安全的废旧动力电池环保回收用自动拆解系统及其拆解方法

1029 编辑：中冶有色技术网来源：娄底职业技术学院

2023-12-21 14:16:02

权利要求书： 1.一种安全的废旧动力电池环保回收用自动拆解系统，其特征在于，该系统包括电池故障检测模块、废旧电池分类池模块、电池切割模块、外壳粉碎模块、有害物质分解模块、有害杂质回收模块、可回收物质分类模块、杂质降解模块、回收池模块和人机交互模块；

所述电池故障检测模块利用神经网络算法对电池信号进行检测，检测结束后利用废旧电池分类池模块进行分类，废旧电池分类池模块的结束接口与电池切割模块的开始接口匹配，所述电池切割模块的结束接口与外壳粉碎模块的开始接口匹配，所述外壳粉碎模块的结束接口分别与有害物质分解模块和有害杂质回收模块的开始接口匹配，所述有害物质分解模块和有害杂质回收模块的结束接口均与可回收物质分类模块的开始接口匹配，且可回收物质分类模块的结束接口一边与回收池模块的开始接口匹配，同时重新与有害物质分解模块和有害杂质回收模块的开始接口匹配；

所述杂质降解模块的开始接口与有害物质分解模块和有害杂质回收模块匹配，利用化学反应降解产生的杂质，所述人机交互模块对拆解过程中的各个模块进行参数设置，并产生详细的拆解报告以及有害物质和有害杂质的残留数据，以图表的形式在屏幕上进行展现；

所述电池切割模块包括切割刀片和气压缸，所述切割刀片的一端与不锈钢挡板相对的旋转夹尾部固定匹配，所述气压缸与切割刀片的另一端固定匹配，且与不锈钢挡板相对应；

所述人机交互模块包括控制显示屏、红外扫描器、若干个位置传感器、若干个能耗传感器和若干个射线辐射传感器，所述控制显示屏对拆解过程中的各个模块进行参数设置，所述红外扫描器设置在电池切割模块的开始接口前方，所述位置传感器和能耗传感器分别设置在电池切割模块、外壳粉碎模块、有害物质分解模块、有害杂质回收模块和杂质降解模块上，所述射线辐射传感器设置在有害物质分解模块和杂质降解模块上。

2.如权利要求1所述的一种安全的废旧动力电池环保回收用自动拆解系统，其特征在于，所述废旧电池分类池模块包括旋转夹和放电池，所述旋转夹的内侧固定匹配有多组不锈钢挡板，多组所述不锈钢挡板均通过导线与放电池的正负导线匹配，所述旋转夹上还设置有用于固定废旧电池的电池切割模块。

3.如权利要求2所述的一种安全的废旧动力电池环保回收用自动拆解系统，其特征在于，所述可回收物质分类模块按不同重量将物质初步分为金属和非金属，再根据密度将金属分为普通金属和贵重金属。

4.如权利要求3所述的一种安全的废旧动力电池环保回收用自动拆解系统，其特征在于，所述杂质降解模块分别与外壳粉碎模块、有害物质分解模块和有害杂质回收模块进行通道连接，连接通道互不干扰。

5.采用如权利要求4所述的一种安全的废旧动力电池环保回收用自动拆解系统的拆解方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：利用电池故障检测模块利用神经网络算法对电池信号进行检测，检测结束后利用废旧电池分类池模块进行分类，废旧电池分类池模块中向电池切割模块中输入废旧动力电池，在此之前先经过红外扫描器的检测，扫描废旧动力电池是否完好，当废旧动力电池进入电池切割模块后，废旧动力电池的电极部分与旋转夹内的不锈钢挡板接触，并在气压缸和切割刀片的挤压下与不锈钢挡板抵紧，在放电池内进行充分放电；

步骤S2：充分放电后的废旧动力电池进入外壳粉碎模块中，粉碎至统一直径的颗粒物后分为两堆物质，并分别进入到有害物质分解模块和有害杂质回收模块中进行处理，两边处理过后的残渣进入可回收物质分类模块按不同重量将物质初步分为金属和非金属，再根据密度将金属分为普通金属和贵重金属，分选合格后进入回收池模块；

