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【動(dong)力(li)(li)電池(chi)】動(dong)力(li)(li)電池(chi)回收 “不能靠一(yi)根撬棍撬天下” 智能拆(chai)解是(shi)方向

“回收(shou)不能靠一(yi)(yi)根撬(qiao)(qiao)棍去(qu)撬(qiao)(qiao)天(tian)下，撬(qiao)(qiao)開所有的電(dian)(dian)池包。”在(zai)4月2日舉辦的中國電(dian)(dian)動汽(qi)車百人會論(lun)壇的動力電(dian)(dian)池分論(lun)壇中，國內(nei)電(dian)(dian)池回收(shou)企業龍(long)頭格(ge)林美(mei)股份有限公司(si)（002340，一(yi)(yi)下簡(jian)稱“格(ge)林美(mei)”）的副總經(jing)理張(zhang)宇平表示。

在張宇平看(kan)來，借助(zhu)人(ren)工智能、物聯網、大數據等信息技術，使動力(li)電(dian)池回收從(cong)目前(qian)的人(ren)工拆解、機械(xie)化拆解到(dao)自動化、智能化拆解轉(zhuan)變，是動力(li)電(dian)池回收利用行(xing)業(ye)轉(zhuan)型升級和(he)高質量發展的必由之路。

“一根撬(qiao)棍”拆動(dong)力(li)電池的情況挺(ting)常見

實(shi)際上(shang)，隨著新(xin)能(neng)源汽車(che)(che)行業的快速發展，以(yi)動力電(dian)池5—8年的使用壽命計算，退(tui)役動力電(dian)池的數(shu)量正逐年增加(jia)。據中(zhong)國汽車(che)(che)工程學會的數(shu)據顯示，在全(quan)球范圍內，到2025年，全(quan)球的退(tui)役動力電(dian)池將達到104萬噸(dun)，2030年將達到350萬噸(dun)。

電(dian)(dian)池回(hui)收(shou)在我國(guo)儼(yan)然已經成為了香餑(bo)餑(bo)。天眼查數據顯示(shi)，目(mu)前(qian)(qian)，經營范圍包括“電(dian)(dian)池回(hui)收(shou)”的(de)企業，目(mu)前(qian)(qian)全(quan)(quan)國(guo)有超(chao)過7.3萬家，其中2022年(nian)成立的(de)約有3.6萬家。截(jie)至2023年(nian)2月底，全(quan)(quan)國(guo)現有與(yu)擬新(xin)建的(de)廢鋰離(li)子(zi)動力(li)電(dian)(dian)池回(hui)收(shou)處(chu)(chu)理企業共145家，規(gui)劃(hua)建設廢動力(li)電(dian)(dian)池處(chu)(chu)理產能(neng)987.5萬噸，環評批復(fu)產能(neng)469.2萬噸。

由于退役(yi)電(dian)池(chi)(chi)的電(dian)池(chi)(chi)包(bao)(bao)品牌型號的多(duo)樣性(xing)，退役(yi)狀態(tai)的不確定性(xing)等因素，當前拆解大多(duo)以人工操作為(wei)主(zhu)。然而，人工拆解存在(zai)著(zhu)諸多(duo)問題。“從(cong)拆解的過程來講(jiang)，電(dian)池(chi)(chi)包(bao)(bao)電(dian)壓(ya)較(jiao)高，存在(zai)觸電(dian)風(feng)險(xian)(xian)；電(dian)池(chi)(chi)模組較(jiao)重，重復搬運容易造成人力(li)疲(pi)勞(lao)；電(dian)池(chi)(chi)包(bao)(bao)內部線束(shu)、匯(hui)流排(pai)錯(cuo)綜復雜，存在(zai)短路風(feng)險(xian)(xian)；電(dian)池(chi)(chi)包(bao)(bao)內部常用(yong)膠固定，主(zhu)要靠蠻(man)力(li)拆解。”張宇平說。

