CN115911628A

CN115911628A - 一种异构锂电池拆解装置及其拆解方法

Info

Publication number: CN115911628A
Application number: CN202211238931.6A
Authority: CN
Inventors: 梁睿君; 李阳; 叶文华; 王俊伟; 巫青华
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2022-10-11
Filing date: 2022-10-11
Publication date: 2023-04-04

Abstract

本发明公开了一种异构锂电池拆解装置及其拆解方法，该拆解装置包括上料识别分类组件、多角度可旋转抓取机构、电磁式阵列式推出机构和可调式切割装置；上料识别分类组件用于异构锂电池初步分类；多角度可旋转抓取机构用于获得锂电池尺寸信息，且对异构锂电池进行抓取移动至切割位置；可调式切割装置用于切割锂电池外壳；电磁式阵列式推出机构用于将切割后的锂电池的电芯推出回收。本发明能够对不同形状、不同尺寸的锂电池进行切割和回收电芯，不但适应性强、效率高，制作成本低，而且有效提高了拆解效率和资源化利用率。

Description

一种异构锂电池拆解装置及其拆解方法

技术领域

本发明属于自动化拆解领域，特别是一种异构锂电池拆解回收机构，具体地说是一种可以拆解不同尺寸、不同形状的锂电池的异构锂电池拆解装置及其拆解方法。

背景技术

随着国家对新能源产业的扶持，新能源汽车得到了快速发展，目前中国已成为全球最大新能源汽车市场及最大的锂电池生产和消费国。然而动力锂电池寿命通常为5年左右，随着电动汽车市场规模不断增长，动力电池报废量也越来越大。在未来3到4年内，动力锂电池将会出现‘报废潮’。退役动力锂电池中的钴、镍、锂等材料都是非常重要的战略资源，广泛应用于航空、航天、电器、机械、化学和陶瓷等领域。目前我国80％的钴以及70％的锂、镍资源都依赖进口。

但是我国动力电池的回收利用还处于初始阶段，针对不同类型与规格的动力锂电池拆解尚缺乏成熟的技术，电池拆解基本以手工或半自动为主，不仅效率低、劳动强度大、成本高，而且工作环境差，还易产生二次污染。因此，针对大规模退役动力锂电池，尽快开展通用性好、适应性强、自动化与智能化程度高的拆解技术与装备，才能保证我国新能源产业的健康及可持续的发展。因此，必须尽快研发一种能对不同类型、规格的动力锂电池进行自动拆解的智能化装备，提高拆解效率和资源化利用率，改善工作环境与条件。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种异构锂电池拆解装置，其是一种对不同类型、规格的动力锂电池进行自动拆解的智能化装备，能够对不同形状、不同尺寸的锂电池进行切割和回收电芯，不但适应性强、效率高，制作成本低，而且有效提高了拆解效率和资源化利用率。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种异构锂电池拆解装置，包括上料识别分类组件、多角度可旋转抓取机构、电磁式阵列式推出机构和可调式切割装置；

所述上料识别分类组件用于异构锂电池初步分类；

所述多角度可旋转抓取机构用于获得锂电池尺寸信息，且对异构锂电池进行抓取移动至切割位置；

所述可调式切割装置用于切割锂电池外壳；

所述电磁式阵列式推出机构用于将切割后的锂电池的电芯推出回收。

进一步地，所述上料识别分类组件包括传动带装置、设置于传送带上方的激光传感体积检测器、设置于传送带边缘的分类气缸、设置于传送带底部的圆锂电池待处理箱、设置于传送带底部的方锂电池待处理箱；

所述传动带装置用于连续进行锂电池分类；

所述激光传感体积检测器用于区分锂电池类型；

所述分类气缸用于区分圆锂电池和方锂电池；

所述圆锂电池待处理箱用于接收圆锂电池；

所述方锂电池待处理箱用于接收方锂电池。

进一步地，所述圆锂电池待处理箱和方锂电池待处理箱的底部均设置有压力传感器，所述压力传感器用于检测锂电池是否到位。传送带底部也可设置贴片式压力传感器，用于检测电池是否分类完成。

