动力电池自动拆解回收设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池回收处理领域，特别涉及一种动力电池自动拆解回收设备和方法。
【背景技术】
[0002]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。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成为影响到动力电池产业发展的一个重要因素。目前，国内动力电池回收行业还处于起步摸索阶段，动力电池的自动化拆解程度低，主要依靠人工进行拆解。
[0003]在动力电池的拆解回收过程中，如何高效地将动力电池的保护外壳与电池基体分离是一个关键的问题，如果选择分离方法不当会造成电池短路起火甚至爆炸，并产生一定的有毒气体，人工操作存在安全隐患，此外，在手工操作的过程中，操作者容易接触到电池废液，危害健康。
[0004]因此，亟需开发出动力电池自动拆解回收设备，实现动力电池环保节能、安全可靠、效率高的拆解回收。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种动力电池自动拆解回收设备，该设备可实现动力电池的上料、装夹，电池头切割，电芯与电池外壳的分离及下料等一系列自动化工艺过程，具有环保节能、安全可靠、效率高的优点。
[0006]本发明的另一目的在于，提供一种基于上述动力电池自动拆解回收设备的控制方法。
[0007]为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案:动力电池自动拆解回收设备，包括机架、上料仓、上料机械手、水平移动平台、夹紧定位机构、切割机构、取芯机构；在进行动力电池拆解时，所述上料仓处于上料机械手的下方，所述上料机械手用于将上料仓中的动力电池转移到水平移动平台上；所述水平移动平台用于完成动力电池在水平移动平台上的装夹定位，以及将所述动力电池转移到切割机构，或者将已切割的动力电池转移到取芯机构；所述夹紧定位机构用于辅助水平移动平台对待切割的动力电池的切割位置进行定位；所述切割机构包括电池头夹紧机构、切割机和电池头下料仓，所述切割机用于对动力电池的电池头进行切割，所述电池头夹紧机构用于夹紧动力电池的电池头，并在电池头切割完成后，将电池头释放到电池头下料仓；所述取芯机构用于对切除电池头后的动力电池进行取芯，包括电芯下料仓、外壳下料仓、取芯装置，所述取芯装置撑开动力电池的外壳，取出电芯，并将其落入到电芯下料仓中，同时将剩下的动力电池的外壳落入到外壳下料仓中。通过上述结构，可以实现动力电池中电池头、电芯、外壳的自动化切割分离，完成动力电池的自动拆解回收。
[0008]优选的，所述上料机械手设置在水平移动平台的一侧，包括Y轴机械手、Z轴机械手、夹爪机构，所述Y轴机械手包括Y轴导轨和Y轴滑块，所述Z轴机械手包括Z轴导轨和Z轴滑块，所述夹爪机构设置在Z轴滑块上，夹爪机构包括夹爪、夹爪气缸，所述夹爪机构跟随Z轴滑块沿Z轴导轨进行垂直方向的移动，所述Z轴导轨一端固定在Y轴滑块上，沿Y轴导轨进行水平方向的移动；在进行动力电池拆解时，所述夹爪移动到上料仓的上方，用于夹取上料仓中的动力电池，夹爪的开合通过夹爪气缸来驱动。因此可实现将各种尺寸的动力电池从上料仓抓取到水平移动平台上。
[0009]优选的，所述水平移动平台包括X向平移机构、X向夹紧机构、Y向推料机构和Z向夹紧机构，所述X向平移机构包括X向平移平台、X向丝杆模组、X向平移电机，所述X向平移平台在X向平移电机驱动下在X向丝杆模组上移动；在所述X向平移平台上设有动力电池放置板，上料机械手抓取的待拆解动力电池放置在所述动力电池放置板上；所述X向夹紧机构、Z向夹紧机构分布在动力电池放置板的两侧，所述X向夹紧机构包括X向夹紧推板、X向夹紧气缸，X向夹紧气缸驱动X向夹紧推板沿着X方向移动，实现动力电池在X方向的夹紧定位；所述Z向夹紧机构包括Z向夹紧块、Z向夹紧气缸，Z向夹紧块在Z向夹紧气缸的驱动下，实现动力电池在Z方向的夹紧定位；所述Y向推料机构包括Y向推料板、Y向推料气缸、Y向推料导向杆，所述Y向推料板在Y向推料气缸驱动下沿着Y向推料导向杆方向移动，实现动力电池在Y方向的移动。
[0010]更进一步的，所述水平移动平台的一侧设有废液回收槽。用于收集已完成切割的动力电池所流出的废液，并将其导流到相应的下料仓中，避免对环境产生污染。
[0011 ] 更进一步的，所述动力电池放置板的面板上分布有若干条相互平行的凹槽，所述Y向推料板的一侧面设有若干个凸起，所述凸起穿过动力电池放置板的凹槽。从而Y向推料板在Y向推料气缸驱动下通过凸起推动动力电池进行Y方向的移动。Y向推料机构一方面配合夹紧定位机构使用，确定动力电池的切割长度，完成动力电池的Y向定位，另一方面实现将完成切割的动力电池快速转移到取芯机构上。
