特表 2024-536074 移動型バッテリーパック処理装置及び処理方法

(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】2024-10-04

(54)【発明の名称】移動型バッテリーパック処理装置及び処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/54 20060101AFI20240927BHJP

   B02C 23/08 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

H01M10/54

B02C23/08

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024518573

(86)(22)【出願日】2022-11-16

(85)【翻訳文提出日】2024-03-25

(86)【国際出願番号】 KR2022018028

(87)【国際公開番号】W WO2023090830

(87)【国際公開日】2023-05-25

(31)【優先権主張番号】10-2021-0157162

(32)【優先日】2021-11-16

(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】522492576

【氏名又は名称】ポスコ カンパニー リミテッド

(71)【出願人】

【識別番号】592000705

【氏名又は名称】リサーチ インスティチュート オブ インダストリアル サイエンス アンド テクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(74)【代理人】

【識別番号】100195257

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 一志

(72)【発明者】

【氏名】ウィ、 ヒョン－ゴン

(72)【発明者】

【氏名】イ、 レ－キャン

(72)【発明者】

【氏名】パク、 テ－ジュン

【テーマコード（参考）】

4D067

5H031

【Ｆターム（参考）】

4D067DD04

4D067EE34

4D067EE50

4D067GA20

4D067GB05

5H031HH06

5H031RR02

(57)【要約】

本発明は、放電モジュールまたは冷却モジュールを含む第１コンテナ；上記第１コンテナの放電モジュールまたは冷却モジュールから処理されたバッテリーパックが移送され、上記バッテリーパックを解体するための解体モジュールを含む第２コンテナを含む移動型バッテリーパック処理装置に関するものである。本発明によると、廃バッテリー解体工程をモジュール化することにより、廃バッテリー処理に消耗される費用を節減し、安定性も顕著に向上させることができる効果がある。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

放電モジュールまたは冷却モジュールを含む第１コンテナと、
前記第１コンテナの放電モジュールまたは冷却モジュールから処理されたバッテリーパックが移送される第２コンテナであって、前記バッテリーパックを解体するための解体モジュールを含む第２コンテナと、
前記解体されたバッテリーパックを粉砕する粉砕モジュールを含む第３コンテナと
を含む、移動型バッテリーパック処理装置。

【請求項2】

前記第１コンテナ、第２コンテナ、及び第３コンテナは移動式に備えられる、請求項１に記載の移動型バッテリーパック処理装置。

【請求項3】

前記第１コンテナ、第２コンテナ、及び第３コンテナはそれぞれ別途の移動手段によって移動する、請求項１に記載の移動型バッテリーパック処理装置。

【請求項4】

前記第１コンテナ、第２コンテナ、及び第３コンテナは、相互連結のためのコンベヤベルトを含む、請求項１に記載の移動型バッテリーパック処理装置。

【請求項5】

前記放電モジュールは逆電圧放電装置を含む、請求項１に記載の移動型バッテリーパック処理装置。

【請求項6】

前記解体モジュールは、ブレード、レーザ、及びウォータージェット切断装置を含む、請求項１に記載の移動型バッテリーパック処理装置。

【請求項7】

前記粉砕モジュールは破砕装置を含む、請求項１に記載の移動型バッテリーパック処理装置。

【請求項8】

前記破砕装置は１つ以上である、請求項７に記載の移動型バッテリーパック処理装置。

【請求項9】

前記粉砕モジュールは、選別装置をさらに含む、請求項１に記載の移動型バッテリーパック処理装置。

【請求項10】

前記第３コンテナの粉砕モジュールから解体されたバッテリーパックの極片を収容する第４コンテナをさらに含む、請求項１に記載の移動型バッテリーパック処理装置。

【請求項11】

前記第４コンテナは、第３コンテナと相互連結するためのコンベヤベルトを含む、請求項１０に記載の移動型バッテリーパック処理装置。

【請求項12】

前記第４コンテナは移動式に備えられる、請求項１０に記載の移動型バッテリーパック処理装置。

【請求項13】

バッテリーパックの冷却または放電モジュールを含む第１コンテナ、冷却またはバッテリーパックを解体するための解体モジュールを含む第２コンテナ、及び前記解体されたバッテリーパックを粉砕する粉砕モジュールを含む第３コンテナを、被処理されるバッテリーパックが存在する位置に移動させる段階と、
前記第１コンテナ、第２コンテナ、及び第３コンテナを固定及び結合する段階と、
前記第１コンテナ、第２コンテナ、及び第３コンテナでバッテリーパックの放電、冷却、解体及び粉砕を行う段階と
を含む、バッテリーパック処理方法。

