KR102625358B1 - 폐배터리의 방전 처리 장치, 방전 처리 방법 및 방전 처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
폐배터리의 방전 처리 장치, 방전 처리 방법 및 방전 처리 시스템이 개시된다. 본 발명의 폐배터리의 방전 처리 장치는, 폐배터리 모듈, 폐배터리 팩 또는 폐배터리 랙에 마련된 배터리 셀의 양극과 연결되는 제1 방전부재; 배터리 셀의 음극과 연결되는 제2 방전부재; 및 제1 방전부재와 제2 방전부재가 담궈져 방전이 이루어지는 염수가 저장된 수조 바디를 포함한다.
Description
본 발명은, 폐배터리의 방전 처리 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 폐배터리의 양극과 음극에 연결되는 방전판을 이용하여 염수에서 방전이 이루어지도록 한 폐배터리의 방전 처리 장치, 방전 처리 방법 및 방전 처리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 충전하여 사용하는 리튬이온 배터리는 휴대기기인 무선 전화기, 스마트폰, 모바일 기기 등이 많이 사용되면서 기하급수적으로 그 수요량이 폭발적으로 증가하였고, 최근 단위 배터리셀을 복수개 포함하는 배터리 팩의 사용이 증가하고 있다.
배터리 팩은 전기적으로 연결되어 있는 배터리 모듈을 복수개 포함하고 있는데, 이러한 배터리 팩은 큰 전기용량이 필요한 전기자동차(EV) 내지 하이브리드 전기자동차(HEV)에 많이 사용되고 있다. 그리고 복수의 배터리 팩 또는 복수의 배터리 트레이가 모여 배터리 랙을 구성하고, 복수의 배터리 랙이 모여 마련되는 에너지 저장장치(ESS)에도 리튬이온 배터리가 사용되고 있다.
전기자동차 및 하이브리드 전기자동차는 차세대 이동수단으로 각광받고 있으며, 생산대수는 급격히 증가할 것으로 예상된다.
글로벌 시장조사업체 IHS마킷은 전기차 배터리 시장 규모가 연평균 25%씩 성장해 2025년에는 1600억달러(약 186조원)까지 커질 것으로 내다봤다. 2025년 1490억달러(약 173조원)로 전망되는 메모리 반도체 시장보다 더 커진다는 것이다. 이에 비해 전기차 배터리의 대부분을 차지하는 리튬 이온 배터리의 부족은 심각해질 것으로 내다봤다.
전술한 리튬 이온 배터리의 부족량을 보완할 방법으로 리튬 계열 배터리를 재활용하는 방법이 있다.
국내 리튬계열 배터리 재활용 업체의 경우 리튬계열 배터리의 파쇄단계에서의 안정성 확보를 위해 완전히 방전된 배터리만을 입고 조건으로 하고 있다.
기존 전기적 부하 방식의 방전 기술은 부하 조절을 위한 고가의 장비가 필요하므로 비효율적이다. 또한, 폐배터리의 직류 전류는 매우 큰 대전류를 공급할 뿐만 아니라 폐배터리마다 잔류 전기의 양이 다르기 때문에 기존 전기적 부하 방식의 방전 기술은 인버팅부의 출력을 전달하는 과정에서 강력한 스파크와 함께 큰 폭발이 일어날 가능성이 있다.
이를 해결하기 위해 현재는 배터리 제조사에서 제시한 방법인 배터리 셀을 염수에 담궈서 완전 방전 처리하는 방법을 이용하고 있다. 구체적으로 종래의 배터리 셀을 염수에 담궈서 완전 방전 처리를 하는 방법은, 도 1에 도시된 방법으로 이루어진다. 먼저, 염수(소금물)를 준비한 후에 폐 배터리 셀의 벤트를 오픈한다. 그 후 폐 배터리 셀의 캡을 제거한 후 배터리 셀을 염수에 담궈 방전을 한다.
전술한 방법은 셀단위 방전으로 소량만 방전이 가능하고 3일 정도의 시간이 소요되는 단점이 있다.
또한, 위와 같은 방식은 배터리 팩이나 배터리 랙을 분해하는 데 다수의 인력이 소요되며, 방전 수량에 한계가 있고, 수소, 염소, 수산화나트륨 등의 부산물을 활용하지 못하고 폐기 처리하는 데 추가 비용이 발생하는 단점이 있다.
