KR102497030B1 - 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔 및 그 제조방법과 이를 사용한 차량의 운용 시스템 - Google Patents

충방전 기능을 갖는 차량용 백빔 및 그 제조방법과 이를 사용한 차량의 운용 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 백빔에 보강재로 사용되는 탄소섬유를 활용한 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔 및 그 제조방법과 이를 사용한 차량의 운용 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔은 탄소섬유로 이루어져서 차량의 폭방향으로 길게 형성된 강화 음극부와; 상기 강화 음극부의 적어도 일부분에 대향 배치되는 양극부와; 상기 강화 음극부와 양극부 사이에서 상기 강화 음극부 및 양극부와 각각 접촉하도록 배치되는 고체전해질부와; 수지로 형성되어 상기 강화 음극부, 양극부 및 고체전해질부를 둘러싸는 몰딩부를 포함한다.

Description

충방전 기능을 갖는 차량용 백빔 및 그 제조방법과 이를 사용한 차량의 운용 시스템{BACK BEAM FOR VEHICLE HAVING CHARGER AND DISCHARGER FUNCTION AND MANUFACTURING METHOD THEREOF AND OPERATING SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔 및 그 제조방법과 이를 사용한 차량의 운용 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 백빔에 보강재로 사용되는 탄소섬유를 활용한 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔 및 그 제조방법과 이를 사용한 차량의 운용 시스템에 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 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 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 탄소 섬유가 이차 전지를 구성하는 음극으로 활용될 수 있음에 착안한 것으로서, 차량의 경량화 및 강도 보강을 위하여 사용되는 강화재를 활용하여 충방전이 가능한 차량용 백빔을 제안하게 되었다.
공개특허 제10-2015-0072178호 (2015.06.29)
본 발명은 차량의 백빔에 보강재로 사용되는 탄소섬유를 음극 역할로 활용한 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔 및 그 제조방법과 이를 사용한 차량의 운용 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔은 탄소섬유로 이루어져서 차량의 폭방향으로 길게 형성된 강화 음극부와; 상기 강화 음극부의 적어도 일부분에 대향 배치되는 양극부와; 상기 강화 음극부와 양극부 사이에서 상기 강화 음극부 및 양극부와 각각 접촉하도록 배치되는 고체전해질부와; 수지로 형성되어 상기 강화 음극부, 양극부 및 고체전해질부를 둘러싸는 몰딩부를 포함한다.
상기 강화 음극부는 탄소섬유가 서로 다른 배열방향으로 마련된 다수의 강화섬유시트를 길이방향을 따라 순차적으로 배치하여 연속적으로 연결시킨 멀티 시트를 복수의 층을 갖는 파이프 형상으로 롤링된 것을 특징으로 한다.
상기 강화 음극부의 내부는 차량의 폭방향을 따라 중공홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 강화 음극부 및 양극부는 스위치에 의해 차량의 알터네이터 또는 전자기기수단에 선택적으로 연결되되, 차량의 알터네이터와 전기적으로 연결되는 동안 상기 고체전해질부를 통한 충전이 이루어지고, 차량의 전자기기수단과 연결되는 동안 상기 고체전해질부를 통한 방전에 의해 발생된 전원을 차량의 전자기기수단에 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 강화 음극부 및 양극부에는 저항센서가 연결되고, 상기 저항센서에서 검출되는 저항값의 변화를 감지하여 저항값의 변화에 의해 충돌여부가 감지되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔의 제조방법은 탄소섬유를 이용하여 차량의 폭방향으로 긴 형상을 갖는 강화 음극부를 준비하는 단계와; 양극활물질을 이용하여 양극부를 준비하는 단계와; 고상의 전해질을 이용하여 고체전해질부를 준비하는 단계와; 상기 강화 음극부와 양극부 사이에서 상기 강화 음극부 및 양극부와 각각 접촉하도록 고체전해질부를 배치하고 상기 강화 음극부, 양극부 및 고체전해질부를 둘러싸도록 수지를 함침시켜 몰딩부를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 강화 음극부를 준비하는 단계는, 탄소섬유가 서로 다른 배열방향으로 마련된 다수의 강화섬유시트를 길이방향을 따라 순차적으로 배치하여 연결된 멀티 시트를 준비하는 과정과; 상기 멀티 시트를 롤링하여 복수의 층을 갖는 파이프 형상의 강화 음극부를 형성하는 과정을 포함한다.
