具有充电和放电功能的车身构件的制作方法

1.本发明涉及一种具有充电和放电功能的车身构件。


背景技术：

2.传统上，使用钢材来制造车身结构和各种组件已经很普遍，但是近来，人们使用诸如纤维增强树脂复合材料等复合材料来替代钢材，从而通过减轻重量来提高燃料效率。
3.通常来说，纤维增强树脂复合材料具有由增强材料和基础材料构成的基本结构，该增强材料在施加到材料上的载荷中起作用，而基础材料与增强材料结合以实现材料的整体形状，并将施加到该材料上的载荷传递到增强材料。在此，通常使用诸如碳纤维、玻璃纤维和芳族聚酰胺纤维的纤维型增强材料用作增强材料，并且将诸如包括酚醛树脂、环氧树脂等的热固性树脂，或者包括聚氯乙烯(pvc)、聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)等的热塑性树脂的树脂基材料用作基础材料。
4.同时，构成车辆的许多组件是通过电池供电来操作的电子设备装置。近年来，由于电子设备装置的增加，关于增加车辆中的电池容量的研究持续进行。
5.前述内容仅旨在帮助理解本发明的背景，并不旨在表示本发明落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。


技术实现要素：

6.本发明涉及一种具有充电和放电功能的车身构件。具体的实施方式涉及一种具有充电和放电功能的车身构件，其中出于减轻重量和增强的目的使用了碳纤维。
7.本发明的实施方式利用以下事实：用作纤维增强树脂复合材料的增强材料的碳纤维可用作构成二次电池的负极，并提供一种用于车辆的后梁，该后梁可通过利用用于减轻车辆重量和增强强度的增强材料进行充放和放电。
8.因此，已经考虑到现有技术中出现的问题而提出了本发明的实施方式，并且本发明的实施方式提供一种具有充电和放电功能的车身构件，其中用作车顶板和车身的车顶纵梁中的增强材料的碳纤维用作二次电池的负极。
9.根据本发明的一个实施例，提供一种具有充电和放电功能的车身构件，该车身构件作为车身的车顶部件，包括：第一电池单元，包括第一负极部和被设置成与第一负极部的第一表面接触的第一正极部，第一负极部包括碳纤维，而第一正极部包括正极活性材料和固体电解质，其中至少一个第一通孔贯穿第一负极部和第一正极部；第二电池单元，包括第二负极部和被设置成与第二负极部的第二表面接触的第二正极部，第二负极部包括碳纤维，而第二正极部包括正极活性材料和固体电解质，其中至少一个第二通孔贯穿第二负极部和第二正极部；增强绝缘层，被形成为蜂窝结构并具有两个相反表面，两个相反表面中的每个表面均具有至少一个分别插入到第一通孔和第二通孔中的每一个中的插入突起，增强绝缘层位于第一电池单元的第一表面和第二电池单元的第二表面之间，以使得第一电池单元和第二电池单元彼此电绝缘；第一正极集电体，连接至第一电池单元的第一正极部；第二
正极集电体，连接至第二电池单元的第二正极部并且与第一正极集电体并联连接；第一负极集电体，连接至第一电池单元的第一负极部；以及第二负极集电体，连接至第二电池单元的第二负极部并且与第一负极集电体并联连接。
10.第一负极集电体堆叠在第一电池单元的第二表面上；第二负极集电体堆叠在第二电池单元的第一表面上；并且由复合材料制成的表层堆叠在第一负极集电体的第二表面和第二负极集电体的第一表面中的每一个上。
11.表层可由玻璃纤维增强片制成。
12.表层和增强绝缘层的插入突起彼此直接粘合。
13.表层和增强绝缘层的插入突起在粘合区域周围彼此直接粘合；在粘合区域周围可形成重叠区域，其中，第一电池单元、第二电池单元、第一负极集电体和第二负极集电体在重叠区域中通过加压成型而变形以被压缩。
14.增强绝缘层可由塑料聚合物制成；并且在粘合区域中，表层和增强绝缘层通过粘合剂彼此粘合，或者形成表层的树脂和形成增强绝缘层的树脂熔融并彼此粘合。
15.第一负极部和第二负极部中的每一个是通过堆叠多个其碳纤维沿不同方向布置的增强纤维片而形成的。
16.第一正极部包括：第一正极层，与第一负极部的第一表面相对，并且在第一正极层中分布有正极活性材料；以及第一固体电解质层，由第一固体电解质制成并且布置在第一负极部和第一正极层之间，以与第一负极部和第一正极层中的每一个相接触；第二正极部包括：第二正极层，与第二负极部的第二表面相对，并且其中分布有正极活性材料；以及第二固体电解质层，由固体电解质制成并且布置在第二负极部和第二正极层之间，以与第二负极部和第二正极层中的每一个相接触；并且第一正极层和第二正极层通过增强绝缘层彼此电绝缘。
