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KR20210075779A - 충방전 기능을 갖는 차체 부재 - Google Patents

충방전 기능을 갖는 차체 부재 Download PDF

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KR20210075779A
KR20210075779A KR1020190167266A KR20190167266A KR20210075779A KR 20210075779 A KR20210075779 A KR 20210075779A KR 1020190167266 A KR1020190167266 A KR 1020190167266A KR 20190167266 A KR20190167266 A KR 20190167266A KR 20210075779 A KR20210075779 A KR 20210075779A
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KR
South Korea
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negative electrode
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vehicle body
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송원기
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 경향화 및 보강 용도로 사용되는 탄소섬유를 활용한 충방전 기능을 갖는 차체 부재에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 충방전 기능을 갖는 차체 부재는 차체를 구성하는 부재로서, 탄소섬유로 이루어지는 제 1 음극부와; 상기 제 1 음극부의 일면으로 접촉하면서 배치되고, 양극활물질와 고체전해질을 포함하면서 형성되는 제 1 양극부로 이루어지며, 상기 제 1 음극부와 제 1 양극부를 관통하는 적어도 하나 이상의 제 1 비아홀이 형성되는 제 1 셀부와; 탄소섬유로 이루어지는 제 2 음극부와; 상기 제 2 음극부의 타면으로 접촉하면서 배치되고, 양극활물질와 고체전해질을 포함하면서 형성되는 제 2 양극부로 이루어지는 제 2 셀부와; 상기 제 1 셀부의 일면과 제 2 셀부의 타면 사이에 개재되어 제 1 셀부와 제 2 셀부를 절연시키고, 상기 제 1 셀부에 형성된 제 1 비아홀에 연통되는 적어도 하나 이상의 절연 비아홀이 형성되는 절연층과; 상기 제 1 비아홀과 절연 비아홀을 통하여 상기 제 1 셀부의 제 1 음극부와 상기 제 2 셀부의 제 2 양극부를 직렬로 연결시키는 직렬 연결체와; 상기 제 1 셀부의 제 1 양극부에 연결되는 양극 집전체와; 상기 제 2 셀부의 제 2 음극부에 연결되는 음극 집전체를 포함한다.

Description

충방전 기능을 갖는 차체 부재{VEHICLE BODY MEMBER HAVING CHARGER AND DISCHARGER FUNCTION}
본 발명은 충방전 기능을 갖는 차체 부재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 경향화 및 보강 용도로 사용되는 탄소섬유를 활용한 충방전 기능을 갖는 차체 부재에 관한 것이다.
종래에는 차량을 구성하는 차체 구조 및 각종 부품을 스틸 소재를 사용하여 제조하는 것이 일반적이었지만, 최근에는 경량화에 따른 연비 향상을 위해 섬유강화 수지복합재와 같은 복합소재가 스틸 소재를 대체하여 이용되고 있다.
일반적으로 섬유강화 수지복합재는 소재에 부가되는 하중을 담당하는 역할을 하는 강화재 및 강화재와 결합하여 소재의 전체적인 형상을 구현하면서 소재에 부가되는 하중을 강화재에 전달하는 역할을 하는 모재를 기본 구조로 한다. 이때 강화재로는 보통 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 등의 섬유형 강화재가 많이 사용되고, 모재로는 페놀수지, 에폭시 수지 등을 포함하는 열경화성 수지나 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 수지 등을 포함하는 열가소성 수지와 같은 수지(resin)형 모재가 많이 사용된다.
한편, 차량을 구성하는 부품 중 상당수는 배터리에서 공급되는 전원에 의해 작동되는 전자기기수단으로서, 최근에는 전자기기수단의 증가로 인해 차량에서 배터리의 용량을 증가시키는 것에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.
본 발명은 섬유강화 수지복합재의 강화재로 사용되는 탄소섬유가 이차 전지를 구성하는 음극으로 활용될 수 있음에 착안한 것으로서, 차량의 경량화 및 강도 보강을 위하여 사용되는 강화재를 활용하여 충방전이 가능한 차량용 백빔을 제안하게 되었다.