步骤S3：杂质降解模块分别收集外壳粉碎模块、有害物质分解模块和有害杂质回收模块中产生的杂质，首先将固体粉末和碎屑利用清洗液进行降温清洗，利用分类筛将固体粉末和碎屑进行分离，分离后的杂质随后进入分子筛过滤塔，由分子筛过滤塔吸附杂质中的水分，干燥后的杂质进入冷凝装置，使杂质中的有机溶剂冷凝析出，最后杂质使用两级碱液吸收和活性炭吸附，碱液为氢氧化钠或氢氧化钙料浆，达到标准后，杂质经由杂质排放口排出，如不达到标准，则继续经过活性炭吸附作用，直至达标。

说明书：一种安全的废旧动力电池环保回收用自动拆解系统及其拆解方法

技术领域[0001] 发明涉及电池拆解的领域，尤其涉及一种安全的废旧动力电池环保回收用自动拆解系统及其拆解方法。背景技术[0002] 随着能源危机的日益加重，新能源得到快速应用和发展。随着电池的需求量日益增多，产生的废旧电池也不断增加。在废旧电池拆解回收利用的过程中，会产生大量有毒有害气体，若未处理直接排放，则会严重污染环境，影响人类的身体健康。为了使废旧电池拆解回收得到可持续发展，亟需解决废旧电池拆解过程产生的废气污染问题。[0003] 专利号CN110787547A公开了一种废锂电池拆解废气治理系统及方法，该系统包括：布袋除尘装置、三级洗涤装置以及RTO蓄热燃烧设备，所述布袋除尘装置的输入端作为系统输入端，外接待处理的废锂电池拆解废气；所述布袋除尘装置的输出端连接三级洗涤装置的输入端，所述三级洗涤装置的输出端连接RTO蓄热燃烧设备。该治理方法包括(1)对待处理废锂电池拆解废气进行除尘；(2)对除尘后的废锂电池拆解废气进行多级洗涤，去除废气中腐蚀性组分；(3)采用RTO蓄热燃烧工艺对废气进行处理，使得废锂电池拆解废气在高温条件下发生氧化反应，生成CO2和H2O。本方案实现在有效处理废锂电池拆解废气时，大大降低能耗和减少废气对处理设备的腐蚀。[0004] 现有技术在电池拆解过程前并未对电池进行充分检测与分类，这就导致了电池在拆解过程中是按照统一的拆解流程进行，拆解过程前的充分检测是及其重要的一个环节。发明内容[0005] 为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种安全的废旧动力电池环保回收用自动拆解系统及其拆解方法。[0006] 本发明所采用的技术方案是，[0007] 该系统包括电池故障检测模块、废旧电池分类池模块、电池切割模块、外壳粉碎模块、有害物质分解模块、有害杂质回收模块、可回收物质分类模块、杂质降解模块、回收池模块和人机交互模块；[0008] 所述电池故障检测模块利用神经网络算法对电池信号进行检测，检测结束后利用废旧电池分类池模块进行分类，废旧电池分类池模块的结束接口与电池切割模块的开始接口匹配，所述电池切割模块的结束接口与外壳粉碎模块的开始接口匹配，所述外壳粉碎模块的结束接口分别与有害物质分解模块和有害杂质回收模块的开始接口匹配，所述有害物质分解模块和有害杂质回收模块的结束接口均与可回收物质分类模块的开始接口匹配，且可回收物质分类模块的结束接口一边与回收池模块的开始接口匹配，同时重新与有害物质分解模块和有害杂质回收模块的开始接口匹配；[0009] 所述杂质降解模块的开始接口与有害物质分解模块和有害杂质回收模块匹配，利用化学反应降解产生的杂质，所述人机交互模块对拆解过程中的各个模块进行参数设置，并产生详细的拆解报告以及有害物质和有害杂质的残留数据，以图表的形式在屏幕上进行展现；[0010] 所述电池切割模块包括切割刀片和气压缸，所述切割刀片的一端与不锈钢挡板相对的旋转夹尾部固定匹配，所述气压缸与切割刀片的另一端固定匹配，且与不锈钢挡板相对应；[0011] 所述人机交互模块包括控制显示屏、红外扫描器、若干个位置传感器、若干个能耗传感器和若干个射线辐射传感器，所述控制显示屏对拆解过程中的各个模块进行参数设置，所述红外扫描器设置在电池切割模块的开始接口前方，所述位置传感器和能耗传感器分别设置在电池切割模块、外壳粉碎模块、有害物质分解模块、有害杂质回收模块和杂质降解模块上，所述射线辐射传感器设置在有害物质分解模块和杂质降解模块上。