Brevet FR2684606A1 — publié le 19930611

La présente invention concerne un procédé et un dispositif en vue de la mise en oeuvre de ce procédé, pour la construction de véhicules urbains électroniques à motorisation électrique et structure évolutive, ne générant aucune pollution gazeuse, particulièrement silencieux, ne nécessitant que peu d'entretien, réalisés en matériaux recyclables. Les dimensions réduites de ce véhicule lui donnent une maniabilité particulièrement adaptée aux usages citadins tout en conservant une excellente habilité (2/3 places, plus une place pour enfant à l'arrière). L'espace intérieur et les volumes de rangement offrent de grandes possibilités d'organisation de l'espace intérieur. D'une façon générale, l'invention s'applique à la production de petits véhicules électriques simples, peu coûteux, maniables, faciles à conduire, principalement destinés à la circulation urbaine en facilitant les déplacements et le stationnement. L'invention intègre une gestion d'énergie programmée dont l'automatisme intégral lui assure une bonne intégration à la circulation urbaine dans les conditions de confort et de conduite particulièrement appréciées en ville. L'invention utilise les moyens énergétiques, mécaniques et télémécaniques, électriques, électroniques dont les propriétés et les composants sont connus mais qui sont assemblés, montés et mis en oeuvre de façon originale et nouvelle. La plupart des véhicules actuels sont polluants, bruyants et coûteux. Ils sont source de pollutions diverses,par exemple par les oxydes, les poisons, mais aussi par les engorgements qu'ils provoquent dans les villes surchargées par la circulation. Dans les cinq années à venir Paris, Bruxelles, La Haye, Munich, Milan, Rome ou Athènes vont interdire leur centre-ville aux véhicules à moteur thermique: gaz, essence, fuel. L'accès aux stations de montagne suisses est désormais interdit aux engins classiques. Des camions électriques font leur apparition en Angleterre pour assurer la tournée des laitiers. D'une façon générale, les véhicules électriques ont peu d'autonomie. Ce sont des engins lourds, surchargés d'un poids de plus de 200 kg de batteries au plomb (jusqu'à 800 kg pour un fourgon). On voit immédiatement les limites de tels dispositifs qui ne disposent que d'une faible autonomie, ne permettent pas une récupération sensible d'énergie en cours d'utilisation et de plus, sont asservis à une durée de recharge importante. Des améliorations ont été apportées qui visent à remplacer les batteries traditionnelles par des batteries au nickel-cadmium, ou au lithium. Non seulement elles sont extrêmement polluantes (en cas de fissure ou d'épandange dans la rue à la suite d'accident par exemple), mais elles côutent très cher, parfois plus cher que le prix du véhicule. D'autres sources d'énergie: piles à combustion, captation solaire n'autorisent pas d'envisager actuellement leur utilisation, tandis que les piles plastiques en sont encore au plan expérimental de laboratoire. Afin d'améliorer le faible rendement des batteries actuelles, des solutions hybrides sont recherchées, consistant à installer un second moteur à propulsion thermique pouvant se substituer à certains moments à la propulsion électrique pour recharger ainsi les batteries de traction. On obtient alors un excédent considérable du poids du véhicule et on en revient aux engins bruyants et polluants de l'atmosphère. La présente invention est un concept de véhicule repense autour d'une utilisation urbaine et d'une motorisation électrique, conçue pour s'intégrer de la façon la plus harmonieuse possible à l'environnement urbain. Ce véhicule est particulièrement silencieux et, bien sûr, ne génère aucune pollution gazeuse. De plus, trois stratégies de roulage à la disposition du conducteur intègrent une gestion d'énergie programmee. L'invention vise à permettre d'exploiter dans des conditions particulièrement simples, fiables et efficaces, l'énergie électrique appliquée aux véhicules roulants dans les conditions normales de circulation en ville et disposant d'une autonomie suffisante. L'automatisme intégral de l'invention et ses performances assurent une bonne intégration à la circulation