何為蠻(man)力(li)(li)(li)拆解(jie)(jie)(jie)？近日國內媒體《晚點》的(de)一篇報(bao)道(dao)中，一個生動(dong)的(de)蠻(man)力(li)(li)(li)拆解(jie)(jie)(jie)畫面是(shi)這樣的(de)，“兩名(ming)男性(xing)工人(ren)直(zhi)接手持切割機在(zai)汽車底盤上(shang)割出(chu)縫隙，再(zai)把(ba)長短不(bu)一的(de)鐵(tie)棍(gun)插(cha)入裂(lie)縫撬開(kai)更大(da)裂(lie)口(kou)，最后(hou)徒(tu)手拿出(chu)電(dian)芯。”而由于汽車底盤密(mi)封性(xing)很好，“工人(ren)雙手交叉伏在(zai)撬棍(gun)上(shang)，用盡全(quan)力(li)(li)(li)跳(tiao)起，再(zai)以全(quan)身重量下壓撬棍(gun)，連(lian)續(xu)跳(tiao)躍(yue)半個小(xiao)時(shi)，才能將(jiang)(jiang)鐵(tie)皮完全(quan)撬開(kai)。而在(zai)一些(xie)小(xiao)企(qi)業(ye)中，工人(ren)們用螺絲刀將(jiang)(jiang)電(dian)池外(wai)殼撬開(kai)，傾倒(dao)電(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)等(deng)(deng)電(dian)池材料，電(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)的(de)成分是(shi)六氟磷酸鋰等(deng)(deng)，人(ren)接觸過(guo)量氟化物會導(dao)致關節痛和骨(gu)痛。

張宇平說，“從人口紅利(li)來(lai)看，未來(lai)也不太會有年輕人去從事這種(zhong)低端、危險的工作。”

然而，動力電(dian)池(chi)拆(chai)解(jie)(jie)由人(ren)工向智能轉換(huan)并不(bu)容易。據張宇平介紹，目前國內有5000多(duo)種動力電(dian)池(chi)包，動力電(dian)池(chi)包品種繁多(duo)，結構復雜(za)，連(lian)接(jie)形式多(duo)樣，設計準則(ze)不(bu)統一(yi)，更新換(huan)代(dai)快，使得智能拆(chai)解(jie)(jie)有很多(duo)難度。

不僅如此，目前的動力電(dian)池(chi)結構設計向(xiang)CTP，CTC，CTB轉變，其中CTP技術是減少(shao)或去除電(dian)池(chi)模組，直接(jie)將(jiang)電(dian)芯、電(dian)池(chi)殼整合掛到車身(shen)(shen)底盤中，CTC、CTB則(ze)是直接(jie)將(jiang)電(dian)池(chi)和底盤/車身(shen)(shen)融合在一(yi)起(qi)，制造成本進一(yi)步降(jiang)低，同時更(geng)好(hao)地優化車輛空(kong)間和提高續航表現(xian)。

但(dan)問題(ti)是， 在(zai)這種(zhong)技術(shu)趨勢(shi)下(xia)，電(dian)池(chi)包外殼、模組(zu)、電(dian)芯之間可能用到大(da)量的(de)(de)膠，除膠會是頭(tou)等難題(ti)。例如，此前，美國(guo)著名(ming)的(de)(de)拆車(che)團隊桑迪·穆勒拆解了(le)一輛特斯拉model Y的(de)(de)4680電(dian)池(chi)包，拆解團隊花了(le)兩(liang)周時間，才把電(dian)池(chi)包上的(de)(de)上蓋卸下(xia)來(lai)，又花了(le)一周的(de)(de)時間，使用干(gan)冰噴射器，才取出電(dian)芯。團隊發現，4680電(dian)池(chi)包整體(ti)采用了(le)灌膠的(de)(de)方式，用大(da)量的(de)(de)聚氨酯膠水，對電(dian)芯和零部(bu)件進行固(gu)定。

動用干冰噴射器

撬開匯流排據(ju)介紹(shao)，目前電池包的(de)除(chu)膠工藝(yi)中，物理方案安全(quan)性(xing)更高(gao)，可控性(xing)強，污染(ran)小，但投入過(guo)大，需要大型設備輔助拆除(chu)。化學方法(fa)除(chu)膠更徹底，但會使(shi)用(yong)大量有機試劑，產生(sheng)廢(fei)氣(qi)廢(fei)液，且存(cun)在一定安全(quan)隱患。這是(shi)未(wei)來需要行業(ye)破解的(de)難題。

智能拆解一個動力電池包，總共分幾步？

未(wei)來，如(ru)果要(yao)用機(ji)器替代人工，做(zuo)到(dao)廢舊動力電池的(de)智能化(hua)、柔性化(hua)拆(chai)解，需(xu)要(yao)哪些步驟，又(you)存在哪些難題呢？

