(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-22
(54)【発明の名称】バッテリー自動解体システム
(51)【国際特許分類】
H01M 10/54 20060101AFI20240712BHJP
【ＦＩ】
H01M10/54
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023572785
(86)(22)【出願日】2023-08-07
(85)【翻訳文提出日】2023-11-24
(86)【国際出願番号】 KR2023011591
(87)【国際公開番号】W WO2023244095
(87)【国際公開日】2023-12-21
(31)【優先権主張番号】10-2023-0057900
(32)【優先日】2023-05-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】519197594
【氏名又は名称】高麗亞鉛株式会社
【氏名又は名称原語表記】ＫＯＲＥＡ ＺＩＮＣ ＣＯ．， ＬＴＤ．
(74)【代理人】
【識別番号】100077838
【弁理士】
【氏名又は名称】池田 憲保
(74)【代理人】
【識別番号】100129023
【弁理士】
【氏名又は名称】佐々木 敬
(72)【発明者】
【氏名】キム，スン ヒョン
【テーマコード（参考）】
5H031
【Ｆターム（参考）】
5H031RR01
5H031RR07
(57)【要約】
一実施例によるバッテリー自動解体システムは、第１作業台、第２作業台、第３作業台、および放電用作業台を含む作業部と、放電装置と、ロボット装置と、移送装置と、前記ロボット装置および前記移送装置と電気的に連結された制御部とを含み、前記制御部は、前記ロボット装置を制御して、バッテリーパックが前記第１作業台上に配置されるときに、前記バッテリーパックから上部カバーを分離し、前記バッテリーパックが前記放電用作業台上に配置されるときに、前記バッテリーパックを前記放電装置に連結して放電させ、前記放電されたバッテリーパックが前記第２作業台上に配置されるときに、前記放電されたバッテリーパックからバッテリーモジュールを分離し、さらに、前記バッテリーモジュールが前記第３作業台上に配置されるときに、前記バッテリーモジュールからバッテリーセルを分離するように構成されている。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１作業台、第２作業台、第３作業台および放電用作業台を含む作業部と、放電装置と、
ロボット装置と、
移送装置と、
前記ロボット装置および前記移送装置と電気的に連結された制御部とを含み、
前記制御部は、前記ロボット装置を制御して、
バッテリーパックが前記第１作業台上に配置されるときに、前記バッテリーパックから上部カバーを分離し、
前記バッテリーパックが前記放電用作業台上に配置されるときに、前記バッテリーパックを前記放電装置に連結して放電させ、
前記放電されたバッテリーパックが前記第２作業台上に配置されるときに、前記放電されたバッテリーパックからバッテリーモジュールを分離し、さらに、
前記バッテリーモジュールが前記第３作業台上に配置されるときに、前記バッテリーモジュールからバッテリーセルを分離する、ように構成される、バッテリー自動解体システム。
【請求項2】
前記制御部は、前記移送装置を制御して、前記バッテリーパックから前記上部カバーを分離した後に、前記第１作業台に配置された上部カバーが分離された前記バッテリーパックを前記放電用作業台に移送して前記バッテリーパックを放電させ、
前記バッテリーパックを放電させた後に、前記放電用作業台上に配置された前記放電されたバッテリーパックを第２作業台に移送して前記バッテリーパックから前記バッテリーモジュールを分離し、さらに、
前記バッテリーパックから前記バッテリーモジュールを分離した後に、前記第２作業台に配置された前記バッテリーモジュールを第３作業台に移送して前記バッテリーモジュールから前記バッテリーセルを分離する、ように構成される、請求項１に記載のバッテリー自動解体システム。
【請求項3】
前記制御部と連結され、消火水が満たされるように構成された水槽を含む消火装置をさらに含み、前記制御部は、前記消火装置を制御して前記作業部に配置された前記バッテリーパックを前記水槽に収容させるように構成される、請求項１に記載のバッテリー自動解体システム。
【請求項4】
前記制御部と電気的に連結されたビジョンシステムをさらに含み、前記制御部は、前記ビジョンシステムを通じて獲得されたデータに基づいて前記ロボット装置を制御して前記作業部上に配置されたバッテリーパックの構成要素を解体するように構成される、請求項１に記載のバッテリー自動解体システム。
【請求項5】
格納ボックスをさらに含み、前記制御部は、前記ロボット装置を制御して前記バッテリーパックから分離された構成要素を前記格納ボックスに移動させるように構成される、請求項１に記載のバッテリー自動解体システム。
【請求項6】
前記放電装置は放電器およびショート用の放電治具を含み、前記制御部は、前記ロボット装置を制御して前記放電用作業台上に配置された前記バッテリーパックを前記放電器に連結して前記バッテリーパックを放電させ、その後、前記ロボット装置を制御して前記バッテリーパックを前記ショート用の放電治具と連結して前記バッテリーパックをショート放電させるように構成される、請求項１に記載のバッテリー自動解体システム。
【請求項7】
前記制御部は、前記放電器を通じて、前記バッテリーパックの残留エネルギーにより前記バッテリーパックを１時間～４時間放電して前記バッテリーパックの電圧が３０Ｖ以下になるように放電させ、さらに、
前記ショート用の放電治具を通じて、前記バッテリーパックを前記バッテリーパックの電圧が０．２Ｖ以下になるように放電させる、ように構成される、請求項６に記載のバッテリー自動解体システム。
【請求項8】
