相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),2018年后新能源汽車動(dòng)力鋰電池將進(jìn)入規(guī)模化退役,預(yù)計(jì)到2020年累計(jì)將超過20萬噸(24.6GWh),如果按70%可用于梯次利用,大約有6萬噸動(dòng)力電池需要報(bào)廢處理。目前電池回收有兩種模式:一個(gè)是梯次利用,一個(gè)是拆解之后重新做成鋰電池的原材料。在激勵(lì)措施上,國家將在現(xiàn)有資金渠道內(nèi)對(duì)梯級(jí)利用企業(yè)和再生利用企業(yè)的技術(shù)研發(fā)、設(shè)備進(jìn)口等方面給予支持,鼓勵(lì)企業(yè)不斷提升技術(shù)水平,節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境。
一、背景和意義
隨著人們生活水平的提高,汽車需求量逐年穩(wěn)步上升,石油需求量也相應(yīng)持續(xù)增長。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國汽車用油占石油總消費(fèi)量的1/3至1/2,占汽油生產(chǎn)量的近90%,燃油汽車既增加了石油供給壓力,也加劇了環(huán)境污染,通過對(duì)大中型城市PM2.5的來源分析,機(jī)動(dòng)車尾氣對(duì)大氣造成的污染占污染總量的25%。
為保護(hù)環(huán)境和資源并推動(dòng)我國汽車行業(yè)發(fā)展,近些年新能源車得到了政府的大力支持,如2015年底發(fā)改委印發(fā)的《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015-2020年)》中明確提出,到2020年全國將新增集中式充換電站1.2萬座,分散式充電樁480萬個(gè)等。
時(shí)至今日,我國已成為全球最大的新能源汽車市場(chǎng),新能源汽車得到了井噴式發(fā)展。早在2016年新能源汽車生產(chǎn)就已達(dá)到51.7萬輛,銷售50.7萬輛,比上年同期分別增長51.7%和53%,其中純電動(dòng)汽車產(chǎn)銷分別完成41.7萬輛和40.9萬輛,比上年同期分別增長63.9%和65.1%
國務(wù)院發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)》指出,到2020年純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量超過500萬輛。新能源汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展將拉動(dòng)動(dòng)力電池的需求,而鋰電池因具有電壓高、能量密度高、充放電壽命長、無記憶效應(yīng)、無污染、充電效率高、自放電率低、工作溫度范圍寬、安全性好等顯著優(yōu)勢(shì),目前正加速替代鉛酸電池和鎳氫電池成為新能源汽車的動(dòng)力電池,成為動(dòng)力電池發(fā)展的主要方向。
隨著鋰電池產(chǎn)量和消費(fèi)量的逐年攀升,電池報(bào)廢量也不斷增加,所以對(duì)廢舊電池的綜合回收并處理利用刻不容緩。畢竟動(dòng)力鋰電池退役后,如果處置不當(dāng),隨意丟棄,一方面會(huì)給社會(huì)帶來環(huán)境影響和安全隱患,另一方面也會(huì)造成資源浪費(fèi)。
推動(dòng)新能源汽車動(dòng)力鋰電池回收利用,有利于保護(hù)環(huán)境和社會(huì)安全,推進(jìn)資源循環(huán)利用,有利于促進(jìn)我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展,對(duì)于加快綠色發(fā)展、建設(shè)生態(tài)文明和美麗中國具有重要意義。
相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),2018年后新能源汽車動(dòng)力鋰電池將進(jìn)入規(guī)模化退役,預(yù)計(jì)到2020年累計(jì)將超過20萬噸(24.6GWh),如果按70%可用于梯次利用,大約有6萬噸電池需要報(bào)廢處理。
黨中央、國務(wù)院也高度重視新能源汽車動(dòng)力鋰電池回收利用,國務(wù)院召開專題會(huì)議進(jìn)行研究部署。近幾年來,工信部、發(fā)改委、國務(wù)院、環(huán)保部、商務(wù)部、質(zhì)檢總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)密集出臺(tái)了多項(xiàng)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn),極大的推動(dòng)了動(dòng)力鋰電池的回收利用。
二、汽車鋰電池回收技術(shù)發(fā)展水平及市場(chǎng)需求