【請求項14】

前記解体されたバッテリーパックをバッテリーパックの極片を収容する第４コンテナに収容する段階をさらに含む、請求項１３に記載のバッテリーパック処理方法。

【請求項15】

前記バッテリーパックの放電及び解体を実行する段階の後、第１コンテナ、第２コンテナ及び第３コンテナの結合及び固定を解除する段階をさらに含む、請求項１３に記載のバッテリーパック処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリーパック処理装置及び処理方法に関し、より詳細には、電気自動車等から発生する廃バッテリーパックの解体のための移動型モジュールシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

最近、電気自動車や水素自動車などの環境にやさしい車両が徐々に普及しており、このような環境にやさしい車両の交換周期を考慮すると、２０２４年度には年間約１万台の電気自動車から車両用廃バッテリーが回収されるものと予測され、２０３１年には年間約１０万台の電気自動車から車両用廃バッテリーが回収されるものと予測される。

【0003】

一般的に、電気自動車用廃バッテリーをリサイクルして高価金属を回収する工程は、図１のように放電後に破砕、粉砕、焼成及び分離工程後に湿式製錬する方式を主に使用し、また、一部では放電工程を省略し、乾式溶融後に分離する工程を商業化して使用している。

【0004】

２０２０年１２月１０日、未来廃資源拠点収集センターの設置・運営と業務、予算の法的根拠を設けた「電気・電子製品及び自動車の資源循環に関する法律改正案」が国会本会議を通過した。この改正案に基づき、環境部は４圏域の韓国環境公団敷地に未来廃資源拠点収集センターを構築中である。今後、地域別未来廃資源拠点収集センターは、電気自動車廃車時の廃バッテリーを解体して回収し、保管、評価、売却するなど、廃棄物処理の全過程を管理する役割を果たす予定である。

【0005】

未来廃資源拠点収集センターでの回収とリサイクル工場への売却には、電気自動車の廃バッテリーの保管と輸送が必須である。保管と輸送に関する基準を調べると、次のとおりである。

【0006】

「電気車の廃バッテリーリサイクル方法及び基準備え研究（環境部、２０１８）」によると、電気自動車から廃バッテリーを脱去して放電した後、火災防止用鉄製ケースに保管するようになっており、電気自動車用廃バッテリーの輸送については「電気車バッテリー安全回収及び解体・保管マニュアル（環境部、２０１９）」でバッテリー端子処理方法、バッテリー包装材質などに対してのみ言及している。

【0007】

このような実情の下、２０２０．１２．２８午後３時３６分頃、全羅北道完州郡龍進邑のある道路で廃バッテリーを運搬していた２５トン貨物トラックで火災が発生し、電気自動車の廃バッテリー３トンがすべて燃えて消防署推算１５５０万ウォンの財産被害が発生しており、今後もこのような事故が繰り返し発生する可能性がある。

【0008】

かかる問題を解決するために、ドイツのＳｔｏｅｂｉｃｈ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨではＳＴＲＡＩＮＢＯＸという製品を開発した。ガスフィルターシステム、スパークや火花遮断、液体漏れ防止などの機能を有し、リチウムイオン電池輸送用に開発された。しかし、価格が高くて普及の障害になっており、電気自動車用の６０ｋｗｈ廃バッテリーを入れることができるＳＴＲＡＩＮＢＯＸが約１万ユーロであるため、輸送用として普及し難い実情である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、上記のような実情に鑑みて案出されたものであり、廃バッテリーの輸送を必要とせず、廃バッテリー解体工程をモジュール化し、費用及び安定性が向上した移動型バッテリーパック処理装置及び処理方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一側面によると、放電モジュールまたは冷却モジュールを含む第１コンテナと、上記第１コンテナの放電モジュールから放電したバッテリーパックが移送される第２コンテナであって、上記放電したバッテリーパックを解体するための解体モジュールを含む第２コンテナとを含む移動型バッテリーパック処理装置が提供される。