張宇平認為，第一步要建立數據采集系統，用3D相機獲取RGB圖、深度圖和云數據，拆解同時錄入拆解工藝信息，3D重建技術得到電池包數模。

第(di)二步，使用多機(ji)器人協(xie)同(tong)拆(chai)(chai)解上蓋(gai)螺釘(ding)。配(pei)置兩臺(tai)機(ji)器人進行(xing)上蓋(gai)螺釘(ding)協(xie)同(tong)拆(chai)(chai)卸(xie)作業，機(ji)械(xie)手配(pei)置一套局(ju)部高精度3D視覺(jue)(jue)識別系統(tong)，對(dui)外殼(ke)螺釘(ding)進行(xing)定位識別，由視覺(jue)(jue)識別系統(tong)的(de)引導(dao)下，實(shi)現(xian)對(dui)上蓋(gai)螺釘(ding)的(de)智(zhi)能拆(chai)(chai)卸(xie)。

不過，這一步會有很多的技術難點。張宇平介紹說，“汽車在運行很多年后，電池上蓋螺釘可能會發生變形、銹蝕和位移，這就需要對非標螺釘的拆解動作開發閉環的柔性控制策略，拆解螺絲過程中的力矩、位姿角度能夠動態調整。第三步，是進行上蓋搬運。這一步的技術難點包括，電池包上蓋外觀形狀、材質、重量隨不同型號電池的變化，“例如上蓋的材質有鋼、鋁制、碳纖維等，上蓋的形狀完全不規整”。這就需要末端執行器的設計考慮兼容性以適配更多類型的電池包，在搬運過程中實時監控抓取狀態的變化，進行動態調整。

第四步(bu)，是進(jin)行(xing)電(dian)(dian)池模組(zu)搬運。通常(chang)而(er)言，在模組(zu)中(zhong)，電(dian)(dian)芯有各(ge)種各(ge)樣的(de)排布，包括冷卻系統和電(dian)(dian)氣系統的(de)連接(jie)，這就(jiu)需要重點(dian)考慮(lv)基(ji)于視(shi)覺引(yin)導的(de)機器(qi)人的(de)無序(xu)抓(zhua)取(qu)(qu)問題，根據電(dian)(dian)池模組(zu)的(de)大小、輪廓形態(tai)、重量開(kai)發柔順控制策略，自適(shi)應(ying)調整夾爪的(de)尺(chi)寸、夾持(chi)點(dian)位。在抓(zhua)取(qu)(qu)的(de)過程中(zhong)，根據抓(zhua)力點(dian)的(de)變(bian)化，判斷抓(zhua)取(qu)(qu)的(de)狀態(tai)，及時調整抓(zhua)取(qu)(qu)態(tai)勢。

第(di)五步，是(shi)拆解產品(pin)智能(neng)分(fen)揀。電池模組里有很多組件(jian)，除了(le)電芯，還包括繼電器(qi)(qi)、熔(rong)斷器(qi)(qi)、匯流(liu)排、線(xian)束，怎(zen)么讓機器(qi)(qi)人快速進行識別、抓(zhua)取、分(fen)選，也有很多難度。

此外，由(you)于拆解產物(wu)規格(ge)型號、形狀尺(chi)寸(cun)存(cun)在(zai)較大(da)差異，甚至(zhi)堆(dui)疊，需(xu)要(yao)實(shi)現基(ji)于3D視覺的在(zai)線(xian)檢測、識別、定位。拆解產物(wu)在(zai)輸送(song)線(xian)上保持持續運動狀態，需(xu)實(shi)現動態目標智能(neng)分(fen)揀。根據(ju)拆解產物(wu)的大(da)小(xiao)、輪廓形態開發柔(rou)順控制策略，自適應(ying)調(diao)整(zheng)機器人位姿、夾持點位和(he)夾持力。

最后一步，是進(jin)(jin)行模(mo)組、電(dian)芯的(de)銑(xian)(xian)削。這其(qi)中，需要克服銑(xian)(xian)削用電(dian)主軸和工業(ye)機器人之間的(de)兼容性，保證(zheng)銑(xian)(xian)刀的(de)進(jin)(jin)給深度(du)和重復位移的(de)精度(du)不受銑(xian)(xian)削電(dian)芯時銑(xian)(xian)削力的(de)影響。

如何打造一個數字化電池(chi)回收利用工(gong)廠(chang)

“動力電(dian)池回(hui)收不是簡單的事情。”張(zhang)宇平坦言，為此，格(ge)林美正在打(da)造數字化(hua)回(hui)收利用工(gong)廠。其中(zhong)重點是建立拆解核心數據(ju)庫(ku)，包括電(dian)池特征數據(ju)庫(ku)和拆解工(gong)藝知識(shi)(shi)(shi)庫(ku)，對于(yu)原始數據(ju)需要進(jin)行知識(shi)(shi)(shi)關聯和知識(shi)(shi)(shi)融合，生成知識(shi)(shi)(shi)圖譜，在此基礎上實(shi)現知識(shi)(shi)(shi)檢(jian)索和知識(shi)(shi)(shi)推理，并不斷積累(lei)進(jin)化(hua)。