前記バッテリーモジュールは、第１方向に配列された複数のバッテリーセルを含み、前記バッテリーセルは、前記第１方向に垂直である長手方向に延長するボディーおよび前記ボディーの長手方向の両端から延長する電極リードを含み、前記バッテリーモジュールから前記バッテリーセルを分離することは、前記バッテリーモジュールを、前記バッテリーモジュールを上から見たときに前記第１方向と並んでおり、かつ、前記電極リードの上を通るラインに沿って切断することを含む、請求項１に記載のバッテリー自動解体システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、バッテリー自動解体システムに関するものである。詳細には、電気自動車やエネルギー格納装置などに用いられるバッテリーパックやバッテリーモジュールを自動で解体する方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、電気自動車に使われるバッテリーはリチウムイオンバッテリーであり、正極材、負極材、電解液、分離膜の４大要素から構成されている。そのうち、正極材に用いられる物質によって、ニッケル三元系（Ｌｉ‐Ｃｏ系、Ｌｉ‐Ｍｎ系）バッテリーと、コバルトの代わりに鉄を用いるリン酸鉄リチウムバッテリーが用いられており、今後、液体電解質の火災の危険性を低減するために、全固体バッテリーなど多様なバッテリーが用いられる予定である。
【0003】
二次電池は、電気自動車の生産全期間におけるカーボンフットプリントの３０％を占めており、ニッケル、コバルト、マンガンなど金属原料のカーボンフットプリントの割合が高い。殆どの原料の採掘および精製過程で発生し、二次電池の再使用およびリサイクルは２０５０年のカーボンニュートラル社会への転換に向けた温室ガス排出量の削減に大きく寄与することができる。
【0004】
今後、電気自動車市場の成長に伴い、数年間使用されて廃棄される廃バッテリーの規模が拡大して、廃バッテリーのリサイクルおよび再使用のためのバッテリーリサイクリング（ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ）産業が活性化している。このようなバッテリーリサイクリングを通じて、バッテリーを製造する際、必須に用いられる有価金属（ニッケル、コバルト、マンガン、銅、リチウムなど）を回収およびリサイクルすることによって、資源のリサイクルおよび経済的な利益を創出できるだけでなく、当該金属を採取する過程で生じる環境汚染を減らすこともできる。
【0005】
既存の廃バッテリーパックのリサイクルおよび再使用のためには、作業者が工具などを用いてバッテリーパックを直接分解してバッテリーモジュールを抽出し、バッテリー放電をしなければならないが、この際、塩水（ｓａｌｉｎｅ ｗａｔｅｒ）を利用した放電を用いている。このような塩水放電方式では、廃バッテリーに、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）または塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）を水で３％～３．５％の濃度に希釈した塩水が用いられている。塩水放電方式は最小で８時間から１０日以上の長時間が要される。塩水中の放電過程においても、火災および爆発事故が発生することがあるため注意を要し、重金属の流出、および廃水処理による高額の費用が発生し、広い作業空間が必要であるという問題点がある。塩水放電されたバッテリーモジュールは乾燥後に再び直接分解してバッテリーセルを抽出しなければならなかった。
【0006】
上述したバッテリーパックの従来のリサイクル方法は、大抵は手作業で行われるので、非常に非効率的であり、相当な時間を要する。また、分解作業の際、多くの人員が必要であり、作業者が有害な環境に曝される虞が高いため、様々な問題点が発生し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本開示は、前記のような問題点を解決できるバッテリー自動解体システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
このような課題を解決するために、本開示の一実施例によるバッテリー自動解体システムは、第１作業台、第２作業台、第３作業台、ならびに、放電用作業台を含む作業部と、放電装置と、ロボット装置と、移送装置と、前記ロボット装置および前記移送装置と電気的に連結された制御部とを含み、前記制御部は、前記ロボット装置を制御して、バッテリーパックが前記第１作業台上に配置されるときに、前記バッテリーパックから上部カバーを分離し、前記バッテリーパックが前記放電用作業台上に配置されるときに、前記バッテリーパックを前記放電装置に連結して放電させ、前記放電されたバッテリーパックが前記第２作業台上に配置されるときに、前記放電されたバッテリーパックからバッテリーモジュールを分離し、さらに、前記バッテリーモジュールが前記第３作業台上に配置されるときに、前記バッテリーモジュールからバッテリーセルを分離する、ように構成され得る。
【0009】
前記制御部は、前記移送装置を制御して、前記バッテリーパックから前記上部カバーを分離した後、前記第１作業台に配置された上部カバーが分離された前記バッテリーパックを、前記放電用作業台に移送して前記バッテリーパックを放電させ、前記バッテリーパックを放電させた後に、前記放電用作業台上に配置された前記放電されたバッテリーパックを第２作業台に移送して、前記バッテリーパックから前記バッテリーモジュールを分離し、さらに、前記バッテリーパックから前記バッテリーモジュールを分離した後に、前記第２作業台に配置された前記バッテリーモジュールを第３作業台に移送して前記バッテリーモジュールから前記バッテリーセルを分離する、ように構成され得る。
【0010】
バッテリー自動解体システムは、前記制御部と連結され、消火水が満たされるように構成された水槽を含む消火装置をさらに含み、前記制御部は、前記消火装置を制御して前記作業部に配置された前記バッテリーパックを前記水槽に収容させるように構成され得る。
【0011】
バッテリー自動解体システムは、前記制御部と電気的に連結されたビジョンシステムをさらに含み、前記制御部は、前記ビジョンシステムを通じて獲得されたデータに基づいて前記ロボット装置を制御して前記作業部上に配置されたバッテリーパックの構成要素を解体するように構成され得る。
【0012】