나아가, 폐 배터리 셀을 염수에 바로 쏟아 붓거나, 한꺼번에 침수시키는 경우가 많은데, 이 경우 염수 내에서 많은 폐 배터리 셀들이 겹쳐진 상태로 방전이 이루어진다. 이런 과정에서 열의 축적이 발생하고 발화로 이어질 가능성이 있으므로 이에 대한 개선책이 요구된다.
전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 기존에 배터리 셀 단위로 이루어지는 염수 내 배터리 셀의 직접 방전 방식과 대비하여 배터리 팩 또는 배터리 랙을 배터리 셀 단위로 분해하는 데 소요되는 인력 및 시간 소요을 없앨 수 있는 폐배터리의 방전 처리 장치, 방전 처리 방법 및 방전 처리 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 방전 상태를 직접 확인할 수 있고 배터리 팩 또는 배터리 랙 단위의 방전을 수행할 수 있어, 단위 시간당 폐 배터리 방전 처리량을 증가시킬 수 있는 폐배터리의 방전 처리 장치, 방전 처리 방법 및 방전 처리 시스템을 제공하는 것이다.
나아가, 폐배터리의 방전 작업 중에 분리막을 통해 염수는 염소, 수소, 수산화나트륨으로 분해하여 포집 및 수집함으로써 부가 가치를 창출할 수 있는 폐배터리의 방전 처리 장치, 방전 처리 방법 및 방전 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 폐배터리 모듈, 폐배터리 팩 또는 폐배터리 랙에 마련된 배터리 셀의 양극과 연결되는 제1 방전부재; 상기 배터리 셀의 음극과 연결되는 제2 방전부재; 및 상기 제1 방전부재와 상기 제2 방전부재가 담궈져 방전이 이루어지는 염수가 저장된 수조 바디를 포함하는 폐배터리의 방전 처리 장치가 제공될 수 있다.
상기 수조 바디의 주변에 마련되어 상기 제1 방전부재와 상기 제2 방전부재를 승강시켜 상기 제1 방전부재 및 상기 제2 방전부재와 상기 염수와의 접촉 면적을 조절하거나 방전 속도를 조절하는 승강 수단을 더 포함할 수 있다.
방전 시 발생하는 부산물을 활용하기 위해 상기 수조 바디에 마련되어 제1 방전부재의 영역과 상기 제2 방전부재의 영역을 구획하는 분리막을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 방전부재와 상기 제2 방전부재는 판 형상 또는 입체적 형상을 포함할 수 있다.
상기 분리막은 불소계 술폰화 고분자 및 불소중합체로 이루어진 군에서 선택되는 재료를 포함을 포함하나 이로 한정되지 않는다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 폐배터리 모듈, 폐배터리 팩 또는 폐배터리 랙에 마련된 배터리 셀의 양극 및 음극과 연결되는 제1 방전부재와 제2 방전부재를 염수에 담궈 방전시키는 방전 처리 장치; 및 상기 제1 방전부재와 상기 제2 방전부재를 승강시켜 상기 제1 방전부재 및 상기 제2 방전부재와 상기 염수의 접촉 면적을 조절하는 제어부를 포함하는 폐배터리의 방전 처리 시스템이 제공될 수 있다.
제1 방전부재와 제2 방전부재에서 발생하는 부산물을 포집할 수 있으며 염수의 재사용이 가능하도록 상기 방전 처리 장치는, 상기 적어도 하나의 제1 방전부재와 상기 적어도 하나의 제2 방전부재를 구분하는 적어도 하나의 분리막을 더 포함할 수 있다.
상기 방전 처리 장치의 수조 바디에 저장되는 염수의 농도를 조절하는 염수 조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 방전 처리 장치의 수조 바디에 물을 공급하는 물공급밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 방전 처리 장치의 수조 바디에서 발생된 염소를 포집하는 염소 포집부를 더 포함할 수 있다.
상기 방전 처리 장치의 수조 바디에서 발생된 수소를 포집하는 수소 포집부를 더 포함할 수 있다.
적어도 하나의 제1 방전부재를 폐배터리 모듈이나 폐배터리 팩이나 폐배터리 랙에 마련된 배터리 셀의 양극과 연결하는 단계;
적어도 하나의 제2 방전부재를 상기 배터리 셀의 음극과 연결하는 단계; 및
나아가, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제1 방전부재를 폐배터리 모듈, 폐배터리 팩 또는 폐배터리 랙에 마련된 배터리 셀의 양극과 연결하는 단계; 제2 방전부재를 상기 배터리 셀의 음극과 연결하는 단계; 및 염수가 저장된 수조 바디에 상기 제1 방전부재와 상기 제2 방전부재를 담궈 상기 제1 방전부재와 상기 제2 방전부재를 방전시키는 단계를 포함하는 폐배터리의 방전 처리 방법이 제공될 수 있다.