【0011】

上記第１コンテナ及び第２コンテナは移動式に備えられることができる。

【0012】

上記第１コンテナ及び第２コンテナはそれぞれ別途の移動手段によって移動することができる。

【0013】

上記第１コンテナ及び第２コンテナは相互連結のためのコンベヤベルトを含むことができる。

【0014】

上記放電モジュールは逆電圧放電装置を含むことができる。

【0015】

上記解体モジュールは、ブレード、レーザ、ウォータージェットなどを活用した切断装置を含むことができる。

【0016】

上記解体モジュールは破砕装置を含むことができる。

【0017】

上記破砕装置は１つ以上であることができる。

【0018】

上記解体モジュールは、選別装置をさらに含むことができる。

【0019】

上記第２コンテナの解体モジュールから解体されたバッテリーパックの極片を収容する第３コンテナをさらに含むことができる。

【0020】

上記第３コンテナは、第２コンテナと相互連結するためのコンベヤベルトを含むことができる。

【0021】

上記第３コンテナは移動式に備えられることができる。

【0022】

本発明の他の側面によると、バッテリーパックの冷却または放電モジュールを含む第１コンテナ及び放電したバッテリーパックを解体するための解体モジュールを含む第２コンテナを、原料が存在する位置に移動させる段階と、上記第１コンテナ及び第２コンテナを固定及び結合する段階と、上記第１コンテナ及び第２コンテナでバッテリーパックの放電及び解体を実行する段階とを含むバッテリーパック処理方法が提供される。

【0023】

上記解体されたバッテリーパックをバッテリーパックの極片を収容する第３コンテナに収容する段階をさらに含むことができる。

【0024】

上記バッテリーパックの放電及び解体を実行する段階の後、第１コンテナ及び第２コンテナの結合及び固定を解除する段階をさらに含むことができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明によると、廃バッテリー解体工程をモジュール化して移動型に構成することにより、廃バッテリー処理に消耗される費用を節減し、安定性も顕著に向上させることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】一般的に、電気自動車用廃バッテリーをリサイクルして高価金属を回収する工程を概略的に示したものである。

【図2】本発明の一実施例によるバッテリーパック処理方法を概略的に示したものである。

【図3】本発明の一実施例によるバッテリーパック処理方法を概略的に示したものである。

【図4】本発明の一実施例によるバッテリーパック処理装置を概略的に示したものである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、様々な実施例を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は、いくつかの他の形態に変形することができ、本発明の範囲が以下説明する実施形態に限定されるものではない。

【0028】

本発明は、移動型バッテリーパック処理装置及び処理方法に関するものであり、より詳細には、電気自動車等から発生する廃バッテリーパックの解体のための移動型モジュールシステムに関するものである。

【0029】

従来に用いられる廃バッテリー処理のための放電及び解体工程は、大地上に固定的に設けられた設備を活用して放電及び解体作業を行い、このためには廃バッテリーを上記設備が位置した場所に移送しなければならない。このような廃バッテリーの移送時に火災及び爆発の危険があるため、これを防止するための別途の防塵及び防爆機能を有する廃バッテリー専用のコンテナを利用している実情である。しかし、６０ＫＷｈ廃バッテリー収納用コンテナの価格が１万ユーロ程度であると仮定すると、当該コンテナの使用に伴う物流費の負担と装置構築及び運営に伴う運営費の負担により、廃バッテリーリサイクルの経済性追求に悪影響を与えるおそれがある現実である。

【0030】

本発明者らは、かかる問題点を解決するために、廃バッテリー解体工程に関連する詳細下位工程をそれぞれモジュール化した形態の個別コンテナを含む移動型バッテリー処理装置を構成し、上記バッテリー処理装置を廃バッテリーが集積された場所に移送して解体工程を行うことで、費用及び安全性を確保することができることに着案して本発明を完成した。

【0031】

これにより、本発明の一側面によると、放電モジュールまたは冷却モジュールを含む第１コンテナと、上記第１コンテナの放電モジュールから放電したバッテリーパックが移送される第２コンテナであって、上記放電したバッテリーパックを解体するための解体モジュールを含む第２コンテナとを含むバッテリーパック処理装置が提供される。

【0032】

本発明の一実施例による移動型バッテリーパック処理装置は、冷却モジュールを含む第１コンテナを含むことができる。上記冷却モジュールは特に限定するものではないが、例えば、バッテリーパックの全体を極低温状態に冷却させることができる電気方式の極低温冷却チャンバであることができ、バッテリーパックを約－１３０℃で冷却及び固体化させることにより、１次的にバッテリーの内部電解質の凍結によるバッテリーセルの伝導／動作不能状態で維持させると同時に、バッテリーモデル／セル以外の装着されたプラスチック、発泡スチロール、及びゴムパッドなどのバッテリーリサイクルに不要な副産物を容易に粉砕、処理することができるようにする機能を実行することができる。