상기 멀티 시트를 준비하는 과정에서 상기 다수의 강화섬유시트는 동일 평면상에서 길이방향을 따라 순차적으로 배치되어 연속적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 강화 음극부를 형성하는 과정은, 회전축을 기준으로 회전되는 인너금형의 외주면에 상기 멀티 시트를 연속적으로 권취하여 복수의 층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 멀티 시트를 준비하는 과정에서 각 강화섬유시트의 길이는 상기 강화 음극부를 형성하는 과정에서 사용되는 인너금형의 외주면 둘레 길이에 대응하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
상기 강화 음극부를 형성하는 과정은, 한 쌍의 인너금형을 마련하고, 상기 멀티 시트의 양쪽 단부에 상기 인너금형을 각각 배치한 다음 상기 멀티 시트의 중심부를 향하여 한 쌍의 인너금형을 롤링시켜 각각의 인너금형 외주면에 복수의 층으로 상기 멀티 시트를 권취시키는 것을 특징으로 한다.
상기 몰딩부를 형성하는 단계는, 상부 금형과 하부 금형이 합형되어 마련되는 캐비티에 상기 강화 음극부와 양극부 사이에서 상기 강화 음극부 및 양극부와 각각 접촉하도록 고체전해질부를 배치하고, 상기 캐비티에 수지를 주입하고 경화시키는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔을 사용한 차량의 운용 시스템은 탄소섬유로 이루어진 강화 음극부와; 상기 강화 음극부의 적어도 일부분에 대향 배치되는 양극부와; 상기 강화 음극부와 양극부 사이에서 상기 강화 음극부 및 양극부와 각각 접촉하도록 배치된 고체전해질부와; 수지로 형성되어 상기 강화 음극부, 양극부 및 고체전해질부를 둘러싸는 몰딩부와; 상기 강화 음극부 및 양극부와 전기적으로 연결되어 상기 고체전해질부를 통한 충전이 이루어지도록 하는 알터네이터와; 상기 강화 음극부 및 양극부와 전기적으로 연결되어 상기 고체전해질부를 통한 방전에 의해 발생된 전원으로 작동되는 전자기기수단과; 상기 강화 음극부와 상기 알터네이터 및 전자기기수단과 연결되어 상기 강화 음극부가 상기 알터네이터 또는 전자기기수단과 선택적으로 연결시키는 스위치를 포함한다.
상기 강화 음극부 및 양극부에 연결되어 저항값을 검출하는 저항센서와; 상기 저항센서에서 검출되는 저항값의 변화를 감지하여 저항값의 변화에 의해 충돌여부를 감지하는 컨트롤러와; 상기 컨트롤러에서 충돌 확인시에 발생되는 동작신호에 의해 작동되는 적어도 하나 이상의 에어백을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 차량용 백빔의 강성 보강을 위하여 사용되는 탄소 섬유를 이차 전지의 음극 역할로 활용하고, 백빔의 내부에 전고체전해질 및 양극 역할을 하는 수단을 함께 내장하여 차량용 백빔에 충방전이 가능한 이차 전지 기능을 부가할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 백빔의 내부에 내장되는 음극, 양극 및 전고체전해질 역할을 하는 수단에 전기적으로 연결되어 충돌에 의한 상기 수단들의 손상시 변경되는 저항값을 측정하여 차량의 충돌을 감지하고, 이 충돌 신호에 대응하여 해당 영역의 에어백을 동작시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔을 보여주는 도면이고,
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔의 제조방법을 보여주는 도면이며,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔을 사용한 차량의 운용 시스템을 보여주는 도면이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔을 사용한 차량의 운용 시스템을 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 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔을 보여주는 도면이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔의 제조방법을 보여주는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔(100)은 탄소섬유로 이루어져서 차량의 폭방향으로 길게 형성된 강화 음극부(150)와; 상기 강화 음극부(150)의 적어도 일부분에 대향 배치되는 양극부(140)와; 상기 강화 음극부(150)와 양극부(140) 사이에서 상기 강화 음극부(150) 및 양극부(140)와 각각 접촉하도록 배치되는 고체전해질부(130)와; 수지(41)로 형성되어 상기 강화 음극부(150), 양극부(140) 및 고체전해질부(130)를 둘러싸는 몰딩부(120)를 포함한다.