상기 방전시키는 단계에서 상기 적어도 하나의 제1 방전부재와 상기 적어도 하나의 제2 방전부재를 승강시켜 상기 염수와 접촉 면적을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방전시키는 단계에서 상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 단계; 및 상기 배터리 셀의 온도가 설정된 온도를 넘는 경우 상기 적어도 하나의 제1 방전부재 및 상기 적어도 하나의 제2 방전부재와 상기 염수의 접촉을 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 양극과 음극에 연결되는 방전판을 이용하여 염수에서 방전이 이루어지도록 함으로써 기존에 배터리 셀 단위로 이루어지는 염수 내 배터리 셀의 직접 방전 방식과 대비하여 배터리 팩 또는 배터리 랙을 배터리 셀 단위로 분해하는 데 소요되는 인력 및 시간 소요을 없앨 수 있다.
또한, 방전 상태를 직접 확인할 수 있고 배터리 팩 또는 배터리 랙 단위의 방전을 수행할 수 있어, 단위 시간당 폐 배터리 방전 처리량을 증가시킬 수 있다.
나아가, 배터리의 방전시 발생되는 각부의 연속적인 온도에 따른 전류 제어(전극 높이조절)가 가능하여 방전 처리 효율을 높일 수 있으며 과방전에 의한 화재 위험을 줄일 수 있다.
그리고, 배터리 셀들이 겹쳐진 상태로 방전이 이루어지지 않아 방전 시 열의 축적이 발생되지 않아 배터리 셀의 발화를 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 예는 배터리 셀의 온도가 비정상적으로 상승하는 경우 승강 수단을 이용하여 제1 방전부재와 제2 방전부재를 상승시켜 염수에 잠기지 않게 하거나, 제어부에서 배출 밸브를 개방시켜 저장 바디에 저장된 염수를 저장 바디의 외부로 배출시킴으로써 긴급한 상황에도 신속하게 대처할 수 있다.
도 1은 종래의 폐배터리의 방전 처리 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리의 방전 처리 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 폐배터리 방전 장치와 이에 연결된 복수의 배터리 셀을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에서 분리막이 생략된 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 제1 방전부재와 제2 방전부재의 다른 실시예이다.
도 6은 도 3에 도시된 방전 과정에서 제1 방전부재와 제2 방전부재의 위치에 따른 전류량 변화를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 실시 예에 따른 폐배터리의 방전 처리 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리의 방전 처리 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 폐배터리 방전 장치와 이에 연결된 복수의 배터리 셀을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에서 분리막이 생략된 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 제1 방전부재와 제2 방전부재의 다른 실시예이다.
도 6은 도 3에 도시된 방전 과정에서 제1 방전부재와 제2 방전부재의 위치에 따른 전류량 변화를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 실시 예에 따른 폐배터리의 방전 처리 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 실시 예에서 배터리 모듈은 배터리 셀을 외부 충격과 열, 진동으로부터 보호하기 위해 일정한 개수로 묶어 프레임에 넣은 배터리 조립체일 수 있고, 배터리 팩은 복수의 배터리 모듈이 모여서 마련될 수 있고, 배터리 랙은 복수의 배터리 팩이 모여서 마련될 수 있다.