상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
등록특허공보 제10-1125362호 (2012.03.02)
본 발명은 차체를 구성하는 루프 패널 및 루프 레일에 보강재로 사용되는 탄소섬유를 이차 전지의 음극 역할로 활용한 충방전 기능을 갖는 차체 부재를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 충방전 기능을 갖는 차체 부재는 차체를 구성하는 부재로서, 탄소섬유로 이루어지는 제 1 음극부와; 상기 제 1 음극부의 일면으로 접촉하면서 배치되고, 양극활물질와 고체전해질을 포함하면서 형성되는 제 1 양극부로 이루어지며, 상기 제 1 음극부와 제 1 양극부를 관통하는 적어도 하나 이상의 제 1 비아홀이 형성되는 제 1 셀부와; 탄소섬유로 이루어지는 제 2 음극부와; 상기 제 2 음극부의 타면으로 접촉하면서 배치되고, 양극활물질와 고체전해질을 포함하면서 형성되는 제 2 양극부로 이루어지는 제 2 셀부와; 상기 제 1 셀부의 일면과 제 2 셀부의 타면 사이에 개재되어 제 1 셀부와 제 2 셀부를 절연시키고, 상기 제 1 셀부에 형성된 제 1 비아홀에 연통되는 적어도 하나 이상의 절연 비아홀이 형성되는 절연층과; 상기 제 1 비아홀과 절연 비아홀을 통하여 상기 제 1 셀부의 제 1 음극부와 상기 제 2 셀부의 제 2 양극부를 직렬로 연결시키는 직렬 연결체와; 상기 제 1 셀부의 제 1 양극부에 연결되는 양극 집전체와; 상기 제 2 셀부의 제 2 음극부에 연결되는 음극 집전체를 포함한다.
상기 제 1 음극부 및 제 2 음극부는 탄소섬유가 서로 다른 배열방향으로 마련된 다수의 강화섬유시트를 적층하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 양극부는 상기 제 1 음극부의 일면에 대향하여 배치되면서 양극활물질이 분포되는 제 1 양극층과, 상기 제 1 음극부와 제 1 양극층 사이에서 상기 제 1 음극부와 제 1 양극층과 각각 접촉하도록 배치되면서 고체전해질로 형성되는 제 1 고체전해질층으로 형성되고, 상기 제 2 양극부는 상기 제 2 음극부의 타면에 대향하여 배치되면서 양극활물질이 분포되는 제 2 양극층과, 상기 제 2 음극부와 제 2 양극층 사이에서 상기 제 2 음극부와 제 2 양극층과 각각 접촉하도록 배치되면서 고체전해질로 형성되는 제 2 고체전해질층으로 형성되며, 상기 제 1 양극층과 상기 제 2 양극층 사이는 상기 절연층으로 절연되고, 상기 제 2 양극층과 상기 제 1 음극부는 상기 직렬 연결체로 직렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 직렬 연결체는, 상기 제 1 음극부의 타면으로 접촉하면서 배치되고, 상기 제 1 비아홀의 내부로 절곡되어 연장되는 제 1 직렬 연결체와; 상기 절연층과 제 2 양극층 사이에 개재되도록 배치되고, 상기 절연 비아홀과 제 1 비아홀의 내부로 절곡되어 연장되어 상기 제 1 직렬 연결체와 접촉되는 제 2 직렬 연결체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 셀부에는 상기 제 1 비아홀이 형성되는 위치와 연통되는 위치에 상기 제 2 음극부와 제 2 양극부를 소정 영역에서 관통하는 적어도 하나 이상의 제 2 비아홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 비아홀, 절연 비아홀 및 제 2 비아홀의 일부 또는 전부에는 보강체가 개재되는 것을 특징으로 한다.
상기 차체 부재는 다수개가 구비되고, 각각의 차체 부재를 구성하는 양극 집전체끼리 병렬로 연결되고, 각각의 차체 부재를 구성하는 음극 집전체끼리 병렬로 연결되며, 상기 양극 집전체와 음극 집전체는 스위치에 의해 차량의 알터네이터 또는 전자기기수단에 선택적으로 연결되되, 상기 양극 집전체와 음극 집전체가 차량의 알터네이터와 전기적으로 연결되는 동안 상기 차체 부재를 통한 충전이 이루어지고, 상기 양극 집전체와 음극 집전체가 차량의 전자기기수단과 연결되는 동안 상기 차체 부재를 통한 방전에 의해 발생된 전원을 차량의 전자기기수단에 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 차체 부재는 다수개가 구비되고, 각각의 차체 부재를 구성하는 제 1 양극층에 연결된 양극 집전체는 다른 하나의 차체 부재를 구성하는 제 2 음극부에 연결된 음극 집전체와 직렬로 연결되어 상호 간에 직렬로 연결되며, 직렬로 연결된 차체 부재 중 일측 단부에 배치된 차체 부재의 양극 집전체와 타측 단부에 배치된 차체 부재의 음극 집전체는 스위치에 의해 차량의 알터네이터 또는 전자기기수단에 선택적으로 연결되되, 상기 양극 집전체와 음극 집전체가 차량의 알터네이터와 전기적으로 연결되는 동안 상기 차체 부재를 통한 충전이 이루어지고, 상기 양극 집전체와 음극 집전체가 차량의 전자기기수단과 연결되는 동안 상기 차체 부재를 통한 방전에 의해 발생된 전원을 차량의 전자기기수단에 공급하는 것을 특징으로 한다.
