Brevet FR2957576A1 — publié le 20110923

La présente invention se rapporte à un agencement de liaison d'un conteneur d'énergie de type batterie sur un véhicule automobile électrique. Par la suite, le terme batterie sera utilisé pour une raison de simplification. L'invention porte aussi sur les deux parties en tant que telles de cet agencement de liaison, ainsi que sur une batterie de véhicule automobile électrique associée à une première partie de cet agencement de liaison, et à un véhicule automobile en tant que tel comprenant une telle batterie fixée de manière amovible. Enfin, l'invention porte aussi sur un système et procédé de remplacement d'une batterie ou de tout conteneur d'énergie d'un véhicule automobile incluant un tel agencement de liaison de batterie ainsi que sur une station de remplacement de batterie utilisant un tel système. 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 pourvu d'une chaîne de traction thermique. 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.30 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 et le procédé d'échange de batterie mis en oeuvre. De plus, il est aussi nécessaire de définir un dispositif de fixation d'une batterie avec un véhicule automobile qui permet de délivrer l'énergie nécessaire de manière optimale lors d'un déplacement du véhicule. Le but de l'invention est donc de fournir une solution de liaison d'une batterie sur un véhicule automobile qui permet le fonctionnement optimal de la batterie lors de sa configuration de fixation sur le véhicule automobile tout en permettant son remplacement aisé, atteignant les objectifs mentionnés ci-dessus. A cet effet, l'invention repose sur une embase pour la liaison d'une batterie sur un véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend un connecteur électrique adapté pour une connexion électrique dans une direction verticale et une entrée de ventilation adaptée pour une connexion dans une direction verticale. L'embase peut comprendre des éléments d'étanchéité sur sa surface supérieure pour recevoir la liaison d'au moins une partie haute complémentaire en assurant l'étanchéité de la liaison. De plus, elle peut comprendre au moins deux joints d'étanchéité disposés sur deux marches distinctes. Elle peut aussi comprendre un conduit pour conduire un flux d'air depuis l'entrée de ventilation dans sa partie haute vers une sortie orientée dans une zone apte à ventiler une batterie. Selon un mode d'exécution, l'embase est en métal. L'invention porte aussi sur une batterie de véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend une embase telle que décrite ci-dessus. L'invention porte aussi sur un agencement de liaison d'une batterie sur un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une embase telle que décrite ci-dessus et une partie haute comprenant une arrivée d'air pour guider un flux d'air provenant du véhicule automobile et un connecteur électrique à l'extrémité d'une liaison électrique provenant du véhicule automobile, cette arrivée d'air étant apte à une connexion avec l'entrée d'air de l'embase dans une direction verticale et ce connecteur électrique étant apte à une connexion avec le connecteur électrique de l'embase dans une direction verticale. La partie haute peut comprendre une cloche protectrice au sein de laquelle sont disposés l'arrivée d'air et un conduit d'air vers l'entrée d'air de l'embase et le connecteur électrique. La cloche protectrice peut être liée de manière étanche au véhicule automobile par des joints d'étanchéité dans sa partie supérieure et apte à une liaison étanche amovible avec l'embase dans sa partie inférieure.30 La liaison électrique peut être insérée au sein de la cloche protectrice par l'intermédiaire d'un soufflet. La partie haute peut comprendre un conduit pour conduire un flux d'air de ventilation, apte à une liaison amovible étanche avec l'embase dans sa partie inférieure, et un conduit rétractable dans un matériau souple et étanche de type caoutchouc, incluant la liaison électrique, se terminant par le connecteur intégré dans une cloche protectrice apte à une liaison amovible étanche avec l'embase dans da partie inférieure. L'invention porte aussi sur un véhicule automobile comprenant une batterie pour son entraînement et un flux d'air de ventilation, caractérisé en ce que la batterie est liée de manière amovible par un agencement de liaison tel que décrit ci-dessus. L'invention porte aussi sur un système de remplacement d'une batterie d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de fixation et un dispositif de levage d'une batterie apte à son montage/démontage sur un véhicule automobile dans une direction verticale apte à effectuer une liaison de la batterie avec un agencement de liaison de la batterie tel que décrit ci-dessus. 