バッテリー自動解体システムは、格納ボックスをさらに含み、前記制御部は、前記ロボット装置を制御して前記バッテリーパックから分離された構成要素を前記格納ボックスに移動させるように構成され得る。
【0013】
前記放電装置は、放電器およびショート用の放電治具を含み、前記制御部は、前記ロボット装置を制御して前記放電用の作業台上に配置された前記バッテリーパックを前記放電器に連結して前記バッテリーパックを放電させ、その後、前記ロボット装置を制御して前記バッテリーパックを前記ショート用の放電治具と連結して前記バッテリーパックをショート放電させる、ように構成され得る。
【0014】
前記制御部は、前記放電器を通じて、前記バッテリーパックの残留エネルギーにより前記バッテリーパックを１時間～４時間放電して前記バッテリーパックの電圧が３０Ｖ以下になるように放電し、前記ショート用の放電治具を通じて、前記バッテリーパックを前記バッテリーパックの電圧が０．２Ｖ以下になるように放電させる、ように構成され得る。
【0015】
前記バッテリーモジュールは、第１方向に配列された複数のバッテリーセルを含み、前記バッテリーセルは、前記第１方向に垂直である長手方向に延長するボディーおよび前記ボディーの長手方向の両端から延長する電極リードを含み、前記バッテリーモジュールから前記バッテリーセルを分離することは、前記バッテリーモジュールを、前記バッテリーモジュールを上から見たときに前記第１方向と並んでおり、かつ、前記電極リードの上を通るラインに沿って切断することを含み得る。
【発明の効果】
【0016】
本開示のバッテリー自動解体システムは、廃バッテリー解体作業の際に投入される作業者人数を最小化し、ロボット装置および開発された自動化機器を用いてバッテリーパックおよびモジュールを自動で分解および分離して、作業者が有害な環境に曝されるのを避け、廃バッテリーの分解または解体能力を向上させ、かつ、本開示のバッテリー自動解体システムは廃バッテリー解体の生産性を増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の一実施例によるバッテリー自動解体システムの構成図である。
【図2】本発明の一実施例によるバッテリー自動解体システムの平面図である。
【図4】本発明の一実施例によるバッテリー自動解体方法のフローチャートである。
【図5】各作業台で実施される火災モニタリングを示す図である。
【図6】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの解体方法を示す図である。
【図7】本発明のバッテリー自動解体システムによって分離されたコンポーネントの写真である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明の実施例は、本発明の技術的思想を説明するための目的で例示されたものである。本発明による権利範囲は、以下に提示される実施例やこれらの実施例に関する具体的な説明に限定されるものではない。
【0019】
本開示に用いられる全ての技術的用語および科学的用語は、特に定義されない限り、本開示が属する技術分野において通常の知識を有する者に一般に理解される意味を有する。本開示に用いられる全ての用語は、本開示をより一層明確に説明するための目的で選択されたものであり、本開示による権利範囲を制限するために選択されたものではない。
【0020】
本開示で用いられる「含む」、「備える」、「有する」等のような表現は、該表現が含まれる語句または文章で特に言及されない限り、他の実施例を含む可能性を内包する開放型用語（ｏｐｅｎ‐ｅｎｄｅｄ ｔｅｒｍｓ）と理解されなければならない。
【0021】
本開示で記述された単数形の表現は、特に言及されない限り複数形の意味を含み得、これは請求の範囲に記載された単数形の表現にも同様に適用される。
【0022】
本開示で用いられる「第１」、「第２」等の表現は、複数の構成要素を相互区分するために用いられ、当該構成要素の順序または重要度を限定するものではない。
【0023】
本開示において、ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いる、または、「接続されて」いると言及された場合、前記ある構成要素が前記他の構成要素に直接的に連結または接続され得る、もしくは新たな他の構成要素を媒介として連結または接続され得るものと理解されるべきである。
【0024】
以下、添付した図面を参照して本開示の実施例を説明する。添付の図面において、同一または対応する構成要素には同一の参照符号が付与されている。また、以下の実施例の説明において、同一または対応する構成要素の重複記述は省略され得る。しかし、構成要素に関する記述が省略されていたとしても、そのような構成要素が、ある実施例に含まれないことを意図するものではない。
【0025】
図１は、一実施例によるバッテリー自動解体システム１００の構成図である。図２は、一実施例によるバッテリー自動解体システム１００の平面図である。図３は、図２のバッテリー自動解体システム１００の側面図である。
【0026】
バッテリー自動解体システム１００は、電気自動車などに用いられるバッテリーパックを解体するように構成されている。これは、バッテリーパック内部の構成要素をリサイクルまたは再使用するためである。バッテリーパックからバッテリーセルを抽出すると、バッテリーセルを構成する素材を回収およびリサイクルすることができる。または、バッテリーパックから抽出されたバッテリーモジュールは、他の用途に再使用されることができる。例えば、電気自動車で使われていたバッテリーパックから分離されたバッテリーモジュールを用いてエネルギー格納システム（ＥＳＳ）を構成することができる。
【0027】
バッテリー自動解体システム１００は、作業部１１０、移送装置１２０、ロボット装置１３０を含んでいる。
【0028】
作業部１１０はバッテリーパックを保持できるように構成されている。バッテリー自動解体システム１００は２つ以上の作業台を含み得る。例えば、図２を参照すると、作業部は複数の作業台１１１、１１２、１１３、１１４、１１５を含み得る。本開示において、作業部１１０は、複数の作業台１１１、１１２、１１３、１１４、１１５のそれぞれ、または全部を指し得る。
【0029】