urbaine dans les conditions de confort et de conduite particulièrement appréciées en ville. L'invention concerne en premier lieu un procédé de fabrication de véhicule urbain suivant un concept architectural particulièrement innovant et le procédé est caractérisé en ce que la structure modulaire permet une adaptation et une évolution permanente en fonction des souhaits et des besoins de ses propriétaires. Cette structure se compose d'une plateforme roulante et d'une carrosserie amovible. La plateforme roulante est conçue pour avoir une durée de vie très grande grâce à la longévité du moteur électrique (un million de kilomètres) et à celles des batteries. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que le véhicule comporte un soubassement formant avec la mécanique une plateforme roulante monocorps, qui utilise les batteries comme éléments de rigidification de la structure du véhicule contribuant ainsi à sa sécurité passive, supporte le moteur, le module électronique de commande et de contrôle, et les différents éléments de liaison au sol, particulièrement un dispositif de braquage des roues avant à 900. L'ensemble ne nécessite que très peu d'opérations de maintenance, du fait même du positionnement protégé de cet ensembie monocorps. En second lieu, selon une forme de réalisation particulière, la plateforme roulante s'articule autour d'une poutre centrale recevant les batteries qui lui confèrent rigidité et sécurité pour les chocs frontaux. En troisième lieu, selon une autre caractéristique, la carrosserie rapportée sur la plateforme est facilement amovible, interchangeable et évolutive. Elle permet de proposer au cours de la vie du véhicule l'acquisition successive d'habitacles extrêmement divers dans leurs formes et leurs couleurs. Le véhicule peut ainsi évoluer sans difficulté, "changer de robe" en quelque sorte et, par exemple, passer de la fonction de coupé de loisir à celle d'un petit véhicule utilitaire (figure 8). Grâce à un style et une architecture qui privilégient espace et lumière, conducteurs et passagers profitent de la ville tout en maîtrisant les aléas de la circulation. En quatrième lieu, selon une autre forme de réalisation particulière, la plateforme roulante et la carrosserie amovible sont réalisés en matériaux de synthèse déformables capables de reprendre leur forme initiale après les petits chocs urbains et que l'ensemble est conçu pour être recyclable par sa facilité de démontage et l'utilisation de pièces plastiques marquées et recyclables. Dans ces conditions, on comprend facilement que ce véhicule, respectueux de l'environnement tout au long de sa carrière, le soit également en fin de vie, car elle est conçue pour être recyclable par sa facilité de démontage et l'utilisation de pièces marquées et recyclables. En cinquième lieu, l'invention concerne également un procédé de fabrication d'accumulateurs suivant le principe original de la recombinaison des gaz en batteries étanches à séparateurs inédits. L'électrolyte contenu dans les batteries est retenu dans un séparateur en fibre de verre à 99,99% qui empêche l'oxygène de remonter à la surface mais au contraire le diffuse à travers les microfibres du séparateur jusqu'à la plaque négative, provoquant un dégagement d'oxygène par décomposition de l'eau sur la plaque positive. L'étanchéité de l'ensemble est réalisée par des résines et des joints entre le bac et le couvercle, des résines pour les connections inter-éléments, et protection par des soupapes de sécurité protégées par un capot soudé disposé sous le couvercle, ce qui après une réalisation technique soignée donne les spécifications techniques : en tension de floating, / en capacité en fonction de la température, / en stockage et auto-décharge, / en fonctionnement cycles-décharges. Le potentiel des alliages des grilles négatives et positives par rapport à l'hydrogène est très élevé en comparaison des alliages de grilles classiques. Selon un dispositif de l'invention, la haute densité d'énergie, la technologie avancée de la fabrication des plaques, leur parfaite étanchéité, leur grande performance tant en floating qu'en service cyclique les rendent très performantes. En sixième lieu, selon une forme