目前電池有兩個(gè)回收模式:一個(gè)是梯次利用,一個(gè)是拆解之后重新做成鋰電池的原材料。在激勵(lì)措施上,國家將在現(xiàn)有資金渠道內(nèi)對(duì)梯級(jí)利用企業(yè)和再生利用企業(yè)的技術(shù)研發(fā)、設(shè)備進(jìn)口等方面給予支持,鼓勵(lì)企業(yè)不斷提升技術(shù)水平,節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境。
在技術(shù)研發(fā)方面,國家支持動(dòng)力蓄電池相關(guān)回收利用技術(shù)和裝備的研發(fā),鼓勵(lì)廢舊動(dòng)力蓄電池回收企業(yè)、梯級(jí)利用企業(yè)、再生利用企業(yè)不斷開發(fā)和推廣新技術(shù)。在國際合作方面,國家將鼓勵(lì)開展電動(dòng)汽車動(dòng)力電池回收利用領(lǐng)域的國際交流與合作,支持國家標(biāo)準(zhǔn)的共同制定和協(xié)調(diào)統(tǒng)一,支持開展具有國際先進(jìn)水平的示范項(xiàng)目建設(shè)。
現(xiàn)在,廢舊鋰離子電池的回收技術(shù)已經(jīng)有了重大的突破,但是現(xiàn)有的技術(shù)成本高、操作復(fù)雜,還能引起二次污染?,F(xiàn)有的回收技術(shù)只關(guān)注于正極材料,對(duì)于負(fù)極來說只是簡(jiǎn)單的分離和銅箔的回收,碳負(fù)極廢料并沒有有效的修復(fù)再用。
本項(xiàng)目適應(yīng)行業(yè)發(fā)展規(guī)劃及相關(guān)要求,具有很高的可行性,完成新能源汽車廢舊鋰電池綜合回收智能化生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)對(duì)我市在汽車鋰電池回收利用技術(shù)具有很大的促進(jìn)作用,完善產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展及布局,將廢舊鋰離子電池回收處理不僅能夠減少對(duì)環(huán)境的污染,還能夠取得相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益。
廢舊電池復(fù)雜性高,拆解不便,退役動(dòng)力電池復(fù)雜程度很高,包括不同類型電池制造和設(shè)計(jì)工藝的復(fù)雜性、串并聯(lián)成組形式、服役和使用時(shí)間、應(yīng)用車型和使用工況的多樣性。比如,電池有方型、圓柱形、軟包等不同類型,其疊片、繞組形式也不同,由于集成形式不同,成組后電池包也各異。
這些復(fù)雜性導(dǎo)致電池回收再利用或者拆解時(shí)極為不便。因此,在目前自動(dòng)化水平不高的情況下,多數(shù)工序是人工完成的,工人的技能水平可能會(huì)影響著電池回收過程中的成品率,同時(shí)手工拆解過程中,電池短路、漏液可能導(dǎo)致起火或者爆炸,對(duì)人身和財(cái)產(chǎn)有潛在安全隱患。
回收的鋰電池包急需從入庫到報(bào)廢整個(gè)過程的智能化生產(chǎn)線裝備的導(dǎo)入,從入庫,拆機(jī)電池包,再到梯次利用或者再生利用,并開展全生命周期溯源管理。
三、主要技術(shù)路線
3.1、主要技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)
(1)入庫前檢測(cè)裝備研發(fā);
(2)智能化立體倉庫研發(fā);
(3)人機(jī)協(xié)同電池自動(dòng)化拆解生產(chǎn)線研發(fā);
(4)電池智能檢測(cè)設(shè)備研發(fā);
(5)電池模組梯次利用組裝線研發(fā);
(6)廢舊鋰電池綜合回收制造過程執(zhí)行系統(tǒng)(MES)研發(fā)。
3.2、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)
(1)廢舊電池性能智能檢測(cè)與評(píng)價(jià)體系;
(2)電池包拆解自動(dòng)化生產(chǎn)線的實(shí)現(xiàn);
(3)回收電池物流智慧化管理實(shí)現(xiàn),包括自動(dòng)化立庫,物料自動(dòng)化存取,物料編碼和溯源系統(tǒng);
(4)基于MES系統(tǒng)的廢舊電池處理智慧化工廠設(shè)計(jì)。
3.3、擬采用的技術(shù)原理、技術(shù)方法、技術(shù)路線等
研究回收的鋰電池包從入庫到報(bào)廢整個(gè)過程的智能化生產(chǎn)線裝備,首先入庫,拆機(jī)電池包,再到梯次利用或者再生利用,內(nèi)容及路線如下:
(1)入庫前檢測(cè):
1)電池包到廠;2)卸貨到中轉(zhuǎn)區(qū)域;3)外觀檢查;4)絕緣檢測(cè);5)放電(外觀檢測(cè)不合格品放電后直接手工拆解);6)掃碼上傳;7)入庫。
(2)智能化立體倉庫:
主要設(shè)備:高層貨架、堆垛機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、托盤、AGV小車、天軌、地軌、計(jì)算機(jī)硬件、WMS系統(tǒng)、WCS系統(tǒng)等。