传送带边缘设置薄板以防分类气缸将锂电池推出传送带；激光传感体积检测器当锂电池从下方移动时，计算收到阻碍的部分可以大致计算出锂电池面积，由于圆、方锂电池结构差异大，导致其体积差大，尽管是模糊面积值也可以实现快速分类；传送带底部的待处理箱，当锂电池从传送带上滑落时，由于压力作用触发箱体底部的压力传感器，使其发出锂电池到位信号供后续使用。

进一步地，所述多角度可旋转抓取机构包括设置于整体装置底部的左右移动丝杠及第一驱动电机、配合设置于左右移动丝杠上的支撑柱、设置于支撑柱上的前后移动丝杠、配合在前后移动丝杠上的抓取机构外壳、设置于抓取机构外壳上的升降机构、设置于升降机构底部的可旋转气缸、设置于可旋转气缸底部的伸缩式气缸、设置于伸缩式气缸两侧的夹爪、设置于夹爪两侧的嵌入式激光接收器、设置于抓取机构外壳上的推出气缸，所述推出气缸的端部连接着电磁式阵列式推出机构。

进一步地，所述升降机构包括多级齿轮齿条结构和第二驱动电机，所述第二驱动电机连接着多级齿轮齿条结构的齿轮，所述多级齿轮齿条结构的齿条连接着可旋转气缸。

进一步地，所述抓取机构外壳的两内侧面上分别设置有激光传感器发射器和激光传感器接收器。

进一步地，所述可调式切割装置包括两个前后丝杠、设置于前后丝杠上的移动块、设置于两个移动块之间的左右丝杠、设置于左右丝杠上的第一切割机和第二切割机、设置于切割装置侧边的电芯回收箱。

进一步地，所述电磁式阵列式推出机构包括设置于外壳底部的电磁片、设置于电磁片上方的弹簧、设置于弹簧前端的定位杆、设置于底部弹簧上端的磁性圆片。

进一步地，所述多角度可旋转抓取机构还包括二维相机，二维相机用于对锂电池拍照，获得锂电池二维形状(长和宽)，获取信息后可立即进行抓取，节省二次移动时间。

本发明提供一种异构锂电池拆解装置，其基本原理是通过激光传感体积检测器先区分圆、方锂电池体积，使用分类气缸将其分类到待处理箱中，待处理箱中内置压力传感器，当锂电池到位后，压力传感器发送信号，移动多角度可旋转抓取机构移动到待处理箱上方，使用二维相机拍摄锂电池的二维尺寸(长和宽)，旋转气缸旋转夹爪实现定位，下降抓取锂电池，回到对称式激光接收器位置，通过激光传感器发射激光，对称布置激光接收器及夹爪上也设置有激光接收器，计算未被接受区域(锂电池阻挡)部分即可获得锂电池的高度，以及可切割面积。根据获得的可切割面积，可调式切割装置移动切割机至适合切割位置，对锂电池进行切割。切割完成后，移动多角度可旋转抓取机构至电芯回收箱，通过前述计算的锂电池宽和高，对电磁式阵列式推出机构中电磁地板特定位置充电，使其与电磁圆板磁性相反，推出定位杆(范围在锂电池的宽和高区域内)，然后电磁式阵列式推出机构底部的推出气缸推出，使得电芯与外壳分离，掉落指定区域。

有益效果：本发明与现有技术相比，通过采用模块化组件配合方式，通过设计上料识别分类组件、多角度可旋转抓取机构、可调式切割装置来实现异构锂电池自动化拆解流程，可以针对大规模退役动力锂电池实现快速拆解回收，具有高度的自动化与智能化，从而有效提高了拆解效率和资源化利用率，与传统手工拆解相比，减少了人工参与，自动化程度高、拆解效率快。