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 tel que décrit ci-dessus. L'invention porte aussi sur un procédé de montage/démontage d'une batterie sur un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : déplacement relatif dans une direction verticale d'une embase liée à la batterie par rapport à une partie haute d'un agencement de liaison liée au véhicule automobile ; connexion/déconnexion d'une liaison électrique entre deux connecteurs de respectivement l'embase et la partie haute de l'agencement de liaison ; connexion/déconnexion d'une entrée de ventilation vers la batterie de respectivement l'embase et un conduit d'air de la partie haute de l'agencement de liaison. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes d'exécution particuliers faits à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : La figure 1 représente une vue de côté en coupe d'un véhicule automobile dont la batterie est reliée au véhicule par un agencement de liaison selon un premier mode d'exécution de l'invention. 20 La figure 2 représente en plus gros plan la liaison particulière de la batterie au véhicule automobile par l'agencement de liaison selon le premier mode d'exécution de l'invention. La figure 3 représente une vue de côté en coupe d'un véhicule automobile 25 dont la batterie est séparée du véhicule selon le premier mode d'exécution de l'invention. La figure 4 représente en plus gros plan la configuration particulière de l'agencement de liaison de la batterie au véhicule automobile selon le 30 premier mode d'exécution de l'invention dans sa configuration séparée. 10 15 La figure 5 représente une vue en perspective de dessus de l'embase de l'agencement de liaison de batterie selon le premier mode d'exécution de l'invention. La figure 6 représente une vue de côté en coupe de la liaison particulière de la batterie au véhicule automobile par un agencement de liaison selon un second mode d'exécution de l'invention. La figure 7 représente une vue de côté en coupe au niveau d'un dispositif de ventilation de la liaison de la batterie au véhicule automobile par l'agencement de liaison selon le second mode d'exécution de l'invention. La figure 8 représente une vue de face en coupe au niveau de la liaison électrique de la liaison de la batterie au véhicule automobile par l'agencement de liaison selon le second mode d'exécution de l'invention. La figure 9 représente une vue de face en coupe au niveau du dispositif de ventilation de la liaison de la batterie au véhicule automobile par l'agencement de liaison selon le second mode d'exécution de l'invention. La figure 10 représente une vue de face en coupe au niveau du dispositif de ventilation de la liaison de la batterie au véhicule automobile par l'agencement de liaison selon une variante du second mode d'exécution de l'invention. 25 Le concept de l'invention repose sur un agencement de liaison d'une batterie sur un véhicule automobile comprenant une embase rigide dans sa partie inférieure, liée à la batterie, venant se lier dans une direction verticale avec une partie haute complémentaire de l'agencement de liaison prévue au 30 niveau du véhicule automobile, en permettant la réalisation d'une connexion électrique et d'un système de ventilation entre le véhicule automobile et la20 batterie par l'intermédiaire de cet agencement de liaison, de manière étanche et protégée des nombreuses agressions extérieures. Ce concept va maintenant être détaillé par des modes d'exécution particuliers. Les figures 1 et 3 représentent un véhicule automobile 1 équipé d'une batterie 2 respectivement dans une configuration de fixation et dans une configuration de non fixation au véhicule automobile. Ce véhicule automobile 1 à moyen d'entraînement 4 électrique est prévu pour fonctionner avec une batterie 2 fixée de manière amovible sous son plancher 3, dans une zone relativement centrale. En variante, la batterie 2 pourrait être fixée dans un logement différent sous le véhicule automobile. L'agencement de liaison de cette batterie 2 sur le véhicule automobile permet d'abord d'établir une liaison électrique 5 entre la batterie 2 et le véhicule automobile 1, et particulièrement son moyen d'entraînement 4 électrique. Cette liaison électrique 5 peut comprendre deux câbles haute tension et un câble basse tension. Ensuite, cet agencement de liaison permet aussi de former un système de ventilation de la batterie 2, à partir d'un flux d'air 6 provenant du véhicule automobile, par exemple provenant d'un système de ventilation et/ou d'air conditionné du véhicule automobile, puis orienté vers la batterie du véhicule automobile au niveau de l'agencement de liaison, afin d'établir une circulation de l'air dans la batterie pour la refroidir