(3)電池拆解生產(chǎn)線:
1)電池包出庫上線;2)機(jī)械手拆除上蓋螺絲及其它外罩螺絲;3)人工拆除上蓋和其它密封蓋;4)機(jī)械手拆除導(dǎo)流排與導(dǎo)線柱上螺絲;5)人工拆除導(dǎo)流排;6)人工拆除線束、BMS、保險(xiǎn)開關(guān)等;7)機(jī)械手拆除模組及底座固定螺釘;8)模組電性能檢測(cè)(電壓、內(nèi)阻);9)合格品與不合格品分類吊裝下線;10)良品模組噴碼、貼碼上傳;11)底蓋吊裝下線;12)拆除模組外罩;13)導(dǎo)流排、極耳焊點(diǎn)處理;14)模組分解取出電芯;15)電芯性能檢測(cè);16)機(jī)械手電芯分類下線;17)良品電芯噴碼、貼碼,各自動(dòng)化工序需要配備視覺系統(tǒng)CCD和智能機(jī)械手。
(4)檢測(cè)設(shè)備:
1)模塊檢測(cè)設(shè)備;2)電芯檢測(cè)設(shè)備;3)電池包檢測(cè)設(shè)備;4)EOL測(cè)試設(shè)備。
(5)梯次利用組裝線:
1)模組組裝;2)模組裝箱;3)安裝BMS、線束連接、面板等;4)EOL測(cè)試;5)緊固箱蓋(機(jī)械手)。
(6)電池MES系統(tǒng):
MES系統(tǒng)包括從原料入庫、拆解線、檢測(cè)、組裝線到產(chǎn)品出庫的整個(gè)產(chǎn)線的每一個(gè)環(huán)節(jié),請(qǐng)認(rèn)真做好整體和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì),保證系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、實(shí)際運(yùn)行、國家溯源平臺(tái)對(duì)接成功;
(7)再生利用生產(chǎn)線:
1)一級(jí)撕碎機(jī)中進(jìn)行撕碎;2)二次破碎;3)磁選分選鐵;4)分氣流分選隔膜紙;5)三級(jí)粉碎;6)氣流分選正負(fù)極材料與銅、鋁、鎳等材料;7)所有的超細(xì)粉塵進(jìn)行空氣凈化,使之達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行高空排放。
四、技術(shù)指標(biāo):
1、設(shè)備自動(dòng)化率≥70%;
2、設(shè)備回收產(chǎn)能:0.2~1噸/小時(shí);
3、可處理廢電池最大尺寸:2.2m×1.4m×0.6m;
4、適應(yīng)最大電池包重量:700kg;
5、鐵回收率(重量%):≥99%,銅鋁回收率(重量%):≥98%,正負(fù)極材料回收率(重量%):≥99%;
6、可對(duì)接“新能源汽車國家監(jiān)測(cè)與動(dòng)力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺(tái)"。
五、項(xiàng)目實(shí)施方案
5.1、技術(shù)實(shí)施步驟
由入庫前處理、智能化立體倉庫、電池拆解生產(chǎn)線、檢測(cè)設(shè)備、梯次利用組裝線、再生利用生產(chǎn)線和鋰電池綜合回收智能化生產(chǎn)線MES系統(tǒng)組成。電池包到廠后先進(jìn)行入庫前處理,入庫前處理在滾筒流水線上完成。
預(yù)處理后的電池包通過堆垛機(jī)叉取進(jìn)入立體倉庫或直接叉取到電池拆解生產(chǎn)線進(jìn)行拆解生產(chǎn),電池包首先拆解成電芯模組進(jìn)行電性能檢測(cè),合格的電芯模組進(jìn)行梯次利用,不合格的電芯模組繼續(xù)拆解成單體電芯,繼續(xù)對(duì)單體電芯進(jìn)行電性能檢測(cè),合格的單體電芯進(jìn)行梯次組裝利用,不合格的報(bào)廢電芯進(jìn)入再生利用生產(chǎn)線。
通過合適的工藝對(duì)鋰電池單體電芯中的正極材料、電解液、外殼材料、隔膜和負(fù)極材料進(jìn)行充分回收;整個(gè)生產(chǎn)過程通過鋰電池綜合回收智能化生產(chǎn)線MES系統(tǒng)進(jìn)行管理和監(jiān)控,該MES系統(tǒng)專門針對(duì)廢舊鋰電池包回收利用過程定制開發(fā),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)自動(dòng)化管理,構(gòu)建系統(tǒng)的產(chǎn)品追溯系統(tǒng)和數(shù)字化信息管理系統(tǒng)。
總體技術(shù)方案的組織生產(chǎn)流程如下:
一、背景和意義
隨著人們生活水平的提高,汽車需求量逐年穩(wěn)步上升,石油需求量也相應(yīng)持續(xù)增長。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國汽車用油占石油總消費(fèi)量的1/3至1/2,占汽油生產(chǎn)量的近90%,燃油汽車既增加了石油供給壓力,也加劇了環(huán)境污染,通過對(duì)大中型城市PM2.5的來源分析,機(jī)動(dòng)車尾氣對(duì)大氣造成的污染占污染總量的25%。