17.车顶构件可设置多个车顶构件；构成各个车顶构件的第一正极集电体和第二正极集电体彼此并联连接；构成各个车顶构件的第一负极集电体和第二负极集电体彼此并联连接；并且第一正极集电体、第二正极集电体、第一负极集电体和第二负极集电体通过开关选择性地连接到车辆的交流发电机或电子设备。在第一正极集电体、第二正极集电体、第一负极集电体和第二负极集电体电连接到车辆的交流发电机的同时，通过多个车顶构件进行充电；并且在第一正极集电体、第二正极集电体、第一负极集电体和第二负极集电体连接到所述车辆的电子设备的同时，将通过多个车顶构件放电而产生的电力提供给车辆的电子设备。
18.多个车顶构件被构造成使得多个车顶构件中的至少一个形成车辆的车顶板，剩余车顶构件形成车辆的车顶纵梁。
19.根据本发明的实施例，用于增加车身的车顶板和车顶纵梁的刚性的碳纤维用作二次电池的负极，并且车顶板和车顶纵梁中的每一个是配备有用作固体电解质和正极的装置，从而可以预期增加能够对车顶板和车顶纵梁进行充电和放电的二次电池功能的效果。
20.此外，车顶板和车顶纵梁中的每一个被制造成能够充电和放电的二次电池，并且各个车顶板和车顶纵梁彼此并联连接。由此，可预期具有提高二次电池的容量的效果。
21.此外，通过在形成有通孔的第一电池单元与第二电池单元之间配置具有插入突起的蜂窝状结构的增强绝缘层，可预期由于插入突起插入到通孔中而提高层间剪切强度的效
果，同时由于蜂窝状结构而提高刚性。
附图说明
22.通过以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点，其中：
23.图1是示出使用根据本发明实施例的具有充电和放电功能的车身构件的车辆的视图；
24.图2a和图2b是示出根据本发明实施例的具有充电和放电功能的车身构件的剖视图；
25.图3a至图3c分别示出根据本发明实施例的具有充电和放电功能的车身构件的立体图和主要部分的放大立体图；
26.图4a至图4c分别示出构成根据本发明实施例的具有充电和放电功能的车身构件的主要组件的立体图和主要部分的放大立体图；以及
27.图5是示出根据本发明实施例的具有充电和放电功能的车身构件的电路图。
具体实施方式
28.在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。然而，本发明不限于以下公开的实施例，而是将以各种不同的形式来实现，并且提出本发明的实施例是为了完全公开本发明并帮助本领域普通技术人员最好地理解发明。贯穿不同的附图，使用相同的附图标记表示相同或相似的组件。
29.图1是示出使用根据本发明实施例的具有充电和放电功能的车身构件的车辆的视图，图2a和图2b是示出根据本发明实施例的具有充电和放电功能的车身构件的剖视图，图3a至图3c分别示出根据本发明实施例的具有充电和放电功能的车身构件的立体图和主要部分的放大立体图，图4a至图4c分别示出根据本发明实施例的具有充电和放电功能的车身构件的主要组件的立体图和主要部分的放大立体图，而图5是示出根据本发明实施例的具有充电和放电功能的车身构件的电路图。
30.在此，图2a是示出在堆叠之后将各个组件加压成型之前的状态的剖视图，而图2b是示出在堆叠之后将各个组件加压成型之后的状态的剖视图。此外，图3b是示出图3a中示出的部分“v1”的放大视图，而图3c是示出图3a中示出的部分“v2”的放大视图。图4a是示出第一电池单元的视图，图4b是示出增强绝缘层的视图，而图4c是示出第二电池单元的视图。
31.首先，根据本发明的实施例的具有充电和放电功能的车身构件可以应用到车辆的各种部件中。在下文中，作为车身构件的示例，将以车身的车顶构件，即，车顶板和车顶纵梁为例进行描述。
32.如图所示，根据本发明实施例的具有充电和放电功能的车身构件设置为多个车身构件，其被构造成使得至少一个车身构件形成车身10的车顶板20，剩余的车身构件形成车身10的车顶纵梁30。在此，构成车顶板20和车顶纵梁30的各个车身构件20和30用作具有充电和放电功能的二次电池。
33.为此，车身构件20和30中的每一个包括第一电池单元100、第二电池单元200、增强绝缘层300、表层400、正极集电体500和负极集电体600。
34.第一电池单元100是用于形成一个单元电池的装置，并且由第一负极部110和第一正极部120构成，其中第一负极部110包括碳纤维，第一正极部120设置成与第一负极部110的第一表面接触，并且被形成为包括正极活性材料和固体电解质。
35.在此，第一负极部110是用于在实现车顶板20和车顶纵梁30的形状的同时提高刚性的增强装置。在本实施例中，第一负极部110还用作执行充电和放电功能的负极。为此，第一负极部110由包括碳纤维的复合材料制成，其中该碳纤维由有助于锂离子的氧化和还原的碳材料制成。
