中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：“回收不能靠一根撬棍去撬天下，撬開(kāi)所有的電池包?！痹?月2日舉辦的中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)論壇的動(dòng)力電池分論壇中，國(guó)內(nèi)電池回收企業(yè)龍頭格林美股份有限公司（002340，一下簡(jiǎn)稱“格林美”）的副總經(jīng)理張宇平表示。
在張宇平看來(lái)，借助人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，使動(dòng)力電池回收從目前的人工拆解、機(jī)械化拆解到自動(dòng)化、智能化拆解轉(zhuǎn)變，是動(dòng)力電池回收利用行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。
“一根撬棍”拆動(dòng)力電池的情況挺常見(jiàn)
實(shí)際上，隨著新能源汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，以動(dòng)力電池5—8年的使用壽命計(jì)算，退役動(dòng)力電池的數(shù)量正逐年增加。據(jù)中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，在全球范圍內(nèi)，到2025年，全球的退役動(dòng)力電池將達(dá)到104萬(wàn)噸，2030年將達(dá)到350萬(wàn)噸。
電池回收在我國(guó)儼然已經(jīng)成為了香餑餑。天眼查數(shù)據(jù)顯示，目前，經(jīng)營(yíng)范圍包括“電池回收”的企業(yè)，目前全國(guó)有超過(guò)7.3萬(wàn)家，其中2022年成立的約有3.6萬(wàn)家。截至2023年2月底，全國(guó)現(xiàn)有與擬新建的廢鋰離子動(dòng)力電池回收處理企業(yè)共145家，規(guī)劃建設(shè)廢動(dòng)力電池處理產(chǎn)能987.5萬(wàn)噸，環(huán)評(píng)批復(fù)產(chǎn)能469.2萬(wàn)噸。
由于退役電池的電池包品牌型號(hào)的多樣性，退役狀態(tài)的不確定性等因素，當(dāng)前拆解大多以人工操作為主。然而，人工拆解存在著諸多問(wèn)題。“從拆解的過(guò)程來(lái)講，電池包電壓較高，存在觸電風(fēng)險(xiǎn)；電池模組較重，重復(fù)搬運(yùn)容易造成人力疲勞；電池包內(nèi)部線束、匯流排錯(cuò)綜復(fù)雜，存在短路風(fēng)險(xiǎn)；電池包內(nèi)部常用膠固定，主要靠蠻力拆解?！睆堄钇秸f(shuō)。
何為蠻力拆解？近日國(guó)內(nèi)媒體《晚點(diǎn)》的一篇報(bào)道中，一個(gè)生動(dòng)的蠻力拆解畫(huà)面是這樣的，“兩名男性工人直接手持切割機(jī)在汽車(chē)底盤(pán)上割出縫隙，再把長(zhǎng)短不一的鐵棍插入裂縫撬開(kāi)更大裂口，最后徒手拿出電芯?！倍捎谄?chē)底盤(pán)密封性很好，“工人雙手交叉伏在撬棍上，用盡全力跳起，再以全身重量下壓撬棍，連續(xù)跳躍半個(gè)小時(shí)，才能將鐵皮完全撬開(kāi)。
而在一些小企業(yè)中，工人們用螺絲刀將電池外殼撬開(kāi)，傾倒電解液等電池材料，電解液的成分是六氟磷酸鋰等，人接觸過(guò)量氟化物會(huì)導(dǎo)致關(guān)節(jié)痛和骨痛。
張宇平說(shuō)，“從人口紅利來(lái)看，未來(lái)也不太會(huì)有年輕人去從事這種低端、危險(xiǎn)的工作?！?
