Brevet FR2952334A1 — publié le 20110513

La présente invention se rapporte à un dispositif d'actionnement pour le verrouillage et/ou déverrouillage d'un conteneur d'énergie de type batterie d'un véhicule automobile électrique. Par la suite, le terme batterie sera utilisé pour une raison de simplification. L'invention porte aussi sur un système de remplacement d'une batterie ou de tout conteneur d'énergie d'un véhicule automobile incluant un tel dispositif d'actionnement ainsi que sur une station de remplacement de batterie utilisant un tel système. Enfin, elle porte sur un procédé de remplacement d'un conteneur d'énergie utilisant un tel dispositif d'actionnement. Certains véhicules automobiles, comme les véhicules électriques ou hybrides, comprennent une batterie pour l'alimentation d'un moteur d'entraînement électrique. Il peut se révéler intéressant d'échanger cette batterie lorsque son niveau d'énergie est faible contre une nouvelle batterie chargée. Ceci peut être fait dans une station similaire à une station service dans laquelle on peut remplir un réservoir d'essence d'un véhicule automobile. On connaît du document US 5 612 606 une station d'échange de batterie électrique d'alimentation d'un moteur d'entraînement d'un véhicule électrique et un procédé pour réaliser un tel échange. Dans la station d'échange décrite, le conducteur positionne approximativement le véhicule dans un rail, contre une butée longitudinale par rapport aux équipements de la station. Par la suite, dans des phases plus ou moins automatiques, des moyens mobiles de dépose de la batterie électrique et d'assemblage de la nouvelle batterie au véhicule viennent se positionner relativement au véhicule grâce à des capteurs. Une difficulté pour la mise en place d'un tel concept d'échange de batteries réside dans le fait qu'il existe une multitude de véhicules automobiles pouvant comprendre des batteries de type différent, fixées de manière différente sur le véhicule automobile. Or il n'est pas envisageable économiquement de multiplier les dispositifs automatiques de dépose et remplacement de ces différents types de batteries ni de mettre en place une solution manuelle en raison de son coût et du poids des batteries. Ainsi, pour rendre possible un déploiement aisé des stations d'échange de batteries (nécessitant peu de compétence technologique), il est nécessaire de rendre fiable, robuste, flexible et universel le fonctionnement de ces stations. Ainsi, le but de l'invention est de fournir une solution de remplacement de batterie atteignant les objectifs mentionnés ci-dessus. Le concept de l'invention repose sur un dispositif universel et standard 15 comprenant des outils participant à l'actionnement des mécanismes de verrouillage et/ou déverrouillage d'une batterie montée sur un véhicule automobile, que nous appellerons par sa dénomination anglo-saxonne « toolbox » pour une raison de simplification de la description. 20 Plus précisément, l'invention repose sur un dispositif toolbox pour l'actionnement du verrouillage et/ou déverrouillage d'une batterie d'alimentation d'un moteur d'entraînement d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier support, un système de transmission de mouvement comprenant au moins une boîte de renvoi et au 25 moins un axe de transmission, relié a au moins un système de préhension d'un mécanisme de verrouillage/déverrouillage de la batterie. Le dispositif toolbox peut comprendre au moins un moteur et une interface pour sa connexion électrique. 10 30 Le dispositif toolbox peut comprendre au moins une interface pour une liaison avec un moteur externe permettant la transmission de mouvement depuis le moteur externe jusqu'au au moins un système de préhension. L'interface pour une liaison avec un moteur externe peut comprendre un boîtier de raccordement et une boîte de renvoi interne. Le dispositif toolbox peut comprendre une interface pour sa manipulation. Le dispositif toolbox peut comprendre deux moteurs. Le dispositif toolbox peut comprendre quatre systèmes de préhension disposés dans les coins du boîtier support sensiblement rectangulaire, le au moins un moteur se trouvant dans une zone centrale du boîtier support. L'invention porte aussi sur un système de remplacement d'une batterie d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif toolbox tel que décrit précédemment et un dispositif de levage de ce dispositif toolbox, permettant son déplacement vertical. 20 Le dispositif de levage peut en outre comprend un système de déplacement qui comprend un moyen de déplacement horizontal sur rail afin d'amener le dispositif toolbox sous la batterie d'un véhicule automobile, ledit dispositif de levage comprenant un moyen de déplacement vertical du dispositif toolbox 25 afin de l'amener en contact avec la batterie pour son déverrouillage. Le dispositif de levage peut être un robot et le dispositif toolbox peut comprendre une poignée pour sa manipulation par le robot. 