為保護(hù)環(huán)境和資源并推動(dòng)我國汽車行業(yè)發(fā)展,近些年新能源車得到了政府的大力支持,如2015年底發(fā)改委印發(fā)的《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015-2020年)》中明確提出,到2020年全國將新增集中式充換電站1.2萬座,分散式充電樁480萬個(gè)等。
時(shí)至今日,我國已成為全球最大的新能源汽車市場(chǎng),新能源汽車得到了井噴式發(fā)展。早在2016年新能源汽車生產(chǎn)就已達(dá)到51.7萬輛,銷售50.7萬輛,比上年同期分別增長51.7%和53%,其中純電動(dòng)汽車產(chǎn)銷分別完成41.7萬輛和40.9萬輛,比上年同期分別增長63.9%和65.1%
國務(wù)院發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)》指出,到2020年純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量超過500萬輛。新能源汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展將拉動(dòng)動(dòng)力電池的需求,而鋰電池因具有電壓高、能量密度高、充放電壽命長、無記憶效應(yīng)、無污染、充電效率高、自放電率低、工作溫度范圍寬、安全性好等顯著優(yōu)勢(shì),目前正加速替代鉛酸電池和鎳氫電池成為新能源汽車的動(dòng)力電池,成為動(dòng)力電池發(fā)展的主要方向。
隨著鋰電池產(chǎn)量和消費(fèi)量的逐年攀升,電池報(bào)廢量也不斷增加,所以對(duì)廢舊電池的綜合回收并處理利用刻不容緩。畢竟動(dòng)力鋰電池退役后,如果處置不當(dāng),隨意丟棄,一方面會(huì)給社會(huì)帶來環(huán)境影響和安全隱患,另一方面也會(huì)造成資源浪費(fèi)。
推動(dòng)新能源汽車動(dòng)力鋰電池回收利用,有利于保護(hù)環(huán)境和社會(huì)安全,推進(jìn)資源循環(huán)利用,有利于促進(jìn)我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展,對(duì)于加快綠色發(fā)展、建設(shè)生態(tài)文明和美麗中國具有重要意義。
相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),2018年后新能源汽車動(dòng)力鋰電池將進(jìn)入規(guī)模化退役,預(yù)計(jì)到2020年累計(jì)將超過20萬噸(24.6GWh),如果按70%可用于梯次利用,大約有6萬噸電池需要報(bào)廢處理。
黨中央、國務(wù)院也高度重視新能源汽車動(dòng)力鋰電池回收利用,國務(wù)院召開專題會(huì)議進(jìn)行研究部署。近幾年來,工信部、發(fā)改委、國務(wù)院、環(huán)保部、商務(wù)部、質(zhì)檢總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)密集出臺(tái)了多項(xiàng)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn),極大的推動(dòng)了動(dòng)力鋰電池的回收利用。
二、汽車鋰電池回收技術(shù)發(fā)展水平及市場(chǎng)需求
目前電池有兩個(gè)回收模式:一個(gè)是梯次利用,一個(gè)是拆解之后重新做成鋰電池的原材料。在激勵(lì)措施上,國家將在現(xiàn)有資金渠道內(nèi)對(duì)梯級(jí)利用企業(yè)和再生利用企業(yè)的技術(shù)研發(fā)、設(shè)備進(jìn)口等方面給予支持,鼓勵(lì)企業(yè)不斷提升技術(shù)水平,節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境。
在技術(shù)研發(fā)方面,國家支持動(dòng)力蓄電池相關(guān)回收利用技術(shù)和裝備的研發(fā),鼓勵(lì)廢舊動(dòng)力蓄電池回收企業(yè)、梯級(jí)利用企業(yè)、再生利用企業(yè)不斷開發(fā)和推廣新技術(shù)。在國際合作方面,國家將鼓勵(lì)開展電動(dòng)汽車動(dòng)力電池回收利用領(lǐng)域的國際交流與合作,支持國家標(biāo)準(zhǔn)的共同制定和協(xié)調(diào)統(tǒng)一,支持開展具有國際先進(jìn)水平的示范項(xiàng)目建設(shè)。
現(xiàn)在,廢舊鋰離子電池的回收技術(shù)已經(jīng)有了重大的突破,但是現(xiàn)有的技術(shù)成本高、操作復(fù)雜,還能引起二次污染?,F(xiàn)有的回收技術(shù)只關(guān)注于正極材料,對(duì)于負(fù)極來說只是簡(jiǎn)單的分離和銅箔的回收,碳負(fù)極廢料并沒有有效的修復(fù)再用。