particulière de l'invention ci-dessus les électrodes ne sont plus métalliques mais constitués d'un polymère isolant, le "polyactylène" et est caractérisée par un mécanisme de conduction ionique. L'électrolyte solide est constitué d'iodure d'argent et de l'iodure de rubidium a été rajouté pour faire réagir la matière active contenue dans la cathode avec celle contenue dans l'anode par l'intermédiaire des ions mobiles de l'électrolyte solide et produit ainsi un courant électrique. En septième lieu, le procédé et le dispositif selon l'invention concerne également un système de captation d'énergie solaire en vue de la mise en oeuvre du procédé et de l'apport de ladite énergie ainsi récupérée dans les accumulateurs. Des capteurs placés sur l'extérieur du toit de l'habitacle du véhicule se présentent sous la forme d'un revêtement souple, et un cablage spécial stocke l'énergie récupérée dans un réservoir à calories, énergie qui peut être soit réinjectée dans les batteries, soit restituée en chauffage ou en air conditionné après passage dans une petite unité de traitement. L'invention concerne en huitiième lieu un module électronique de commande et de contrôle installé sur une platine et alimenté par un cable de puissance est constitué d'un boîtier électronique qui commande l'appareillage télémécanique fonctionnant comme un sélecteur à contacteurs de marche avant, de point mort, et de marche arrière, commande aussi un variateur de puissance, et de plus incorpore sur la platine un chargeur de batteries, un convertisseur de courant, ainsi qu'un calculateur utilisé pour la gestion programmée de l'énergie transmettant les ordres par un faisceau de commandes. Le calculateur sert à commander différents modes de conduite par adéquation entre la longueur du trajet et les performances du véhicule, la reprise momentanée du mode le plus performant de conduite, calculateur, avec affichage permanent, de l'autonomie restante selon la conduite dans le mode d'utilisation choisi. Il affiche et préconise aussi la nécessité de changement de mode. En neuvième lieu, selon une forme de réalisation particulière du procédé ci-dessus, l'énergie non consommée (lors d'arrêts d'attente à un feu rouge par exemple) est récupérée par l'intermédiaire du calculateur et réinjectée dans les batteries de traction par le module de contrôle. L'invention concerne en dixième lieu un système en vue de la mise en oeuvre du procédé en ce qu'il porte sur un aménagement des organes de direction permettant d'obtenir un angle de braquage de 90" en utilisant une barre d'accouplement placée à l'avant de l'essieu et s'allongeant d'autant plus que le braquage est important et on réalise une direction qui respecte une épure de direction exacte où chacune des roues avant décrit une trajectoire mathématique sans aucun ripage, étant exactement braquée de la valeur angulaire déterminée par le calcul. En règle pratique, l'invention, tout en conservant rigoureusement tous les angles prévus : chasse, carrossage, inclinaison des pivots, modifie la barre d'accouplement (ou la crémaillère) grâce à- un dispositif télescopique et un dispositif de guidage, pour obtenir dans tous les cas, même celui absolu à 900 une longueur de cette barre d'accouplement permettant de rester en conformité avec une épure de la direction exacte. Les angles définis étant respectés, aucune des caractéristiques fondamentales du véhicule, en particulier la tenue de route ne sera modifiée et la sécurité ne sera pas affectée. Dans ces conditions, on comprend qu'il est possible, en donnant la possibilité de braquage total, de résoudre la plupart des problèmes de stationnement. La figure 1 montre une vue en plan et une vue en élévation montrant le positionnement des différents organes de la voiture mises en oeuvre dans le cadre de l'invention. On s'aperçoit immédiatement que le véhicule comporte un soubassement monocorps (1) formant avec la mécanique une plateforme roulante équipée d'un moteur électrique (2), d'un module électronique de commandes et de contrôle (3), des batteries de traction (4), ainsi qu'un dispositif de braquage de roues à 90" (7). Selons une forme de réalisation particulière, les batteries (4) sont disposées