30 Le système de remplacement d'une batterie d'un véhicule automobile peut comprendre des barres de portage de la voiture associées au dispositif15 toolbox pour améliorer la stabilité et la précision du positionnement contre le véhicule automobile pour la mise en oeuvre du verrouillage et déverrouillage de sa batterie. L'invention porte aussi sur une station de remplacement d'une batterie d'alimentation d'un moteur d'entraînement d'un véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend un système de remplacement d'une batterie d'un véhicule automobile tel que décrit ci-dessus. L'invention porte aussi sur un procédé de remplacement d'une batterie d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - positionnement d'un dispositif toolbox tel que décrit précédemment sous la batterie d'un véhicule automobile ; - levage vertical du dispositif toolbox jusqu'à sa connexion avec la batterie ; - actionnement du dispositif toolbox pour déverrouiller la batterie du véhicule automobile ; - abaissement du dispositif toolbox portant la batterie déverrouillée ; - évacuation de la batterie déverrouillée. Le procédé de remplacement d'une batterie d'un véhicule automobile peut comprendre les étapes supplémentaires suivantes : - positionnement d'un dispositif toolbox portant une batterie sous le véhicule automobile ; - levage vertical du dispositif toolbox jusqu'au positionnement de la batterie dans son logement prévu au sein du véhicule automobile ; - actionnement du dispositif toolbox pour verrouiller la batterie sur le véhicule automobile ; - évacuation du dispositif toolbox. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : La figure 1 représente en perspective une toolbox selon un mode d'exécution de l'invention. La figure 2 représente en vue de dessus la toolbox selon le mode d'exécution de l'invention. La figure 3 représente en perspective des détails de la toolbox selon le mode d'exécution de l'invention. La figure 4 représente en vue de dessus une variante d'exécution de la toolbox de l'invention. La figure 5 représente en perspective la liaison entre une toolbox selon le 20 mode d'exécution de l'invention et une batterie d'un véhicule automobile. La figure 6 représente schématiquement en coupe de côté le principe de l'exploitation d'une toolbox selon le mode d'exécution de l'invention au sein d'un système de verrouillage et déverrouillage d'une batterie d'un véhicule 25 automobile. Les figures 7 à 10 représentent schématiquement différentes phases d'un procédé de déverrouillage d'une batterie d'un véhicule automobile utilisant la toolbox selon le mode d'exécution de l'invention. 30 Le concept de l'invention repose sur un dispositif dit « toolbox », qui comprend un certain nombre de composants standards et modulaires afin d'obtenir un dispositif adapté pour une intervention sur tous types de batteries et tous véhicules automobiles. Les figures 1 et 2 représentent une toolbox 1 selon un mode d'exécution de l'invention. Ce dispositif d'outils d'actionnement ou toolbox 1 comprend une boîte support 2, dont la fonction est de supporter les différents composants du dispositif, deux moteurs 3 simples et standards, disposés dans une zone centrale du boîtier support 2, des boîtes de renvoi 4 et des axes de transmission 5, pouvant comprendre des systèmes de décalage angulaire tels que des cardans. La fonction des boites de renvoi 4 et des axes de transmission 5 est de transmettre un mouvement d'entraînement induit par les moteurs 3 à quatre systèmes de préhension 6 des mécanismes de verrouillage positionnés aux quatre coins de la boîte support 2 de forme sensiblement rectangulaire, dont la fonction est d'actionner les mécanismes de verrouillage et déverrouillage d'une batterie. Ces systèmes de préhension 6 se présentent sous une forme cylindrique, s'étendant au-dessus de la surface supérieure du boîtier support 2, afin de permettre à ses extrémités supérieures 11 de venir en liaison avec les verrous d'une batterie. Enfin, le dispositif comprend une connexion électrique pour l'alimentation des moteurs, ainsi qu'une interface pour la préhension de la toolbox, afin de permettre à un dispositif la manipulation de la toolbox pour la positionner correctement contre un véhicule automobile et pouvoir obtenir le verrouillage et le déverrouillage de sa batterie, comme cela sera explicité plus loin. La figure 3 représente une perspective en plus gros plan de la toolbox permettant de bien distinguer ses deux moteurs 3, des boîtes de renvoi 4, des taxes de transmission 5 et des systèmes de préhension 6 des mécanismes. La figure 4 représente une variante de réalisation de la toolbox selon l'invention dans laquelle trois moteurs 3' sont positionnés à l'extérieur de la toolbox. Cette dernière est alors équipée d'une interface permettant la transmission du mouvement induit par ces moteurs externes 3' jusqu'aux systèmes de préhension 6. Cette interface consiste en des boîtiers de raccordement 7, des axes de transmissions 8 vers des boîtes de renvoi internes 9. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux modes d'exécution décrit ci- dessus. Notamment, la toolbox 1 peut comprendre un nombre différent de moteurs 3, de préférence entre trois à six moteurs. En général, ce nombre de moteurs est directement lié au nombre de mouvements à effectuer pour mettre en oeuvre le verrouillage et le déverrouillage d'une batterie. En effet, un moteur permettra de réaliser un seul type de mouvement choisi parmi une translation ou une rotation par exemple. Ainsi, dans le cas où le verrouillage nécessite deux types de mouvements, il faudra prévoir deux moteurs, dans le cas où trois types de mouvements sont requis, trois moteurs, etc. Ainsi, la solution présente l'avantage d'être relativement indépendante du nombre de verrous à actionner. En effet, le nombre de moteurs correspond au nombre de mouvements à réaliser, comme cela a été vu auparavant, et des toolbox avec un même nombre de moteurs sont adaptées pour l'actionnement de mécanismes de verrouillage de batteries avec des nombres différents de verrous. Toutefois, en cas de nécessité d'augmentation de la puissance disponible sur la toolbox, il est possible d'augmenter le nombre de moteurs plutôt que d'utiliser des moteurs plus puissants, de prévoir par exemple deux moteurs complémentaires par mouvement à réaliser. Ainsi, la toolbox représentée est bien adaptée pour l'actionnement de 4 à 8 verrous. De même, le nombre de boîtes de renvoi et d'axes de transmission de mouvement est variable et dépend du nombre de moteurs et du nombre d'actionneurs. De plus, le nombre de systèmes de préhension sera aussi en accord avec le nombre de verrous prévus pour le maintien de la batterie d'un véhicule automobile. Finalement, la structure précise de la toolbox en termes de nombre de moteurs, de mécanismes de transmission de mouvement, et de systèmes de préhension dépendra en fait du mécanisme de verrouillage de la batterie sur le véhicule automobile. Ainsi, la solution présente les avantages suivants : - elle est adaptée pour une standardisation du fait de sa grande flexibilité par l'utilisation de composants simples et standards adaptés pour une multitude de mouvements différents, et de son coût réduit ; - elle est adaptée pour une implémentation dans une station-service d'échange de batteries car elle représente un système à interface standard et encombrement optimisé ; - elle est adaptée à la constitution d'un réseau de stations-services 20 d'échange de batterie universelles qui peuvent être adaptées au type de véhicules pris en charge. La figure 5 représente la connexion d'une toolbox selon le mode d'exécution de l'invention avec une batterie 10. Il apparaît que les quatre systèmes de 25 préhension 6 viennent en connexion dans leur partie supérieure 11 avec des moyens correspondants aménagés au niveau des verrous de la batterie. L'actionnement de ces systèmes de préhension 6 permet d'agir sur ces verrous de la batterie 10, pour les verrouiller ou les déverrouiller. 30 La figure 6 illustre schématiquement l'utilisation d'une toolbox 1 selon le mode d'exécution de l'invention au sein d'un système de déverrouillage d'une batterie 10 fixée sous un véhicule automobile 20. La toolbox 1 comprend des systèmes de préhension 6 débordant dans sa partie supérieure et pouvant venir agir sur les verrous de la batterie 10, comme cela a été explicité ci-dessus. Un système de déplacement et de levage 13 de la toolbox 1 est aménagé au niveau de la station d'échange. Selon une variante de réalisation, on peut prévoir un système de levage non pourvu de fonction de déplacement et uniquement limité à une fonction de levage. La fonction de déplacement sera alors obtenu par un système de déplacement distinct pouvant soit déplacer la batterie à monter soit le véhicule sur laquelle on souhaite monter la batterie. Dans le mode de réalisation présenté à la figure 6, ce système de levage 13 a pour fonction de transporter la toolbox au bon endroit sous le véhicule automobile en vis-à-vis de la batterie puis de la déplacer dans la direction verticale pour sa mise en contact ou non avec la batterie. Des barres de portage 12 de la voiture, optionnelles, sont ajoutées à la toolbox pour améliorer la stabilité et la précision du positionnement de l'ensemble. La toolbox est déplacée dans cette réalisation par un dispositif de type rouleaux fonctionnant à l'aide de rails de convoyage. En variante, un robot peut être utilisé pour le déplacement d'une toolbox, cette dernière comprenant alors une interface de liaison par exemple en forme de poignées de préhension. La figure 7 représente une phase initiale d'un procédé de déverrouillage d'une batterie 10 d'un véhicule automobile 20. Le système de déplacement et levage 13 a positionné la toolbox 1 sous la batterie 10 du véhicule automobile 20. La figure 8 représente la phase suivante dans laquelle le système de levage 13 a déplacé vers le haut la toolbox 1, jusqu'à sa connexion avec la batterie 10, afin que ses actionneurs puissent la déverrouiller, selon le fonctionnement décrit auparavant. La figure 9 représente ainsi la batterie 10 déverrouillée du véhicule