또한, 본 실시 예에서 배터리 팩에 배터리 모듈없이 배터리 셀을 바로 탑재할 수 있는 형태로 마련될 수도 있고, 배터리 모듈은 전기차에 장착되는 배터리 시스템의 최종 형태로 배터리 모듈에 BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등 각종 제어 및 보호 시스템을 장착하여 마련될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리의 방전 처리 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 폐배터리 방전 장치와 이에 연결된 복수의 배터리 셀을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에서 분리막이 생략된 것을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 도 3에 도시된 제1 방전부재와 제2 방전부재의 다른 실시예이고, 도 6은 도 3에 도시된 방전 과정에서 제1 방전부재와 제2 방전부재의 위치에 따른 전류량 변화를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 폐배터리의 방전 처리 시스템(1)은, 폐배터리 모듈(100)이나 폐배터리 팩이나 폐배터리 랙에 마련된 배터리 셀(200)의 양극 및 음극과 연결되어 배터리 셀(200)을 방전시키는 방전 장치(10)와, 방전 장치(10)의 제1 및 2 방전부재(11,11a,12,12a)와 염수의 접촉 면적을 조절하는 제어부(20)와, 방전 장치(10)의 수조 바디(13)에 저장되는 염수의 농도를 조절하는 염수 조절부(30)와, 방전 장치(10)의 수조 바디(13)에 물을 공급하는 물공급밸브(40)와, 방전 장치(10)의 수조 바디(13)에서 발생된 염소를 포집하는 염소 포집부(50)와, 방전 장치(10)의 수조 바디(13)에서 발생된 수소를 포집하는 수소 포집부(60)와, 방전 장치(10)의 수조 바디(13)에 마련된 수산화나트륨의 농도를 감지하는 수산화나트륨 농도센서(70)와, 방전 장치(10)의 수조 바디(13)에 마련되어 생성된 수산화나트륨을 수조 바디(13)의 외부로 배출시키거나 긴급시에 염수를 수조 바디(13)의 외부로 배출시키는 배출 밸브(80)와, 제어부(20)와 연결되는 전력 제어 장치(90)를 구비한다.
방전 장치(10)는, 폐배터리 모듈(100)이나 폐배터리 팩이나 폐배터리 랙에 마련된 배터리 셀(200)의 양극 및 음극과 연결되어 배터리 셀(200)을 방전시킬 수 있다.
방전 장치(10)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 폐배터리 모듈(100)에 마련된 복수의 배터리 셀(200)의 양극과 연결되는 제1 방전부재(11)와, 배터리 셀(200)의 음극과 연결되는 제2 방전부재(12)와, 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(12)가 담겨져 방전이 이루어지는 염수가 저장된 수조 바디(13)와, 제1 방전부재(11)를 배터리 셀(200)의 양극과 전기적으로 연결시키는 제1 연결부재(14)와, 제2 방전부재(12)를 배터리 셀(200)의 음극과 전기적으로 연결시키는 제2 연결부재(15)와, 수조 바디(13)에 마련되어 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(12)를 구획하여 리튬 이온의 이동 통로로 제공되는 분리막(16)을 포함한다.
방전 장치(10)의 제1 방전부재(11)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 연결부재(14)에 의해 배터리 셀(200)의 양극에 연결되는 것으로 판 형상을 포함하는 형상으로 마련될 수 있다.
본 실시 예에서 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(12)를 수조 바디(13)에 저장된 염수에 담글 시 도 5의 A로 표시된 영역에서 전류가 수직으로 증가되고 이후 일정 경사를 이루서면 증가될 수 있다. 즉 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(12)가 염수에 접촉되는 표면적에 따라 전류량이 변화될 수 있다.
본 실시 예는 도 5의 A로 표시된 영역에서 급격한 전류량의 증가를 방지하기 위해, 도 6의 B로 표시된 영역처럼 제1 방전부재(11a)와 제2 방전부재(12a)의 하단부를 뾰족하게 마련할 수 있다. 이 경우 제1 방전부재(11a)와 제2 방전부재(12a)를 염수에 담글 시 도 6의 B로 표시된 뾰족한 부분에 의해 제1 방전부재(11a)와 제2 방전부재(12a)가 염수에 점차적으로 접촉 표면적이 증가되어 전류량의 변화를 완만하게 할 수 있는 이점이 있다. 본 실시 예에서 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(12)는 다각형, 뿔형 또는 기둥형 등 입체적 형상을 포함하는 다양한 형상으로 마련될 수 있고, 전술한 뾰족한 부분이 없이 마련될 수도 있다.
또한, 본 실시 예에서 제1 방전부재(11)는 니켈(Ni)을 포함하는 재질로 마련될 수 있다.
나아가, 본 실시 예에서 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(12)는 제어부(20)에 연결되어 제어되는 승강 수단(미도시)에 의해 수조 바디(13)의 방향으로 상승 또는 하강(승강)되게 마련될 수 있다. 본 실시 예에서 승강 수단은 예를 들어 수조 바디(13)의 주위에 마련되며 상단부가 수조 바디(13)의 상부에 배치되는 승강 프레임(미도시)과, 상측부는 승강 프레임의 상단부에 결합되고 하측부는 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(12)에 결합되어 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(12)를 승강시키는 승강부(미도시)를 포함할 수 있다. 본 실시 예에서 승강부는 예를 들어 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(12)를 홀딩하는 클램프(미도시)와, 일측부는 클램프에 연결되고 타측부는 승강 프레임의 상단부에 결합되어 클램프를 승강시키는 실린더(미도시)를 포함할 수 있다. 본 실시 예에서 클램프는 유압 또는 공압으로 작동되어 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(12)를 클램핑하거나 그 클램핑을 해제할 수 있다.
