设备具有以下优势：

1、通过对废旧动力电池进行运输前或暂存前的现场放电，有效提高了废旧动力电池运输和暂存的安全性。

2、采用的是物理式放电，不会产生废水，解决了化学放电后现场废水处理的难题。

3、当出现放电异常时设备会自动与电池分离，确保放电过程的安全；当电池放电结束后，设备会自动与电池分离，简化放电作业流程，降低劳动强度。

Claims (7)

1.一种便携式废旧动力电池放电设备，其特征在于：包括口字形框架(1)、MCU(8)和继电器开关(81)，所述口字形框架(1)内侧分布有电极连接杆(2)，所述口字形框架(1)的前后两侧开有导槽(11)引导电极连接杆(2)左右平移活动，所述口字形框架(1)前后两侧设置有可引导口字形框架(1)上下活动的支撑脚(3)，所述电极连接杆(2)上的前后两侧分别设置有电极连接器(4)和用于带动电极连接器(4)平移的电极蜗杆(21)，所述电极蜗杆(21)两侧的螺纹方向相反，所述电极连接杆(2)上还设置有热电偶(22)。

2.根据权利要求1所述的一种便携式废旧动力电池放电设备，其特征在于：所述支撑脚(3)上设置有可沿着支撑脚(3)上下活动的滑动架(5)，所述支撑脚(3)通过滑动架(5)与口字形框架(1)连接，所述支撑脚(3)上端与滑动架(5)之间连接有上拉伸弹簧(51)，所述支撑脚(3)下侧设置有倒钩(6)，所述倒钩(6)与支撑脚(3)之间连接有下拉伸弹簧(61)，所述滑动架(5)上设置有与倒钩(6)对应的卡板(52)。

3.根据权利要求1所述的一种便携式废旧动力电池放电设备，其特征在于：所述口字形框架(1)的前后两侧上设置有伸缩栅状架(7)，所述伸缩栅状架(7)由若干个X字状件(71)连接而成，所述X字状件(71)由两个旋转条(72)连接而成，所述电极连接杆(2)与伸缩栅状架(7)连接。

4.根据权利要求1所述的一种便携式废旧动力电池放电设备，其特征在于：所述电极连接器(4)包括有H字状架(41)、位于H字状架(41)下侧的工字滑块(42)、位于工字滑块(42)下端的铜柱(43)，所述H字状架和工字滑块之间设置有缓冲弹簧(44)，所述H字状架(41)上端两侧分别设置有与电极蜗杆(21)连接的导向板(45)和接线板(46)。

5.根据权利要求2所述的一种便携式废旧动力电池放电设备，其特征在于：所述口字形框架(1)上设置有带动电极蜗杆(21)旋转的调宽螺杆(12)。

6.根据权利要求3所述的一种便携式废旧动力电池放电设备，其特征在于：所述口字形框架(1)上设置有竖直安装的调距螺杆(13)，所述调距螺杆(13) 上下两侧设置有方向相反螺纹并分别套装有螺纹滑块(14)，所述螺纹滑块(14)分别与伸缩栅状架(7)的上下两侧连接。

7.一种便携式废旧动力电池放电方法，其特征在于采用权利要求1所述的一种便携式废旧动力电池放电设备及方法，步骤包括：

1)MCU控制继电器开关对电池进行串联，同时控制继电器开关将功率电阻串联，MCU根据电流采集监测的信号控制继电器开关调整功率电阻串联的数量，控制电阻值的大小，使得放电电流在1～500A范围内；

2)热电偶实时监测动力电池的温度，当动力电池温度为50℃～85℃时，MCU控制继电器开关增加功率电池串联的数量增加电阻值，减少放电电流，使得动力电池温度≤85℃；

3)当出现异常时，当动力电池温度＞85℃，MCU发出指令控制放电设备与电池分离；

4)在正常放电条件下，当设备监测到某一个电池电压到达0V时，MCU控制相对应的继电器开关连通使得该电池短路；

5)当最后一个动力电池单体电压到达0V时，MCU控制电池所对应的继电器开关全部断开，然后接通外部电源，所述外部电源为其它待放电的电池或外接电源，并且外部电源的正极与动力电池模组的负极相接，外部电源的负极与动力电池模组的正极相接，对动力电池模组进行反向充电，充电电压为51～100V，充电时间为125min～24h，动力电池温度≤85℃，防止动力电池电压放电后再次回升；

6)充电结束后，MCU控制电机控制器使电机工作，带动滑动装置中的卡板横向移动，使弹卡装置与卡板脱离，桁架在上拉伸弹簧的作用下升起与动力电池分离。