다수개가 구비되는 상기 차체 부재는 적어도 어느 하나가 차량의 루프 패널을 형성하고, 나머지 차체 부재는 차량의 루프 레일을 형성하는 것을 특징으로 한다.
루프 패널을 형성하는 차체 부재와 루프 레일을 형성하는 차체 부재는 절연부재에 의해 절연되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 셀부, 제 2 셀부, 절연층 및 직렬 연결체는 수지로 몰딩되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 차량용 차체를 구성하는 루프 패널 및 루프 레일의 강성 보강을 위하여 사용되는 탄소섬유를 이차 전지의 음극 역할로 활용하고, 루프 패널 및 루프 레일의 내부에 고체전해질 및 양극 역할을 하는 수단을 함께 내장하여 루프 패널 및 루프 레일에 충방전이 가능한 이차 전지 기능을 부가할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 루프 패널 및 루프 레일을 각각 충방전이 가능한 이차 전지로 제작하고, 각각을 직렬 또는 병렬로 연결하여 이차 전지의 출력을 증대시키거나 용량을 증대시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차체 부재가 적용되는 차량을 보여주는 도면이고,
도 2a 및 도 2b는 도 1의 요부를 확대하여 보여주는 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차체 부재의 단면을 보여주는 도면이고,
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차체 부재를 보여주는 직렬 회로도이며,
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차체 부재를 보여주는 병렬 회로도이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차체 부재를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차체 부재가 적용되는 차량을 보여주는 도면이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1의 요부를 확대하여 보여주는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차체 부재의 단면을 보여주는 도면이고, 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차체 부재를 보여주는 직렬 회로도이며, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차체 부재를 보여주는 병렬 회로도이다.
이때 도 2a는 도 1의 "V1" 부분을 확대한 도면이고, 도 2b는 도 1의 "V2" 부분을 확대한 도면이다. 또한, 도 3은 도 2a의 A-A선에 대한 단면을 보여주는 단면도이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차체 부재는 차제를 구성하는 다양한 부품에 적용될 수 있다. 이하에서는 차체 부재의 예로 차체의 루프 부재, 즉 루프 패널과 루프 레일을 예로 하여 설명한다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차체 부재는 다수개가 구비되어 적어도 어느 하나가 차체(10)의 루프 패널(20)을 형성하고, 나머지 차체 부재는 차체(10)의 루프 레일(30)을 형성한다. 이때 루프 패널(20)과 루프 레일(30)을 형성하는 각각의 차체 부재(20, 30)는 각각 충방전 기능을 갖는 이차 전지 역할을 수행한다.
이를 위하여 각각의 아체 부재(20, 30)는 탄소섬유로 이루어지는 제 1 음극부(110)와; 상기 제 1 음극부(110)의 일면으로 접촉하면서 배치되고, 양극활물질와 고체전해질을 포함하면서 형성되는 제 1 양극부(120)로 이루어지는 제 1 셀부(100)와; 탄소섬유로 이루어지는 제 2 음극부(210)와; 상기 제 2 음극부(210)의 타면으로 접촉하면서 배치되고, 양극활물질와 고체전해질을 포함하면서 형성되는 제 2 양극부(220)로 이루어지는 제 2 셀부(200)와; 상기 제 1 셀부(100)의 일면과 제 2 셀부(200)의 타면 사이에 개재되어 제 1 셀부(100)와 제 2 셀부(200)를 절연시키는 절연층(300)과; 상기 제 1 셀부(100)의 제 1 음극부(110)와 상기 제 2 셀부(200)의 제 2 양극부(220)를 직렬로 연결시키는 직렬 연결체(400)와; 상기 제 1 셀부(100)의 제 1 양극부(120)에 연결되는 양극 집전체(500)와; 상기 제 2 셀부(200)의 제 2 음극부(210)에 연결되는 음극 집전체(600)를 포함한다. 그래서 제 1 셀부(100)와 제 2 셀부(200)는 전기적으로 직렬 연결되어 충방전 출력을 증가시킨다.
