工業電池拆解使電動汽車更具永續性

電動汽車正在蓬勃發展，但大量退役電池到底去了哪裡？Fraunhofer IPA 使用 KUKA 的 KR QUANTEC，成功測試了拆卸工業電池的工作原理。目標：使電動汽車的運用更加永續。

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，僅許可零排放車輛和小型貨車在歐洲註冊。就在這一刻起，情況已相當明朗：汽車產業的未來在於電動汽車。各方預測也顯示了這一點：根據國際能源總署（IEA）的數據顯示，2022 年全球約有 2,770 萬輛電動汽車上路，至 2030 年，這一數字將超過 2.26 億輛。這表示，在德國幾乎四分之一的汽車將是電動汽車——而目前只有百分之二。

工業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 工業機器人發揮作用之處，更準確地說，是工業機器人 KR QUANTEC。在它的幫助下，位於斯圖加特的 Fraunhofer 生產工程和自動化 IPA 研究所在研究項目「DeMoBat – 工業化拆解電池和電動機」中展示了如何實現這一目標。

德國斯圖加特的 Fraunhofer IPA 和 KUKA 有著長期的合作關係。

十二位合作夥伴共同研究數餘載

多年來，來自 12 個合作夥伴的專家努力研究如何以永續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，總共開發了八個應用程式作為示範和測試工具，可用於連續工業運作。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：複雜且可能危及生命

「拆解電池的工作面臨三大挑戰，」Fraunhofer IPA 組長 Anwar Al Assadi 解釋道。「首先需要具有特殊資質的專業人員，因為使用高電壓技術需要特殊且通常耗時的訓練。其次，由於高電壓和危險氣體，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似乎無利可圖。」

自動化解決方案在提升電動汽車的永續性方面可發揮關鍵作用。

Anwar Al Assadi，Fraunhofer IPA 組長

自動拆解電池一舉三得

這些挑戰由機器人輔助解決方案來克服再適合不過了。透過 Fraunhofer IPA 開發的「pitasc」軟體操作負載為 270 公斤的 KUKA 重負載型工業機器人 KR QUANTEC ，同時配合 KUKA.RobotSensorInterface 軟體同步進行控制，因此更容易連接外部感應器。「透過這種方式，我們能夠即時調整重要的拆解步驟，進而將以前必須手動執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，並且借助其高效率確保電池回收在經濟上的價值。

歐盟電池法規明顯日趨嚴格，迫使採取行動

無論如何，製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 的技術支援是多麼地可貴。

在這裡，KR QUANTEC 執行了各式各樣的工作步驟：從鬆開螺釘到打開密封接條，或是分開電纜。「在這套自動化流程中，要面對最複雜的挑戰是，市場上有著數以千計不同的電池系統，」Anwar Al Assadi 說，「而且每一個電池的內部構造都不一樣。」在某些情況下，即使在同一車型系列中，製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

KR QUANTEC 正好符合所需：這款深受長年使用者信賴的六軸工業手臂，因其靈活的六個轉軸，可根據電池系統不同的尺寸和幾何形狀進行最佳化調整，並憑藉其高度負載能力對應高扭矩需求，進行拆解工作。
無論電池型號為何，藉著「pitasc」解決方案與KUKA機械手臂的完美結合，由軟體辨識出需要執行的操作，並由硬體也就是 KUKA 機械手臂完成對應的工作。

輔助影像處理系統可自動辨識螺絲釘和其他組件的位置，使得 KR QUANTEC 不再需要針對每個單獨的製程步驟進行手動教點。為了防止與工件發生碰撞，在每個拆解步驟後，都會使用感應器和 3D 攝影系統進行成果檢查。之後會將訊號傳送到中央過程控制中心，以確保安全的流程順序。

由於其修長的幾何形狀和小佔地面積，QUANTEC 有助於建立靈活且符合未來需求的系統。

Thomas Schmidberger，電子產品全球業務開發經理

靈活的系統可以處理結構設計極為不同的電池

Al Assadi 表示，複雜之處在於，汽車製造商必須在電池中極小的空間內盡可能裝入大量元件。這為拆卸過程中的活動空間帶來了極大的限制。其他挑戰還包括不同的電纜位置或電池上的許多黏著物，這些黏著物比螺絲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用於工業用途。」最重要的是打造靈活的系統，尤其是在現今快速發展的技術背景下，電池結構設計每六個月就會發生根本性的變化。

KR QUANTEC：對廣泛的應用具有吸引力

多功能性是 KR QUANTEC 系列的巨大優勢之一：「由於其修長的幾何形狀和小佔地面積，QUANTEC 有助於建立靈活且符合未來需求的系統。」KUKA 電子產品全球業務開發經理 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，新一代重負載工業機器人 KR QUANTEC 配備標準直流控制器，高效節能非常優異：運動和待機模式下的能耗均顯著降低。在製造過程動作中，六軸機器人的能耗比前代型號減少了約 30%——部分是透過回收制動能量而達成；在「調節中等待」運作狀態下，甚至可減少 60%。

工業機器人的功能遠不止自動拆解

這使得六軸機器人 KR QUANTEC 不僅適用於回收電動汽車電池，還適用於各種應用領域。其修長的模組化結構也意味可以客製化技術和快速交付，更值得一提的是：低總體擁有成本（TCO）。因為維護工作量最大程度地減少且備件數量減少。

此外，KR QUANTEC 系列的型號重量為 120 至 300 公斤，屬於高負載級別，並且擁有該領域市場上最大的負載和作用範圍產品組合。提高現場負載和採用高流程品質運動模式等可能性，使其成為任何生產技術明智且安全的未來投資。

市場容量快速成長

這也適用於電池拆解領域，尤其是電動汽車產業將在未來幾年快速發展之際：專家預計，至 2028 年，全球電動汽車市場規模將從近 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製造商（例如內部電動汽車回收）、電池製造商或回收公司如何在電池回收方面利用這一巨大潛力。有興趣的業者可以由 Fraunhofer IPA 評估機器人輔助拆解產品的可行性。該研究機構也致力於優化產品初步拆解可能性。