36.在此，为了提高刚性，可以通过堆叠沿不同排列方向设置的多个增强纤维片来设置第一电池单元100。
37.第一正极部120是用于执行固态隔板的作用以及用于执行充电和放电功能的正极的作用的装置，并且可以通过在常规二次电池中包括用作正极的正极活性材料来实现。例如，第一正极部120可以包括锂金属氧化物。此外，第一正极部120可以通过使用用作固态电解质，即常规二次电池中的固态电解质的材料来实现。
38.例如，第一正极部120可以包括第一正极层121和第一固体电解质层122，第一正极层121设置成与第一负极部110的第一表面相对并且在其中分布有正极活性材料，而第一固体电解质层122由固体电解质制成并且设置在第一负极部110和第一正极层121之间，以与第一负极部110和第一正极层121中的每一个相接触。在此，将第一负极部110和第一正极层121彼此分离的第一分隔物123，还可被插入在各个第一固体电解质层122之间。
39.同时，在第一电池单元100中形成贯穿第一负极部110和第一正极部120的至少一个第一通孔101。详细地，第一电池单元100构造成使得第一通孔101形成为顺序地穿过第一负极部110、在其间插入有第一分隔物123的第一固体电解质层122以及第一正极层121。
40.此外，第二电池单元200也是用于形成一个单元电池的装置，并且由第二负极部210和第二正极部220构成，其中第二负极部210包括碳纤维，而第二正极部220被设置成与第二负极部210的第二表面接触，并且被形成为包括正极活性材料和固体电解质。
41.在此，第二负极部210是用于在实现车顶板20和车顶纵梁30的形状的同时提高刚性的增强装置。在本实施例中，第二负极部210还用作执行充电和放电功能的负极。为此，第二负极部210由包括碳纤维的复合材料制成，其中该碳纤维由有助于锂离子的氧化和还原的碳材料制成。
42.在此，为了提高刚性，也可以通过堆叠沿不同排列方向设置的多个增强纤维片来设置第二电池单元200，以增强刚性。
43.第二正极部220是用于执行固态隔板的作用以及用于执行充电和放电功能的正极的作用的装置，并且可以通过包括在常规二次电池中用作正极的正极活性材料来实现。例如，第二正极部220可以包括锂金属氧化物。此外，第二正极部220可以通过使用用作固态电解质，即常规二次电池中的固态电解质的材料来实现。
44.例如，第二正极部220可以包括第二正极层221和第二固体电解质层222，第二正极层221被设置成与第二负极部210的第二表面相对并且在其中分布有正极活性材料，而第二固体电解质层222由固体电解质制成并且设置在第二负极部210和第二正极层221之间，以便与第二负极部210和第二正极层221中的每一个相接触。在此，将第二负极部210和第二正极层221彼此分离的第二分隔物223，还可被插入到各个第二固体电解质层222之间。
45.此外，在第二电池单元200中可以形成至少一个第二通孔201，其在预定区域中穿过第二负极部210和第二正极部220。详细地，第二电池单元200被构造成使得第二通孔201形成为顺序穿过第二负极部210，在其间插有第二分隔物223的第二固体电解质层222，以及第二正极层221。
46.在此，优选地，第二通孔201形成在与形成第一通孔101的位置相对应的位置，使得第一通孔101和第二通孔201彼此连通。
47.此外，增强绝缘层300设置在第一正极层121和第二正极层221之间，以使得第一正极层121和第二正极层221彼此电绝缘。因此，第一电池单元100和第二电池单元200被布置成相对于增强绝缘层300彼此对称。
48.增强绝缘层300用于使第一电池单元100和第二电池单元200彼此电绝缘，同时保持第一电池单元100和第二电池单元200在结构上牢固。为此，增强绝缘层300被形成为具有蜂窝结构的板状。
49.此外，增强绝缘层300具有两个相反表面，其中每个表面都具有至少一个插入突起310，该插入突起310插入到第一通孔101和第二通孔201的每一个中。例如，在增强绝缘层300的面对第一电池单元100的第二表面上可以形成插入第一通孔101中的第一插入突起311，并且在增强绝缘层300的面对第二电池单元200的第一表面上可以形成插入第二通孔201中的第二插入突起312。
50.同时，在本实施例中，分别构成一个单元电池的第一单元电池单元100和第二单元电池单元200彼此并联电连接，以增加充电/放电容量。