제 1 셀부(100)는 하나의 단위 셀을 형성하는 수단으로서, 제 1 음극부(110)와 제 1 양극부(120)로 이루어진다.
이때 제 1 음극부(110)는 루프 패널(20) 및 루프 레일(30)의 형상을 구현하면서 강성을 보강하는 강화수단으로서, 본 실시예에서는 충방전 기능을 하기 위한 음극의 역할도 함께 수행한다. 이를 위하여 제 1 음극부(110)는 리튬 이온의 산화 및 환원이 원활하게 이루어지는 탄소 재질의 탄소섬유로 형성된다.
이때 상기 제 1 셀부(100)는 강성의 보강을 위하여 서로 다른 배열방향으로 마련된 다수의 강화섬유시트를 적층시켜 마련할 수 있다.
제 1 양극부(120)는 충방전 기능을 수행하기 위한 양극의 역할과 함께 전고체분리막의 역할을 함께 수행하는 수단으로서, 통상의 이차 전지에서 양극으로 사용되는 양극활물질 소재를 포함하여 구현할 수 있다. 예를 들어 제 1 양극부(120)는 리튬 금속 산화물을 포함할 수 있다. 또한, 제 1 양극부(120)는 통상의 이차 전지에서 고상의 전해질, 즉 고체전해질로 사용되는 소재를 사용하여 구현할 수 있다.
예를 들어 제 1 양극부(120)는 제 1 음극부(110)의 일면에 대향하여 배치되면서 양극활물질이 분포되는 제 1 양극층(121)과, 제 1 음극부(110)와 제 1 양극층(121) 사이에서 제 1 음극부(110)와 제 1 양극층(121)과 각각 접촉하도록 배치되면서 고체전해질로 형성되는 제 1 고체전해질층(122)으로 형성될 수 있다. 이때 제 1 고체전해질층(122)의 내부에는 제 1 음극부(110)와 제 1 양극층(121)을 분리시키는 제 1 분리막(123)이 더 개재될 수 있다.
한편, 제 1 셀부(100)에는 제 1 음극부(110)와 제 1 양극부(120)를 관통하는 적어도 하나 이상의 제 1 비아홀(101)이 형성된다. 부연하자면, 제 1 셀부(100)에는 제 1 음극부(110), 제 1 분리막(123)이 개재된 제 1 고체전해질층(122) 및 제 1 양극층(121)을 순차적으로 관통하는 제 1 비아홀(101)이 형성된다.
그리고, 상기 제 2 셀부(200)도 제 1 셀부(100)와 마찬가지로 하나의 단위 셀을 형성하는 수단으로서, 제 2 음극부(210)와 제 2 양극부(220)로 이루어진다.
이때 제 2 음극부(210)는 루프 패널(20) 및 루프 레일(30)의 형상을 구현하면서 강성을 보강하는 강화수단으로서, 본 실시예에서는 충방전 기능을 하기 위한 음극의 역할도 함께 수행한다. 이를 위하여 제 2 음극부(210)는 리튬 이온의 산화 및 환원이 원활하게 이루어지는 탄소 재질의 탄소섬유로 형성된다.
이때 상기 제 2 셀부(200)도 강성의 보강을 위하여 서로 다른 배열방향으로 마련된 다수의 강화섬유시트를 적층시켜 마련할 수 있다.
제 2 양극부(220)는 충방전 기능을 수행하기 위한 양극의 역할과 함께 전고체분리막의 역할을 함께 수행하는 수단으로서, 통상의 이차 전지에서 양극으로 사용되는 양극활물질 소재를 포함하여 구현할 수 있다. 예를 들어 제 2 양극부(220)는 리튬 금속 산화물을 포함할 수 있다. 또한, 제 2 양극부(220)는 통상의 이차 전지에서 고상의 전해질, 즉 고체전해질로 사용되는 소재를 사용하여 구현할 수 있다.
