Brevet FR2982224A1 — publié le 20130510

STATION SEMI-AUTOMATIQUE D'ECHANGE DE BATTERIE DE TRACTION POUR VEHICULE ELECTRIQUE OU HYBRIDE La présente invention concerne une station semi-automatique 5 d'échange de batterie de traction. Elle s'applique notamment aux véhicules électriques ou hybrides. - Les véhicules électriques actuels, notamment ceux utilisant une batterie Lithium-ion (Li-ion) comme batterie de traction, ont encore une 10 autonomie limitée, en tous cas bien inférieure à l'autonomie de la plupart des véhicules thermiques. Il s'agit là d'un problème que la présente invention se propose de résoudre. Dans le but de résoudre ce problème d'autonomie, des stations d'échange de batterie pour fiacres électriques ont été mises en place dès la fin 15 du XlXème siècle aux Etats-Unis. Ces toutes premières « battery exchange stations » selon la terminologie anglo-saxonne sont décrites dans l'ouvrage de David A. Kirsch publié en 2000 et intitulé « The electric vehicle and the burden of History ». La cabine du fiacre était tout d'abord soulevée afin d'être séparée d'une plate-forme supportée par les roues et supportant elle-même le moteur 20 électrique et sa batterie. Puis, la batterie déchargée était elle-même soulevée et une batterie rechargée était déposée à sa place. Toutes ces opérations de manutention lourde impliquaient l'intervention de plusieurs opérateurs, qui soulevaient et déposaient la cabine du fiacre et les batteries grâce à des appareils de levage du type grue d'atelier ou palan. Un inconvénient majeur de 25 ces premières stations était l'absence d'automatisation, qui rendait le temps nécessaire à l'échange d'une batterie très variable selon le nombre et l'expérience des opérateurs disponibles. Il s'agit là encore d'un problème que la présente invention se propose de résoudre. Dans le but de résoudre ce problème de temps d'échange, des 30 stations d'échange rapide ont été proposées, comme la station décrite dans le brevet US 5,612,606 publié le 18 mars 1997, de sorte que le temps d'échange de la batterie d'un véhicule électrique devienne sensiblement équivalent au temps de remplissage du réservoir de carburant d'un véhicule thermique. Cette station rapide permet d'échanger rapidement la batterie d'un véhicule électrique comportant une batterie de traction amovible par le dessous du véhicule. Elle comporte des moyens d'alignement du véhicule par rapport à des moyens de levage de la batterie, ces moyens incluant des moyens de levage grossier permettant une première approche de la batterie sous le véhicule ainsi que des moyens de levage plus fins permettant un positionnement précis de la batterie sous le véhicule. Cette station rapide comporte également des moyens pour déplacer les batteries dans un sens ou dans l'autre entre la zone de levage et une zone de recharge. Un inconvénient majeur de cette station d'échange rapide complètement automatisée tient à ses coûts d'installation et de maintenance très élevés. En effet, ces coûts rendent la station difficile à amortir financièrement, notamment dans des pays en voie de développement ou dans des pays émergents où le parc automobile est restreint. Car dans ces pays, l'usage d'un véhicule automobile, qu'il soit thermique ou électrique, reste réservé à une fraction très favorisée de la population. De telles stations ne peuvent être amorties dans un délai raisonnable que dans des pays développés au parc automobile très étendu. Il s'agit là encore d'un problème que la présente invention se propose de résoudre. L'invention a notamment pour but de limiter les coûts d'installation et de maintenance de la station d'échange, de telle sorte qu'elle puisse être exploitée de manière rentable dans des pays en voie de développement et dans des pays émergents. Pour cela, un principe directeur de l'invention est d'aboutir à une station semi-automatique d'échange de batterie amovible par le dessous du véhicule ne nécessitant l'intervention que d'un seul opérateur. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif permettant à un opérateur d'échanger une batterie de traction déchargée d'un véhicule électrique ou hybride contre une batterie de traction rechargée. Le dispositif comporte, dans une zone d'échange, des moyens pour aligner le véhicule sur une cote de référence par rapport à la direction transversale au véhicule, des moyens pour aligner le véhicule sur une cote de référence par rapport à la direction longitudinale au véhicule, des moyens de levage du véhicule permettant de monter ou baisser le véhicule, des moyens pour immobiliser le véhicule en une position de référence par rapport à la direction verticale, des moyens de levage permettant de monter ou baisser des moyens pour déverrouiller la batterie déchargée du véhicule ou verrouiller la batterie rechargéeau véhicule. Les moyens pour immobiliser le véhicule en une position de référence par rapport à la direction verticale et les moyens de levage permettant de monter ou baisser des moyens pour déverrouiller ou verrouiller la batterie sont disposés sur un charriot d'échange apte à être installé en dessous du véhicule par l'opérateur. Le dispositif comporte en outre des moyens de manutention permettant à l'opérateur de transporter la batterie déchargée entre la zone d'échange et une zone de charge et/ou de transporter la batterie rechargée entre la zone de charge et la zone d'échange. Par exemple, les moyens de manutention peuvent inclure un charriot 15 de manutention à fourches. Avantageusement, le dispositif peut comporter des moyens pour suggérer à l'opérateur où installer le charriot d'échange en dessous du véhicule. Avantageusement, les moyens pour immobiliser le véhicule en une 20 position de référence par rapport à la direction verticale peuvent inclure une pluralité d'éléments de pilotage aptes à être accueillis par des éléments de guidage et d'appui disposés sous la caisse du véhicule. Avantageusement, les moyens de levage permettant de monter et baisser les moyens pour déverrouiller la batterie déchargée du véhicule ou 25 verrouiller la batterie rechargée au véhicule peuvent inclure une table élévatrice. Avantageusement, les moyens pour aligner le véhicule sur une cote de référence par rapport à la direction longitudinale au véhicule peuvent inclure au moins une paire de rouleaux dont les axes de rotation peuvent être orientés 30 suivant la direction transversale au véhicule, cette paire de rouleaux pouvant être apte à accueillir et stopper une roue du véhicule. Avantageusement, les moyens pour aligner le véhicule sur une cote de référence par rapport à la direction transversale au véhicule peuvent inclure deux rampes de guidage disposées de telle sorte que l'une d'entre elles au moins exerce une force de réaction sur une roue roulant entre les deux dites 5 rampes, ainsi que deux jeux de rouleaux dont les axes de rotation peuvent être orientés suivant la direction longitudinale au véhicule, les deux jeux de rouleaux pouvant être chacun apte à accueillir simultanément une des deux roues d'un même train du véhicule en roulage, l'une desdites deux roues roulant entre les deux rampes de guidage, chacun des deux jeux de rouleaux pouvant autoriser 10 le glissement de la roue qu'il accueille suivant une direction transversale au véhicule jusqu'à une cote de référence par rapport à la direction transversale sous l'effet de la force de réaction exercée sur la roue roulant entre les deux dites rampes de guidage. Avantageusement, les moyens de levage du véhicule peuvent 15 incluere un pont élévateur comportant au moins deux colonnes. L'invention a également pour objet un procédé permettant à un opérateur d'enlever une batterie de traction déchargée d'un véhicule électrique ou hybride et de la mettre en charge. Le procédé comporte une étape 20 d'alignement du véhicule sur une cote de référence par rapport à la direction transversale au véhicule. Il comporte également une étape d'alignement du véhicule sur une cote de référence par rapport à la direction longitudinale au véhicule. Il comporte également une étape de levage du véhicule par des moyens de levage. Il comporte également une étape de baisse du véhicule par 25 les moyens de levage, de manière à faire collaborer le véhicule avec des moyens pour immobiliser le véhicule en une position de référence par rapport à la direction verticale. Il comporte également une étape de montée par des moyens de levage de moyens pour déverrouiller la batterie déchargée. Il comporte également une étape de déverrouillage de la batterie déchargée par 30 les moyens pour déverrouiller. Le procédé comporte en outre une étape d'installation en dessous du véhicule par l'opérateur d'un chariot d'échange supportant les moyens pour immobiliser le véhicule en la position de référence par rapport à la direction verticale et les moyens de levage des moyens pour déverrouiller la batterie déchargée, ainsi qu'une étape de transport de la batterie déchargée par utilisation de moyens de