상기 강화 음극부(150)는 백빔(100)의 강성을 보강해 주기 위하여 몰딩부(120)의 내부에 삽입되는 강화수단으로서, 본 실시예에서는 충방전 기능을 수행하기 위한 음극의 역할도 함께 수행한다. 이를 위하여 강화 음극부(150)는 리튬 이온의 산화 및 환원이 원활하게 이루어지는 탄소 재질의 탄소 섬유로 형성되는 것이 바람직하다.
이때 상기 강화 음극부(150)는 강성의 보강을 위하여 탄소섬유가 서로 다른 배열방향으로 마련된 다수의 강화섬유시트(111, 112, 113)를 적층시켜 마련할 수 있다. 예를 들어 강화 음극부(150)는 탄소섬유가 서로 다른 배열방향으로 마련된 다수의 강화섬유시트(111, 112, 113)를 방향을 따라 순차적으로 배치하여 연속적으로 연결시킨 멀티 시트(110)를 복수의 층을 갖는 파이프 형상으로 롤링시켜서 구현할 수 있다. 이렇게 강화섬유시트(111, 112, 113)를 롤링하여 강화 음극부(150)를 형성하기 때문에 강화 음극부(150)의 내부에는 차량의 폭방향을 따라 중공홀(151)이 형성된다. 이렇게 강화 음극부(150)의 내부에 중공홀(151)을 형성함에 따라 백빔(100)의 경량화를 달성할 수 있다.
상기 양극부(140)는 충방전 기능을 수행하기 위한 양극의 역할을 수행하는 수단으로서, 통상의 이차 전지에서 양극으로 사용되는 양극활물질 소재를 포함하여 구현할 수 있다. 예를 들어 양극부(140)는 리튬 금속 산화물을 포함할 수 있다.
이때 양극부(140)는 강화 음극부(150)에 대향하여 강화 음극부(150)가 형성된 전체 영역에 대하여 구비될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 차량의 폭방향을 따라 선택적으로 소정의 위치에 국부적으로 구비될 수 있다.
상기 고체전해질부(130)는 충방전 기능을 수행하기 위한 전고체분리막의 역할을 수행하는 수단으로서, 통상의 이차 전지에서 고상의 전해질, 즉 고체전해질로 사용되는 소재를 사용하여 구현할 수 있다.
상기 몰딩부(120)는 강화 음극부(150), 양극부(140) 및 고체전해질부(130)를 둘러싸도록 성형되는 수지가 경화되어 이루어진다. 이때 몰딩부(120)의 외관은 차량용 백빔(100)의 전체적인 형상에 대응되도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 몰딩부(120)를 형성하는 수지(41)로는 복합재를 구현할 수 있는 다양한 수지가 선택적으로 적용되어 사용될 수 있을 것이다. 예를 들어 페놀수지, 에폭시 수지등을 포함하는 열경화성 수지나 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 수지 등을 포함하는 열가소성 수지가 사용될 수 있을 것이다.
