工業(yè)電池拆解使電動汽車更具可持續(xù)性

電動汽車正在蓬勃發(fā)展，但大量耗盡的電池到底去了哪里？弗勞恩霍夫 IPA 使用 KUKA 的 KR QUANTEC 成功測試了工業(yè)電池拆解的工作原理。目標：使電動汽車的使用更具可持續(xù)性。

電動汽車越來越多，回收電池作為解決方案？

2023 年 3 月，歐盟國家做出了具有重大影響的決定：自 2035 年起，僅允許零排放汽車和小型貨車在歐洲注冊。就在這一刻起，情況已相當明朗：汽車產業(yè)的未來在于電動汽車。各方預測也顯示了這一點：根據國際能源署 (IEA)的數據顯示，2022 年全球約有 2,770 萬輛電動汽車上路，而到 2030 年，這一數字將超過 2.26 億輛。這表示，在德國幾乎1/4的汽車將是電動汽車，而目前只有2%。

工業(yè)機器人可以回收寶貴原料

只有一個問題：隨著電動汽車的數量越來越多，廢棄電池也會堆積如山。因為目前電池的平均使用壽命只有十年左右。同時，其生產原料變得越來越稀缺且越來越昂貴。有一個解決方案：回收！這就是 KUKA 工業(yè)機器人發(fā)揮作用之處，更準確地說，是工業(yè)機器人 KR QUANTEC。在其幫助下，位于斯圖加特的弗勞恩霍夫生產工程和自動化 IPA 研究所在研究項目“DeMoBat – 工業(yè)化拆解電池和電機”中展示了如何實現這一目標。?

十二位合作伙伴共同研究數余載

多年來，來自 12 個合作伙伴的專家努力研究如何以可持續(xù)性且經濟可行的方式對電動汽車電池進行再處理。在這個項目中，總共開發(fā)了八個應用程序作為示范和測試工具，可用于工業(yè)持續(xù)運行。重點為如何拆解電動汽車電池。回收組件的前提條件是將其分類拆解成各個組成部分，而這絕非易事。

電池拆解：復雜且可能危及生命

“拆解電池帶來了三大挑戰(zhàn)，”弗勞恩霍夫 IPA 組長 Anwar Al Assadi 解釋道。“首先需要具有特殊資質的專業(yè)人員，因為使用高電壓技術需要特殊且通常耗時的訓練。其次，由于高電壓和危險氣體，手動拆卸會帶來人身方面的風險；在最壞的情況下，可能會發(fā)生自燃。第三，手動拆解需要很長時間，而且相對地成本高昂。這通常使得目前的回收作業(yè)似乎無利可圖。”

自動化解決方案在提升電動汽車的可持續(xù)性方面可發(fā)揮關鍵作用。

Anwar Al Assadi，弗勞恩霍夫 IPA 組長

自動拆解電池一舉三得

這些挑戰(zhàn)有如為機器人輔助解決方案量身打造。負載為 270 公斤的裝配機器 KR QUANTEC 完全由弗勞恩霍夫 IPA 開發(fā)的 “pitasc”軟件操作，并使用 KUKA.RobotSensorInterface 進行控制，因此更容易連接外部傳感器。“以這種方式，我們能夠實時調整重要的拆解步驟，進而將以前必須手動執(zhí)行的各種流程加以自動化。”因此，KUKA 的技術同時解決了拆解電池中的三個問題：緩解了技術人員短缺情形、大大降低了員工的安全風險，并且借助其高效率確保電池回收在經濟上的價值。

歐盟電池法規(guī)明顯日趨嚴格，迫使采取行動?

無論如何，制造商必須解決這個問題：自 2023 年以來，更嚴格的歐盟電池法規(guī)要求新電池必須提高回收材料比例，即使是進口到歐洲的電池也不例外。斯圖加特的成功研究項目深刻地展示了 KUKA 的技術支持是多么地可貴。?