그리고, 본 실시 예에서 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(11)는 복수로 마련될 수 있다. 또한, 본 실시 예에서 하나의 제1 방전부재(11)에 복수의 배터리 셀(200)이 연결될 수 있고, 이는 제2 방전부재(12)에도 적용될 수 있다. 방전 장치(10)의 제2 방전부재(12)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 연결부재(15)에 의해 배터리 셀(200)의 음극에 연결되는 것으로 판 형상을 포함하는 형상으로 마련될 수 있다.
본 실시 예에서 제2 방전부재(12)는 전술한 바와 같이 하단부가 뾰족하게 마련될 수 있다.
또한, 본 실시 예에서 제2 방전부재(12)는 티탄(Ti)을 포함하는 재질로 마련될 수 있다.
방전 장치(10)의 수조 바디(13)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 그 내부에 염수가 저장될 수 있고, 염수에는 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(12)가 담궈져 방전이 이루어질 수 있다. 본 실시 예에서 수조 바디(13)에 저장되는 염수의 농도는 3 내지 10wt%일 수 있다.
본 실시 예에서 수조 바디(13)의 상부는 개방되게 마련되어 전술한 승강 수단에 의해 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(12)는 수조 바디(13)의 높이 방향으로 승강될 수 있다.
방전 장치(10)의 제1 연결부재(14)는, 제1 방전부재(11)와 배터리 셀(200)의 양극을 전기적으로 연결하는 것으로, 공지된 집게를 갖는 전선 케이블을 포함할 수 있다.
방전 장치(10)의 제2 연결부재(15)는, 제2 방전부재(12)와 배터리 셀(200)의 음극을 전기적으로 연결하는 것으로, 공지된 집게를 갖는 전선 케이블을 포함할 수 있다.
방전 장치(10)의 분리막(16)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 수조 바디(13)의 내부에 마련되어 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(12)를 구획하며 배터리 셀(200)의 방전 시에 염수를 전지 분해하며 이온들을 이동시키는 촉매 역할을 할 수 있다. 즉, 본 실시 예에서 배터리 셀(200)의 방전 시 분리막(16)에 의해 염수는 염소, 수소, 수산화나트륨으로 분해될 수 있다.
본 실시 예에서 분리막(16)은 불소계 술폰화 고분자 및 불소중합체로 이루어진 군에서 선택되는 재료를 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 본 실시 예는 도 4에 도시된 바와 같이 분리막(16) 없이 사용될 수도 있다.
제어부(20)는, 수조 바디(13) 또는 별도로 마련된 케이스에 마련되며 전술한 승강 수단을 제어하여 적어도 하나의 제1 방전부재(11)와 적어도 하나의 제2 방전부재(12)를 승강시킬 수 있다.
본 실시 예에서 제어부(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 염수 조절부(30)에 연결되어 수조 바디(13)에 저장된 염수의 농도가 기준치 이하인 경우 수조 바디(13)로 염수를 공급할 수 있고, 수조 바디(13)에 저장된 염수의 농도가 기준치 이상인 경우 물공급밸브(40)를 개방시켜 수조 바디(13)로 물을 공급할 수 있다.
또한, 본 실시 예에서 제어부(20)는, 배터리 셀(200)의 방전이 완료된 경우 수조 바디(13)에 있는 염소를 포집하는 염소 포집부(50)를 작동시켜 수조 바디(13)에 있는 염소를 수조 바디(13)의 외부로 포집할 수 있다.
나아가, 본 실시 예에서 제어부(20)는 셀의 방전이 완료된 경우 수조 바디(13)에 있는 수소를 포집하는 수소 포집부(60)를 작동시켜 수조 바디(13)에 있는 수소를 수조 바디(13)의 외부로 포집할 수 있다.
그리고, 본 실시 예에서 제어부(20)는 배터리 셀(200)의 방전이 완료된 경우 수산화나트륨 농도센서(70)를 통해 수조 바디(13)에 생성된 수산화나트륨의 농도를 측정한 후 요구된 농도가 만족된 경우 수조 바디(13)에 마련된 배출 밸브(80)를 개방시켜 수산화나트륨을 수조 바디(13)의 외부로 배출할 수 있다.