avant une sortie d'air 7 dans sa zone arrière. La batterie 2 est amovible et prévue pour un échange rapide, automatisé, selon un mouvement vertical. Pour cela, l'agencement de liaison entre la batterie et le véhicule automobile est prévu pour répondre aux nombreuses contraintes suivantes : -il doit garantir l'étanchéité de la liaison, car l'eau, la boue ou la poussière endommagerait la batterie ; - il doit aussi assurer la résistance contre toutes les autres agressions comme le gravillonnage ; - il doit être adapté à un cycle d'opérations de montage/démontage très irrégulier, qui peut s'étendre de quelques heures à plusieurs mois ; -il est prévu pour un montage et démontage dans une direction verticale de la batterie ; - il est adapté pour de nombreuses opérations de montages/démontages de la batterie, de l'ordre de plusieurs milliers ; - il doit permettre une opération de montage ou démontage rapide d'une batterie, de l'ordre de quelques minutes ; - il doit être adapté à tous les véhicules et tenir compte des dispersions, tolérances de géométrie des différents composants du véhicule automobile et de l'agencement lui-même. L'agencement de liaison choisi dans le premier mode d'exécution est plus précisément représenté sur les figures 2 et 4, respectivement en configuration de fixation et de non fixation. L'agencement de liaison repose donc sur une première partie liée à la batterie 2 et se présentant comme une embase 10 rigide, en métal, plastique très rigide, ou en matériau hybride comportant un mélange de métal et de plastique, notamment un matériau plastique comporte un treillis interne en métal, s'étendant horizontalement vers l'avant de la batterie 2. Cette embase comprend un connecteur électrique 11, une entrée d'air 12 puis un conduit 13 pour la circulation de l'air vers la batterie 2 pour participer au système de ventilation de la batterie. Ensuite, l'agencement de liaison de la batterie comprend une seconde partie dite partie haute coopérant avec l'embase 10, qui comprend un connecteur électrique 21 à l'extrémité de la liaison électrique 5 du véhicule automobile, destiné à coopérer avec le connecteur électrique 11 de l'embase 10. Dans ce mode d'exécution choisi, le connecteur électrique 21 est un connecteur haute tension comprenant une ou plusieurs broches 23 mâles et le connecteur électrique 11 sur l'embase 10 comprend la partie femelle correspondante. De plus, cette partie haute de l'agencement comprend une arrivée d'air 22 de ventilation par laquelle débouche le flux 6 provenant du véhicule automobile, permettant de guider un flux d'air vers la zone 12 au niveau de l'embase 10 puis vers la batterie 2, au travers du conduit 13 aménagé dans l'embase 10 et mentionné précédemment. Cette arrivée d'air 22 se situe au niveau du tunnel du véhicule automobile. Dans ce premier mode d'exécution de l'invention, la partie haute de l'agencement de liaison, qui est reliée au véhicule automobile, se présente sous une cloche protectrice 20 en matériau plastique, qui coopère avec l'embase 10 pour former un boîtier fermé étanche et protecteur de la liaison. Dans sa configuration de fixation représentée sur les figures 1 et 2, la cloche protectrice 20 est fixée au plancher du véhicule de manière étanche par un joint d'étanchéité 8 fixe. De plus, l'étanchéité du boîtier est assurée par des joints complémentaires 14, 15, aménagés sur respectivement des marches différentes 16, 17 prévues sur le pourtour latéral de l'embase 10, comme cela est particulièrement visible sur la figure 5. Cette étanchéité présente des grands rayons de cintrage, supérieurs à 75 mm, pour permettre les opérations de montage/démontage automatiques, en absorbant les variations de tolérance, sans coller lors du démontage, même après une éventuelle longue période de fixation. L'introduction de la liaison électrique 5 au sein de la cloche protectrice 20 est effectuée par l'intermédiaire d'un joint à soufflet 24, ce qui permet d'assurer l'étanchéité tout en s'adaptant aux différents débattements du groupe motopropulseur du véhicule automobile. La liaison mécanique amovible entre les parties haute et basse de l'agencement de liaison de la batterie est obtenue par la combinaison d'un doigt d'ouverture 25 lié à la partie haute de l'agencement de liaison, qui coopère avec une trappe de fermeture 18 liée à l'embase 10 de manière mobile en translation verticale, sur laquelle agit un moyen élastique 19, consistant en des ressorts de poussée dans le mode d'exécution représenté, afin de remplir une fonction de rappel de la trappe de fermeture 18. Cet agencement de liaison combine donc avantageusement une embase métallique dans sa partie inférieure, qui peut être distincte de la batterie et liée à cette dernière par tout moyen