互いに異なる作業台では互いに異なる工程が行われ得る。例えば、バッテリーパックが第１作業台１１１に配置されているときには、バッテリーパックの上部カバーが解体され得、バッテリーパックが第２作業台１１４に配置されているときには、バッテリーモジュールからバッテリーセルが分離され得る。
【0030】
作業部１１０は放電用作業台１１２、１１３を含み得る。放電用作業台は、バッテリーパックを放電させる工程でバッテリーパックが配置される作業台である。放電用作業台に移送されたバッテリーパックは、放電装置１５０に連結されて放電され得る。
【0031】
作業部１１０はターンテーブル（ｔｕｒｎ ｔａｂｌｅ）構造で製作され、回転可能に構成された第１放電用作業台１１２を含み得る。第１放電用作業台１１２は、バッテリーパックを放電に適した位置または方向に回転させることができる。バッテリーパックは、メーカーおよびモデルの種類に応じて放電連結部品の位置が全て異なるため、回転可能な第１放電用作業台１１２を用いると多様な形態のバッテリーパックを扱うことができるようになる。
【0032】
第２放電用作業台１１３は、バッテリーパックを放電器１５１を用いて放電させた後、ショート放電用ラック２２に移送される前のバッテリーパックの待機場所として用いられ得る。他の実施例において、作業部１１０は特定のモデルのバッテリーパックに特化した第２放電用作業台１１３を含み得る。
【0033】
バッテリー自動解体システム１００は、第１放電用作業台１１２および第２放電用作業台１１３を２つ以上備えることができる。図２を参照すると、第１放電用作業台１１２と第２放電用作業台１１３はそれぞれ２つずつ提供され得る。
【0034】
放電用作業台１１２、１１３において、バッテリーパックの放電以外に他の工程も共に行われ得る。例えば、バッテリーパックが放電用作業台１１２、１１３に置かれた後、バッテリーパックを放電させる前にロボット装置１３０がバッテリーパックからバッテリー管理システム（ＢＭＳ）を解体および除去することができる。
【0035】
移送装置１２０は、バッテリーパックを作業部１１０に移送するか、作業部１１０に配置されたバッテリーパックを他の場所に移動させるように構成されている。移送装置１２０は、ガントリ（ｇａｎｔｒｙ）およびガントリに設けられた治具を含み得る。移送装置１２０は、ガントリに設けられた治具を用いてバッテリーパックやバッテリーパック内部の構成要素（例えば、バッテリーモジュール）をクランピングした後、他の場所に移送することができる。例えば、移送装置１２０は第１作業台１１１に配置されたバッテリーパックを第１放電用作業台１１２に移送することができる。他の例として、移送装置１２０は、第１作業台１１１に配置されたバッテリーパック内部のバッテリーモジュールを第２作業台１１４に移動させることができる。
【0036】
ロボット装置１３０は、バッテリーパックを解体する装置であり、バッテリーパックの構成要素をバッテリーパックから解体して分離するように構成され得る。例えば、ロボット装置１３０はロボットアーム（ａｒｍ）およびロボットアームに装着された多様なツール（例えば、ボルトドライバー、レーザ切断機、トング、のこぎりなど）を用いてバッテリーパックを解体することができる。ロボット装置１３０の周辺には、レーザカッティングツール、ボルティング処理ツール、ケーブル切断ツール、カバーハンドリングツール、スクラップハンドリングツール、ケーブルハンドリングツールなどが備えられており、ロボット装置１３０は、必要に応じてロボットアームに結合されるツールを交替することができる。ロボット装置１３０は、バッテリーパックに他の構成要素を装着することができる。例えば、ロボット装置１３０はバッテリーパックに放電用治具を装着することができる。放電用治具が装着されたバッテリーパックは放電器に連結されて放電されることができる。
【0037】
ロボット装置１３０は、バッテリーパックから分離された構成要素を他の場所に移送させるように構成され得る。ロボット装置１３０は、バッテリーパックから解体された部品（上部カバー、下部カバー、バッテリーセルなど）を格納ボックス（例えば、上部カバー格納ボックス３１、下部カバー格納ボックス３２、セルボックス３３、解体ボックス３４）に移すことができる。
【0038】
ロボット装置１３０は複数設けられ、バッテリーパックの解体作業を迅速かつ効率的に行うことができる。例えば、ロボット装置１３０は、第１作業台１１１に配置された対象物を作業することができるように配置された第１ロボット１３１および第２ロボット１３２、第２作業台１１４に配置された対象物を作業することができるように配置された第３ロボット１３３、第３作業台１１５に配置された対象物を作業することができるように配置された第４ロボット１３４および放電用作業台１１２、１１３に配置された対象物を作業することができるように配置された第５ロボット１３５を含み得る。図２に示されたロボットの配置および個数は例示であり、他の実施例でロボットは他の数であっても、または他の位置に配置されてもよい。
【0039】
バッテリー自動解体システム１００は、ビジョンシステム（ｖｉｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）１４０を含み得る。ビジョンシステム１４０は、ロボット装置１３０と連係してロボット装置１３０の動きを制御するのに必要な情報を提供することができる。バッテリー自動解体システム１００は、ビジョンシステム１４０を通じて獲得されたデータに基づいてロボット装置１３０を制御して作業部１１０上に配置されたバッテリーパックの構成要素を解体することができる。
【0040】
ビジョンシステム１４０は、ロボット装置１３０の対象物をカメラで撮影し、ロボット装置１３０が対象物を正確に作業（例えば、バッテリーパックカバー除去のためのボルト除去、バッテリーパック内部のケーブル切断、バッテリーモジュールの切断など）できるようにしてくれる。また、ビジョンシステム１４０を用いてバッテリーパックの種類を確認し、その結果に基づいてロボット装置１３０が、必要な作業を再実行することができる。
【0041】