51.为此，设置有连接到第一电池单元100的第一正极部120的第一正极集电体500a，并且设置有连接到第二电池单元200的第二正极部220的第二正极集电体500b，使得第一正极集电体500a和第二正极集电体500b彼此并联连接。
52.此外，设置有连接到第一电池单元100的第一负极部110的第一负极集电体600a，并且设置有连接到第二电池单元200的第二负极部210的第二负极集电体600b，使得第一负极集电体600a和第二负极集电体600b彼此并联连接。
53.在此，优选地，第一正极集电体500a和第一负极集电体600a被构造成使得形成在第一电池单元100中的第一通孔101从中穿过，第二正极集电体500b和第二负极集电体600b被构造成使得形成在第二电池单元200中的第二通孔201从中穿过。
54.同时，表层400堆叠在每个车身构件20和30的最外层上，以使得车身构件20和30与其他车身构件20和30电绝缘，同时稳定地保持构成车身构件20和30的组件的堆叠结构。
55.例如，第一表层410堆叠在第一负极集电体600a的第二表面上，并且第二表层420堆叠在第二负极集电体600b的第一表面上。
56.在此，第一表层410和第二表层420优选地由玻璃纤维增强片制成，该玻璃纤维增强片由非导电的玻璃纤维和树脂制成。
57.同时，优选地，表层400和增强绝缘层300的插入突起310直接彼此粘合。例如，增强绝缘层300的第一插入突起310可以穿过第一通孔101，其端部直接粘合到第一表层410，并且增强绝缘层300的第二插入突起320可以穿过第二通孔201，其端部直接粘合到第二表层420。在此，将表层400与增强绝缘层300的插入突起310彼此直接粘合的区域称为粘合区域a1。
58.因此，在粘合区域a1中，表层400和增强绝缘层300可以通过粘合剂彼此粘合。
59.此外，为了提高车身构件20和30中的每一个的堆叠强度，第一电池单元100、第二电池单元200、增强绝缘层300、表层400、正极集电体500和负极集电体600可以通过热压而形成(参见图2b)。
60.在此，在粘合区域a1中，可以将形成表层400的树脂与形成增强绝缘层300的树脂彼此熔融并粘合。
61.此外，在粘合区域a1的周围形成有重叠区域a2，在该重叠区域a2中，第一电池单元100、第二电池单元200、第一负极集电体600a和第二负极集电体600b，通过压缩成型而变形以被压缩。在重叠区域a2中，第一负极集电体600a和第二负极集电体600b以在粘合区域a1的方向上倾斜的形状变形，并且由于该变形，提高了车身构件20和30的堆叠强度，也提高了剪切强度。
62.同时，车身10的车身构件20和30通常包括一个车顶板20和多个车顶纵梁30。
63.因此，如图5所示，当车身构件20和30由一个车顶板20和多个车顶纵梁30构成时，构成车顶板20的第一正极集电体500a和第二正极集电体500b彼此并联连接，并且第一负极集电体600a与第二负极集电体600b彼此并联连接。此外，构成各个车顶纵梁30的第一正极集电体500a彼此并联连接，第一负极集电体600a彼此并联连接，第二正极集电体500b彼此并联连接，并且第二负极集电体600b彼此并联连接。
64.如上所述构造的第一正极集电体500a、第二正极集电体500b、第一负极集电体600a和第二负极集电体600b，通过开关3选择性地连接至车辆的交流发电机1或电子设备2。
65.因此，在第一正极集电体500a、第二正极集电体500b、第一负极集电体600a以及第二负极集电体600b电连接至车辆的交流发电机1的同时，通过车顶板20和车顶纵梁30进行充电。
66.此外，在第一正极集电体500a、第二正极集电体500b、第一负极集电体600a和第二负极集电体600b连接至车辆的电子设备2的同时，通过车顶板20和车顶纵梁30放电而产生的电力被提供给车辆的电子设备2。
67.在此，电子设备2表示位于车辆中并且通过供电来操作的组件。例如，可以使用诸如位于车辆内部的室内灯之类的各种灯。
68.此外，由车顶板20和多个车顶纵梁30构成的车身构件被构造成使得由于车身10的结构而使多个车顶纵梁30彼此等间隔地分开布置，并且车顶板20布置在其顶部。在此，多个车顶纵梁30和车顶板20通过表层400彼此电绝缘。
69.尽管已经参考附图和上述示例性实施例描述了本发明，但是本发明的范围不应限于所描述的实施例，而应由所附权利要求及其等同物来确定。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求书中公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。