附图说明

图1是本发明的一种异构锂电池拆解装置的主视图；

图2是本发明的上料识别分类组件的主视图；

图3是本发明的多角度可旋转抓取机构的主视图；

图4是本发明的电磁式阵列式推出机构的主视图；

图5是本发明的可调式切割装置的主视图。

图中编号说明：1-上料识别分类组件；1.1激光传感体积检测器；1.2传送带；1.3-分类气缸；1.4-圆锂电池待处理箱；1.5-方锂电池待处理箱；2-多角度可旋转抓取机构；2.1-第二驱动电机；2.2-伸缩式气缸；2.3-左右移动丝杠；2.4-第一驱动电机；2.5-前后移动丝杠；2.6-多级齿轮齿条传动结构；2.7-激光传感器接收器；2.8-可旋转气缸；2.9-推出气缸；2.10-电磁式阵列式推出机构；2.10.1未推出定位杆；2.10.2推出定位杆；2.10.3弹簧；2.10.4电磁地板；2.10.5磁性圆片；2.11-夹爪；2.12-抓取机构外壳；2.14-嵌入式激光接收器；3-可调式切割装置；3.1-前后丝杠；3.2-第一切割机；3.3-左右丝杠；3.4-第二切割机；3.5-电芯回收箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，本发明提供一种异构锂电池拆解装置，包括上料识别分类组件1、多角度可旋转抓取机构2、电磁式阵列式推出机构和可调式切割装置3；上料识别分类组件1用于异构锂电池初步分类；多角度可旋转抓取机构2用于获得锂电池尺寸信息，且对异构锂电池进行抓取移动至切割位置；可调式切割装置3用于切割锂电池外壳；电磁式阵列式推出机构用于将切割后的锂电池的电芯推出回收。

如图2所示，上料识别分类组件1包括传动带1.2、设置于传送带1.2上方的激光传感体积检测器1.1、设置于传送带1.2边缘的分类气缸1.3、设置于传送带1.2底部的圆锂电池待处理箱1.4、设置于传送带1.2底部的方锂电池待处理箱1.5，圆锂电池待处理箱1.4和方锂电池待处理箱1.5的底部均设置有压力传感器(图上未显示)，压力传感器用于检测锂电池是否到位，传送带1.2底部也可设置贴片式压力传感器，用于检测电池是否分类完成。

如图3所示，多角度可旋转抓取机构2包括设置于整体装置底部的左右移动丝杠2.3及第一驱动电机2.4、配合设置于左右移动丝杠2.3上的支撑柱2.13、设置于支撑柱2.13上的前后移动丝杠2.5、配合在前后移动丝杠2.5上的抓取机构外壳2.12、设置于抓取机构外壳2.12上的升降机构、设置于升降机构底部的可旋转气缸2.8、设置于可旋转气缸2.8底部的伸缩式气缸2.2、设置于伸缩式气缸2.2两侧的夹爪2.11、设置于夹爪2.11两侧的嵌入式激光接收器2.14、安装于多角度可旋转抓取机构2上的二维相机(图上未显示)、设置于抓取机构外壳2.12上的推出气缸2.9，推出气缸2.9的端部连接着电磁式阵列式推出机构2.10。

其中，升降机构包括多级齿轮齿条传动结构2.6和第二驱动电机2.1，第二驱动电机2.1连接着多级齿轮齿条结构2.6的齿轮，多级齿轮齿条结构2.6的齿条连接着可旋转气缸2.8；抓取机构外壳2.12的两内侧面上分别设置有激光传感器发射器(图上未显示)和激光传感器接收器2.7，两者对称设置。

如图4所示，电磁式阵列式推出机构2.10包括机构外壳2.10.6、设置于机构外壳2.10.6底部的电磁片2.10.4、设置于电磁片2.10.4上方的弹簧2.10.3、设置于弹簧2.10.3前端的定位杆、设置于底部弹簧上端的磁性圆片2.10.5，其中定位杆包括未推出定位杆2.10.1和已推出定位杆2.10.2。

如图5所示，可调式切割装置3包括两个前后丝杠3.1、设置于前后丝杠3.1上的移动块3.6、设置于两个移动块3.6之间的左右丝杠3.3、设置于左右丝杠3.3上的第一切割机3.2和第二切割机3.4、设置于切割装置侧边的电芯回收箱3.5。

基于上述方案，本实施例中将上述异构锂电池拆解装置进行实例应用，用于异构锂电池的自动化拆解，具体的流程包括如下步骤：

S1：将异构锂电池放置到传送带1.2上，由于圆、方锂电池体积差异大，当锂电池到达激光传感体积检测器1.1下方时，激光传感体积检测器1.1可以很快区分其类型，并且通过分类气缸1.3控制锂电池在传送带1.2上的移动位置，使得圆锂电池和方锂电池能够分别落入到圆锂电池待处理箱1.4和方锂电池待处理箱1.5内；