ビジョンシステム１４０は、ロボット装置１３０ごとに構成されるか、作業台ごとに備えられ得る。例えば、バッテリー自動解体システム１００に備えられた複数のロボット装置１３０それぞれにビジョンシステム１４０が備えられ得る。図１において、ロボット装置１３０とビジョンシステム１４０は別個のブロックと示されているが、これは説明の便宜上のものであり、ビジョンシステム１４０はロボット装置１３０の一部構成として提供され得る。後述するロボット装置１３０のバッテリーパックまたはバッテリーモジュールに対する解体および分離作業は、他の説明がない限り、ビジョンシステム１４０を用いて行われるものと理解され得る。
【0042】
バッテリー自動解体システム１００は、放電装置１５０を含み得る。バッテリーパック内部の構成要素（例えば、バッテリーモジュール、バッテリーセル、バッテリー管理システム（ＢＭＳ））を解体する前にバッテリーパックを放電させることによって安全にバッテリーパックを解体することができる。放電装置１５０は、バッテリーパックを強制的に放電させる放電器１５１、およびバッテリーパックがショートされ得るように構成されたショート用の放電治具を含み得る。ショート用の放電治具は、バスバー（ｂｕｓ ｂａｒ）およびケーブルで構成された治具であり、ショート用の放電治具は、バッテリーパックの＋端子（プラス端子）と－端子（マイナス端子）をショートするように構成されている。ショート用の放電治具は、ロボット装置１３０を通じてバッテリーパックに装着され得る。
【0043】
バッテリー自動解体システム１００は、消火装置１６０を含み得る。消火装置１６０は、作業部１１０上に配置されたバッテリーパックから火災が発生したときに、火災を鎮圧することができる。消火装置１６０は消火水が満たされるように構成された水槽を含み、火災発生時に作業台を水槽に収容させることができる。作業部１１０を水が満たされた水槽に入れることによって火災を鎮圧することができる。本開示における作業部１１０を水槽に入れるということは、作業部を構成する作業台が水槽に入ることを意味する。
【0044】
消火装置１６０は火災感知センサを含み、火災感知センサを通じて取得した信号に基づいて作業台を水槽に収容させることができる。本開示における火災感知センサは、火災を感知する手段の例示であり、火災は消火装置に備えられた火災感知センサ以外の構成によっても感知され得る。
【0045】
水槽は作業部１１０の下部に備えられ得る。バッテリーパックに火災が発生すると、作業台を支持しているピストンが下降して、作業部１１０および作業部１１０上のバッテリーパックが水が満たされた水槽に浸されることができる。火災が続く場合、外部から水槽に低温の消火水が追加で供給され得る。消火装置１６０は、水槽の消火水を外部に排出する排出部を含み得る。排出された消火水は再び冷却されて水槽内部に流入することができる。消火装置１６０は温度センサを含み得る。消火装置１６０は温度センサを用いて水槽内の消火水の温度を測定し、それに基づいて水槽に低温の消火水を供給することができる。
【0046】
バッテリー自動解体システム１００は制御部１７０を含んでいる。制御部１７０はバッテリー自動解体システム１００を制御する動作を制御する。例えば、制御部１７０は、ロボット装置１３０によるバッテリーパックの解体、移送装置１２０によるバッテリーパックまたはバッテリーパック構成要素の移送、消火装置１６０の作動などを制御することができる。制御部１７０は物理的な１つの制御装置に限定されず、バッテリー自動解体システム１００の制御に関与する全ての制御装置を含むという概念で理解され得る。例えば、消火装置１６０は独自に消火装置１６０の動作を制御する制御装置を含み得、たとえ図１で制御部１７０が消火装置１６０と分離されたブロックとして示されていたとしても、制御部１７０は消火装置１６０の制御装置を含むものと理解され得る。
【0047】
本開示のバッテリー自動解体システム１００は、バッテリーパックを解体する方法や過程を説明しているが、バッテリーパックの解体のみに限定されず、二次電池を含む多様な形態のエネルギー格納装置（例えば、バッテリーモジュール）の解体に用いることができる。
【0048】
図２および図３を通して説明するバッテリー自動解体システム１００は例示であり、当該システムが設けられる敷地、または当該システムが担うようになるバッテリーパックのタイプなどにより適切な形態で具現され得る。
【0049】
図４は、一実施例によるバッテリー自動解体方法２００のフローチャートである。図５は、各作業台で実施される火災モニタリング２９０を示したものである。図６は、一実施例によるバッテリーモジュールの解体方法を示したものである。図７は、バッテリー自動解体システムによって分離されたコンポーネントの写真である。下記にバッテリー自動解体方法２００を、図１～図３に示されたバッテリー自動解体システム１００の構成要素を用いて説明する。ただし、図４および図５のバッテリー自動解体方法２００が必ずしも図１～図３のバッテリー自動解体システム１００を用いて実施されることを要するわけではない。
【0050】
下記に説明されるバッテリー自動解体方法２００の具体的な動作は、バッテリー自動解体システム１００の制御部１７０により行われ得る。移送装置１２０、ロボット装置１３０、消火装置１６０等の動作は、制御部１７０により制御されて実施され得る。例えば、ロボット装置１３０がバッテリーパックの特定構成を解体する動作は、制御部１７０がロボット装置１３０を制御し、バッテリーパックの特定の構成を解体するようにするものと理解され得る。他の例として、移送装置１２０がバッテリーパックを第１作業台１１１から第２作業台１１４に移送させる動作は、制御部１７０が移送装置１２０を制御してバッテリーパックを第１作業台１１１から第２作業台１１４に移送させるものと理解され得る。
【0051】
バッテリー自動解体方法２００は、バッテリーパックを提供する工程２１０、バッテリーパックから上部カバーを解体する工程２２０、バッテリーパックを放電させる工程２４０、バッテリーパックからバッテリーモジュールを分離する工程２６０、およびバッテリーモジュールからバッテリーセルを分離する工程２８０を含み得る。上述した工程は、互いに異なる作業台で実施され得、この場合、特定の工程が終了した後、後続工程を実施する前にバッテリーパックまたはバッテリーモジュールが後続工程が実施され得る作業台に移送され得る。ただし、工程間の移送は必須ではない。例えば、１つの作業台において互いに異なる２つの工程が同時に実施され得る場合、当該２つの工程間の移送は省略され得る。