本項(xiàng)目適應(yīng)行業(yè)發(fā)展規(guī)劃及相關(guān)要求,具有很高的可行性,完成新能源汽車廢舊鋰電池綜合回收智能化生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)對(duì)我市在汽車鋰電池回收利用技術(shù)具有很大的促進(jìn)作用,完善產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展及布局,將廢舊鋰離子電池回收處理不僅能夠減少對(duì)環(huán)境的污染,還能夠取得相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益。
廢舊電池復(fù)雜性高,拆解不便,退役動(dòng)力電池復(fù)雜程度很高,包括不同類型電池制造和設(shè)計(jì)工藝的復(fù)雜性、串并聯(lián)成組形式、服役和使用時(shí)間、應(yīng)用車型和使用工況的多樣性。比如,電池有方型、圓柱形、軟包等不同類型,其疊片、繞組形式也不同,由于集成形式不同,成組后電池包也各異。
這些復(fù)雜性導(dǎo)致電池回收再利用或者拆解時(shí)極為不便。因此,在目前自動(dòng)化水平不高的情況下,多數(shù)工序是人工完成的,工人的技能水平可能會(huì)影響著電池回收過程中的成品率,同時(shí)手工拆解過程中,電池短路、漏液可能導(dǎo)致起火或者爆炸,對(duì)人身和財(cái)產(chǎn)有潛在安全隱患。
回收的鋰電池包急需從入庫到報(bào)廢整個(gè)過程的智能化生產(chǎn)線裝備的導(dǎo)入,從入庫,拆機(jī)電池包,再到梯次利用或者再生利用,并開展全生命周期溯源管理。
三、主要技術(shù)路線
3.1、主要技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)
(1)入庫前檢測(cè)裝備研發(fā);
(2)智能化立體倉庫研發(fā);
(3)人機(jī)協(xié)同電池自動(dòng)化拆解生產(chǎn)線研發(fā);
(4)電池智能檢測(cè)設(shè)備研發(fā);
(5)電池模組梯次利用組裝線研發(fā);
(6)廢舊鋰電池綜合回收制造過程執(zhí)行系統(tǒng)(MES)研發(fā)。
3.2、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)
(1)廢舊電池性能智能檢測(cè)與評(píng)價(jià)體系;
(2)電池包拆解自動(dòng)化生產(chǎn)線的實(shí)現(xiàn);
(3)回收電池物流智慧化管理實(shí)現(xiàn),包括自動(dòng)化立庫,物料自動(dòng)化存取,物料編碼和溯源系統(tǒng);
(4)基于MES系統(tǒng)的廢舊電池處理智慧化工廠設(shè)計(jì)。
3.3、擬采用的技術(shù)原理、技術(shù)方法、技術(shù)路線等
研究回收的鋰電池包從入庫到報(bào)廢整個(gè)過程的智能化生產(chǎn)線裝備,首先入庫,拆機(jī)電池包,再到梯次利用或者再生利用,內(nèi)容及路線如下:
(1)入庫前檢測(cè):
1)電池包到廠;2)卸貨到中轉(zhuǎn)區(qū)域;3)外觀檢查;4)絕緣檢測(cè);5)放電(外觀檢測(cè)不合格品放電后直接手工拆解);6)掃碼上傳;7)入庫。
(2)智能化立體倉庫:
主要設(shè)備:高層貨架、堆垛機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、托盤、AGV小車、天軌、地軌、計(jì)算機(jī)硬件、WMS系統(tǒng)、WCS系統(tǒng)等。
(3)電池拆解生產(chǎn)線:
1)電池包出庫上線;2)機(jī)械手拆除上蓋螺絲及其它外罩螺絲;3)人工拆除上蓋和其它密封蓋;4)機(jī)械手拆除導(dǎo)流排與導(dǎo)線柱上螺絲;5)人工拆除導(dǎo)流排;6)人工拆除線束、BMS、保險(xiǎn)開關(guān)等;7)機(jī)械手拆除模組及底座固定螺釘;8)模組電性能檢測(cè)(電壓、內(nèi)阻);9)合格品與不合格品分類吊裝下線;10)良品模組噴碼、貼碼上傳;11)底蓋吊裝下線;12)拆除模組外罩;13)導(dǎo)流排、極耳焊點(diǎn)處理;14)模組分解取出電芯;15)電芯性能檢測(cè);16)機(jī)械手電芯分類下線;17)良品電芯噴碼、貼碼,各自動(dòng)化工序需要配備視覺系統(tǒng)CCD和智能機(jī)械手。
(4)檢測(cè)設(shè)備:
1)模塊檢測(cè)設(shè)備;2)電芯檢測(cè)設(shè)備;3)電池包檢測(cè)設(shè)備;4)EOL測(cè)試設(shè)備。
(5)梯次利用組裝線:
1)模組組裝;2)模組裝箱;3)安裝BMS、線束連接、面板等;4)EOL測(cè)試;5)緊固箱蓋(機(jī)械手)。
(6)電池MES系統(tǒng):