[0012] 进一步地，所述废旧电池分类池模块包括旋转夹和放电池，所述旋转夹的内侧固定匹配有多组不锈钢挡板，多组所述不锈钢挡板均通过导线与放电池的正负导线匹配，所述旋转夹上还设置有用于固定废旧电池的电池切割模块。[0013] 进一步地，所述可回收物质分类模块按不同重量将物质初步分为金属和非金属，再根据密度将金属分为普通金属和贵重金属。[0014] 进一步地，所述杂质降解模块分别与外壳粉碎模块、有害物质分解模块和有害杂质回收模块进行通道连接，连接通道互不干扰。[0015] 一种安全的废旧动力电池环保回收用自动拆解系统及其拆解方法，其特征在于，包括以下步骤：[0016] 步骤S1：利用电池故障检测模块利用神经网络算法对电池信号进行检测，检测结束后利用废旧电池分类池模块进行分类，废旧电池分类池模块中向电池切割模块中输入废旧动力电池，在此之前先经过红外扫描器的检测，扫描废旧动力电池是否完好，当废旧动力电池进入电池切割模块后，废旧动力电池的电极部分与旋转夹内的不锈钢挡板接触，并在气压缸和切割刀片的挤压下与不锈钢挡板抵紧，在放电池内进行充分放电；[0017] 步骤S2：充分放电后的废旧动力电池进入外壳粉碎模块中，粉碎至统一直径的颗粒物后分为两堆物质，并分别进入到有害物质分解模块和有害杂质回收模块中进行处理，两边处理过后的残渣进入可回收物质分类模块按不同重量将物质初步分为金属和非金属，再根据密度将金属分为普通金属和贵重金属，分选合格后进入回收池模块；[0018] 步骤S3：杂质降解模块分别收集外壳粉碎模块、有害物质分解模块和有害杂质回收模块中产生的杂质，首先将固体粉末和碎屑利用清洗液进行降温清洗，利用分类筛利用分类筛将固体粉末和碎屑进行分离，分离后的杂质随后进入分子筛过滤塔，由分子筛过滤塔吸附杂质中的水分，干燥后的杂质进入冷凝装置，使杂质中的有机溶剂冷凝析出，最后杂质使用两级碱液吸收和活性炭吸附，碱液为氢氧化钠或氢氧化钙料浆，达到标准后，杂质经由杂质排放口排出，如不达到标准，则继续经过活性炭吸附作用，直至达标。[0019] 进一步地，所述步骤S1中利用神经网络算法对电池信号进行检测的模型为：[0020][0021] 其中Ab(c(n))表示废弃动力电池故障类型的总数，b表示废弃动力电池充放电次数，n表示废弃动力电池的剩余电量，c表示废弃动力电池的类型，D表示废弃动力电池的故障发生的概率，m表示废弃动力电池的使用时长，f表示表示废弃动力电池的故障特征。[0022] 进一步地，建立检测模型后，对废弃动力电池的数据进行具体计算，计算公式为：[0023] l(m)＝p(Ols(m?1)+Zll(m)+yl)[0024] q(m)＝tanr(Oqs(m?1)+Zql(m)+yq)[0025] 其中，l表示废弃动力电池的电压容量，p表示废弃动力电池的充放电比例系数，O表示废弃动力电池的剩余电压，s表示废弃动力电池的内阻，Z表示废弃动力电池的碳芯剩余长度，y表示废弃动力电池的外壳完好度，q表示废弃动力电池的电流容量，r表示不同废弃动力电池的充放电比例系数的平均值。[0026] 进一步地，利用神经网络算法的输出结果对电池的故障诊断信号进行检测，当智能神经网络中的神经元得到激活后，对其进行算法处理，具体实现公式为：[0027] t(m)＝p(Ots(m?1)+Ztl(m)+yt)[0028] 其中，t表示废弃动力电池的使用时长。[0029] 进一步地，利用神经网络算法对电池输入层的时序数据进行分割计算，老化输出值的公式为：[0030] x(m)＝p(Oxs(m?1)+Zxl(m)+yx)[0031] 其中，x表示废弃动力电池的老化输出值。