다음으로, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔의 제조방법에 대하여 설명한다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔의 제조방법은 탄소섬유를 이용하여 차량의 폭방향으로 긴 형상을 갖는 강화 음극부(150)를 준비하는 단계와; 양극활물질을 이용하여 양극부(140)를 준비하는 단계와; 고상의 전해질을 이용하여 고체전해질부(130)를 준비하는 단계와; 상기 강화 음극부(150)와 양극부(140) 사이에서 상기 강화 음극부(150) 및 양극부(140)와 각각 접촉하도록 배치된 고체전해질부(130)를 배치하고 상기 강화 음극부(150), 양극부(140) 및 고체전해질부(130)를 둘러싸도록 수지를 함침시켜 몰딩부(120)를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 강화 음극부(150)를 준비하는 단계는 탄소섬유가 서로 다른 배열방향으로 마련된 다수의 강화섬유시트(111, 112, 113)를 방향을 따라 순차적으로 배치하여 연결된 멀티 시트(110)를 준비하는 과정과; 상기 멀티 시트(110)를 롤링하여 복수의 층을 갖는 파이프 형상의 강화 음극부(150)를 형성하는 과정을 포함한다.
상기 멀티 시트(110)를 준비하는 과정은 방향을 따라 영역별로 서로 다른 배열방향을 갖는 멀티 시트(110)를 준비하는 과정으로서, 예를 들어 0°, ±45° 및 ±90° 중 어느 하나의 각도로 일정하게 배열된 탄소 섬유가 직조된 다수의 강화섬유시트(111, 112, 113)를 동일 평면상에서 방향을 따라 순차적으로 배치하여 연속적으로 연결된 멀티 시트(110)를 준비할 수 있다.
이때 멀티 시트(110)를 준비하는 구체적인 공정은 다양한 방법으로 구현될 수 있다.
예를 들어 멀티 시트(110)를 마련하기 위하여 먼저, 강화섬유가 0°로 직조된 제 1 강화섬유시트(111), 45°로 직조된 제 2 강화섬유시트(112) 및 90°로 직조된 제 3 강화섬유시트(113)를 각각 개별적으로 준비한다. 그리고, 제 1 강화섬유시트(111), 제 2 강화섬유시트(112) 및 제 3 강화섬유시트(113)를 선택적으로 방향을 따라 이어서 배치한 다음 연속적으로 연결시킨다. 물론 제 1 강화섬유시트(111), 제 2 강화섬유시트(112) 및 제 3 강화섬유시트(113)는 예시된 배열 각도에 한정되는 것이 아니라 다양한 각도로 변경되어 구현될 수 있고, 강화섬유시트의 개수 및 배치 순서도 다양하게 변경되어 구현될 수 있다.
또한, 멀티 시트(110)를 마련하기 위한 다른 방법으로 TFP(Tailored Fiber Placement) 설비를 이용할 수 있다. 그래서 TFP 설비를 이용하여 강화섬유를 영역별로 다른 배열방향을 갖도록 연속적으로 직조한다. 이때 영역별로 서로 다른 배열 패턴을 갖도록 영역별로 직조방향을 변경하면서 연속적으로 직조한다. 예를 들어 직조 초반에는 강화섬유를 0°로 직조하여 제 1 강화섬유시트(111)를 형성하고, 이어서 45°로 직조하여 제 2 강화섬유시트(112)를 형성하며, 이어서 90°로 직조하여 제 3 강화섬유시트(113)를 형성하여, 영역별로 다른 배열방향을 가지면서 연속적으로 연결된 멀티 시트(110)를 마련할 수 있다. 이때도 마찬가지로 각 강화섬유시트는 예시된 배열 각도에 한정되어 직조되는 것이 아니라 다양한 각도로 변경되어 직조될 수 있다.
상기 강화 음극부(150)를 형성하는 과정은 상기 멀티 시트(110)를 롤링하여 복수의 층을 갖는 파이프 형상으로 성형하는 과정으로서, 예를 들어 회전축을 기준으로 회전되는 인너금형(10)을 사용하여 강화 음극부(150)를 준비할 수 있다. 이때 인너금형(10)은 제품의 최종 형상에 대응하여 다양한 형상을 갖는 인너금형(10)이 사용될 수 있다.