【0033】

上記冷却モジュールを用いた冷却により、別途の放電及び焼却処理がなくても従来の物理的解体及び切断装置を活用して安定したバッテリー解体が可能となるようにすると同時に、以降の解体工程に関しても不要な産出物の破砕工程を単純化させ、分類及び選別過程などで装備の耐久性と作業効率性を増進させる役割を果たすことができる。また、上記冷却モジュールを用いる場合、放電工程や火災及び爆発等の事故に対する関連設置及び運営に特別な技術や構造を必要としないため、構造的に単純でありながら後続工程（解体、破砕及び選別）の実行に必要な大量の安定したバッテリーパックを自動的に迅速に処理することができる。これにより、全体バッテリーリサイクル工程の運転費用を削減することができる設備及び運営上経済性の確保効果以外にも、解体後の後工程（乾式及び湿式工程）内の資源回収率の確保及び環境汚染に関する処理工程を簡素化させることができる。

【0034】

本発明の他の実施例によるバッテリーパック処理装置は、放電モジュールを含む第１コンテナを含むことができる。上記放電モジュールは、逆電圧方式を用いた放電モジュールであることができる。より詳細には、上記放電モジュールは、バッテリーと電力変換器を連結して電圧を印加して、バッテリーを放電させる第１放電段階及び上記第１放電段階の後、第１放電段階と反対の電圧（逆電圧）を印加して、バッテリーを放電させる第２放電段階を含む放電モジュールであることができる。通常のリチウムイオン電池をＳＯＣ「０」以下に（２．５Ｖ～３Ｖ）０Ｖまで放電させた後、数分から数十分待つと、端子電圧が回復する現象を確認することができ、このとき、再び放電を試みると、相当量の初期放電電流が発生することを確認することができる。これから通常の放電を介しては負極に放電していないＬｉが相当量存在するという事実が類推可能である。しかし、本発明の逆電圧方式を用いた放電モジュールの場合、負極に残留するリチウムを解決するために放電時に０Ｖが現れる時点から逆電圧を印加して負極の残留リチウムを解消することができるようになり、この状態を一定状態持続すると内部短絡に発展して、電池の端子電圧が回復できない状態に制御することができる。これにより、作業安定性を顕著に向上させることができる効果がある。

【0035】

本発明の移動型バッテリーパック処理装置は、放電モジュールまたは冷却モジュールを含む第１コンテナから放電または冷却されたバッテリーパックが移送され、上記放電したバッテリーパックを解体するための解体モジュールを含む第２コンテナを含むことができる。

【0036】

上記解体モジュールは、放電または冷却されたバッテリーパック切断装置を含むことができる。上記切断装置は、例えば、ブレード、レーザ、及びウォータージェット切断装置中から選択される１種以上であることができる。具体的には、上記冷却又は放電モジュールで処理されたバッテリーパックをバッテリーメーカー別バッテリーパックの構造特性を考慮して物理的切断装置であるブレードやレーザ等を用いて単位大きさ又はモジュール形態に解体することができ、これによって、後続する破砕工程の効率性及び運営上の経済性を確保することができ、破砕工程内の粉砕機の過負荷防止及び選別工程の単純化と粉砕機寿命及び生産性を高めるための効果的なバッテリーパック切断基準選定に基づく解体工程が行われることができる。

【0037】

一般的に、入庫時のバッテリーパックの登録情報を活用してバッテリーパックの機構的構造及びセル及びモジュールの組立情報に基づいて、バッテリー回収物質の損失を最小化する条件で破砕工程に必要な単位大きさで切断されたバッテリーモジュールを生成するための最適な切断位置及び経路などの過程をプログラミングによる自動化工程に基づいて処理するようになり、このような工程を経た切断されたバッテリーモジュールは破砕装置に移送されて破砕工程が実行される。上記冷却または放電を経たバッテリーパックは、外部から物理的な力を加えても爆発の危険性や、火災発生、悪臭発生などの危険状況が発生しない安全な状態であるため、バッテリーパックの材質及び単位切断大きさを考慮して、格別の装置の制約なしでブレード、レーザ、ウォータージェットを活用した切断解体工程の柔軟性を有する。