dans un couloir central (6) contribuant à améliorer la sécurité dans le cas de chocs frontaux. Une carrosserie interchangeable (5) est rapportée sur ce chassis. La figure 2 est une vue en coupe d'un accumulateur dans lequel on peut suivre le principe de son fonctionnement, suivant le principe de recombinaison des gaz. Fonctionnant en batterie étanche, l'électrolyte est retenu dans un séparateur (22) en fibre de verre à 99,99%. Ainsi, contrairement à ce qui se passe dans une batterie chargée liquide, l'oxygène qui se dégage en surcharge ne peut remonter à la surface. I1 est diffusé à travers les microfibres du séparateur (dexter) (22) jusqu'à la plaque négative (23) où il réagit avec le plomb spongieux qu'elle contient. Il s'ensuit un enchaînement de réactions chimiques et électrochimiques - sur la plaque positive (24) , dégagement d'oxygène par décomposition de Liteau : eau H,O 1/2ou + 2H + aé-(réaction électrochimique) - sur la plaque négative (23) , recombinaison de l'oxygène suivie d'une chaîne de réaction (réaction chimique) (réaction chimique) (réaction chimique) (réaction chimique) On notera qu'il ne se produit pas de dégagement d'hydrogène sur la plaque négative (23). L'afflux d'oxygène à sa surface d'une part, et la surtension élevée de la grille en alliage spécifique d'autre part, en sont les deux raisons. Ainsi le procédé selon l'invention, en fonctionnement normal en floating, possède un taux de recombinaison égal à quasiment 100%. Ces réactions ne peuvent se produire que dans les cas suivants a) le potentiel des alliages des grilles positives (24) et négatives (23) par rapport à l'hydrogène est très élévé en comparaison de celui des alliages de grilles classiques, b) la composition des matières actives et les matériaux utilisés, oxyde, acide sulfurique, bacs, couvercle sont rigoureusement contrôlés, c) un rapport étudie entre les masses de matières positives et négatives, d) l'utilisation de séparateurs en microfibres de borosilicate à très haut pouvoir absorbant, e) le maintien d'une surpression à l'intérieur de l'élément de charge. La protection est assurée par des soupapes de sécurité (25) inaccessibles soudées par ultasons et protégées par un capot (26) soudé sur le couvercle. Ces soupapes de sécurité s'ouvrent en cas de dérèglement accidentel des appareils de charge. Le bac conteneur (21) et le couvercle (27) sont en matière thermoplastique rigide, retenu pour ses excellentes qualités mécaniques et chimiques. Selon une caractéristique de l'invention, l'étanchéité de l'ensemble est réalisé par a) résine et joints (28) entre le bac (21) et le couvercle (27) b) résines pour l'étanchéité des connections interéléments (29). La figure 3 montre les spécifications techniques des accumulateurs a) tension en floating (31) b) capacité en fonction de la température (32) c) Stockage et auto-décharge (33) d) Fonctionnement en cycles charge/décharge (34). Selon une forme particulière de l'invention ci-dessus, les électrodes ne sont plus métalliques mais constituées d'un polymère isolant, le "polyacétylène". Ce dernier est rendu conducteur en lui incorporant certaines impuretés (dopage). Pour la cathode A ce sera de l'iode et, pour l'anode B du sodium. L'électrolyte n'est pas liquide ni sous forme de gel, mais solide et est en iodure d'argent. Pour comprendre son fonctionnement, il faut rappeler que tous les solides sont composés d'atomes qui sont, euxmêmes, composés de ions et d'électrons. Les ions positifs ont un électron manquant et les ions négatifs un électron en trop. Dans un solide ionique, les électrons sont attirés par leurs noyaux si fortement qu'ils ne parviennent pas à se libérer, comme les électrons mobiles des métaux tels que le zinc ou le cuivre. Le courant est alors nul. Mais ces solides ioniques ne sont pas vraiment isolants et, soumis à un champ électrique, ils sont parcourus par un courant électrique dû au déplacement des ions : ce mécanisme est appelé "conduction ionique". Pour améliorer cette conductivité, il suffit d'incorporer des ions étrangers dans le solide en question. Ceci rappelé revenons à notre accumulateur, objet de l'invention. La figure 4 montre qu'à l'électrolyte (41) constitué d'iodure