MES系統(tǒng)包括從原料入庫、拆解線、檢測(cè)、組裝線到產(chǎn)品出庫的整個(gè)產(chǎn)線的每一個(gè)環(huán)節(jié),請(qǐng)認(rèn)真做好整體和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì),保證系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、實(shí)際運(yùn)行、國家溯源平臺(tái)對(duì)接成功;
(7)再生利用生產(chǎn)線:
1)一級(jí)撕碎機(jī)中進(jìn)行撕碎;2)二次破碎;3)磁選分選鐵;4)分氣流分選隔膜紙;5)三級(jí)粉碎;6)氣流分選正負(fù)極材料與銅、鋁、鎳等材料;7)所有的超細(xì)粉塵進(jìn)行空氣凈化,使之達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行高空排放。
四、技術(shù)指標(biāo):
1、設(shè)備自動(dòng)化率≥70%;
2、設(shè)備回收產(chǎn)能:0.2~1噸/小時(shí);
3、可處理廢電池最大尺寸:2.2m×1.4m×0.6m;
4、適應(yīng)最大電池包重量:700kg;
5、鐵回收率(重量%):≥99%,銅鋁回收率(重量%):≥98%,正負(fù)極材料回收率(重量%):≥99%;
6、可對(duì)接“新能源汽車國家監(jiān)測(cè)與動(dòng)力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺(tái)"。
五、項(xiàng)目實(shí)施方案
5.1、技術(shù)實(shí)施步驟
由入庫前處理、智能化立體倉庫、電池拆解生產(chǎn)線、檢測(cè)設(shè)備、梯次利用組裝線、再生利用生產(chǎn)線和鋰電池綜合回收智能化生產(chǎn)線MES系統(tǒng)組成。電池包到廠后先進(jìn)行入庫前處理,入庫前處理在滾筒流水線上完成。
預(yù)處理后的電池包通過堆垛機(jī)叉取進(jìn)入立體倉庫或直接叉取到電池拆解生產(chǎn)線進(jìn)行拆解生產(chǎn),電池包首先拆解成電芯模組進(jìn)行電性能檢測(cè),合格的電芯模組進(jìn)行梯次利用,不合格的電芯模組繼續(xù)拆解成單體電芯,繼續(xù)對(duì)單體電芯進(jìn)行電性能檢測(cè),合格的單體電芯進(jìn)行梯次組裝利用,不合格的報(bào)廢電芯進(jìn)入再生利用生產(chǎn)線。
通過合適的工藝對(duì)鋰電池單體電芯中的正極材料、電解液、外殼材料、隔膜和負(fù)極材料進(jìn)行充分回收;整個(gè)生產(chǎn)過程通過鋰電池綜合回收智能化生產(chǎn)線MES系統(tǒng)進(jìn)行管理和監(jiān)控,該MES系統(tǒng)專門針對(duì)廢舊鋰電池包回收利用過程定制開發(fā),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)自動(dòng)化管理,構(gòu)建系統(tǒng)的產(chǎn)品追溯系統(tǒng)和數(shù)字化信息管理系統(tǒng)。
總體技術(shù)方案的組織生產(chǎn)流程如下:
圖5-2:技術(shù)方案的組織生產(chǎn)流程圖
5.1.1、入庫前處理
回收回來的電池包先進(jìn)行集中存放入庫,后續(xù)根據(jù)生產(chǎn)安排及生產(chǎn)需求從倉庫中調(diào)出運(yùn)到拆解生產(chǎn)線上,進(jìn)行拆解與回收生產(chǎn)。
入庫前需對(duì)電池包進(jìn)行一些必要的前處理工作,主要包括:電池包到廠后對(duì)電池包先進(jìn)行外觀檢查與絕緣檢測(cè),然后對(duì)電池包進(jìn)行放電與除塵,如果電池包外觀檢測(cè)不合格放電后直接進(jìn)行手工拆解,檢測(cè)合格的電池包掃碼(若無碼人工貼碼再掃碼)上傳后入庫存放。
入庫前處理主要生產(chǎn)流程如下:
圖5-3:入庫前處理生產(chǎn)工藝流程圖
入庫前處理各工序的生產(chǎn)作業(yè)工作主要在滾筒流水線上完成,總體詳細(xì)技術(shù)方案如下:
圖5-4:入庫前處理示意圖
(1)拆解電池包來料后,人工叉車卸貨帶托盤送至?xí)捍鎱^(qū)暫存;
(2)開始入庫前處理后,MES系統(tǒng)下達(dá)生產(chǎn)信息,WMS/WCS 系統(tǒng)控制立體倉庫將空托盤運(yùn)送至電池包吊裝上線位置,由人工操作懸臂吊將來料電池包吊到入庫前處理線的立庫托盤上,并由人工進(jìn)行外觀檢測(cè);
(3)外觀檢測(cè)后通過滾筒流水線運(yùn)輸至后續(xù)工位進(jìn)行絕緣檢測(cè)與PACK包放電;
(4)放電后對(duì)于外觀檢測(cè)不合格的電池包直接運(yùn)送至手工拆解線進(jìn)行拆解,外觀合格的電池包經(jīng)掃碼(若無碼人工貼碼再掃碼)后,滾筒線運(yùn)輸至入庫前處理下線處;
(5)最后通過AGV叉車將帶有托盤的合格電池包運(yùn)送到立體倉庫入口處。