예를 들어 한 쌍의 인너금형(10)을 마련하고, 멀티 시트(110)의 양쪽 단부에 상기 인너금형(10)을 각각 배치한 다음 상기 멀티 시트(110)의 중심부를 향하여 한 쌍의 인너금형(10)을 롤링시켜 각각의 인너금형(10) 외주면에 복수의 층으로 멀티 시트(110)를 권취시킬 수 있다. 이때 멀티 시트(110)는 방향을 따라 소정 만큼 일정한 배열방향으로 직조된 강화섬유시트(111, 112, 113)가 연속적으로 연결된바, 인너금형(10)에 소정 만큼은 일정한 배열방향으로 직조된 강화섬유시트(111)가 권취되고, 이어서 다른 배열방향으로 직조된 강화섬유시트(112, 113)가 권취되는 현상이 반복된다. 따라서 인너금형(10)의 외주면 둘레 길이에 대응하여 각 강화섬유시트(111, 112, 113)의 길이를 조절함에 따라 강화 음극부(150)를 형성하는 각 층별로 배치되는 탄소섬유의 배열방향을 조절할 수 있다.
상기 양극활물질을 이용하여 양극부(140)를 준비하는 단계와, 고상의 전해질을 이용하여 고체전해질부(130)를 준비하는 단계는 통상의 이차 전지에서 양극 및 고체전해질을 마련하는 방법을 사용하여 구현할 수 있다.
이때 양극부(140)와 고체전해질부(130)는 강화 음극부(150)가 형성되는 전체 영역에 대하여 구비될 수 있지만. 차량의 폭방향을 따라 선택적으로 소정의 위치에 국부적으로 구비될 수 있기때문에 그 크기 및 형상을 다양하게 변경하여 구현할 수 있을 것이다.
상기 몰딩부(120)를 형성하는 단계는 강화 음극부(150), 양극부(140) 및 고체전해질부(130)를 둘러싸도록 수지(41)를 함침시킨 다음 경화시켜 최종 또는 중간 성형품을 성형하는 단계이다.
이때 수지(41)로는 복합재를 구현할 수 있는 다양한 수지가 선택적으로 적용되어 사용될 수 있을 것이다. 예를 들어 페놀수지, 에폭시 수지등을 포함하는 열경화성 수지나 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 수지 등을 포함하는 열가소성 수지가 사용될 수 있을 것이다.
또한, 수지(41)를 함침시키는 방법은 다양한 방법으로 구현될 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 준비된 강화 음극부(150), 양극부(140) 및 고체전해질부(130)를 상부 금형(20)과 하부 금형(30)이 합형되어 마련되는 캐비티에 배치한다. 이때 상기 강화 음극부(150)와 양극부(140) 사이에서 상기 강화 음극부(150) 및 양극부(140)와 각각 접촉하도록 고체전해질부(130)를 배치한다. 그리고 수지 공급수단(40)을 통하여 캐비티로 수지(41)를 주입시키고 경화시킨다. 수지(41)의 경화가 완료되면 상부 금형(20) 및 하부 금형(30)으로부터 성형품을 탈거하고, 강화 음극부(150)의 내부로부터 인너금형(10)을 분리시킨다. 이때 성형품은 캐비티의 형상에 대응되는 형상으로 성형되고, 이를 후가공하여 백빔(100)으로 사용한다.
이때 강화 음극부(150)의 내부에 형성되는 중공홀(151)은 인너금형(10)의 분리시키는 시기를 조절하여 형성 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어 중공홀(151)을 형성하지 않을 경우에는 인너금형(10)을 사용하여 강화 음극부(150)를 마련한 다음 수지(41)의 함침 전에 인너금형(10)을 강화 음극부(150)로부터 분리하고 수지(41)의 함침을 실시함으로써 중공홀(151)이 형성되는 공간에 수지(41)를 채울 수도 있을 것이다.