【0052】
バッテリーパック提供工程２１０によりバッテリー自動解体システム１００に提供されたバッテリーパックは、運搬装置（例えば、無人運搬車両（ＡＧＶ、ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｇｕｉｄｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ））により待機ゾーン（ｗａｉｔｉｎｇ ｚｏｎｅ）１０１に移送および載置され得る。バッテリーパックは、パレット（ｐａｌｌｅｔ）上に配置された状態で提供され得、運搬装置はパレットと共にバッテリーパックを待機ゾーン１０１に配置し得る。移送装置１２０は待機ゾーン１０１にあるバッテリーパックを第１作業台１１１に移送する。バッテリーパックが移送装置１２０に連結される前にバッテリーパックを保持したパレットは、待機ゾーン１０１の特定の位置に整列され、移送装置１２０による移送を容易にすることができる。
【0053】
［上部カバーの分離］
移送装置１２０がバッテリーパックを第１作業台１１１に移した後、上部カバーの解体工程２２０が行われる。バッテリーパックが第１作業台１１１上に保持されると、ロボット装置１３１、１３２がバッテリーパックの上部をビジョンシステム１４０を通じて確認し、ボルトドライバーおよびレーザ切断機のような各種ツールを用いてバッテリーパックから上部カバーを解体する。バッテリーパックは、製造者やモデルにより多様な形態を有するので、バッテリーパックの形態に応じてロボット装置１３０に備えられるツールやロボット装置１３０の動きが適宜定められ得る。バッテリーパックから分離された上部カバーは、移送装置１２０を通じて上部カバー格納ボックス３１に移送された後に載置され得る。
移送装置１２０がバッテリーパックを第１作業台１１１に移した後、上部カバーの解体工程２２０が行われる。バッテリーパックが第１作業台１１１上に保持されると、ロボット装置１３１、１３２がバッテリーパックの上部をビジョンシステム１４０を通じて確認し、ボルトドライバーおよびレーザ切断機のような各種ツールを用いてバッテリーパックから上部カバーを解体する。バッテリーパックは、製造者やモデルにより多様な形態を有するので、バッテリーパックの形態に応じてロボット装置１３０に備えられるツールやロボット装置１３０の動きが適宜定められ得る。バッテリーパックから分離された上部カバーは、移送装置１２０を通じて上部カバー格納ボックス３１に移送された後に載置され得る。
【0054】
［移送］
上部カバー分離工程２２０を経たバッテリーパックは、放電工程２４０を経る。放電工程２４０は放電用作業台１１２または１１３で実施されるため、第１作業台から放電用作業台１１２または１１３にバッテリーパックを移す工程２３０が実施され得る。
上部カバー分離工程２２０を経たバッテリーパックは、放電工程２４０を経る。放電工程２４０は放電用作業台１１２または１１３で実施されるため、第１作業台から放電用作業台１１２または１１３にバッテリーパックを移す工程２３０が実施され得る。
【0055】
［放電工程］
バッテリーパックの放電工程２４０は、放電器１５１を利用した１次放電工程と１次放電工程後に実施されるショート放電を用いる２次放電工程を含み得る。
バッテリーパックの放電工程２４０は、放電器１５１を利用した１次放電工程と１次放電工程後に実施されるショート放電を用いる２次放電工程を含み得る。
【0056】
上部カバーが解体されたバッテリーパックは、移送装置１２０により第１放電用作業台１１２に移された後、第５ロボット１３５は専用治具を用いてバッテリーパックからバッテリー管理システム（ＢＭＳ、ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）を解体することができる。第５ロボット１３５は、ＢＭＳの解体のためにビジョンシステム１４０と専用治具を用いることができる。第５ロボット１３５によりＢＭＳが自動で解体されると、ＢＭＳはロボット装置１３０によりＢＭＳ保管ボックスに移送されて格納され得る。
【0057】
ＢＭＳの解体が完了すると、放電のためにロボット装置１３０は、バッテリーパックを放電器１５１に連結することができる。バッテリーパックは放電器１５１に連結されて放電される。ロボット装置１３０は放電用の専用治具を用いてバッテリーパックと放電器１５１を連結することができる。バッテリーパックは放電器１５１に連結され、バッテリーパックの電圧が３０Ｖ以下になる充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、ＳｏＣ）まで放電され得る。例えば、放電器を通した放電は、バッテリーパックの残留エネルギーにより１時間～４時間ほど実施され、バッテリーパックの電圧が３０Ｖ以下になるようにすることができる。バッテリーパックは、放電器１５１に連結されて充電状態を確認した後、残留エネルギーは回収してシステム１００のための補助電力源として活用されることができる。
【0058】
バッテリーパックが放電器１５１を通じて素早く放電された場合、バッテリーパックの電圧が、例えば３０Ｖ以上に再び上昇する現象が発生することがある。この場合、バッテリーパックを再び放電器１５１に連結してバッテリーパックの電圧が再び３０Ｖ以下に安定化するまで放電させることができる。追加で実施される放電は、バッテリーパックが第２放電用作業台１１３に移された後、第２放電用作業台１１３上で実施され得る。
【0059】
放電器１５１により一次的に放電されたバッテリーパックは、第５ロボット１３５によりショート用の放電治具に結合される。ショート用の放電治具に結合されると、バッテリーパックの正極端子と負極端子は互いに短絡し、その状態で移送装置１２０によりショート放電用ラック（ｒａｃｋ）２２に移されて据え置かれ得る。放電器１５１によりバッテリーパックを放電したとしても、バッテリーパックの一定量の電気エネルギーが残っているので、バッテリーパックの電圧が約０．２Ｖ以下になるまでショート放電させることによって、後続する解体工程の安定性を確保することができる。バッテリーパックはショート放電用ラック２２に移された後、所定の時間、例えば１２時間～２４時間ほどショート放電され得る。ショート放電用ラック２２は、例えば、６つの４段抽斗で構成されており、移送装置１２０がショート用の放電治具が付着されたバッテリーパックを移送してくると、ショート放電用ラック２２において指定された抽斗が開放される。移送装置１２０は開放された抽斗にショート用の放電治具が装着されたバッテリーパックを入れることができる。