또한, 본 실시 예에서 제어부(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전력 제어 장치(90)에 연결되어 본 실시 예의 작동에 필요한 전력을 제어할 수 있다.
염수 조절부(30)는, 제어부(20)에 연결되어 수조 바디(13)에 저장된 염수의 농도를 조절할 수 있다.
본 실시 예에서 염수 조절부(30)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 수조 바디(13)의 내부에 마련되어 염수의 농도를 감지하는 염수 농도 센서(31)와, 수조 바디(13)에 연결되는 염수 공급 라인에 마련되며 제어부(20)에 연결되어 염수 공급 라인을 개폐시키는 염수 공급 밸브(32)를 포함한다.
본 실시 예에서 수조 바디(13)에 저장된 염수의 농도가 미리 설정된 농도 예를 들어 3 내지 10wt% 보다 낮은 경우 염수 농도 센서(31)를 이를 감지하여 제어부(20)로 신호를 보내고, 제어부(20)는 이 신호를 기초로 염수 공급 밸브(32)를 개방시켜 수조 바디(13)의 내부로 염수를 공급하여 미리 설정된 농도로 맞출 수 있다. 반대로, 수조 바디(13)에 저장된 염수의 농도가 미리 설정된 농도 예를 들어 3 내지 10wt% 보다 높은 경우 염수 농도 센서(31)를 이를 감지하여 제어부(20)로 신호를 보내고, 제어부(20)는 이 신호를 기초로 물공급밸브(40)를 개방시켜 수조 바디(13)의 내부로 물을 공급하여 염수의 농도를 미리 설정된 농도로 낮출 수 있다.
물공급밸브(40)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 수조 바디(13)의 내부로 물을 공급하도록 수조 바디(13)에 마련될 수 있다.
본 실시 예에서 물공급밸브(40)는 수조 바디(13)에 저장된 염수의 농도가 미리 설정된 농도보다 높은 경우 전술한 바와 같이 제어부(20)에 의해 작동되어 수조 바디(13)의 내부로 물을 공급하여 염수의 농도를 낮출 수 있다.
염소 포집부(50)는, 배터리 셀(200)의 방전 작업 중에 생성되는 염소를 수조 바디(13)의 외부로 포집할 수 있다.
본 실시 예에서 염소 포집부(50)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(20)에 연결되어 염소 농도 신호를 제어부(20)로 보내는 염소 농도 센서(31)와, 수조 바디(13)의 외부에 마련되어 수조 바디(13)에서 발생되는 염소를 저장하는 염소 저장 탱크(52)를 포함한다.
본 실시 예에서 배터리 셀(200)의 방전 시 (+)전극인 제1 방전부재(11)에는 (-)이온인 염화 이온(Cl-)과 수산화 이온(OH-)이 끌려온다. 그 중 전자를 잃기 쉬운 염화 이온이 전자를 내놓고 염소 기체(Cl2)로 되고 수산화 이온(OH-)은 용액 속에 그냥 남는다. 본 실시 예의 제1 방전부재(11)로 끌려와 기체로 된 염소 기체는 염소 저장 탱크(52)로 공급되어 저장될 수 있다. 본 실시 예에서 수조 바디(13)에서 염소 저장 탱크(52)로 염소 기체를 공급하는 기술수단은 공지된 염수 전기분해방법이 적용될 수 있다.
또한, 본 실시 예는 배터리 셀(200)의 방전 작업 중에 발생되는 염소 기체나 수소 기체가 수조 바디(13)의 외부로 배출되는 것을 막기 위해 수조 바디(13)의 상부를 전술한 승강 수단의 실린더가 관통하는 영역을 제외하고는 밀폐되게 마련할 수 있다.
수소 포집부(60)는, 배터리 셀(200)의 방전 작업 중에 생성되는 수소를 수조 바디(13)의 외부로 포집할 수 있다.
본 실시 예에서 수소 포집부(60)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(20)에 연결되어 수소 농도 신호를 제어부(20)로 보내는 수소 농도 센서(61)와, 수조 바디(13)의 외부에 마련되어 수조 바디(13)에서 발생되는 수소를 저장하는 수소 저장 탱크(62)를 포함한다.