다음으로, 상기와 같이 제조되는 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔을 활용하기 위한 차량의 운용 시스템에 대하여 설명한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔을 사용한 차량의 운용 시스템을 보여주는 도면이다.
먼저, 차량용 백빔을 활용하여 충방전 기능을 수행하기 위하여 전술된 백빔을 구성하는 강화 음극부(150), 양극부(140) 및 고체전해질부(130)는 스위치(400)에 의해 차량의 알터네이터(200) 또는 전자기기수단(300)에 선택적으로 연결되되, 차량의 알터네이터(200)와 전기적으로 연결되는 동안 상기 고체전해질부(130)를 통한 충전이 이루어지고, 차량의 전자기기수단(300)과 연결되는 동안 상기 고체전해질부(130)를 통한 방전에 의해 발생된 전원을 차량의 전자기기수단(300)에 공급할 수 있다.
이를 위하여 백빔(100)을 구성하는 강화 음극부(150), 양극부(140) 및 고체전해질부(130)와 더불어 상기 강화 음극부(150) 및 양극부(140)와 전기적으로 연결되어 상기 고체전해질부(130)를 통한 충전이 이루어지도록 하는 알터네이터(200)와; 상기 강화 음극부(150) 및 양극부(140)와 전기적으로 연결되어 상기 고체전해질부(130)를 통한 방전에 의해 발생된 전원으로 작동되는 전자기기수단(300)과; 상기 강화 음극부(150)와 상기 알터네이터(200) 및 전자기기수단(300)과 연결되어 상기 강화 음극부(150)가 상기 알터네이터(200) 또는 전자기기수단(300)과 선택적으로 연결시키는 스위치를 포함할 수 있다.
이때 전자기기수단(300)은 차량에 구비되어 전원의 공급에 의해 작동되는 구성품을 의미한다. 예를 들어 실내에 구비되는 룸램프와 같은 각종 램프 등이 해당될 수 있다.
그래서, 도 5a에 도시된 바와 같이 백빔(100)이 충전 모드로 작동하는 동안에는 스위치(400)에 의해 강화 음극부(150) 및 양극부(140)가 알터네이터(200)와 전기적으로 연결되고, 이때 알터네이터(200)에서 제공되는 전기에 의해 양극부(140)에서 리튬의 이온화가 이루어지고, 리튬 이온은 고체전해질부(130)를 통해 강화 음극부(150)로 이동되어 강화 음극부(150)의 전자와 결합되어 안정화된다.
반대로, 도 5b에 도시된 바와 같이 백빔(100)이 방전 모드로 작동하는 동안에는 스위치(400)에 의해 강화 음극부(150) 및 양극부(140)가 전자기기수단(300)과 전기적으로 연결되고 이때 강화 음극부(150)에서 리튬 이온과 전자가 분리되면서 전자는 전자기기수단(300)으로 공급되어 전자기기수단(300)을 작동시키고, 리튬 이온은 고체전해질부(130)를 통해 양극부(140)로 이동되어 양극부(140)의 전자와 결합되어 안정화된다.
한편, 본 발명에 따른 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔(100)을 활용하기 위한 차량의 운용 시스템은 차량의 충돌시 발생되는 강화 음극부(150), 양극부(140) 및 고체전해질부(130)의 변형에 따른 저항의 변화를 감지하여 충돌을 감지할 수 있다. 또한, 이렇게 감지되는 저항값의 변화를 이용하여 에어백(700a, 700b, 700c)을 동작시킴으로써 승객의 안전을 도모할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔을 사용한 차량의 운용 시스템을 보여주는 도면이다.
먼저, 차량용 백빔(100)을 활용하여 충방전 기능을 수행하기 위하여 전술된 백빔(100)을 구성하는 강화 음극부(150), 양극부(140) 및 고체전해질부(130)에는 저항센서(500)가 연결되고, 상기 저항센서(500)에서 검출되는 저항값의 변화를 감지하여 저항값의 변화에 의해 충돌 여부가 감지된다.