ou faire partie intégrante d'un boîtier de la batterie, avec une partie haute liée au véhicule et se présentant sous un boîtier protecteur en matériau plastique. L'embase métallique est la plus exposée aux agressions du fait de son emplacement et remplit ainsi les fonctions suivantes : -elle renforce la zone avant du véhicule automobile, notamment au niveau du tunnel ; - elle protège les différents joints d'étanchéité 14, 15 des agressions par jet haute pression par exemple ; - elle garantit un bon positionnement du connecteur haute tension 11, qui est fixé librement dans les trois dimensions sur l'embase 10, afin de réussir facilement l'assemblage électrique de manière automatisée malgré les dispersions. Les figures 6 à 10 représentent un second mode d'exécution de l'invention dans lequel la partie haute de l'agencement de liaison de la batterie est séparée en deux sous-parties hautes distinctes, comprenant chacune respectivement un agencement pour l'arrivée électrique et un agencement pour la ventilation. Chaque sous-partie haute se fixe de manière amovible et indépendante sur une embase telle que décrite dans le mode d'exécution précédent. Ce mode d'exécution offre une grande souplesse pour la géométrie de l'agencement, comme cela va être détaillé ci-dessous. Les mêmes références seront utilisées pour désigner les éléments correspondant à ceux du premier mode d'exécution pour une raison de simplification de la description. Le conduit électrique de la liaison électrique 5 est positionné dans des conduits rétractables 34 dans un matériau souple et étanche, par exemple de type caoutchouc, qui permettent de remplir la fonction d'étanchéité et de s'adapter aux débattements du moteur, en garantissant ainsi une liaison électrique fiable. Ces conduits débouchent dans une cloche protectrice 40 simplifiée, de volume réduit car n'englobant que la connectique électrique 21, 11 de l'agencement de liaison. Cet ensemble représente une protection au plus près des composants électriques, formant comme une chaussette de protection. En parallèle, un conduit d'air 35 distinct est prévu, comprenant à son extrémité une liaison étanche 36 avec l'embase 10, par exemple au moyen d'un joint d'étanchéité. Cela permet de former une circulation d'air indépendante de la partie concernant la connexion électrique, évitant ainsi les pertes de charge du fait de la circulation d'air au travers d'autres éléments faisant obstacle. Les figures 9 et 10 illustrent deux variantes de réalisation du conduit d'air 35 qui peut présenter des formes légèrement différentes. Cette séparation de la partie haute de l'agencement en deux sous-parties permet ainsi d'optimiser la mise en oeuvre des deux fonctions électriques et de ventilation. Le reste des éléments de l'agencement reste similaire au premier mode d'exécution. L'invention porte aussi sur un procédé de montage/démontage d'une batterie sur un véhicule automobile, qui comprend les étapes essentielles suivantes : Déplacement relatif dans une direction verticale d'une embase 10 liée à la batterie par rapport à une partie supérieure d'agencement de liaison liée au véhicule automobile ; Connexion/déconnexion d'une liaison électrique entre deux connecteurs 11, 21 de respectivement l'embase 10 et la partie haute de l'agencement de liaison ; Connexion/déconnexion d'une liaison de ventilation 22, 12 vers la batterie 2 entre l'embase et la partie haute de l'agencement de liaison. L'invention porte aussi sur un système de remplacement de batterie et une station de remplacement utilisant un tel système, qui comprend un dispositif de levage et éventuellement de déplacement d'une batterie ainsi qu'un outil pour réaliser la fixation et la libération mécanique d'une batterie sur un véhicule automobile, tout en réalisant la connexion électrique et de ventilation par un agencement de liaison selon l'invention. On peut prévoir un système de levage non pourvu de fonction de déplacement et uniquement limité à une fonction de levage, c'est-à-dire au déplacement sensiblement vertical de la batterie. La fonction de déplacement sera alors obtenue par un système de déplacement distinct pouvant soit déplacer la batterie à monter soit le véhicule sur laquelle on souhaite monter la batterie. Pour cela, des rails de convoyage peuvent être prévus pour des déplacements dans une direction horizontale dans le but d'amener la batterie sous un véhicule automobile à la verticale de sa future position. La fixation et libération mécanique de la batterie peut être effectuée par tout moyen de liaison, de manière automatisée, par un robot ou un dispositif de type toolbox universel, comprenant des interfaces de liaison et des moyens motorisés pour mettre en oeuvre l'actionnement d'outils de fixation et libération.30 Revendications: 1. Embase (10) pour la liaison d'une batterie (2) sur un véhicule automobile (1), caractérisée en ce qu'elle comprend un connecteur électrique (11) adapté pour une connexion électrique dans une direction verticale et une entrée de ventilation (12) adaptée pour une connexion dans une direction verticale. 