S2：当锂电池到达待处理箱后，贴片式压力传感器产生到位信号给多角度可旋转抓取机构2，多角度可旋转抓取机构2收到信号后开始工作，具体过程为：

通过第一驱动电机2.4驱动左右移动丝杠2.3，使得支撑柱2.13带动多角度可旋转抓取机构2整体朝着待处理箱移动，多角度可旋转抓取机构2到达待处理箱的上方处时，通过使用二维相机对待处理箱拍照，得到锂电池的二维图像(长和宽)，然后可旋转气缸2.8调整控制夹爪2.11的角度，再通过第二驱动电机2.1控制多级齿轮齿条传动结构2.6的齿轮和齿条开始配合，使得夹爪2.11下降至指定位置，接着通过伸缩式气缸2.2控制夹爪2.11将锂电池夹紧抓取；

S3：抓取到锂电池后，回到对称式激光检测装置位置，该装置设置在夹爪2.11左右两侧，包括激光传感器发射器和激光传感器接收器2.7，主要作用是左侧发射激光，右侧接受激光(其中夹爪2.11的外侧位置也布置了激光接收)，通过计算未被接收区域(锂电池阻挡)部分即可获得锂电池的高度，以及可切割面积；

S4：根据计算获得的可切割范围后，可调式切割装置3通过两个前后丝杠3.1调整第一切割机3.2和第二切割机3.4的前后位置，通过左右丝杠3.3调整第一切割机3.2和第二切割机3.4的左右位置，通过位置调整后的可调式切割装置3对锂电池外壳进行切割；

S5：切割完成后，夹爪2.11回到电磁式阵列式推出机构2.10位置，通过步骤S2中二维相机得到的电池的二维尺寸(长、宽)、步骤S3中激光传感器得到的电池的高，得到这些参数后，可以确定锂电池的电芯位置。

参照图4，在开始时电磁式阵列式推出机构2.10中指定位置的电磁片2.10.4保持得电状态，使其磁性与对应的弹簧2.10.3顶部相连的磁性圆片2.10.5磁性相同，从而压缩弹簧，又因为磁性圆片2.10.5固定在定位杆底部从而带动定位杆向内移动，此时定位杆均收缩在机构外壳2.10.6内，处于未推出状态。得到锂电池电芯位置后，对指定位置的电磁片放电，使其失去磁性，导致对应定位杆的弹簧发生复位，由于失去了弹簧的限位作用，使得这些指定位置的定位杆能够被推出(范围在锂电池的宽和高区域内)，然后通过推出气缸2.9推动电磁片2.10.4，上述指定位置的定位杆被推出形成已推出定位杆2.10.2，而其余定位杆由于存在弹簧限位，所以不能被推出形成未推出定位杆2.10.1，已推出定位杆2.10.2接触到已切割的锂电池内芯使其推出，锂电池内芯被推出至电芯回收箱3.5内，完成回收步骤。

Claims

1.一种异构锂电池拆解装置，其特征在于，包括上料识别分类组件、多角度可旋转抓取机构、电磁式阵列式推出机构和可调式切割装置；

所述上料识别分类组件用于异构锂电池初步分类；

所述可调式切割装置用于切割锂电池外壳；

2.根据权利要求1所述的一种异构锂电池拆解装置，其特征在于，所述上料识别分类组件包括传动带装置、设置于传送带上方的激光传感体积检测器、设置于传送带边缘的分类气缸、设置于传送带底部的圆锂电池待处理箱、设置于传送带底部的方锂电池待处理箱；

所述传动带装置用于连续进行锂电池分类；

所述激光传感体积检测器用于区分锂电池类型；

所述分类气缸用于区分圆锂电池和方锂电池；

所述圆锂电池待处理箱用于接收圆锂电池；

所述方锂电池待处理箱用于接收方锂电池。

3.根据权利要求2所述的一种异构锂电池拆解装置，其特征在于，所述圆锂电池待处理箱和方锂电池待处理箱的底部均设置有压力传感器，所述压力传感器用于检测锂电池是否到位。

4.根据权利要求1所述的一种异构锂电池拆解装置，其特征在于，所述多角度可旋转抓取机构包括设置于整体装置底部的左右移动丝杠及第一驱动电机、配合设置于左右移动丝杠上的支撑柱、设置于支撑柱上的前后移动丝杠、配合在前后移动丝杠上的抓取机构外壳、设置于抓取机构外壳上的升降机构、设置于升降机构底部的可旋转气缸、设置于可旋转气缸底部的伸缩式气缸、设置于伸缩式气缸两侧的夹爪、设置于夹爪两侧的嵌入式激光接收器、设置于抓取机构外壳上的推出气缸，所述推出气缸的端部连接着电磁式阵列式推出机构。