본 실시 예에서 배터리 셀(200)의 방전 시 (-)전극인 제2 방전부재(12)에는 (+)이온인 나트륨 이온(Na+)과 수소 이온(H+)이 끌려온다. 그 중에서 전자를 얻기 쉬운 수소 이온(H+)이 전자를 얻어 수소 기체(H2)로 되고 나트륨 이온(Na+)은 용액 속에 그냥 남는다. 본 실시 예의 제2 방전부재(12)로 끌려와 기체로 된 수소 기체는 수소 저장 탱크(62)로 공급되어 저장될 수 있다. 본 실시 예에서 수조 바디(13)에서 수소 저장 탱크(62)로 수소 기체를 공급하는 기술수단은 공지된 염수 전기분해방법이 적용될 수 있다.
수산화나트륨 농도센서(70)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 수조 바디(13)의 내부에 마련되며 방전 시 생성되는 수산화나트륨(NaOH)의 농도 신호를 제어부(20)로 보낼 수 있다.
배출 밸브(80)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 수조 바디(13)에 마련되며 제어부(20)에 연결되어 작동될 수 있다. 즉 배터리 셀(200)의 방전이 완료되면 제어부(20)는 수산화나트륨 농도센서(70)의 신호를 기초로 배출 밸브(80)를 개방시켜 수조 바디(13)에 마련된 수산화나트륨을 수조 바디(13)의 외부로 배출할 수 있다.
도 7은 본 실시 예에 따른 폐배터리의 방전 처리 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
본 실시 예에 따른 폐배터리의 방전 처리 방법은, 제1 방전부재(11)를 폐배터리 모듈(100)이나 폐배터리 팩이나 폐배터리 랙에 마련된 배터리 셀(200)의 양극과 연결하는 단계(S10)와, 제2 방전부재(12)를 배터리 셀(200)의 음극과 연결하는 단계(S20)와, 염수가 저장된 수조 바디(13)에 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(12)를 담궈 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(12)를 방전시키는 단계(S20)를 포함한다.
본 실시 예는 양극과 음극에 연결되는 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(12)를 이용하여 염수에서 방전이 이루어지도록 함으로써 기존에 배터리 셀(200) 단위로 이루어지는 염수 내 배터리 셀(200)의 직접 방전 방식과 대비하여 배터리 팩 또는 배터리 랙을 배터리 셀(200) 단위로 분해하는 데 소요되는 인력 및 시간 소요을 없앨 수 있다. 또한, 방전 상태를 직접 확인할 수 있고 배터리 팩 또는 배터리 랙 단위의 방전을 수행할 수 있어, 단위 시간당 폐 배터리 방전 처리량을 증가시킬 수 있다.
본 실시 예는 방전시키는 단계에서 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(12)를 승강시켜 염수와 접촉 면적을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 실시 예는 방전시키는 단계에서 배터리 셀(200)의 온도를 측정하는 단계와, 복수의 배터리 셀(200)의 온도가 설정된 온도를 넘는 경우 적어도 하나의 제1 방전부재(11) 및 어도 하나의 제2 방전부재(12)와 염수의 접촉을 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 실시 예에서 배터리 셀(200)의 온도 측정은 배터리 셀(200)에 온도 센서(미도시)를 장착하여 마련될 수 있다.
본 실시 예에서 복수의 배터리 셀(200)의 온도가 설정된 온도를 넘는 경우 제1 방전부재(11) 및 제2 방전부재(12)와 염수의 차단은 전술한 승강 수단을 이용하여 제1 방전부재(11)와 제2 방전부재(12)를 상승시켜 염수에 잠기지 않게 하는 방법으로 이루어질 수 있고, 제어부(20)에서 배출 밸브(80)를 개방시켜 수조 바디(13)에 저장된 염수를 수조 바디(13)의 외부로 배출시키는 방법으로 이루어질 수도 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1 : 폐배터리의 방전 처리 시스템
10 : 방전 장치 11,11a : 제1 방전부재
12,12a : 제2 방전부재 13 : 수조 바디
14 : 제1 연결부재 15 : 제2 연결부재
16 : 분리막 20 : 제어부
30 : 염수 조절부 31 : 염수 농도 센서
32 : 염수 공급 밸브 40 : 물공급밸브
50 : 염소 포집부 51 : 염소 농도 센서
52 : 염소 저장 탱크 60 : 수소 포집부
61 : 수소 농도 센서 62 : 수소 저장 탱크
70 : 수산화나트륨 농도센서 80 : 배출 밸브
90 : 전력 제어 장치 100 : 배터리 모듈
200 : 배터리 셀
10 : 방전 장치 11,11a : 제1 방전부재