예를 들어 제 2 양극부(220)는 제 2 음극부(210)의 타면에 대향하여 배치되면서 양극활물질이 분포되는 제 2 양극층(221)과, 제 2 음극부(210)와 제 2 양극층(221) 사이에서 제 2 음극부(210)와 제 2 양극층(221)과 각각 접촉하도록 배치되면서 고체전해질로 형성되는 제 2 고체전해질층(222)으로 형성될 수 있다. 이때 제 2 고체전해질층(222)의 내부에는 제 2 음극부(210)와 제 2 양극층(221)을 분리시키는 제 2 분리막(223)이 더 개재될 수 있다.
또한, 제 2 셀부(200)에는 제 2 음극부(210)와 제 2 양극부(220)를 소정 영역에서 관통하는 적어도 하나 이상의 제 2 비아홀(201)이 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 제 2 셀부(200)의 강성을 유지하기 위하여 제 1 비아홀(101)과 연통되면서도 최소한의 범위세 제 2 비아홀(201)을 형성할 수 있다. 예를 들어 제 2 비아홀(201)은 제 2 양극부(220)를 구성하는 제 2 양극층(221)에만 형성될 수 있다. 물론 제 2 비아홀(201)은 제 2 양극층(221)에만 형성되는 것에 한정되지 않고 제 2 양극부(220)를 구성하는 제 2 고체전해질층(222) 및 제 2 음극부(210)까지 모두 관통하도록 형성될 수 있다.
그리고, 제 1 양극층(121)과 제 2 양극층(221) 사이는 절연층(300)으로 절연된다. 그래서 제 1 셀부(100)와 제 2 셀부(200)는 절연층(300)을 기준으로 서로 대칭되도록 배치된다.
이때 절연층(300)에도 제 1 비아홀(101)에 연통되는 적어도 하나 이상의 절연 비아홀(301)이 형성된다. 이때 절연 비아홀(301)은 제 2 비아홀(201)과도 연통되는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예에서는 각각이 하나의 단위 셀을 구성하는 제 1 셀부(100)와 제 2 셀부(200)를 전기적으로 직렬 연결시켜 충방전 출력을 증가시킨다.
이를 위하여, 제 1 비아홀(101)과 절연 비아홀(301)을 통하여 상기 제 1 셀부(100)의 제 1 음극부(110)와 상기 제 2 셀부(200)의 제 2 양극부(220)를 직렬로 연결시키는 직렬 연결체(400)가 구비된다. 보다 정확하게는 직렬 연결체(400)가 제 1 셀부(100)의 제 1 음극부(110)와 제 2 셀부(200)의 제 2 양극층(221)을 직렬로 연결시킨다.
예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 직렬 연결체(400)는, 제 1 음극부(110)의 타면으로 접촉하면서 배치되고, 제 1 비아홀(101)의 내부로 절곡되어 연장되는 제 1 직렬 연결체(410)와; 절연층(300)과 제 2 양극층(221) 사이에 개재되도록 배치되고, 절연 비아홀(301)과 제 1 비아홀(101)의 내부로 절곡되어 연장되어 제 1 직렬 연결체(410)와 접촉되는 제 2 직렬 연결체(420)를 포함한다.
그래서, 제 1 셀부(100)의 제 1 음극부(110)와 제 1 직렬 연결체(410)가 전기적으로 연결되고, 제 2 셀부(200)의 제 2 양극층(221)과 제 2 직렬 연결체(420)가 전기적으로 연결되며, 제 1 직렬 연결체(410)와 제 2 직렬 연결체(420)가 전기적으로 연결되면서 제 1 셀부(100)와 제 2 셀부(200)가 직렬로 연결되는 것이다.
그리고, 제 1 셀부(100)의 제 1 양극부(120)를 구성하는 제 1 양극층(121)에 양극 집전체(500)가 연결되고, 제 2 셀부(200)의 제 2 음극부(210)에 음극 집전체(600)가 연결된다.
이때 제 1 셀부(100), 제 2 셀부(200), 절연층(300) 및 직렬 연결체(400)는 루프 부재(20, 30)의 형상을 구현하면서 외부와의 절연을 위하여 절연성을 갖는 수지(미도시)로 몰딩되는 것이 바람직하다.
한편, 제 1 셀부(100)와 제 2 셀부(200) 및 절연층에 각각 제 1 비아홀(101), 제 2 비아홀(201) 및 절연 비아홀(301)이 형성되는 경우에 해당 영역에서 강성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 수단이 더 구비될 수 있다.