然而，動(dòng)力電池拆解由人工向智能轉(zhuǎn)換并不容易。據(jù)張宇平介紹，目前國(guó)內(nèi)有5000多種動(dòng)力電池包，動(dòng)力電池包品種繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，連接形式多樣，設(shè)計(jì)準(zhǔn)則不統(tǒng)一，更新?lián)Q代快，使得智能拆解有很多難度。
不僅如此，目前的動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向CTP，CTC，CTB轉(zhuǎn)變，其中CTP技術(shù)是減少或去除電池模組，直接將電芯、電池殼整合掛到車(chē)身底盤(pán)中，CTC、CTB則是直接將電池和底盤(pán)/車(chē)身融合在一起，制造成本進(jìn)一步降低，同時(shí)更好地優(yōu)化車(chē)輛空間和提高續(xù)航表現(xiàn)。
但問(wèn)題是， 在這種技術(shù)趨勢(shì)下，電池包外殼、模組、電芯之間可能用到大量的膠，除膠會(huì)是頭等難題。例如，此前，美國(guó)著名的拆車(chē)團(tuán)隊(duì)桑迪·穆勒拆解了一輛特斯拉model Y的4680電池包，拆解團(tuán)隊(duì)花了兩周時(shí)間，才把電池包上的上蓋卸下來(lái)，又花了一周的時(shí)間，使用干冰噴射器，才取出電芯。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，4680電池包整體采用了灌膠的方式，用大量的聚氨酯膠水，對(duì)電芯和零部件進(jìn)行固定。
據(jù)介紹，目前電池包的除膠工藝中，物理方案安全性更高，可控性強(qiáng)，污染小，但投入過(guò)大，需要大型設(shè)備輔助拆除。化學(xué)方法除膠更徹底，但會(huì)使用大量有機(jī)試劑，產(chǎn)生廢氣廢液，且存在一定安全隱患。這是未來(lái)需要行業(yè)破解的難題。
智能拆解一個(gè)動(dòng)力電池包，總共分幾步？
未來(lái)，如果要用機(jī)器替代人工，做到廢舊動(dòng)力電池的智能化、柔性化拆解，需要哪些步驟，又存在哪些難題呢？
張宇平認(rèn)為，第一步要建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用3D相機(jī)獲取RGB圖、深度圖和云數(shù)據(jù)，拆解同時(shí)錄入拆解工藝信息，3D重建技術(shù)得到電池包數(shù)模。
第二步，使用多機(jī)器人協(xié)同拆解上蓋螺釘。配置兩臺(tái)機(jī)器人進(jìn)行上蓋螺釘協(xié)同拆卸作業(yè)，機(jī)械手配置一套局部高精度3D視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)外殼螺釘進(jìn)行定位識(shí)別，由視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)的引導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)對(duì)上蓋螺釘?shù)闹悄懿鹦丁?
不過(guò)，這一步會(huì)有很多的技術(shù)難點(diǎn)。張宇平介紹說(shuō)，“汽車(chē)在運(yùn)行很多年后，電池上蓋螺釘可能會(huì)發(fā)生變形、銹蝕和位移，這就需要對(duì)非標(biāo)螺釘?shù)牟鸾鈩?dòng)作開(kāi)發(fā)閉環(huán)的柔性控制策略，拆解螺絲過(guò)程中的力矩、位姿角度能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整。
第三步，是進(jìn)行上蓋搬運(yùn)。這一步的技術(shù)難點(diǎn)包括，電池包上蓋外觀形狀、材質(zhì)、重量隨不同型號(hào)電池的變化，“例如上蓋的材質(zhì)有鋼、鋁制、碳纖維等，上蓋的形狀完全不規(guī)整”。這就需要末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)考慮兼容性以適配更多類(lèi)型的電池包，在搬運(yùn)過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控抓取狀態(tài)的變化，進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。
第四步，是進(jìn)行電池模組搬運(yùn)。通常而言，在模組中，電芯有各種各樣的排布，包括冷卻系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的連接，這就需要重點(diǎn)考慮基于視覺(jué)引導(dǎo)的機(jī)器人的無(wú)序抓取問(wèn)題，根據(jù)電池模組的大小、輪廓形態(tài)、重量開(kāi)發(fā)柔順控制策略，自適應(yīng)調(diào)整夾爪的尺寸、夾持點(diǎn)位。在抓取的過(guò)程中，根據(jù)抓力點(diǎn)的變化，判斷抓取的狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整抓取態(tài)勢(shì)。
第五步，是拆解產(chǎn)品智能分揀。電池模組里有很多組件，除了電芯，還包括繼電器、熔斷器、匯流排、線束，怎么讓機(jī)器人快速進(jìn)行識(shí)別、抓取、分選，也有很多難度。