5.根据权利要求4所述的一种异构锂电池拆解装置，其特征在于，所述升降机构包括多级齿轮齿条结构和第二驱动电机，所述第二驱动电机连接着多级齿轮齿条结构的齿轮，所述多级齿轮齿条结构的齿条连接着可旋转气缸。

6.根据权利要求4所述的一种异构锂电池拆解装置，其特征在于，所述抓取机构外壳的两内侧面上分别设置有激光传感器发射器和激光传感器接收器。

7.根据权利要求1所述的一种异构锂电池拆解装置，其特征在于，所述可调式切割装置包括两个前后丝杠、设置于前后丝杠上的移动块、设置于两个移动块之间的左右丝杠、设置于左右丝杠上的第一切割机和第二切割机、设置于切割装置侧边的电芯回收箱。

8.根据权利要求1所述的一种异构锂电池拆解装置，其特征在于，所述电磁式阵列式推出机构包括设置于外壳底部的电磁片、设置于电磁片上方的弹簧、设置于弹簧前端的定位杆、设置于底部弹簧上端的磁性圆片。

9.根据权利要求1所述的一种异构锂电池拆解装置，其特征在于，所述多角度可旋转抓取机构还包括二维相机，二维相机用于对锂电池拍照，获得锂电池二维形状。

10.一种异构锂电池拆解装置的拆解方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将异构锂电池放置到传送带上，当锂电池到达激光传感体积检测器下方时，激光传感体积检测器可以很快区分其类型，并且通过分类气缸控制锂电池在传送带上的移动位置，使得圆锂电池和方锂电池能够分别落入到圆锂电池待处理箱和方锂电池待处理箱内；

S2：当锂电池到达待处理箱后，贴片式压力传感器产生到位信号给多角度可旋转抓取机构，多角度可旋转抓取机构收到信号后开始工作，具体过程为：

通过第一驱动电机驱动左右移动丝杠，使得支撑柱带动多角度可旋转抓取机构整体朝着待处理箱移动，多角度可旋转抓取机构到达待处理箱的上方处时，通过使用二维相机对待处理箱拍照，得到锂电池的二维图像，然后可旋转气缸调整控制夹爪的角度，再通过第二驱动电机控制多级齿轮齿条传动结构的齿轮和齿条开始配合，使得夹爪下降至指定位置，接着通过伸缩式气缸控制夹爪将锂电池夹紧抓取；

S3：抓取到锂电池后，回到对称式激光检测装置位置，通过计算未被接收区域部分即可获得锂电池的高度，以及可切割面积；

S4：根据计算获得的可切割范围后，可调式切割装置通过两个前后丝杠调整第一切割机和第二切割机的前后位置，通过左右丝杠调整第一切割机和第二切割机的左右位置，通过位置调整后的可调式切割装置对锂电池外壳进行切割；

S5：切割完成后，夹爪回到电磁式阵列式推出机构位置，通过步骤S2中二维相机得到的电池的二维尺寸、步骤S3中激光传感器得到的电池的高，得到这些参数后，可以确定锂电池的电芯位置；

在开始时电磁式阵列式推出机构中指定位置的电磁片保持得电状态，使其磁性与对应的弹簧顶部相连的磁性圆片磁性相同，从而压缩弹簧，又因为磁性圆片固定在定位杆底部从而带动定位杆向内移动，此时定位杆均收缩在机构外壳内，处于未推出状态；得到锂电池电芯位置后，对指定位置的电磁片放电，使其失去磁性，导致对应定位杆的弹簧发生复位，由于失去了弹簧的限位作用，使得这些指定位置的定位杆能够被推出，然后通过推出气缸推动电磁片，上述指定位置的定位杆被推出形成已推出定位杆，而其余定位杆由于存在弹簧限位，所以不能被推出形成未推出定位杆，已推出定位杆接触到已切割的锂电池内芯使其推出，锂电池内芯被推出至电芯回收箱内，完成回收步骤。