예를 들어 제 1 비아홀(101), 절연 비아홀(301) 및 제 2 비아홀(201)의 일부 또는 전부에는 보강체(700)가 개재될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차체 부재를 보여주는 도면으로서, 도 5에 도시된 바와 같이 보강체(700)가 제 1 비아홀(101)의 일부, 절연 비아홀(301) 및 제 2 비아홀(201)의 전부에 개재될 수 있다. 바람직하게는 제 1 비아홀(101), 절연 비아홀(301) 및 제 2 비아홀(201)이 연통되는 공간 중 제 2 직렬 연결체(420)와 음극 집전체(600) 사이의 공간에 보강체(700)가 개재되어 보강체(700) 자체도 보호하면서 제 1 비아홀(101), 제 2 비아홀(201) 및 절연 비아홀(301)이 형성된 영역의 강성을 보강할 수 있다.
보강체(700)는 다양한 소재 및 형태로 개재될 수 있다. 예를 들어 보강체(700)는 경량화를 달성할 수 있으면서 강성을 보강하기 위하여 허니컴 구조의 보강체(700)로 구현할 수 있다.
한편, 차체(10)를 구성하는 루프 부재(20, 30)는 통상 하나의 루프 패널(20)과 다수의 루프 레일(30)로 이루어진다.
그래서, 도 4a에 도시된 바와 같이 루프 부재(20, 30)가 하나의 루프 패널(20)과 다수의 루프 레일(30)로 이루어지는 경우에, 루프 패널(20)을 구성하는 양극 집전체(500)와 각각의 루프 레일(30)을 구성하는 양극 집전체(500)끼리는 병렬로 연결되고, 루프 패널(20)을 구성하는 음극 집전체(600)와 각각의 루프 레일(30)을 구성하는 음극 집전체(600)끼리는 병렬로 연결된다.
이렇게 루프 패널(20) 및 루프 레일(30)을 각각 병렬로 연결하여 이차 전지의 용량을 증대시킬 수 있다.
그리고, 양극 집전체(500)와 음극 집전체(600)는 스위치(3)에 의해 차량의 알터네이터(1) 또는 전자기기수단(2)에 선택적으로 연결된다.
그래서, 양극 집전체(500)와 음극 집전체(600)가 차량의 알터네이터(1)와 전기적으로 연결되는 동안 루프 패널(20) 및 루프 레일(30)을 통한 충전이 이루어지고, 양극 집전체(500)와 음극 집전체(600)가 차량의 전자기기수단(2)과 연결되는 동안 루프 패널(20) 및 루프 레일(30)을 통한 방전에 의해 발생된 전원을 차량의 전자기기수단(2)에 공급된다.
이때 전자기기수단(2)은 차량에 구비되어 전원의 공급에 의해 작동되는 구성품을 의미한다. 예를 들어 실내에 구비되는 룸램프와 같은 각종 램프 등이 해당될 수 있다.
또한, 루프 패널(20)과 다수의 루프 레일(30)로 이루어지는 루프 부재는 차체(10)의 구조상 다수의 루프 레일(30)이 상호간에 등간격으로 이격된 상태로 배치되고, 그 상부에 루프 패널(20)이 배치되어 이루어진다. 그래서 다수의 루프 레일(30)과 루프 패널(20) 사이에 절연부재(800)를 개재하여 상호 간을 절연시킬 수 있다.
한편, 도 4b에 도시된 바와 같이 루프 부재(20, 30)가 하나의 루프 패널(20)과 다수의 루프 레일(30)로 이루어지는 경우에, 각각의 루프 레일(30)을 구성하는 제 1 양극층(121)에 연결된 양극 집전체(500)는 다른 하나의 루프 부재(30)를 구성하는 제 2 음극부(210)에 연결된 음극 집전체(600)와 직렬로 연결되어 루프 레일(30) 상호 간에 직렬로 연결시킬 수 있다.
이렇게 다수의 루프 레일(30)을 각각 직렬로 연결하여 이차 전지의 출력을 증대시킬 수 있다.
그리고, 직렬로 연결된 루프 레일(30) 중 일측 단부에 배치된 루프 레일(30)의 양극 집전체(500)와 타측 단부에 배치된 루프 레일(30)의 음극 집전체(600)는 스위치(3)에 의해 차량의 알터네이터(1) 또는 전자기기수단(2)에 선택적으로 연결된다.