【0038】

上記解体モジュールは、上記切断装置から切断されたバッテリーパックを破砕する破砕装置を含むことができる。

【0039】

破砕装置は、一般的に用いられる破砕機が用いられることができ、例えば、破砕機内のローターに固定された多数の破砕刃と鋸刃上の本体固定刃の回転を介して、移送されたバッテリーパックを円滑に破砕するシャフト基盤のシュレッダーを含むことができる。また、破砕装置には、破砕工程で発生する様々な副産物（プラスチック及び非鉄金属、不凍液等）を素材別に分類する分類器を含むことができる。特に、低温（－６０～１２０℃）冷却工程を経たプラスチック、発泡スチロール、ゴム類の不純物は、多数の破砕刃との摩擦力により少量の衝撃にも容易に１次破砕装置内で粉砕になるため、プラスチック類不純物の９０％以上は、１次破砕後に分類器に放出される特徴を有する。これにより、破砕装置内に別途の分類及び収集装置をモジュール化設置することで、効果的な段階別副産物の収集及び処理を行うことができる利点を有する。一方、上記破砕装置は、１つ以上含まれることができ、例えば、単位モジュール大きさに粉砕する１次破砕装置及びこれを微粉砕するための２次破砕装置を含むことができる。

【0040】

上記解体モジュールは、上記切断及び破砕装置からの破砕物を選択する選別装置をさらに含むことができる。上記選別装置は、切断及び破砕基盤の解体工程の後、主要鉄、非鉄金属以外に、ゴム、繊維及びガラス等素材別に選別して収集することができる。上記選別装置は特に限定されず、選別作業を行うための乾式または湿式比重選別機、成形機などの組み合わせで構成されることができる。

【0041】

本発明に係る解体モジュールは、切断後の工程の特性（精製、回収）に応じて、破砕回収、破砕大きさ及び追加選別処理工程の有無を決定することができるため、使用者の目的に合わせて弾力的な運営が可能であるようにし、これにより最終的に所望の形態のバッテリー解体副産物を生成することができる効果がある。

【0042】

本発明によるバッテリーパック処理装置は、解体モジュールで処理されたバッテリーパックの極片を収容する第３コンテナを含むことができる。上記冷却または放電及び解体工程によって処理されたバッテリーパックの極片を収容し、これを廃資源拠点収集センターなどの最終目的地に移送することができる。

【0043】

上記第１コンテナ、第２コンテナ、及び第３コンテナは、相互連結のためのコンベヤベルトを含むことができる。より詳細には、本発明によるバッテリーパック処理方法は、バッテリーパックの冷却または放電モジュールを含む第１コンテナ及び放電したバッテリーパックを解体するための解体モジュールを含む第２コンテナを、原料が存在する位置に移動させる段階と、上記第１コンテナ及び第２コンテナを固定及び結合する段階と、上記第１コンテナ及び第２コンテナでバッテリーパックの放電及び解体を実行する段階とを含む。このとき、上記冷却または放電モジュールで処理された廃バッテリーは、コンベアベルトによって第１コンテナから第２コンテナに移送されることができる。これと類似した方式に、解体されたバッテリーパックをバッテリーパックの極片は、コンベアベルトによって第２コンテナから第３コンテナに移送され、第３コンテナに収容されることができる。

【0044】

一方、このとき、各コンテナの側面と上面を包む四角形チューブなどをコンテナ面から移動させてコンテナとコンテナとの間を塞いで環境汚染物質から周辺を保護する汚染防止装置をさらに含むことができる。

【0045】

このようなバッテリーパックの放電及び解体を行う段階の後、第１コンテナ及び第２コンテナの結合及び固定を解除する段階を実行して作業を完了することができる。

【0046】

本発明の特徴の１つとして、上記第１コンテナ、第２コンテナ、及び第３コンテナは移動式に備えられることができ、それぞれ別途の移動手段によって移動することができる。上記移動手段は特に限定されないが、例えば、車両にコンテナを積載して移動することができる。

【0047】

このように、移動式に備えられたモジュール化した装置を用いることにより、高価なバッテリー移動手段を用いる必要がなく、上記バッテリー処理装置を廃バッテリーが集積された場所に移送して解体工程を行うことにより、費用及び安全性を確保することができる。

【0048】

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】