이를 위하여 백빔(100)을 구성하는 강화 음극부(150), 양극부(140) 및 고체전해질부(130)와 더불어 상기 강화 음극부(150) 및 양극부(140)에 연결되어 저항값을 검출하는 저항센서(500)와; 상기 저항센서(500)에서 검출되는 저항값의 변화를 감지하여 저항값의 변화에 의해 충돌 여부를 감지하는 컨트롤러(600)와; 상기 컨트롤러(600)에서 충돌 확인시에 발생되는 동작신호에 의해 작동되는 적어도 하나 이상의 에어백(700a, 700b, 700c)을 포함한다.
그래서, 도 6에 도시된 바와 같이 충돌에 의해 강화 음극부(150), 양극부(140) 및 고체전해질부(130) 중 적어도 어느 하나가 손상되는 경우에, 이러한 손상에 의한 저항이 변화가 발생되고 이러한 저항의 변화를 저항센서(500)에서 실시간으로 검출한다.
이렇게 저항센서(500)에서 검출된 저항값의 변화를 이용하여 컨트롤러(600)에서는 저항값이 변화된 부분의 충돌을 감지하고, 해당 부위의 에어백(700a, 700b, 700c)에 동작신호를 제공하여 해당 부위의 에어백(700a, 700b, 700c)을 신속하게 동작시켜 승객의 안전을 보장한다.
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: 인너금형 20: 상부 금형
30: 하부 금형 40: 수지 공급수단
41: 수지 100: 백빔
110: 멀티 시트 111, 112, 113: 섬유강화시트
120: 몰딩부 130: 고체전해질부
140: 양극부 150: 강화 음극부
151: 중공홀 200: 알터네이터
300: 전자기기수단 400: 스위치
500: 저항센서 600: 컨트롤러
700a, 700b, 700c: 에어백

Claims (14)

  1. 차량용 백빔으로서,
    탄소섬유로 이루어져서 차량의 폭방향으로 길게 형성된 강화 음극부와;
    상기 강화 음극부의 적어도 일부분에 대향 배치되는 양극부와;
    상기 강화 음극부와 양극부 사이에서 상기 강화 음극부 및 양극부와 각각 접촉하도록 배치되는 고체전해질부와;
    수지로 형성되어 상기 강화 음극부, 양극부 및 고체전해질부를 둘러싸는 몰딩부를 포함하는 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 강화 음극부는 탄소섬유가 서로 다른 배열방향으로 마련된 다수의 강화섬유시트를 길이방향을 따라 순차적으로 배치하여 연속적으로 연결시킨 멀티 시트를 복수의 층을 갖는 파이프 형상으로 롤링된 것을 특징으로 하는 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 강화 음극부의 내부는 차량의 폭방향을 따라 중공홀이 형성된 것을 특징으로 하는 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 강화 음극부 및 양극부는 스위치에 의해 차량의 알터네이터 또는 전자기기수단에 선택적으로 연결되되,
    차량의 알터네이터와 전기적으로 연결되는 동안 상기 고체전해질부를 통한 충전이 이루어지고,
    차량의 전자기기수단과 연결되는 동안 상기 고체전해질부를 통한 방전에 의해 발생된 전원을 차량의 전자기기수단에 공급하는 것을 특징으로 하는 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 강화 음극부 및 양극부에는 저항센서가 연결되고, 상기 저항센서에서 검출되는 저항값의 변화를 감지하여 저항값의 변화에 의해 충돌여부가 감지되는 것을 특징으로 하는 차량용 백빔.