2. Embase (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comprend des éléments d'étanchéité (14, 15) sur sa surface supérieure pour recevoir la liaison d'au moins une partie haute complémentaire en assurant l'étanchéité de la liaison. 3. Embase (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux joints d'étanchéité (14, 15) disposés sur deux marches distinctes (16, 17). 4. Embase (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un conduit (13) pour conduire un flux d'air depuis l'entrée de ventilation (12) dans sa partie haute vers une sortie orientée dans une zone apte à ventiler une batterie (2). 5. Embase (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est en métal. 6. Batterie (2) de véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend une embase (10) selon l'une des revendications précédentes. 7. Agencement de liaison d'une batterie (2) sur un véhicule automobile (1), caractérisé en ce qu'il comprend une embase selon l'une des revendications1 à 5 et une partie haute comprenant une arrivée d'air (22) pour guider un flux d'air (6) provenant du véhicule automobile et un connecteur électrique (21) à l'extrémité d'une liaison électrique (5) provenant du véhicule automobile, cette arrivée d'air (22) étant apte à une connexion avec l'entrée d'air (12) de l'embase dans une direction verticale et ce connecteur électrique (21) étant apte à une connexion avec le connecteur électrique (11) de l'embase dans une direction verticale. 8. Agencement de liaison d'une batterie (2) sur un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la partie haute comprend une cloche protectrice (20) au sein de laquelle sont disposés l'arrivée d'air (22) et un conduit d'air vers l'entrée d'air de l'embase (12) et le connecteur électrique (21). 9. Agencement de liaison d'une batterie (2) sur un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la cloche protectrice (20) est liée de manière étanche au véhicule automobile par des joints d'étanchéité (8) dans sa partie supérieure et apte à une liaison étanche amovible avec l'embase (10) dans sa partie inférieure. 10. Agencement de liaison d'une batterie (2) sur un véhicule automobile selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la liaison électrique (5) est insérée au sein de la cloche protectrice (20) par l'intermédiaire d'un soufflet (24). 11. Agencement de liaison d'une batterie (2) sur un véhicule automobile selon la revendication 7, caractérisé en ce que la partie haute comprend un conduit (35) pour conduire un flux d'air de ventilation, apte à une liaison amovible étanche (36) avec l'embase (10) dans sa partie inférieure, et un conduit rétractable (34) dans un matériau souple et étanche de type caoutchouc, incluant la liaison électrique (5), se terminant par le connecteur(21) intégré dans une cloche protectrice (40) apte à une liaison amovible étanche avec l'embase (10) dans da partie inférieure. 12. Véhicule automobile comprenant une batterie (2) pour son entraînement (4) et un flux d'air de ventilation (6), caractérisé en ce que la batterie (2) est liée de manière amovible par un agencement de liaison selon l'une des revendications 7 à 11. 13. Système de remplacement d'une batterie d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de fixation et un dispositif de levage d'une batterie (2) apte à son montage/démontage sur un véhicule automobile (1) dans une direction verticale apte à effectuer une liaison de la batterie (2) avec un agencement de liaison de la batterie selon l'une des revendications 7 à 11. 14. Station de remplacement d'une batterie (2) d'alimentation d'un moteur d'entraînement (4) d'un véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend un système de remplacement selon la revendication précédente. 15. Procédé de montage/démontage d'une batterie (2) sur un véhicule automobile (1), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : ù déplacement relatif dans une direction verticale d'une embase (10) liée à la batterie (2) par rapport à une partie haute d'un agencement de liaison liée au véhicule automobile (1) ; ù connexion/déconnexion d'une liaison électrique entre deux connecteurs (11, 21) de respectivement l'embase (10) et la partie haute de l'agencement de liaison ; connexion/déconnexion d'une entrée de ventilation (12) vers la batterie (2) de respectivement l'embase (10) et un conduit d'air (22 ; 35) de la partie haute de l'agencement de liaison.