【0060】
前記のような放電は制御部１９０を通じて行われ得る。制御部は放電器１５１を通じてバッテリーパックの残留エネルギーによりバッテリーパックを１時間～４時間放電し、バッテリーパックの電圧が３０Ｖ以下になるように放電させることができる。制御部１９０は、バッテリーパックが放電器１５１を通じて放電された後、バッテリーパックの電圧が再び上昇した場合、追加で放電器１５１を通じてバッテリーパックを放電させることができる。制御部はショート用の放電治具を通じて、バッテリーパックの電圧が０．２Ｖ以下になるように放電させることができる。ショート用の放電治具を通じてバッテリーパックを放電させるということは、バッテリーパックにショート用の放電治具を結合させた状態でバッテリーパックを放電させることを意味する。
【0061】
第１放電用作業台１１２で放電器１５１による放電が終了した後、バッテリーパックはショート放電用ラック２２に移送される前に、第２放電用作業台１１３上に一時的に配置され得る。ショート用の放電治具はバッテリーパックが第１放電用作業台１１２、または第２放電用作業台１１３上にあるときにバッテリーパックに装着され得る。
【0062】
［移送］
放電工程２４０が行われた後、バッテリーパックはバッテリーモジュール分離工程２６０を経る。バッテリーモジュール分離工程２６０は第１作業台１１１で行われる。したがって、バッテリーモジュール分離工程２６０が行われる前に、バッテリーパックを放電用作業台１１２または１１３から第１作業台１１１に移送する工程２５０が行われる。放電工程２４０でショート放電が完了したりショート放電によるバッテリーパックの完全放電が確認されたりすると、移送装置１２０は放電されたバッテリーパックをショート放電用ラック２２から第１作業台１１１に移送する。
放電工程２４０が行われた後、バッテリーパックはバッテリーモジュール分離工程２６０を経る。バッテリーモジュール分離工程２６０は第１作業台１１１で行われる。したがって、バッテリーモジュール分離工程２６０が行われる前に、バッテリーパックを放電用作業台１１２または１１３から第１作業台１１１に移送する工程２５０が行われる。放電工程２４０でショート放電が完了したりショート放電によるバッテリーパックの完全放電が確認されたりすると、移送装置１２０は放電されたバッテリーパックをショート放電用ラック２２から第１作業台１１１に移送する。
【0063】
［バッテリーモジュールの分離］
第１作業台１１１では、バッテリーパックからバッテリーモジュールが分離される工程２６０が行われ得る。バッテリーモジュールを分離する前に放電工程２４０でバッテリーパックに結合されていたショート用の放電治具が、ロボット装置１３０により解体され得る。解体されたショート用の放電治具は指定された場所に移されて保管される。
第１作業台１１１では、バッテリーパックからバッテリーモジュールが分離される工程２６０が行われ得る。バッテリーモジュールを分離する前に放電工程２４０でバッテリーパックに結合されていたショート用の放電治具が、ロボット装置１３０により解体され得る。解体されたショート用の放電治具は指定された場所に移されて保管される。
【0064】
バッテリーパックが第１作業台１１１に保持されると、第１ロボット１３１はビジョンシステム１４０を用いて解体された部分を確認し、ボルトドライバーおよびトングによってバッテリーパック内部に位置するバッテリーモジュールなどに連結された各種ボルト類およびケーブル類などを解体および除去することができる。第２ロボット１３２はビジョンシステム１４０により解体部分を確認し、レーザ切断機およびカッターによってブラケット類、プラスチック類などを解体および切断することができる。解体および切断された部品は種類別に分類されて解体ボックス３４に載置され得る。
【0065】
バッテリーパック内部には、バッテリーモジュールが２層で配置され得る。この場合、まず上層に配置された上部バッテリーモジュールがバッテリーパックから分離され、その後、下層に配置された下部バッテリーモジュールが分離され得る。バッテリーモジュールが分離された後に残っているバッテリーパックの下部カバーは、移送装置１２０により下部カバー格納ボックス３２に移送され得る。
【0066】
バッテリーモジュールに連結されたケーブルおよびアクセサリー、バッテリーモジュールをバッテリーパックに固定させる構成などが除去された後、バッテリーモジュールがバッテリーパックから分離され得る。
【0067】
移送装置１２０は、バッテリーモジュールをクランピングして第２作業台１１４に移送することができる。第２作業台１１４に移送されたバッテリーモジュールは、第３ロボット１３３により一部が切断され得る。第３ロボット１３３は、ビジョンシステム１４０を用いて切断ツールを正確な位置に位置させた後、バッテリーモジュールの特定の部分を切断することができる。
【0068】
第３ロボット１３３は切断ツール（例えば、回転ノコギリ）を用いてバッテリーモジュール内に配置されたバッテリーセルが切断されないように、バッテリーモジュールの両終端を切り落とすことができる。例えば、図６を参照すると、バッテリーモジュール１０は、一方向に配列されたセル組立体１１を含み、セル組立体１１は内部に少なくとも１つのバッテリーセル１４を含んでいる。即ち、バッテリーモジュール１０は一方向に配列された複数のバッテリーセル１４を含んでいる。複数のセル組立体１１は、エンドプレート１２とカバーフレーム１３によって囲まれ、相互に固定される。バッテリーセル１４は、バッテリーセル１４の配列方向に垂直である長手方向に延在するボディー１４ａ、およびボディー１４ａの長手方向の両端から延在する電極リード１４ｂを含んでいる。ボディー１４ａの内部には電極組立体が配置される。電極組立体は正極板、負極板および分離膜が積層された形態で提供され、正極板と負極板は互いに異なる電極リード１４ｂに連結される。第３ロボット１３３に備えられた切断ツールは、バッテリーセル１４のボディー１４ａを切断しないようにバッテリーモジュール１０を切断することができる。例えば、切断ツールは、バッテリーモジュール１０を上から見たときに、バッテリーセル１４の配列方向に延長するものの、バッテリーセル１４のボディー１４ａの外側を通るラインＬに沿って垂直方向ＶＤにバッテリーモジュール１０を切断し得る。例えば、ラインＬはバッテリーモジュール１０を上から見たときに、バッテリーセル１４の電極リード１４ｂの上を通過し得る。その結果、複数のバッテリーセル１４の電極リード１４ｂが切断面に露出され得る（図７の「バッテリーモジュールの切断部」参照）。