  6. 차량용 백빔을 제조하는 방법으로서,
    탄소섬유를 이용하여 차량의 폭방향으로 긴 형상을 갖는 강화 음극부를 준비하는 단계와;
    양극활물질을 이용하여 양극부를 준비하는 단계와;
    고상의 전해질을 이용하여 고체전해질부를 준비하는 단계와;
    상기 강화 음극부와 양극부 사이에서 상기 강화 음극부 및 양극부와 각각 접촉하도록 고체전해질부를 배치하고 상기 강화 음극부, 양극부 및 고체전해질부를 둘러싸도록 수지를 함침시켜 몰딩부를 형성하는 단계를 포함하는 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 강화 음극부를 준비하는 단계는,
    탄소섬유가 서로 다른 배열방향으로 마련된 다수의 강화섬유시트를 길이방향을 따라 순차적으로 배치하여 연결된 멀티 시트를 준비하는 과정과;
    상기 멀티 시트를 롤링하여 복수의 층을 갖는 파이프 형상의 강화 음극부를 형성하는 과정을 포함하는 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 멀티 시트를 준비하는 과정에서 상기 다수의 강화섬유시트는 동일 평면상에서 길이방향을 따라 순차적으로 배치되어 연속적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔의 제조방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 강화 음극부를 형성하는 과정은,
    회전축을 기준으로 회전되는 인너금형의 외주면에 상기 멀티 시트를 연속적으로 권취하여 복수의 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 멀티 시트를 준비하는 과정에서 각 강화섬유시트의 길이는 상기 강화 음극부를 형성하는 과정에서 사용되는 인너금형의 외주면 둘레 길이에 대응하여 결정되는 것을 특징으로 하는 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔의 제조방법.
  11. 청구항 9항에 있어서,
    상기 강화 음극부를 형성하는 과정은,
    한 쌍의 인너금형을 마련하고, 상기 멀티 시트의 양쪽 단부에 상기 인너금형을 각각 배치한 다음 상기 멀티 시트의 중심부를 향하여 한 쌍의 인너금형을 롤링시켜 각각의 인너금형 외주면에 복수의 층으로 상기 멀티 시트를 권취시키는 것을 특징으로 하는 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔의 제조방법.
  12. 청구항 6에 있어서
    상기 몰딩부를 형성하는 단계는,
    상부 금형과 하부 금형이 합형되어 마련되는 캐비티에 상기 강화 음극부와 양극부 사이에서 상기 강화 음극부 및 양극부와 각각 접촉하도록 고체전해질부를 배치하고, 상기 캐비티에 수지를 주입하고 경화시키는 것을 특징으로 하는 충방전 기능을 갖는 차량용 백빔의 제조방법.
  13. 탄소섬유로 이루어진 강화 음극부와;
    상기 강화 음극부의 적어도 일부분에 대향 배치되는 양극부와;
    상기 강화 음극부와 양극부 사이에서 상기 강화 음극부 및 양극부와 각각 접촉하도록 배치된 고체전해질부와;
    수지로 형성되어 상기 강화 음극부, 양극부 및 고체전해질부를 둘러싸는 몰딩부와;
    상기 강화 음극부 및 양극부와 전기적으로 연결되어 상기 고체전해질부를 통한 충전이 이루어지도록 하는 알터네이터와;
    상기 강화 음극부 및 양극부와 전기적으로 연결되어 상기 고체전해질부를 통한 방전에 의해 발생된 전원으로 작동되는 전자기기수단과;
    상기 강화 음극부와 상기 알터네이터 및 전자기기수단과 연결되어 상기 강화 음극부가 상기 알터네이터 또는 전자기기수단과 선택적으로 연결시키는 스위치를 포함하는 차량의 운용 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 강화 음극부 및 양극부에 연결되어 저항값을 검출하는 저항센서와;
    상기 저항센서에서 검출되는 저항값의 변화를 감지하여 저항값의 변화에 의해 충돌여부를 감지하는 컨트롤러와;
    상기 컨트롤러에서 충돌 확인시에 발생되는 동작신호에 의해 작동되는 적어도 하나 이상의 에어백을 포함하는 차량의 운용 시스템.
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