工业电池拆解使电动汽车更具可持续性

电动汽车正在蓬勃发展，但大量耗尽的电池到底去了哪里？弗劳恩霍夫 IPA 使用 KUKA 的 KR QUANTEC 成功测试了工业电池拆解的工作原理。目标：使电动汽车的使用更具可持续性。

电动汽车越来越多，回收电池作为解决方案？

2023 年 3 月，欧盟国家做出了具有重大影响的决定：自 2035 年起，仅允许零排放汽车和小型货车在欧洲注册。就在这一刻起，情况已相当明朗：汽车产业的未来在于电动汽车。各方预测也显示了这一点：根据国际能源署 (IEA)的数据显示，2022 年全球约有 2,770 万辆电动汽车上路，而到 2030 年，这一数字将超过 2.26 亿辆。这表示，在德国几乎1/4的汽车将是电动汽车，而目前只有2%。

工业机器人可以回收宝贵原料

只有一个问题：随着电动汽车的数量越来越多，废弃电池也会堆积如山。因为目前电池的平均使用寿命只有十年左右。同时，其生产原料变得越来越稀缺且越来越昂贵。有一个解决方案：回收！这就是 KUKA 工业机器人发挥作用之处，更准确地说，是工业机器人 KR QUANTEC。在其帮助下，位于斯图加特的弗劳恩霍夫生产工程和自动化 IPA 研究所在研究项目“DeMoBat – 工业化拆解电池和电机”中展示了如何实现这一目标。

十二位合作伙伴共同研究数余载

多年来，来自 12 个合作伙伴的专家努力研究如何以可持续性且经济可行的方式对电动汽车电池进行再处理。在这个项目中，总共开发了八个应用程序作为示范和测试工具，可用于工业持续运行。重点为如何拆解电动汽车电池。回收组件的前提条件是将其分类拆解成各个组成部分，而这绝非易事。

电池拆解：复杂且可能危及生命

“拆解电池带来了三大挑战，”弗劳恩霍夫 IPA 组长 Anwar Al Assadi 解释道。“首先需要具有特殊资质的专业人员，因为使用高电压技术需要特殊且通常耗时的训练。其次，由于高电压和危险气体，手动拆卸会带来人身方面的风险；在最坏的情况下，可能会发生自燃。第三，手动拆解需要很长时间，而且相对地成本高昂。这通常使得目前的回收作业似乎无利可图。”

自动化解决方案在提升电动汽车的可持续性方面可发挥关键作用。

Anwar Al Assadi，弗劳恩霍夫 IPA 组长

自动拆解电池一举三得

这些挑战有如为机器人辅助解决方案量身打造。负载为 270 公斤的装配机器 KR QUANTEC 完全由弗劳恩霍夫 IPA 开发的 “pitasc”软件操作，并使用 KUKA.RobotSensorInterface 进行控制，因此更容易连接外部传感器。“以这种方式，我们能够实时调整重要的拆解步骤，进而将以前必须手动执行的各种流程加以自动化。”因此，KUKA 的技术同时解决了拆解电池中的三个问题：缓解了技术人员短缺情形、大大降低了员工的安全风险，并且借助其高效率确保电池回收在经济上的价值。

欧盟电池法规明显日趋严格，迫使采取行动

无论如何，制造商必须解决这个问题：自 2023 年以来，更严格的欧盟电池法规要求新电池必须提高回收材料比例，即使是进口到欧洲的电池也不例外。斯图加特的成功研究项目深刻地展示了 KUKA 的技术支持是多么地可贵。

在这里，KR QUANTEC 执行了各式各样的工作步骤：从松开螺钉到打开密封接条，或是分开电缆。“复杂的是，市场上有数量惊人的不同电池系统，”Anwar Al Assadi 说道，“而且每一个电池的内部看起来都不一样。”在某些情况下，即使在同一车型系列中，制造商也会改变电池系统的结构。

无论何种电动汽车的何种电池：KR QUANTEC 都知道如何处理

六轴机器人 KR QUANTEC 正好符合所需：铰接臂机器人有六个自由度，可以根据电池系统的不同尺寸和几何形状进行优化调整，并且可凭借其负载应付高扭矩。因此，机器人需要上文提到的“pitasc”解决方案，这样的软件能够与硬件搭配使用，以识别出需要执行哪些操作，无论应处理的电池型号为何。

辅助图像处理系统可自动识别螺钉和其他组件的，使得 KR QUANTEC 不再需要针对每个单独的制程步骤接受手动示教。为了防止与工件发生碰撞，在每个拆解步骤后，都会使用传感器和 3D 视觉系统进行成果检查。然后会将信号传送到中央过程控制中心，以确保安全的流程顺序。

由于其修长的几何形状和小占地面积，QUANTEC 有助于建立灵活且符合未来需求的系统。

Thomas Schmidberger，电子产品全球业务开发经理

灵活的系统可以处理结构设计极为不同的电池

Al Assadi 表示，复杂之处在于，汽车制造商必须在电池中很小的空间内尽可能装入大量组件。这为拆卸过程中的活动空间带来了很大的限制。其他挑战还包括不同的电缆位置或电池上的许多黏着物，这些黏着物比螺钉更难以自动化技术移除。“但我们也为此找到了解决方案，现在希望进一步开发用于工业用途。”最重要的是打造灵活的系统，尤其是因为电池的结构设计每六个月就会发生根本性的变化。

KR QUANTEC：对广泛的应用具有吸引力

多功能性是 KR QUANTEC 系列的巨大优势之一：“由于其修长的几何形状和小占地面积，QUANTEC 有助于建立灵活且符合未来需求的系统。”KUKA 电子产品全球业务开发经理 Thomas Schmidberger 说道，“与所有 KUKA 机器人一样，它也标准拥有 ESD 认证，以确保能够安全处理静电敏感工件。”

此外，新一代铰接臂机器人 KR QUANTEC 配备标准直流控制器，高效节能非常优异：运动和待机模式下的能耗均显著降低。在制造过程动作中，六轴机器人的能耗比前代型号减少了约 30%，部分是通过回收制动能量而达成；在“调节中等待”运作状态下，甚至可减少 60%。

工业机器人的功能远不止自动拆解

这使得六轴机器人 KR QUANTEC 不仅适用于回收电动汽车电池，还适用于各种应用领域。其修长的模块化结构也意味可以客制化技术和快速交付，更值得一提的是：低总体拥有成本 (TCO)。因为维护工作量很大程度地减轻且备件数量减少。

此外，KR QUANTEC 系列的型号重量为 120 至 300 公斤，属于高负载级别，并且拥有该领域市场上很大的负载和工作范围产品组合。提高现场负载和采用高流程质量运动模式等可能性，使其成为任何生产技术明智且安全的未来投资。

市场容量快速攀升

这也适用于电池拆解领域，尤其是电动汽车产业将在未来几年快速发展之际：专家预计，至 2028 年，全球电动汽车市场规模将从近 4,200 亿美元（2022 年）增加到超过 7,700 亿美元。该项目的一系列测试现已展示了汽车原始设备制造商（例如内部电动汽车回收）、电池制造商或回收公司如何在电池回收方面利用这一巨大潜力。感兴趣的企业可以由弗劳恩霍夫 IPA 评估机器人辅助拆解产品的可行性。该研究机构也致力于优化产品初步拆解可能性。