manutention par l'opérateur vers une zone de charge. L'invention a également pour objet un procédé permettant à un opérateur d'installer une batterie de traction rechargée dans un véhicule électrique ou hybride. Le procédé comporte une étape de transport de la batterie rechargée depuis une zone de charge afin de la déposer sur des moyens pour verrouiller ladite batterie. Il comporte également une étape de montée par des moyens de levage de moyens pour verrouiller la batterie rechargée et de ladite batterie. Il comporte également une étape de verrouillage de la batterie rechargée par les moyens pour verrouiller. Il comporte également une étape de baisse par les moyens de levage des moyens pour verrouiller. Il comporte également une étape de montée du véhicule par les moyens de levage, de manière à libérer le véhicule de moyens pour immobiliser ledit véhicule en une position de référence par rapport à la direction verticale. Il comporte également une étape de baisse du véhicule par les moyens de levage. Le procédé comporte en outre une étape de retrait par l'opérateur d'un charriot d'échange disposé en dessous du véhicule, ce charriot d'échange supportant les moyens pour immobiliser le véhicule en la position de référence par rapport à la direction verticale et les moyens de levage des moyens pour verrouiller la batterie chargée. L'étape de transport de la batterie est réalisée par utilisation de moyens de manutention par l'opérateur. La présente invention a encore pour principal avantage qu'elle n'exige pas de qualification particulière de son unique l'opérateur, qui peut être formé en quelques heures seulement à l'exploitation d'une station d'échange selon l'invention. Cela s'avère particulièrement avantageux dans les pays en voie de développement ou émergents, dans lesquels la main d'oeuvre en quête d'emploi est très majoritairement peu ou pas qualifiée du tout. Enfin et surtout, une station d'échange selon l'invention n'est jamais destructrice d'emploi dans 2 9 8222 4 6 un ces pays. En effet, soit le pompiste déjà employé doit être reconverti en opérateur de station d'échange selon l'invention, soit il faut embaucher un ' opérateur. 5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : les figures 1 et 2, par des vues schématiques d'ensemble, un exemple de station selon l'invention : 10 les figures 3a, 3b, 3c, 4a, 4b, 4c, 5a, 5b et 5c, par des vue schématiques de profil, un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Les figures 1 et 2 illustrent schématiquement un exemple de station 15 d'échange selon l'invention, comportant une zone 1 de stockage ayant sensiblement 6 mètres en largeur et 7 mètres en longueur, de manière à accueillir quatre postes de charge 11, 12, 13 et 14 pouvant recharger simultanément quatre batteries de traction 111, 112, 113 et 114 respectivement. La station d'échange comporte également une zone 2 20 d'échange ayant sensiblement la surface d'un véhicule automobile 3 dont la batterie déchargée 113 est amovible par le dessous. Dans la zone 2 d'échange est disposé un pont élévateur 21 comportant deux colonnes 211 et 213 ayant chacune deux bras de levage en regard l'un de l'autre. Un charriot de manutention à fourches 115 permet par exemple de transporter la batterie 113, 25 ainsi que n'importe laquelle des autres batteries 111, 112 et 114, entre la zone 2 d'échange et le poste de charge 13 dans un sens ou dans l'autre. Deux jeux de rouleaux 221 dont les axes de rotation sont orientés suivant une direction X longitudinale au véhicule 3 sont chacun apte à accueillir dans un premier temps l'une des deux roues arrières du véhicule 3 en roulage 30 en marche arrière, l'une desdites deux roues arrière roulant entre deux rampes de guidage 220. Les deux rampes de guidage 220 sont disposées de telle sorte que l'une d'entre elles au moins exerce une force de réaction sur la roue roulant entre les deux rampes 220. Les jeux de rouleaux 221 autorisent alors le glissement des roues arrières suivant une direction Y transversale au véhicule 3 jusqu'à une cote de référence par rapport à la direction Y sous l'effet de cette force de réaction. En fait, les deux rampes de guidage 220 collaborent avec les jeux de rouleaux 221 pour former un dispositif du type « rolling correlator » selon l'expression anglo-saxonne. Les jeux de rouleaux 221 sont aptes à accueillir dans un deuxième temps les roues avants du véhicule 3 et à les aligner de la même manière sur cette cote de référence par rapport à la