automobile, transportée hors du véhicule automobile par la toolbox 1, qui remplit ici une seconde fonction de maintien et transport de la batterie, qui s'ajoute à sa première fonction d'actionnement des mécanismes de verrouillage et déverrouillage. Enfin, la figure 10 représente le remplacement de la batterie vide par une nouvelle batterie chargée. Pour cela, le système de déplacement et levage 13 éloigne horizontalement la toolbox 1 portant la batterie 10 déchargée, par exemple par un déplacement sur des rails, alors qu'un autre système de levage 13' apporte sous le véhicule automobile une autre toolbox 1' portant une batterie 10' chargée, en vue de son positionnement et verrouillage dans son emplacement prévu sous le véhicule 20, de manière similaire et inverse aux étapes du procédé de déverrouillage décrites ci-dessus. Revendications: 1. Dispositif toolbox (1) pour l'actionnement du verrouillage et/ou déverrouillage d'une batterie d'alimentation d'un moteur d'entraînement d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier support (2), un système de transmission de mouvement comprenant au moins une boîte de renvoi (4) et au moins un axe de transmission (5), relié a au moins un système de préhension (6) d'un mécanisme de verrouillage/déverrouillage de la batterie. 2. Dispositif toolbox (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moteur (3) et une interface pour sa connexion électrique. 3. Dispositif toolbox (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une interface pour une liaison avec un moteur externe (3') permettant la transmission de mouvement depuis le moteur externe jusqu'au au moins un système de préhension (6). 4. Dispositif toolbox (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'interface pour une liaison avec un moteur externe (3') comprend un boîtier de raccordement (7) et une boîte de renvoi interne (9). 5. Dispositif toolbox (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une interface pour sa manipulation. 6. Dispositif toolbox (1) selon l'une des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce qu'il comprend deux moteurs (3). 20 25 12 7. Dispositif toolbox (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend quatre systèmes de préhension (6) disposés dans les coins du boîtier support (2) sensiblement rectangulaire, le au moins un moteur (3) se trouvant dans une zone centrale du boîtier support (2). 8. Système de remplacement d'une batterie d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif toolbox (1) selon l'une des revendications précédentes et un dispositif de levage (13) de ce dispositif toolbox (1), permettant son déplacement vertical. 10 9. Système de remplacement d'une batterie d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif de levage (13) comprend en outre un système de déplacement qui comprend un moyen de déplacement horizontal sur rail afin d'amener 15 le dispositif toolbox (1) sous la batterie (10) d'un véhicule automobile (20), ledit dispositif de levage comprenant un moyen de déplacement vertical du dispositif toolbox (1) afin de l'amener en contact avec la batterie (10) pour son déverrouillage. 20 10. Système de remplacement d'une batterie d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif de levage (13) est un robot et en ce que le dispositif toolbox (1) comprend une poignée pour sa manipulation par le robot. 25 11. Système de remplacement d'une batterie d'un véhicule automobile selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend des barres de portage (12) de la voiture associées au dispositif toolbox (1) pour améliorer la stabilité et la précision du positionnement contre le véhicule automobile pour la mise en oeuvre du verrouillage et 30 déverrouillage de sa batterie.5 12. Station de remplacement d'une batterie d'alimentation d'un moteur d'entraînement d'un véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend un système de remplacement d'une batterie d'un véhicule automobile selon l'une des revendications 8 à 11. 13. Procédé de remplacement d'une batterie d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - positionnement d'un dispositif toolbox (1) selon l'une des 10 revendications 1 à 7 sous la batterie (10) d'un véhicule automobile ; - levage vertical du dispositif toolbox jusqu'à sa connexion avec la batterie ; - actionnement du dispositif toolbox pour déverrouiller la batterie du véhicule automobile ; 15 - abaissement du dispositif toolbox portant la batterie déverrouillée ; - évacuation de la batterie (10) déverrouillée. 14. Procédé de remplacement d'une batterie d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend 20 les étapes supplémentaires suivantes : - positionnement d'un dispositif toolbox portant une batterie (10') sous le véhicule automobile ; - levage vertical du dispositif toolbox jusqu'au positionnement de la batterie dans son logement prévu au sein du véhicule automobile ; 25 - actionnement du dispositif toolbox pour verrouiller la batterie sur le véhicule automobile ; - évacuation du dispositif toolbox. 30