한편, 루프 패널(20)을 구성하는 제 1 양극층(121)에 연결된 양극 집전체(500)는 직렬로 연결된 루프 레일(30) 중 일측 단부에 배치된 루프 레일(30)의 양극 집전체(500)와 병렬로 연결되고, 루프 패널(20)을 구성하는 제 1 음극부(110)에 연결된 음극 집전체(600)는 직렬로 연결된 루프 레일(30) 중 타측 단부에 배치된 루프 레일(30)의 음극 집전체(600)와 병렬로 연결될 수 있다. 이렇게 직렬로 연결된 다수의 루프 레일(30)과 루프 패널(20)은 전기적으로 병렬 연결될 수 있지만, 충방전 출력을 더욱 증가시키기 위하여 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.
이렇게 전기적으로 연결된 루프 패널(20)과 다수의 루프 레일(30)은 전술된 실시예와 마찬가지로 차량의 알터네이터(1)와 전자기기수단(2)에 전기적으로 연결된다.
예를 들어 직렬로 연결된 루프 레일(30) 중 일측 단부에 배치된 루프 레일(30)의 양극 집전체(500)와 타측 단부에 배치된 루프 레일(30)의 음극 집전체(600)가 차량의 알터네이터(1)와 전기적으로 연결되는 동안 루프 패널(20) 및 루프 레일(30)을 통한 충전이 이루어지고, 직렬로 연결된 루프 레일(30) 중 일측 단부에 배치된 루프 레일(30)의 양극 집전체(500)와 타측 단부에 배치된 루프 레일(30)의 음극 집전체(600)가 차량의 전자기기수단(2)과 연결되는 동안 루프 패널(20) 및 루프 레일(30)을 통한 방전에 의해 발생된 전원을 차량의 전자기기수단(2)에 공급된다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
10: 차체 20: 루프 패널
30: 루프 레일 100: 제 1 셀부
101: 제 1 비아홀 110: 제 1 음극부
120: 제 1 양극부 121: 제 1 양극층
122: 제 1 고체전해질층 123: 제 1 분리막
200: 제 2 셀부 201: 제 2 비아홀
210: 제 2 음극부 220: 제 2 양극부
221: 제 2 양극층 222: 제 2 고체전해질층
223: 제 2 분리막 300: 절연층
301: 절연 비아홀 400: 직렬 연결체
410: 제 1 직렬 연결체 420: 제 2 직렬 연결체
500: 양극 집전체 600: 음극 집전체
700: 보강체 800: 절연부재

Claims (11)

  1. 차체를 구성하는 부재로서,
    탄소섬유로 이루어지는 제 1 음극부와; 상기 제 1 음극부의 일면으로 접촉하면서 배치되고, 양극활물질와 고체전해질을 포함하면서 형성되는 제 1 양극부로 이루어지며, 상기 제 1 음극부와 제 1 양극부를 관통하는 적어도 하나 이상의 제 1 비아홀이 형성되는 제 1 셀부와;
    탄소섬유로 이루어지는 제 2 음극부와; 상기 제 2 음극부의 타면으로 접촉하면서 배치되고, 양극활물질와 고체전해질을 포함하면서 형성되는 제 2 양극부로 이루어지는 제 2 셀부와;
    상기 제 1 셀부의 일면과 제 2 셀부의 타면 사이에 개재되어 제 1 셀부와 제 2 셀부를 절연시키고, 상기 제 1 셀부에 형성된 제 1 비아홀에 연통되는 적어도 하나 이상의 절연 비아홀이 형성되는 절연층과;
    상기 제 1 비아홀과 절연 비아홀을 통하여 상기 제 1 셀부의 제 1 음극부와 상기 제 2 셀부의 제 2 양극부를 직렬로 연결시키는 직렬 연결체와;
    상기 제 1 셀부의 제 1 양극부에 연결되는 양극 집전체와;
    상기 제 2 셀부의 제 2 음극부에 연결되는 음극 집전체를 포함하는 충방전 기능을 갖는 차체 부재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 음극부 및 제 2 음극부는 탄소섬유가 서로 다른 배열방향으로 마련된 다수의 강화섬유시트를 적층하여 형성되는 것을 특징으로 하는 충방전 기능을 갖는 차체 부재.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 양극부는 상기 제 1 음극부의 일면에 대향하여 배치되면서 양극활물질이 분포되는 제 1 양극층과, 상기 제 1 음극부와 제 1 양극층 사이에서 상기 제 1 음극부와 제 1 양극층과 각각 접촉하도록 배치되면서 고체전해질로 형성되는 제 1 고체전해질층으로 형성되고,
    상기 제 2 양극부는 상기 제 2 음극부의 타면에 대향하여 배치되면서 양극활물질이 분포되는 제 2 양극층과, 상기 제 2 음극부와 제 2 양극층 사이에서 상기 제 2 음극부와 제 2 양극층과 각각 접촉하도록 배치되면서 고체전해질로 형성되는 제 2 고체전해질층으로 형성되며,