[0032] 进一步地，得出最终的输出结果为：[0033][0034] 其中，表示废弃动力电池的检测结果，u表示废弃动力电池的电压容量、电流容量、电池的使用时长、老化输出值的加权平均值。[0035] 本发明的有益效果是：本发明提出在电池拆解前对电池利用神经网络算法对电池进行检测，充分了解电池的故障原因，后对电池进行分类，提高了电池拆解的效率。附图说明[0036] 图1为本发明系统模块图；[0037] 图2为本发明的电池切割模块组成图；[0038] 图3为本发明的可回收物质分类模块组成图；[0039] 图4为本发明的人机交互模块组成图；[0040] 图5为本发明总体方法步骤流程图；[0041] 图6为本发明的神经网络检测算法图。具体实施方式[0042] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和有具体实施例对本申请作进一步详细说明。[0043] 如图1所示，一种安全的废旧动力电池环保回收用自动拆解系统及其拆解方法，包括电池故障检测模块、废旧电池分类池模块、电池切割模块、外壳粉碎模块、有害物质分解模块、有害杂质回收模块、可回收物质分类模块、杂质降解模块、回收池模块和人机交互模块；[0044] 电池故障检测模块、废旧电池分类池模块的结束接口与电池切割模块的开始接口匹配，电池切割模块的结束接口与外壳粉碎模块的开始接口匹配，外壳粉碎模块的结束接口分别与有害物质分解模块和有害杂质回收模块的开始接口匹配，有害物质分解模块和有害杂质回收模块的结束接口均与可回收物质分类模块的开始接口匹配，且可回收物质分类模块的结束接口一边与回收池模块的开始接口匹配，同时重新与有害物质分解模块和有害杂质回收模块的开始接口匹配；[0045] 杂质降解模块的开始接口与有害物质分解模块和有害杂质回收模块匹配，利用化学反应降解产生的杂质，人机交互模块对拆解过程中的各个模块进行参数设置，并产生详细的拆解报告以及有害物质和有害杂质的残留数据，以图表的形式在屏幕上进行展现。[0046] 如图2所示，电池切割模块包括切割刀片和气压缸，所述切割刀片的一端与不锈钢挡板相对的旋转夹尾部固定匹配，所述气压缸与切割刀片的另一端固定匹配，且与不锈钢挡板相对应。[0047] 如图3所示，可回收物质分类模块按不同重量将物质初步分为金属和非金属，再根据密度将金属分为普通金属和贵重金属。[0048] 杂质降解模块分别与外壳粉碎模块、有害物质分解模块和有害杂质回收模块进行通道连接，且每个连接管道单独设置。[0049] 如图4所示，人机交互模块包括控制显示屏、红外扫描器、若干个位置传感器、若干个能耗传感器和若干个射线辐射传感器，控制显示屏对拆解过程中的各个模块进行参数设置，红外扫描器设置在电池切割模块的开始接口前方，位置传感器和能耗传感器分别设置在电池切割模块、外壳粉碎模块、有害物质分解模块、有害杂质回收模块和杂质降解模块上，射线辐射传感器设置在有害物质分解模块和杂质降解模块上；红外扫描器为基于机器视觉的摄像头，通过智能机器学习算法识别废旧动力电池的表面缺陷，如撞击、刮伤、脏污和穿孔等，若检测到有电解液泄漏的风险，则及时通过控制显示屏进行报警；通过各种传感器实时检测各个装置的工作温度、内部杂质成分和工作压力，在装置的工作参数超出设定的警戒值时，则及时过控制显示屏进行报警。