此外，由于拆解產(chǎn)物規(guī)格型號(hào)、形狀尺寸存在較大差異，甚至堆疊，需要實(shí)現(xiàn)基于3D視覺(jué)的在線檢測(cè)、識(shí)別、定位。拆解產(chǎn)物在輸送線上保持持續(xù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，需實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)目標(biāo)智能分揀。根據(jù)拆解產(chǎn)物的大小、輪廓形態(tài)開(kāi)發(fā)柔順控制策略，自適應(yīng)調(diào)整機(jī)器人位姿、夾持點(diǎn)位和夾持力。
最后一步，是進(jìn)行模組、電芯的銑削。這其中，需要克服銑削用電主軸和工業(yè)機(jī)器人之間的兼容性，保證銑刀的進(jìn)給深度和重復(fù)位移的精度不受銑削電芯時(shí)銑削力的影響。
如何打造一個(gè)數(shù)字化電池回收利用工廠
“動(dòng)力電池回收不是簡(jiǎn)單的事情?！睆堄钇教寡?，為此，格林美正在打造數(shù)字化回收利用工廠。其中重點(diǎn)是建立拆解核心數(shù)據(jù)庫(kù)，包括電池特征數(shù)據(jù)庫(kù)和拆解工藝知識(shí)庫(kù)，對(duì)于原始數(shù)據(jù)需要進(jìn)行知識(shí)關(guān)聯(lián)和知識(shí)融合，生成知識(shí)圖譜，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)知識(shí)檢索和知識(shí)推理，并不斷積累進(jìn)化。
“如何有效地設(shè)計(jì)并使用這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，是實(shí)現(xiàn)智能化拆解的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)尚未形成標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的也多以指導(dǎo)人工拆解為主。”張宇平說(shuō)。
其次，是要實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同和多機(jī)協(xié)同。人機(jī)協(xié)同和多機(jī)器人協(xié)同既具備人類(lèi)認(rèn)知能力，又具備機(jī)器人的高效率，同時(shí)提升了安全性和便捷性。多品種、小批量的動(dòng)力電池電池包拆解具有高度的動(dòng)態(tài)復(fù)雜性，采用多機(jī)協(xié)同技術(shù)能夠極大提高拆解效率和降低成本，帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益。
再次，是要開(kāi)發(fā)柔順拆解系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)機(jī)器人軌跡動(dòng)態(tài)規(guī)劃，自適應(yīng)實(shí)現(xiàn)快速的狀態(tài)和路徑切換，開(kāi)發(fā)動(dòng)力電池多維動(dòng)態(tài)識(shí)別、全局定位、精定位，深度學(xué)習(xí)目標(biāo)檢測(cè)算法開(kāi)發(fā)。拆解動(dòng)作的柔性控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，各子系統(tǒng)按照拆解工藝，有序獲取當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)并執(zhí)行正確的任務(wù)。柔性末端執(zhí)行器、模塊化快換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，針對(duì)不同拆解對(duì)象和工藝，開(kāi)發(fā)適配的末端執(zhí)行器，如柔性電批、伺服變距夾爪、柔性吸盤(pán)等。
近年來(lái)，工信部會(huì)同有關(guān)部門(mén)發(fā)布實(shí)施了《新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法》、《新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池梯次利用管理辦法》等政策，強(qiáng)化動(dòng)力電池全生命周期溯源監(jiān)測(cè)，實(shí)施廢舊動(dòng)力電池綜合利用行業(yè)規(guī)范管理。
就在去年，工信部進(jìn)一步表示，將加快研究制定新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池回收利用管理辦法，加大退役電池柔性拆解、高效再生利用等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和推廣。
“未來(lái)，不是說(shuō)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈的所有參與者都去做回收，專業(yè)的事交給專業(yè)的人來(lái)做，但電池回收確實(shí)需要產(chǎn)業(yè)上下游的協(xié)同，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)國(guó)家所倡導(dǎo)的綠色制造的目標(biāo)?！睆堄钇秸f(shuō)。