    상기 제 1 양극층과 상기 제 2 양극층 사이는 상기 절연층으로 절연되고,
    상기 제 2 양극층과 상기 제 1 음극부는 상기 직렬 연결체로 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 충방전 기능을 갖는 차체 부재.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 직렬 연결체는,
    상기 제 1 음극부의 타면으로 접촉하면서 배치되고, 상기 제 1 비아홀의 내부로 절곡되어 연장되는 제 1 직렬 연결체와;
    상기 절연층과 제 2 양극층 사이에 개재되도록 배치되고, 상기 절연 비아홀과 제 1 비아홀의 내부로 절곡되어 연장되어 상기 제 1 직렬 연결체와 접촉되는 제 2 직렬 연결체를 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전 기능을 갖는 차체 부재.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 셀부에는 상기 제 1 비아홀이 형성되는 위치와 연통되는 위치에 상기 제 2 음극부와 제 2 양극부를 소정 영역에서 관통하는 적어도 하나 이상의 제 2 비아홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 충방전 기능을 갖는 차체 부재.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1 비아홀, 절연 비아홀 및 제 2 비아홀의 일부 또는 전부에는 보강체가 개재되는 것을 특징으로 하는 충방전 기능을 갖는 차체 부재.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 차체 부재는 다수개가 구비되고,
    각각의 차체 부재를 구성하는 양극 집전체끼리 병렬로 연결되고,
    각각의 차체 부재를 구성하는 음극 집전체끼리 병렬로 연결되며,
    상기 양극 집전체와 음극 집전체는 스위치에 의해 차량의 알터네이터 또는 전자기기수단에 선택적으로 연결되되,
    상기 양극 집전체와 음극 집전체가 차량의 알터네이터와 전기적으로 연결되는 동안 상기 차체 부재를 통한 충전이 이루어지고,
    상기 양극 집전체와 음극 집전체가 차량의 전자기기수단과 연결되는 동안 상기 차체 부재를 통한 방전에 의해 발생된 전원을 차량의 전자기기수단에 공급하는 것을 특징으로 하는 충방전 기능을 갖는 차체 부재.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 차체 부재는 다수개가 구비되고,
    각각의 차체 부재를 구성하는 제 1 양극층에 연결된 양극 집전체는 다른 하나의 차체 부재를 구성하는 제 2 음극부에 연결된 음극 집전체와 직렬로 연결되어 상호 간에 직렬로 연결되며,
    직렬로 연결된 차체 부재 중 일측 단부에 배치된 차체 부재의 양극 집전체와 타측 단부에 배치된 차체 부재의 음극 집전체는 스위치에 의해 차량의 알터네이터 또는 전자기기수단에 선택적으로 연결되되,
    상기 양극 집전체와 음극 집전체가 차량의 알터네이터와 전기적으로 연결되는 동안 상기 차체 부재를 통한 충전이 이루어지고,
    상기 양극 집전체와 음극 집전체가 차량의 전자기기수단과 연결되는 동안 상기 차체 부재를 통한 방전에 의해 발생된 전원을 차량의 전자기기수단에 공급하는 것을 특징으로 하는 충방전 기능을 갖는 차체 부재.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    다수개가 구비되는 상기 차체 부재는 적어도 어느 하나가 차량의 루프 패널을 형성하고, 나머지 차체 부재는 차량의 루프 레일을 형성하는 것을 특징으로 하는 충방전 기능을 갖는 차체 부재.
  10. 청구항 9에 있어서,
    루프 패널을 형성하는 차체 부재와 루프 레일을 형성하는 차체 부재는 절연부재에 의해 절연되는 것을 특징으로 하는 충방전 기능을 갖는 차체 부재.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 셀부, 제 2 셀부, 절연층 및 직렬 연결체는 수지로 몰딩되는 것을 특징으로 하는 충방전 기능을 갖는 차체 부재.
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