direction Y jusqu'à l'arrêt du véhicule 3, dès lors que deux paires de rouleaux 219 dont les axes de rotation sont orientés suivant la direction Y transversale au véhicule 3 accueillent et supportent chacune une des roues arrières du véhicule 3, stoppant automatiquement la progression de celui-ci à une cote de référence par rapport à la direction X longitudinale audit véhicule 3. Une fois le véhicule 3 immobilisé en une position de référence selon les directions Y et X, le pont élévateur 21 lève le véhicule 3 par l'intermédiaire de ses colonnes 211 et 213 dont les bras de levage peuvent être mis en appui sur des zones d'appui sous le véhicule 3, les zones d'appui de cric par exemple. Après qu'un charriot d'échange 26 monté sur trois roues ait été roulé sous le véhicule 3, le pont élévateur baisse le véhicule 3 qui vient se poser sur quatre éléments de pilotage 25 supportés par le chariot d'échange 26. Les éléments de pilotage 25 étant accueillis par des éléments de guidage et d'appui disposés sous la caisse du véhicule 3, de manière à immobiliser le véhicule 3 25 dans une position sensiblement horizontale à une cote de référence par rapport à une direction verticale Z. Puisqu'ils sont disposés sous la caisse du véhicule 3, les éléments de guidage et d'appui ne sont pas visibles sur les présentes figures. Dans le présent exemple de réalisation, le charriot de manutention à fourches 115 permet de déposer la batterie 113 déchargée sur un outil 23 ou de 30 l'enlever de cet outil 23. L'outil 23 est un outil dédié permettant de verrouiller ou de déverrouiller les batteries 111, 112, 113 et 114 du véhicule 3. Il est supporté par une table élévatrice 24 elle aussi supportée par le charriot d'échange 26. Les figures 3a, 3b, 3c, 4a, 4b, 4c, 5a, 5b et 5c illustrent un exemple de procédé selon l'invention pour échanger la batterie du véhicule 3. Comme illustré par la figure 3a, le véhicule 3 recule d'abord de manière à faire passer successivement sa roue arrière gauche puis sa roue avant gauche entre les rampes de guidage 220, ses deux roues arrières puis ses deux roues avant glissant successivement sur les jeux de rouleaux 221 selon la direction Y jusqu'à la cote de référence par rapport à Y. Puis, les paires de rouleaux 219 stoppent automatiquement le véhicule 3 par l'intermédiaire de ses deux roues arrières à la cote de référence par rapport à la direction X. Puis, le pont élévateur 21 lève le véhicule 3 jusqu'à une hauteur permettant à un opérateur, non représenté sur les figures, de faire rouler le charriot d'échange 26 pour l'amener sous le véhicule 3, par exemple en une position suggérée par des marques peintes au sol. Par exemple, ces marques peuvent suggérer l'emplacement de chacune des roues du charriot d'échange 26. Puis, comme illustré par la figure 3b, le pont élévateur 21 baisse le véhicule 3 jusqu'à ce que les quatre éléments de pilotage 25 viennent en appui contre les éléments de guidage et d'appui situés sous le véhicule 3, ces derniers éléments n'étant pas représentés sur les figures, immobilisant ainsi le véhicule 3 en une position sensiblement horizontale à une cote de référence par rapport à la direction Z. Puis, comme illustré par la figure 3c, la table élévatrice 24 monte l'outil 23 jusqu'à mettre celui-ci en appui contre des éléments de guidage et d'appui disposés sous la batterie 113, ces derniers éléments de guidage et d'appui n'étant pas non plus représentés sur les figures, la batterie 113 étant la batterie presque déchargée montée sur le véhicule 3 dans le présent exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Puis, comme suggéré par la figure 4a, des mécanisme de déverrouillage automatique de l'outil 23, ces mécanismes ne faisant pas l'objet de la présente demande, sont mis en oeuvre de manière à libérer la batterie 113 du véhicule 3. Des exemples de réalisation de l'outil 23 sont par exemple donnés dans la demande internationale WO 2011/058256 Al déposée par la demanderesse. Puis, comme illustré par la figure 4b, la table élévatrice 24 descend l'outil 23 supportant la batterie 113. Puis, comme illustré par la figure 4c, le charriot de manutention à fourches 115 vient enlever l'outil 23 supportant la batterie déchargée 113 de la table de levage 24. Puis, comme suggéré par la figure 5a, le charriot de manutention à fourches 115 ramène l'outil 23 supportant cette fois la batterie rechargée 114 pour la déposer sur la table 24. Puis, comme illustré par la figure 5b, la table élévatrice 