12,12a : 제2 방전부재 13 : 수조 바디
14 : 제1 연결부재 15 : 제2 연결부재
16 : 분리막 20 : 제어부
30 : 염수 조절부 31 : 염수 농도 센서
32 : 염수 공급 밸브 40 : 물공급밸브
50 : 염소 포집부 51 : 염소 농도 센서
52 : 염소 저장 탱크 60 : 수소 포집부
61 : 수소 농도 센서 62 : 수소 저장 탱크
70 : 수산화나트륨 농도센서 80 : 배출 밸브
90 : 전력 제어 장치 100 : 배터리 모듈
200 : 배터리 셀
Claims (15)
- 폐배터리 모듈, 폐배터리 팩 또는 폐배터리 랙에 마련된 배터리 셀의 양극과 연결되는 제1 방전부재;
상기 배터리 셀의 음극과 연결되는 제2 방전부재; 및
상기 제1 방전부재와 상기 제2 방전부재가 담궈져 방전이 이루어지는 염수가 저장된 수조 바디를 포함하며,
상기 제1 및 제2 방전부재와 염수의 접촉 면적을 조절하는 제어부를 더 포함하는 폐배터리의 방전 처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 수조 바디의 주변에 마련되어 상기 제1 방전부재와 상기 제2 방전부재를 승강시켜 상기 제1 방전부재 및 상기 제2 방전부재와 상기 염수와의 접촉 면적을 조절하는 승강 수단을 더 포함하는 폐배터리의 방전 처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 방전부재와 상기 제2 방전부재는 판 형상 또는 입체적 형상을 포함하는 폐배터리의 방전 처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 방전부재와 상기 적어도 하나의 제2 방전부재는 뾰족한 부분이 상기 염수에 최초로 접촉되는 폐배터리의 방전 처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 수조 바디에 마련되어 상기 제1 방전부재의 영역과 상기 제2 방전부재의 영역을 구분하여 상기 염수를 전기 분해시키는 분리막을 더 포함하는 폐배터리의 방전 처리 장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 분리막은 불소계 술폰화 고분자 및 불소중합체로 이루어진 군에서 선택되는 재료를 포함하여 이루어지는 폐배터리의 방전 처리 장치. - 폐배터리 모듈, 폐배터리 팩 또는 폐배터리 랙에 마련된 배터리 셀의 양극 및 음극과 연결되는 제1 방전부재와 제2 방전부재를 염수에 담궈 방전시키는 방전 처리 장치; 및
상기 제1 방전부재 및 상기 제2 방전부재와 상기 염수의 접촉 면적을 조절하는 제어부를 포함하는 폐배터리의 방전 처리 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 방전 처리 장치는,
상기 제1 방전부재의 영역과 상기 제2 방전부재의 영역을 구획하여 상기 염수를 전기 분해시키는 분리막을 더 포함하는 폐배터리의 방전 처리 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 방전 처리 장치의 수조 바디에 저장되는 염수의 농도를 조절하는 염수 조절부를 더 포함하는 폐배터리의 방전 처리 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 방전 처리 장치의 수조 바디에 물을 공급하는 물공급밸브를 더 포함하는 폐배터리의 방전 처리 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 방전 처리 장치의 수조 바디에서 발생된 염소를 포집하는 염소 포집부를 더 포함하는 폐배터리의 방전 처리 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 방전 처리 장치의 수조 바디에서 발생된 수소를 포집하는 수소 포집부를 더 포함하는 폐배터리의 방전 처리 시스템. - 제1 방전부재를 폐배터리 모듈, 폐배터리 팩 또는 폐배터리 랙에 마련된 배터리 셀의 양극과 연결하는 단계;
제2 방전부재를 상기 배터리 셀의 음극과 연결하는 단계; 및
염수가 저장된 수조 바디에 상기 제1 방전부재와 상기 제2 방전부재를 담궈 상기 제1 방전부재와 상기 제2 방전부재를 방전시키는 단계를 포함하며,
상기 방전시키는 단계에서 상기 제1 방전부재와 상기 제2 방전부재의 염수와의 접촉 면적을 조절하는 단계를 더 포함하는 폐배터리의 방전 처리 방법. - 삭제
- 청구항 13에 있어서,
상기 방전시키는 단계에서 상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 단계; 및
상기 배터리 셀의 온도가 설정된 온도를 넘는 경우 상기 제1 방전부재 및 상기 제2 방전부재와 상기 염수의 접촉을 차단하는 단계를 더 포함하는 폐배터리의 방전 처리 방법.
Priority Applications (4)
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