[0012]优选的，所述夹紧定位机构设置在上料机械手和水平移动平台之间，包括Y向定位板、丝杆模组、夹紧定位机构电机和定位过渡架，所述Y向定位板和水平移动平台的Y向推料板分别设置在动力电池Y方向的两端，所述Y向定位板在夹紧定位机构电机驱动下沿着丝杆模组方向移动；所述定位过渡架设置在动力电池放置板和丝杆模组之间。由于动力电池要进行切割，要对其切割位置进行定位，通过设置所述夹紧定位机构，再配合水平移动平台的Y向推料机构，就可以确定动力电池的Y向切割长度，完成动力电池的Y向定位。定位后，水平移动平台的X向夹紧机构、Z向夹紧机构对动力电池进行夹紧，Y向定位板退出，水平移动平台将动力电池移动到后面的切割机构。在Y向推料板向Y向定位板推送动力电池时，定位过渡架用于托住被定位夹紧的动力电池。
[0013]更进一步的，所述Y向定位板上根据不同动力电池极耳位置的不同设有若干个凹槽，以适应不同动力电池极耳的定位要求。
[0014]优选的，所述切割机构设置在水平移动平台的一侧，包括切割机、电池头夹紧机构，所述切割机包括切割刀片、切割电机，所述切割刀片在切割电机驱动下高速旋转；所述电池头夹紧机构包括夹持下压板、夹持下压板气缸、夹持翻转板、夹持翻转板气缸、夹持移动平台、夹持移动平台模组、夹持移动平台气缸，夹持移动平台模组位于切割刀片的侧下方，平行于切割刀片，夹持移动平台在夹持移动平台气缸作用下在夹持移动平台模组上移动；夹持下压板、夹持翻转板均设置在所述夹持移动平台上，夹持下压板位于夹持翻转板的上方，在进行切割时，动力电池的电池头先被移动到所述夹持翻转板上，所述夹持下压板在夹持下压板气缸的作用下向下移动夹紧动力电池的电池头；所述电池头下料仓设置在夹持翻转板的下方；所述夹持翻转板气缸用于在电池头切割完成后驱动夹持翻转板翻转，将留在夹持翻转板上的电池头释放到电池头下料仓。电池头夹紧机构通过3个气缸驱动，通过它们之间的协同控制实现对电池头的夹紧和下料，防止电池头在切割过程的分离对设备产生的不良影响，同时也有利于电池头的下料。
[0015]更进一步的，在所述切割机构中还设置了对刀装置，所述对刀装置为一组光电对射开关，分设在切割刀片的两侧；所述切割机构包括一 Z向移动机构，所述Z向移动机构包括切割机Z向移动模组、切割机Z向移动电机，所述切割电机、切割刀片均设置在切割机Z向移动模组上，所述切割机Z向移动模组在切割机Z向移动电机驱动下进行Z轴方向上的移动。通过对刀装置和Z向移动机构，可以对切割刀片进行高精度的位置测量和定位，以保证切割过程的顺利进行，避免因为切割刀片的磨损而导致“切不断”等情况的发生。
[0016]更进一步的，所述切割机构中还包括一粉尘收集器，所述粉尘收集器包括粉尘收集罩、粉尘沉积腔、排气管道、高压风机，粉尘收集罩位于切割刀片的下方，呈喇叭形；高压风机位于粉尘沉积腔的顶部，产生负压，用于将切割过程中产生的粉尘通过粉尘收集罩主动吸入并沉积在粉尘沉积腔中，排气管道一端与高压风机连接，另一端与外部的废气处理系统连接。通过该粉尘收集器，可以收集动力电池在切割过程中产生的粉尘、废气，避免环境污染及对操作人员造成身体伤害。
[0017]更进一步的，所述切割电机为带刹车异步电机，切割电机与切割刀片之间通过皮带传动。
[0018]更进一步的，所述切割机Z向移动电机为伺服电机，以便于对切割位置进行精确位置补偿。
[0019]优选的，所述取芯机构设置在水平移动平台的一侧，包括Y向移动机构、取芯夹爪机构、取芯装夹平台，所述Y向移动机构包括Y向移动平台、Y向移动导轨、Y向移动电机，所述Y向移动平台在Y向移动电机驱动下沿着Y向移动导轨移动；所述取芯夹爪机构包括取芯夹爪、取芯夹爪连接块，取芯夹爪连接块设置在Y向移动平台上，取芯夹爪设置在取芯夹爪连接块上，其开口大小和垂直方向的位置可调；所述取芯装夹平台设置在水平移动平台和Y向移动机构之间，经过切割机构切割后的电池经水平移动平台被移动到所述取芯装夹平台上，所述取芯装夹平台用于对电池进行固定；所述取芯机构下方分别设有电芯下料仓和外壳下料仓。
[0020]更进一步的，所述取芯夹爪机构包括取芯夹爪、取芯夹爪连接块、取芯夹爪电机，取芯夹爪包括上夹爪和下夹爪，下夹爪与取芯夹爪连接块固定连接，所述取芯夹爪连接块上设有一垂直的导轨，导轨上设有夹爪移动连接块，所述上夹爪设置在夹爪移动连接块上，夹爪移动连接块在取芯夹爪电机的驱动下沿导轨作垂直运动。
[0021]更进一步的，所述取芯夹爪前端带有斜面。从而更有利于撑开电池外壳，取出电池内部的电芯。
[0022]更进一步的，所述取芯装夹平台包括上平板、下平板、下压机构、Y向定位机构、对中定位机构和上移机构，所述上平板和下平板的四个边角通过导向杆连接；所述下压机构包括取芯下压板、下压板电机、下压板丝杆，所述取芯下压板平行设置于上平板的下方，在下压板电机驱动下沿下压板丝杆上下移动；所述Y向定位机构包括Y向定位块、Y向定位电机、Y向定位导轨，Y向定位导轨设置在取芯下压板上，导轨中间为空槽，所述Y向定位块在Y向定位电机的驱动下在Y向定位导轨上移动，所述Y向定位块用于推动取芯下压板下方的动力电池进行Y方向的移动；所述