[0050] 如图5所示，一种废旧电池安全回收拆解方法，包括以下步骤：[0051] 步骤S1：利用电池故障检测模块利用神经网络算法对电池信号进行检测，检测结束后利用废旧电池分类池模块进行分类，废旧电池分类池模块中向电池切割模块中输入废旧动力电池，在此之前先经过红外扫描器的检测，扫描废旧动力电池是否完好，当废旧动力电池进入电池切割模块后，废旧动力电池的电极部分与旋转夹内的不锈钢挡板接触，并在气压缸和切割刀片的挤压下与不锈钢挡板抵紧，在放电池内进行充分放电；[0052] 步骤S2：充分放电后的废旧动力电池进入外壳粉碎模块中，粉碎至统一直径的颗粒物后分为两堆物质，并分别进入到有害物质分解模块和有害杂质回收模块中进行处理，两边处理过后的残渣进入可回收物质分类模块按不同重量将物质初步分为金属和非金属，再根据密度将金属分为普通金属和贵重金属，分选合格后进入回收池模块；[0053] 步骤S3：杂质降解模块分别收集外壳粉碎模块、有害物质分解模块和有害杂质回收模块中产生的杂质，首先将固体粉末和碎屑利用清洗液进行降温清洗，利用分类筛利用分类筛将固体粉末和碎屑进行分离，分离后的杂质随后进入分子筛过滤塔，由分子筛过滤塔吸附杂质中的水分，干燥后的杂质进入冷凝装置，使杂质中的有机溶剂冷凝析出，最后杂质使用两级碱液吸收和活性炭吸附，碱液为氢氧化钠或氢氧化钙料浆，达到标准后，杂质经由杂质排放口排出，如不达到标准，则继续经过活性炭吸附作用，直至达标。[0054] 电池出现频率最高的问题是电池的漏电现象，电池故障可以分为两种，分别为电池满电故障和内部线路问题。对于满电故障，表现为随着放置天数的增长，电池自身的耗电量会呈故障非线性走势；对于线路连接的情况，表现为电池本身没有故障，但是随着充放电次数的增加，电池的电量就会急剧减小，产生漏电现象，导致整个电池的供电不足，影响电池的使用。[0055] 如图6所示，步骤S1中利用神经网络算法对电池信号进行检测的模型为：[0056][0057] 其中Ab(c(n))表示废弃动力电池故障类型的总数，b表示废弃动力电池充放电次数，n表示废弃动力电池的剩余电量，c表示废弃动力电池的类型，D表示废弃动力电池的故障发生的概率，m表示废弃动力电池的使用时长，f表示表示废弃动力电池的故障特征。[0058] 建立检测模型后，对废弃动力电池的数据进行具体计算，计算公式为：[0059] l(m)＝p(Ols(m?1)+Zll(m)+yl)[0060] q(m)＝tanr(Oqs(m?1)+Zql(m)+yq)[0061] 其中，l表示废弃动力电池的电压容量，p表示废弃动力电池的充放电比例系数，O表示废弃动力电池的剩余电压，s表示废弃动力电池的内阻，Z表示废弃动力电池的碳芯剩余长度，y表示废弃动力电池的外壳完好度，q表示废弃动力电池的电流容量，r表示不同废弃动力电池的充放电比例系数的平均值。[0062] 利用神经网络算法的输出结果对电池的故障诊断信号进行检测，当智能神经网络中的神经元得到激活后，对其进行算法处理，具体实现公式为：[0063] t(m)＝p(Ots(m?1)+Ztl(m)+yt)[0064] 其中，t表示废弃动力电池的使用时长。[0065] 利用神经网络算法对电池输入层的时序数据进行分割计算，老化输出值的公式为：[0066] x(m)＝p(Oxs(m?1)+Zxl(m)+yx)[0067] 其中，x表示废弃动力电池的老化输出值。[0068] 得出最终的输出结果为：[0069][0070] 其中，表示废弃动力电池的检测结果，u表示废弃动力电池的电压容量、电流容量、电池的使用时长、老化输出值的加权平均值。[0071] 本发明的有益效果是：本发明提出在电池拆解前对电池利用神经网络算法对电池进行检测，充分了解电池的故障原因，后对电池进行分类，提高了电池拆解的效率。[0072] 在本发明描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“匹配”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定匹配，也可以是可拆卸匹配，或一体地匹配；可以是机械匹配，也可以是电匹配；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0073] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。