d'argent, a été ajouté de l'iodure de rubidium (42). La matière active contenue dans la cathode A réagit avec celle contenue dans l'anode B par l'intermédiaire des ions mobiles A+ (43) de l'électrolyte solide (41) et produit ainsi un courant électrique AB (44). La figure 5 représente le système de captation d'énergie solaire et de l'apport de cette énergie ainsi récupérée dans les batteries de puissance. Les capteurs (51) se présentent sous la forme d'un revêtement souple comparable à un tissu, appliqué par marouflage à l'extérieur de la partie supérieure de l'habitacle. Un cablage spécial (52) transmet cette énergie dans un "réservoir à calories" (53) et qui peut être, soit injectée dans les batteries de puissance (4), soit restituées en chauffage (55) s'il fait froid dehors, soit sous forme de climatisation, si au contraire il fait chaud (56). La figure 6 concerne le module de contrôle. Il est constitué d'une platine (60) avec variateur de vitesse (62), un chargeur de batterie (63) et un convertisseur (64). Cette platine est alimentée par un cable de puissance (61), et se termine par un faisceau de commande (65). Un boîtier électronique (66) commande l'appareillage télémécanique (67) fonctionnant comme un sélecteur a contacteurs de marche avant (68), point mort (69), marche arrière (70), ainsi que le variateur de vitesse (62). La platine comporte également un calculateur (71) pour la gestion programmée de l'énergie et qui établit en permanance - Choix entre 3 modes de conduite, - adéquation entre la longueur du trajet et les performances du véhicule, - reprise possible momentanée du mode le plus performant par "rush", - indicateur d'autonomie - calcul et affichage permanent de l'autonomie restante selon la conduite dans le mode d'utilisation choisi. - affichage préconisant la nécessité d'un changement de mode. La figure 7 porte sur un aménagement des organes de direction permettant d'obtenir un angle de braquage de 900 en utilisant une barre d'accouplement (72) placée à l'avant de l'essieu et s'allongeant d'autant plus que le braquage est important. On pourra réaliser une direction qui respecte une épure de direction exacte où chacune des roues avant décrit une trajectoire mathématique sans aucun ripage, étant exactement braquée de la valeur angulaire déterminée par le calcul (73). A titre d'exemple non limitatif, le procédé et le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à permettre d'exploiter dans des conditions particulièrement simples, fiables et efficaces, l'énergie électrique appliquée aux petites voitures citadines de dimensions réduites ( 2m,50 de long, lm,50 m de large et lm,41 de haut), ce qui leur donne une maniabilité particulièrement adaptée aux usages urbains tout en conservant une excellente habitabilité ( 2/3 places + bagages). Equipées d'un moteur électrique d'une puissance nominale de 4 Kw, une tension d'induit de 54 volts en tension d'excitation de série, tournant à 3 200 tours/minute, et de batteries de 130 Amp./h et pesant moins de 130 kg, ces véhicules disposent d'une autonomie de l'ordre de 110 à 120 kilomètres sur cycle urbain en transportant trois personnes, ou parcourir 200 kilomètres à une vitesse stabilisée de 40 kilomètres/heure. L'automatisme intégral lié au procédé et au dispositif de l'invention doit permettre à ces petits véhicules d'atteindre facilement une vitesse en continu de 60 km/h, une vitesse de pointe de l'ordre de 80 à 85 km/h et une accélération de 0 à 50 km/h en 8,5 s, dans les conditions de confort et de conduite particulièrement appréciées en ville. REVENDICATIONS 1 - Dispositif en vue de la mise en oeuvre de ce procédé pour la construction de véhicules urbains électroniques à motorisation électrique et structure évolutive, ne générant aucune pollution gazeuse, particulièrement silencieux ne nécessitant que peu d'entretien, réalisés en matériaux recyclables, et le dispositif est caractérisé en ce que le véhicule comporte un soubassement monocorps (1) formant avec la mécanique une plateforme roulante qui utilise les batteries (4) comme éléments de rigidification de la structure du véhicule contribuant ainsi à sa sécurité passive, supporte le moteur (2), le module électronique de commande et de contrôle (3), et les différents éléments de liaison au sol,particulièrement un dispositif de braquage des roues avant à 90 (7). 