5.2.2、智能化立體倉庫
智能化立體倉庫用來集中存放回收回來的電池包,同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)需要從智能化立體倉庫中轉(zhuǎn)運(yùn)到拆解生產(chǎn)線上進(jìn)行拆解,智能化立體倉庫中主要設(shè)備包含:高層貨架、堆垛機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、托盤、AGV小車、天軌、地軌、計(jì)算機(jī)硬件、WMS系統(tǒng)、WCS系統(tǒng)等。
立體倉庫平面布局圖:
圖5-5:立體倉庫平面布局圖
(1)立體倉庫主要用來存放來料外形檢測(cè)合格的電池包和梯次利用組裝線重新裝配合格的電池包;
(2)立庫設(shè)置貨格數(shù)≧500個(gè)貨格;
(3)堆垛機(jī)數(shù)量:2-3臺(tái)單深堆垛機(jī),1臺(tái)雙深堆垛機(jī);
(4)入庫前處理時(shí)外形檢測(cè)不合格的電池包由堆垛機(jī)接取送至右側(cè)輸送線,進(jìn)入拆解區(qū)直接拆解,不入庫存儲(chǔ),而入庫前處理檢測(cè)合格的電池包由堆垛機(jī)接取后從加收電池包入庫口進(jìn)入立體倉庫存放;
(5)同時(shí)前處理線所需的空托盤由堆垛機(jī)從庫內(nèi)叉取,送至空托盤出庫口位置;
(6)梯次利用組裝線重新裝配合格的電池包從成品入庫口入庫存放。
5.2.3、人機(jī)協(xié)同電池自動(dòng)化拆解生產(chǎn)線
電池拆解生產(chǎn)線負(fù)責(zé)將電池包拆解成電芯模組;然后對(duì)電芯模組進(jìn)行電性能檢測(cè),其中電性能合格的電芯模組進(jìn)行梯次利用,不合格的電芯模組繼續(xù)拆解成單體電芯;再對(duì)單體電芯進(jìn)行電性能檢測(cè),其中電性能合格的單體電芯進(jìn)行梯次利用,不合格的單體電芯進(jìn)行處理后轉(zhuǎn)運(yùn)到再生利用生產(chǎn)線繼續(xù)回收電芯正負(fù)極材料,各自動(dòng)化工位配備視覺系統(tǒng)CCD和智能機(jī)械手。
人機(jī)協(xié)同電池自動(dòng)化拆解生產(chǎn)線的主要生產(chǎn)流程如下:
圖5-6:人機(jī)協(xié)同電池自動(dòng)化拆解生產(chǎn)線工藝流程圖
拆解生產(chǎn)線從電池包拆成模組通過AGV小車運(yùn)輸拆解車到各個(gè)工位進(jìn)行拆解的方式,而模組拆成電芯各工序的生產(chǎn)作業(yè)工作主要在倍速鏈流水線上完成,總體詳細(xì)技術(shù)方案如下:
圖5-7:人機(jī)協(xié)同電池自動(dòng)化拆解生產(chǎn)線示意圖
(1)電池包從立體倉庫出庫后,先在拆解車上進(jìn)行精確定位;
(2)然后通過AGV運(yùn)輸拆解車帶電池包至各個(gè)工位進(jìn)行拆解工作,將電池包拆解成模組;
(3)拆接下來的模組通過電性能檢測(cè)后進(jìn)行分類,電性能合格的模組噴碼或貼碼后下線儲(chǔ)存或運(yùn)輸至梯次利用組裝線進(jìn)行組裝,電性能不合格的模組繼續(xù)拆解成單體電芯;
(4)模組拆解成單體電芯在各個(gè)工位的運(yùn)輸是在倍速鏈輸送線上進(jìn)行;
(5)拆解下來的單體電芯通過電性能檢測(cè)后進(jìn)行分類,電性能合格的電芯噴碼或貼碼后下線儲(chǔ)存或運(yùn)輸至梯次利用組裝線進(jìn)行組裝,電性能不合格的電芯進(jìn)入再生利用生產(chǎn)線進(jìn)行破碎回收利用;
5.2.4、電池智能檢測(cè)設(shè)備
檢測(cè)設(shè)備用于對(duì)廢舊電池包、拆解下來的電芯模組、拆解下來的單體電芯以及梯次利用組裝好的PACK包進(jìn)行充放電以及電性能檢測(cè)等。
5.2.4.1、電芯充放電檢測(cè)設(shè)備
主要用于單體電芯的性能試驗(yàn)??焖倥袛嗵暨x出可梯次利用電芯。
設(shè)備進(jìn)行的測(cè)試試驗(yàn)內(nèi)容有:電池循環(huán)壽命試驗(yàn)、電池容量試驗(yàn)、電池充電特性試驗(yàn)、電池放電特性試驗(yàn)、電池荷電保持能力試驗(yàn)、電池充放電效率試驗(yàn)、電池過充、過放速率承受能力試驗(yàn)等。
5.2.4.2、電池模組充放電檢測(cè)設(shè)備
主要用于電池模組、低速車成品的性能測(cè)試??焖倥袛嗖鸾獾碾姵啬=M的健康狀態(tài)(SOH),以便確認(rèn)可直接梯次利用模組;挑選值得拆解模組,挑選合適的電芯組合利用。測(cè)試重新組合模組的性能。
設(shè)備試驗(yàn)內(nèi)容:電池循環(huán)壽命試驗(yàn)、電池容量試驗(yàn)、電池充電特性試驗(yàn)、電池放電特性試驗(yàn)、電池荷電保持能力試驗(yàn)、電池充放電效率試驗(yàn)、電池過充、過放速率承受能力試驗(yàn)等。
5.2.4.3、電池包快速篩選評(píng)價(jià)設(shè)備
