奥迪Q5电池系统回收拆解的工艺与自动化分析

动力电池系统退役后，有两个去向：一是整包或模组级别做为单元，应用到其他领域，如储能，信号塔电源，酒店备用电源，场地车等，即梯次利用；另一个去向，是进行回收，即拆解，提炼出有价值的材料，是所有电池最终要经历的阶段。

对于进入回收阶段的电池系统，首要的工作是建立起有效的拆解工艺过程，并逐渐实现半自动化或自动化。这里以Q5电池系统的拆解工艺研究为例进行阐述一个总体的思路。

建立起该拆解工艺，共分为4个阶段，如下图所示。

第一阶段：进行产品分析，这是后续工作的基础，也是所有参与拆解工作人员的必备专业知识，重点需要掌握是每个零部件功用、材料组成，各零部件之间的连接技术（机械性的紧固连接、电气性的电连接），以及各零部件之间的位置空间关系。以Q5为例子：

Q5电池系统重35kg，尺寸为50cm*70cm*15cm，额定电压266V，由4个模组组成，每个模组包含18个松下5Ah的方形电芯，电芯的类型为NCM111。从外部看，共有上下壳体、功率电子器件和BMS组成。根据此，绘制Q5电池系统的原理示意图如下，以更清晰地掌握各部分电气关系。

之后，拆开壳体，确定每个主要零部件，以及零部件之间的连接技术，在这个过程，需要对每个零部件建立标签如按数字或字母，同时包括每个零部件的材料，重量，几何尺寸，所用的拆解工具，拆解时间，拆解的前后工序等。Q5的零部件标签示例如下。

第二阶段，确定拆解的顺序。根据第一阶段所活动的信息，将待拆解的零部件列表，这里完成从PACK到模组的拆解，因此，模组拆解及之后的部分不再列出。

利用拆解矩阵表来确定先后顺序。在矩阵表绘制时，需要对每一个零部件的拆解进行先后顺序评估，在后拆解的标“-1”，在前拆解的标“1”，无法确定先后顺序的标“0”，比如BMU和功率器件之间，具体哪个先进行拆并没很大的区别，计算每个零部件1的得分之和，值越大，则越需要先拆解，不过，由于可能会出现得分相同的情况，所以，这种方法还需要额外的评估进行协助。最终，确定的拆解工序如下。

基本的过程是：先拆掉上下壳体的紧固件，分离上下壳体；拆掉功率器件和BMU的外壳；拆掉所有的线束、线束固定卡扣，以及接插件；拆掉防爆系统gas Vent；拆掉模组的连接和紧固件等；最后得到模组。

第三阶段：评估可自动化的程度。在这里，进一步将拆解工序按四类标准进行划分和评估，分别是过程相关标准、安全相关标准、零件相关标准，以及经济性相关标准，如下。

TAA（technical ability ofa disassembly process to be automated），NA（necessity toautomate the corresponding disassembly operation）

TAA与NA是基于专家打分的方式来获得各自的得分，其中TAA主要用来评估与技术性相关的，而安全相关、经济性相关的则主要以NA来进行评估，二者的最大/最小值均为100/-100。

TAA评分规则：

• 1: 易于实现自动化，如压缩；

• 0: 是否自动化差别不大，如螺栓紧固，铆接；

• -1: 自动化困难，如焊接，胶粘。

NA评分规则：

• 1: 短期可实现自动化

• 0: 中期实现自动化

• -1: 长期实现自动化

在完成TAA和NA的打分后，可将其按四象限图展示出来，如下，可以看出在1区的工序是最应实现自动化的，2区中分值高的部分也可以进一步考虑，其他区（的工序）则不需要考虑。

进一步，结合已经确定的拆解工序流程，将TAA值分别以柱状图的形式来体现，如下，便能够清晰地看出哪些工序是可以和需要自动化的，这有助于整个拆解产线的布局。

拆解的工作有点类似于FA分析或Benchmarking，但更具体和细化，所以，制定最初拆解工艺的人员一定需要对产品有充分地掌握和理解，同时，确保各专业领域专业人员参与，才能制定出较合理的拆解工艺。

对于国内的回收企业来说，所面临的另一个困难在于各家电池包的标准化程度低，意味着很难同一条自动化产线来拆解多种包；对于量大的电池包也许可以考虑自动/半自动化，其他类型的包重点要考虑产线的柔性度，以手工/半自动化为主。

电池回收工作将倒逼企业在正向开发时考虑产品的可拆解性，也将推动行业的产品标准化工作。

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