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce la plateforme roulante s'articule autour d'une poutre centrale (6) recevant les batteries (4) qui lui confèrent rigidité et sécurité pour les chocs frontaux. 3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la carrosserie modulaire (5) rapportée sur la plateforme est facilement amovible, interchangeable et évolutive. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisés en ce que la plateforme roulante (1) et la carrosserie amovible (5) sont réalisés en matériaux de synthèse déformables capables de reprendre leur forme initiale après les petits chocs urbains et que l'ensemble est conçu pour être recyclable par sa facilité de démontage et l'utilisation de pièces plastiques marquées et recyclables. 5 - Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'électrolyte contenu dans les batteries est retenu dans un séparateur (22) en fibre de verre à 99,99% qui empêche l'oxygène de remonter à la surface mais au contraire le diffuse à travers les microfibres du séparateur (22) jusqu'à la plaque négative (23) provoquant un dégagement d'oxygène par décomposition de l'eau sur la plaque positive (24); l'étanchéité de l'ensemble est réalisée par des résines et des joints (28) entre le bac (21) et le couvercle (27), des résines pour l'étanchéité des connections inter-éléments (29) et protection par des soupapes de sécurité (25) protégées par un capot soudé (26) disposé sous le couvercle, ce qui, après réalisation technique soignée donne les spécifitations techniques : en tension de floating (31), en capacité en fonction de la température (32), en stockage et auto-décharge (33) et en fonctionnement cycles/décharges (34). 6 - Dispositif selon la revendication 5 caractérisé selon une forme particulière, en ce que les électrodes ne sont plus métalliques mais constitués d'un polymère isolant, l'électrolyte solide (41) est constitue d'iodure d'argent et de l'iodure de rubidium (42) a été rajouté pour faire réagir la matière active contenue dans la cathode avec celle contenue dans l'anode par l'intermédiaire des ions mobiles de l'électrolyte solide (41) et produit ainsi un courant électrique (44). 7 - Dispositif selon les revendications 1, 2, 5 et 6 caractérisé en ce que des capteurs (51) placés sur l'extérieur du toit de l'habitacle du véhicule se présentent sous la forme d'un revêtement souple, et un cablage spécial (52) stocke l'énergie récupérée dans un réservoir à calories (53), énergie qui peut soit être réinjectée dans les batteries (4), soit restituée en chauffage (55) ou en air conditionné après passage dans une petite unité de traitement (56). 8 - Dispositif selon les revendications 1, 4, 7, caractérisé en ce qu'un module électronique de commandes et de contrôle installé sur une platine (60) et alimenté par un cable de puissance (61) est constitué d'un boîtier électronique (66) qui commande l'appareillage télémécanique (67) fonctionnant comme un sélecteur à contacteurs de marche avant (68), de point mort (69) et de marche arrière (70), commande aussi un variateur de vitesse (62), et de plus incorpore sur la platine un chargeur de batteries (63), un convertisseur de courant (64), ainsi qu'un calculateur (71) utilisé pour la gestion programmée de l'énergie, transmettant des ordres par un faisceau de commandes (65). 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'énergie non consommée est récupérée par l'intermédiaire du calculateur (71) et réinjectée dans les batteries de traction par le module de contrôle. 10 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il porte sur un aménagement des organes de direction permettant d'obtenir un angle de braquage de 900 en utilisant une barre d'accouplement (72) placée à l'avant de l'essieu et s'allongeant d'autant plus que le braquage est important et on réalise une direction qui respecte une épure de direction exacte où chacune des roues avant décrit une trajectoire mathémathique sans aucun ripage, étant exactement braquée de la valeur angulaire déterminée par le calcul (73).