“如(ru)何有效地設計并使用這兩個數(shu)據庫，是實現(xian)智(zhi)能化拆(chai)解的關(guan)鍵技術之一，目前這兩個數(shu)據庫尚未形成標準，現(xian)有的也多(duo)以指(zhi)導人工拆(chai)解為(wei)主(zhu)。”張宇平(ping)說(shuo)。

其次，是(shi)要實(shi)現人機(ji)(ji)(ji)(ji)協(xie)同(tong)和(he)多(duo)機(ji)(ji)(ji)(ji)協(xie)同(tong)。人機(ji)(ji)(ji)(ji)協(xie)同(tong)和(he)多(duo)機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人協(xie)同(tong)既具備人類認(ren)知能(neng)力，又具備機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人的(de)高效(xiao)率(lv)，同(tong)時提升了安(an)全性(xing)和(he)便捷性(xing)。多(duo)品種、小批量的(de)動(dong)力電(dian)池(chi)電(dian)池(chi)包拆(chai)解(jie)具有高度的(de)動(dong)態復雜性(xing)，采用多(duo)機(ji)(ji)(ji)(ji)協(xie)同(tong)技術能(neng)夠極大提高拆(chai)解(jie)效(xiao)率(lv)和(he)降(jiang)低成(cheng)本，帶來更高的(de)經濟效(xiao)益。

再次，是要開(kai)(kai)發(fa)柔(rou)順拆解(jie)(jie)系統。實(shi)(shi)現機(ji)器(qi)(qi)人軌跡(ji)動(dong)態規劃，自適應實(shi)(shi)現快(kuai)(kuai)速的狀態和路徑切(qie)換，開(kai)(kai)發(fa)動(dong)力電(dian)池多(duo)維動(dong)態識別、全局定位、精定位，深度學習目標檢(jian)測(ce)算(suan)法(fa)開(kai)(kai)發(fa)。拆解(jie)(jie)動(dong)作(zuo)的柔(rou)性控制系統開(kai)(kai)發(fa)，各子系統按照拆解(jie)(jie)工藝(yi)，有(you)序獲取(qu)當前系統狀態并執行正確(que)的任務。柔(rou)性末(mo)(mo)端執行器(qi)(qi)、模塊化快(kuai)(kuai)換結構設(she)計開(kai)(kai)發(fa)，針對(dui)不同拆解(jie)(jie)對(dui)象和工藝(yi)，開(kai)(kai)發(fa)適配的末(mo)(mo)端執行器(qi)(qi)，如柔(rou)性電(dian)批、伺服變距(ju)夾爪(zhua)、柔(rou)性吸盤(pan)等。

近年(nian)來，工信部會同有關部門發布實施(shi)了《新(xin)能(neng)源汽車(che)動(dong)(dong)力蓄(xu)電(dian)池(chi)回收利用(yong)(yong)管(guan)理(li)暫行(xing)辦法》、《新(xin)能(neng)源汽車(che)動(dong)(dong)力蓄(xu)電(dian)池(chi)梯次利用(yong)(yong)管(guan)理(li)辦法》等政策，強化(hua)動(dong)(dong)力電(dian)池(chi)全(quan)生命周期溯(su)源監測，實施(shi)廢舊動(dong)(dong)力電(dian)池(chi)綜合利用(yong)(yong)行(xing)業規范管(guan)理(li)。

就在去年，工信部進一步(bu)表示，將加快(kuai)研究制定(ding)新(xin)能源汽(qi)車(che)動力蓄電池回收利用(yong)管理(li)辦(ban)法(fa)，加大退(tui)役電池柔性(xing)拆解、高效再生利用(yong)等關(guan)鍵技術攻關(guan)和推廣。

“未來(lai)(lai)，不是說動力電池產業(ye)鏈的(de)所有參與者都去(qu)做(zuo)(zuo)回(hui)(hui)收，專業(ye)的(de)事交給專業(ye)的(de)人來(lai)(lai)做(zuo)(zuo)，但電池回(hui)(hui)收確實(shi)需要產業(ye)上(shang)下游的(de)協同，只(zhi)有這樣(yang)才能實(shi)現國家所倡導(dao)的(de)綠色制(zhi)造的(de)目(mu)標。”張宇平說。

（來源(yuan)：澎湃新聞）