【0069】
第２作業台１１４と第３ロボット１３３は、１つ以上ずつ備えられ得る。例えば、図２を参考にすると、第２作業台１１４と第３ロボット１３３が２つずつ提供され得る。バッテリーモジュールの両終端を切り落とす作業には比較的長時間が要されるので、２つ以上の第２作業台１１４および第３ロボット１３３を用いてバッテリーパックの解体速度を高めることができる。例えば、一方の第２作業台１１４でバッテリーモジュールの切断作業が進められている場合、第１作業台１１１にあるバッテリーモジュールは移送装置１２０によって他方の第２作業台１１４に移送された後、当該作業台の近くに設けられた第３ロボット１３３により切断され得る。
【0070】
［移送］
前記のように第２作業台１１４から分離されたバッテリーモジュールは、移送装置１２０により第３作業台１１５に移送される工程２７０を経る。
前記のように第２作業台１１４から分離されたバッテリーモジュールは、移送装置１２０により第３作業台１１５に移送される工程２７０を経る。
【0071】
［バッテリーセルの分離］
第３作業台１１５上にバッテリーモジュールが準備されると、バッテリーモジュールからバッテリーセルを分離する工程２８０が実施される。バッテリーモジュールが移送装置１２０により第３作業台１１５に搬入されると、バッテリーモジュールは第３作業台１１５にセンタリングされた後にクランピングされる。第３作業台１１５に固定されたバッテリーモジュールは、第４ロボット１３４により解体される。第４ロボット１３４は、ビジョンシステム１４０により解体ターゲットを確認して第４ロボット１３４に装着された真空グリッパ、解体用治具を用いて、バッテリーモジュールからプラスチック、セル保護用アルミニウムカバー、その他不要な要素を解体してバッテリーセルを分離することができる。バッテリーセルは第４ロボット１３４によりセルボックス３３に格納される。セルボックス３３に一定量のバッテリーセルが載置されると、ＡＧＶのような運搬装置がセルボックス３３を自動で格納空間に運搬する。バッテリーパックから解体された他の構成要素が載置される格納ボックス（例えば、上部カバー格納ボックス３１、下部カバー格納ボックス３２）も一定量以上満たされると、運搬装置によって自動で指定された場所に移送される。
第３作業台１１５上にバッテリーモジュールが準備されると、バッテリーモジュールからバッテリーセルを分離する工程２８０が実施される。バッテリーモジュールが移送装置１２０により第３作業台１１５に搬入されると、バッテリーモジュールは第３作業台１１５にセンタリングされた後にクランピングされる。第３作業台１１５に固定されたバッテリーモジュールは、第４ロボット１３４により解体される。第４ロボット１３４は、ビジョンシステム１４０により解体ターゲットを確認して第４ロボット１３４に装着された真空グリッパ、解体用治具を用いて、バッテリーモジュールからプラスチック、セル保護用アルミニウムカバー、その他不要な要素を解体してバッテリーセルを分離することができる。バッテリーセルは第４ロボット１３４によりセルボックス３３に格納される。セルボックス３３に一定量のバッテリーセルが載置されると、ＡＧＶのような運搬装置がセルボックス３３を自動で格納空間に運搬する。バッテリーパックから解体された他の構成要素が載置される格納ボックス（例えば、上部カバー格納ボックス３１、下部カバー格納ボックス３２）も一定量以上満たされると、運搬装置によって自動で指定された場所に移送される。
【0072】
分離されたバッテリーセルは、リサイクル工程を経ることになる。例えば、バッテリーセルから有価金属などを抽出する工程が行われ得る。
【0073】
［火災のモニタリング］
バッテリー自動解体方法２００は、火災のモニタリング２９０を含み得る。バッテリーパックの解体工程が行われる間、火災発生の有無がモニタリングされ得る。
バッテリー自動解体方法２００は、火災のモニタリング２９０を含み得る。バッテリーパックの解体工程が行われる間、火災発生の有無がモニタリングされ得る。
【0074】
火災のモニタリング２９０は、上部カバー解体工程２２０、放電工程２４０、バッテリーモジュール分離工程２６０およびバッテリーセル分離工程２８０が実施される間、作業台上に配置されたバッテリーパックまたはバッテリーモジュールでの火災発生の有無を判断する工程２９１を含んでいる。火災が発生したと判断すると、消火装置１６０が作動する（工程２９２）。例えば、火災が発生した作業台を水槽に浸漬して火災を鎮圧することができる。
【0075】
本発明は、廃バッテリーをリサイクルするにおいて、従来は作業者によって実施されていたバッテリーパックおよびバッテリーモジュールに対する解体作業を、移送装置１２０、ロボット装置１３０のような自動化機器を用いて自動でバッテリーパックおよびバッテリーモジュールを解体する。これにより、電気自動車のバッテリーパックを効果的にリサイクルすることができ、バッテリー解体時に生じ得る有害物質の作業者への露出を防止または最小化することができる。
【0076】
以上、一部実施例と添付の図面に示された例によって本開示の技術的思想が説明されたが、本開示が属する技術分野において通常の知識を有する者が理解できる本開示の技術的思想および範囲を逸脱しない範囲で多様な置換、変形および変更がなされるという点が理解されるであろう。また、そのような置換、変形および変更は、添付の請求の範囲内に属すると考えられなければならない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】