在這里，KR QUANTEC 執(zhí)行了各式各樣的工作步驟：從松開螺釘到打開密封接條，或是分開電纜。“復雜的是，市場上有數量驚人的不同電池系統，”Anwar Al Assadi 說道，“而且每一個電池的內部看起來都不一樣。”在某些情況下，即使在同一車型系列中，制造商也會改變電池系統的結構。?

無論何種電動汽車的何種電池：KR QUANTEC 都知道如何處理

六軸機器人 KR QUANTEC 正好符合所需：鉸接臂機器人有六個自由度，可以根據電池系統的不同尺寸和幾何形狀進行優(yōu)化調整，并且可憑借其負載應付高扭矩。因此，機器人需要上文提到的“pitasc”解決方案，這樣的軟件能夠與硬件搭配使用，以識別出需要執(zhí)行哪些操作，無論應處理的電池型號為何。?

輔助圖像處理系統可自動識別螺釘和其他組件的，使得 KR QUANTEC 不再需要針對每個單獨的制程步驟接受手動示教。為了防止與工件發(fā)生碰撞，在每個拆解步驟后，都會使用傳感器和 3D 視覺系統進行成果檢查。然后會將信號傳送到中央過程控制中心，以確保安全的流程順序。

由于其修長的幾何形狀和小占地面積，QUANTEC 有助于建立靈活且符合未來需求的系統。

Thomas Schmidberger，電子產品全球業(yè)務開發(fā)經理

靈活的系統可以處理結構設計極為不同的電池

Al Assadi 表示，復雜之處在于，汽車制造商必須在電池中很小的空間內盡可能裝入大量組件。這為拆卸過程中的活動空間帶來了很大的限制。其他挑戰(zhàn)還包括不同的電纜位置或電池上的許多黏著物，這些黏著物比螺釘更難以自動化技術移除。“但我們也為此找到了解決方案，現在希望進一步開發(fā)用于工業(yè)用途。”最重要的是打造靈活的系統，尤其是因為電池的結構設計每六個月就會發(fā)生根本性的變化。

KR QUANTEC：對廣泛的應用具有吸引力

多功能性是 KR QUANTEC 系列的巨大優(yōu)勢之一：“由于其修長的幾何形狀和小占地面積，QUANTEC 有助于建立靈活且符合未來需求的系統。”KUKA 電子產品全球業(yè)務開發(fā)經理 Thomas Schmidberger 說道，“與所有 KUKA 機器人一樣，它也標準擁有 ESD 認證，以確保能夠安全處理靜電敏感工件。”

此外，新一代鉸接臂機器人 KR QUANTEC 配備標準直流控制器，高效節(jié)能非常優(yōu)異：運動和待機模式下的能耗均顯著降低。在制造過程動作中，六軸機器人的能耗比前代型號減少了約 30%，部分是通過回收制動能量而達成；在“調節(jié)中等待”運作狀態(tài)下，甚至可減少 60%。

工業(yè)機器人的功能遠不止自動拆解

這使得六軸機器人 KR QUANTEC 不僅適用于回收電動汽車電池，還適用于各種應用領域。其修長的模塊化結構也意味可以客制化技術和快速交付，更值得一提的是：低總體擁有成本 (TCO)。因為維護工作量很大程度地減輕且備件數量減少。

此外，KR QUANTEC 系列的型號重量為 120 至 300 公斤，屬于高負載級別，并且擁有該領域市場上很大的負載和工作范圍產品組合。提高現場負載和采用高流程質量運動模式等可能性，使其成為任何生產技術明智且安全的未來投資。

市場容量快速攀升

這也適用于電池拆解領域，尤其是電動汽車產業(yè)將在未來幾年快速發(fā)展之際：專家預計，至 2028 年，全球電動汽車市場規(guī)模將從近 4,200 億美元（2022 年）增加到超過 7,700 億美元。該項目的一系列測試現已展示了汽車原始設備制造商（例如內部電動汽車回收）、電池制造商或回收公司如何在電池回收方面利用這一巨大潛力。感興趣的企業(yè)可以由弗勞恩霍夫 IPA 評估機器人輔助拆解產品的可行性。該研究機構也致力于優(yōu)化產品初步拆解可能性。