主要用于快速評(píng)價(jià)電池包的健康度(SOH)。
設(shè)備功能介紹:采用OCV,內(nèi)阻,電壓電流頻響等手段,快速評(píng)估電池包的健康度,找出可梯次利用的模組和可能的梯次利用方案。
5.2.5、電池模組梯次利用組裝線
梯次利用組裝線負(fù)責(zé)將回收拆解下來的合格單體電芯或電芯模組進(jìn)行梯次利用組裝成電池包??梢詮膯误w電芯組裝成電芯模組,再組裝成電池包;也可以從電芯模組直接組裝成電池包。
電池模組梯次利用組裝線主要工藝流程如下:
圖5-8:電池模組梯次利用組裝線工藝流程圖
梯次利用組裝線的生產(chǎn)工作在倍速鏈流水線上完成,詳細(xì)技術(shù)路線如下:
(1)該電池模組梯次利用組裝線兼容2種生產(chǎn)方式,既可以從單體電芯組裝成電芯模組,再從電芯模組組裝成電池包,也可以從電芯模組直接組裝成電池包;
(2)線體前段負(fù)責(zé)將單體電芯組裝成電芯模組,并對(duì)模組做簡(jiǎn)單的電性能檢測(cè);
(3)線體后段將前段組裝合格的電芯模組組裝成電池包,并對(duì)電池包進(jìn)行EOL檢測(cè),同時(shí)也可以將回收拆解下來的合格電芯模組組裝成電池包。
5.2.6、再生利用生產(chǎn)線
再生利用生產(chǎn)線負(fù)責(zé)將回收拆解下來的不合格的報(bào)廢電芯,通過合適的工藝對(duì)鋰電池單體電芯中的正極材料、電解液、外殼材料、隔膜和負(fù)極材料進(jìn)行充分回收。
包含的主要工序步驟有:1)一級(jí)撕碎機(jī)進(jìn)行撕碎;2)二級(jí)破碎;3)磁選分選鐵;4)分氣流分選電芯隔膜;5)三級(jí)粉碎;6)氣流分選正負(fù)極材料與銅、鋁、鎳等材料;7)所有的超細(xì)粉塵進(jìn)行空氣凈化,使之達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行排放。
5.2.7、廢舊鋰電池綜合回收制造過程執(zhí)行系統(tǒng)(MES)
MES系統(tǒng)包括從原料入庫、拆解線、檢測(cè)、組裝線到產(chǎn)品出庫的整個(gè)產(chǎn)線的每一個(gè)環(huán)節(jié),保證系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、實(shí)際運(yùn)行、并與國家溯源平臺(tái)對(duì)接。
主要功能(包含但不限于):基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、計(jì)劃管理、物料管理、倉庫管理(WMS、WCS)、過程管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)采集、異常處理、動(dòng)態(tài)信息反饋、分析決策、維修管理、原料及產(chǎn)品溯源管理、移動(dòng)端應(yīng)用、系統(tǒng)配置。
滿足以下需求:靜態(tài)性能需求、動(dòng)態(tài)性能需求、外部接口需求、設(shè)計(jì)約束等。
系統(tǒng)功能詳情:
專門針對(duì)電池包回收利用過程定制開發(fā),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)自動(dòng)化管理,構(gòu)建系統(tǒng)的產(chǎn)品追溯系統(tǒng)和數(shù)字化信息管理系統(tǒng),使生產(chǎn)部門、工程部門、品質(zhì)部門和其它相關(guān)部門可以調(diào)用及監(jiān)控電池?cái)?shù)據(jù)。
提高生產(chǎn)效率,降低對(duì)操作員工水平的依賴和確保品質(zhì)檢查的可重復(fù)性。系統(tǒng)對(duì)每個(gè)關(guān)鍵工序從人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面記錄信息,以便確切追溯各個(gè)工序的生產(chǎn)信息,生成客戶所需報(bào)表。也能夠提供與ERP、PLM系統(tǒng)對(duì)接的可能性,實(shí)現(xiàn)工單計(jì)劃,BOM表和庫存管理等功能。
WMS與WCS系統(tǒng)集成:
MES系統(tǒng)、倉庫管理系統(tǒng)WMS與倉庫控制系統(tǒng)WCS集成,控制并跟蹤倉庫業(yè)務(wù)的物流和成本管理全過程,實(shí)現(xiàn)完善的企業(yè)倉儲(chǔ)信息管理。若系統(tǒng)設(shè)備廠商提供立體倉庫方案,MES系統(tǒng)能對(duì)堆垛機(jī)、AGV小車、機(jī)器人等設(shè)備進(jìn)行運(yùn)控控制。
采用無線、有線網(wǎng)絡(luò)、條碼和移動(dòng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)。
功能包括:收貨、上貨架、移倉、拆箱、拆托盤、包裝、揀貨、發(fā)貨、退貨等。
作者:德龍激光副總裁/楊錦彬(博士)
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