24 lève l'outil 23 supportant la batterie 114 jusqu'à venir mettre la batterie 114 en appui contre des éléments de guidage, d'appui et de verrouillage situés sous le véhicule 3, ces derniers éléments n'étant pas non plus représentés sur les figures. Comme suggéré par la figure 5b, des mécanismes de verrouillage automatique de l'outil 23, ces mécanismes ne faisant pas l'objet de la présente demande, sont alors mis en oeuvre de manière à solidariser la batterie 114 et le véhicule 3. Puis, la table élévatrice 24 baisse l'outil 23, le pont élévateur 21 lève le véhicule 3 de manière à le libérer des éléments de pilotage 25, de sorte que l'opérateur peut retirer manuellement le charriot d'échange 26 en le faisant rouler. Comme suggéré par la figure 5c, le pont élévateur 21 redescent le véhicule 3 au sol, le véhicule 3 pouvant quitter la station d'échange avec une autonomie maximum. REVENDICATIONS1. Dispositif permettant à un opérateur d'échanger une batterie de traction déchargée (113) d'un véhicule électrique ou hybride (3) contre une batterie de traction rechargée (114), le dispositif comportant dans une zone (2) d'échange : - des moyens (220, 221) pour aligner le véhicule sur une cote de référence par rapport à la direction transversale (Y) au véhicule ; - des moyens (219) pour aligner le véhicule sur une cote de référence par rapport à la direction longitudinale (X) au véhicule des moyens de levage (21) du véhicule permettant de monter ou baisser le véhicule ; - des moyens (25) pour immobiliser le véhicule en une position de référence par rapport à la direction verticale (Z) ; - des moyens de levage (24) permettant de monter ou baisser des moyens (23) pour déverrouiller la batterie déchargée (113) du véhicule ou verrouiller la batterie rechargée (114) au véhicule ; le dispositif étant caractérisé en ce que : - les moyens (25) pour immobiliser le véhicule en une position de référence par rapport à la direction verticale (Z) et les moyens de levage (24) permettant de monter ou baisser des moyens (23) pour déverrouiller ou verrouiller la batterie sont disposés sur un charriot d'échange (26) apte à être installé en dessous du véhicule (3) par l'opérateur ; - il comporte des moyens de manutention (115) permettant à l'opérateur de transporter la batterie déchargée (113) entre la zone (2) d'échange et une zone (1) de charge et/ou de transporter la batterie rechargée (114) entre la zone de charge et la zone d'échange. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (115) de manutention incluent un charriot de manutention à fourches. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour suggérer à l'opérateur où installer le charriot d'échange (26) en dessous du véhicule (3). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour immobiliser le véhicule en une position de référence par rapport à la direction verticale (Z) incluent une pluralité d'éléments de pilotage (25) aptes à être accueillis par des éléments de guidage et d'appui disposés sous la caisse du véhicule (3). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de levage (24) permettant de monter et baisser les moyens (23) pour déverrouiller la batterie déchargée (113) du véhicule ou verrouiller la batterie rechargée (114) au véhicule incluent une table élévatrice (24). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (219) pour aligner le véhicule sur une cote de référence par rapport à la direction longitudinale (X) au véhicule incluent au moins une paire de rouleaux dont les axes de rotation sont orientés suivant la direction transversale (Y) au véhicule, cette paire de rouleaux étant apte à accueillir et stopper une roue du véhicule (3). 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour aligner le véhicule sur une cote de référence par rapport à la direction transversale (Y) au véhicule (3) incluent deux rampes de guidage (220) disposées de telle sorte que l'une d'entre elles au moins exerce une force de réaction sur une roue roulant entre les deux dites rampes, ainsi que deux jeux de rouleaux (221) dont les axes de rotation sont orientés suivant la direction longitudinale (X) au véhicule (3), les deux jeux de rouleaux étant chacun apte à accueillir simultanément une des deux roues d'un même train du véhicule (3) en roulage, l'une desdites deux roues roulant entre les deux rampes de guidage (220), chacun des deux jeux de rouleaux (221)autorisant le glissement de la roue qu'il accueille suivant une direction transversale (Y) au véhicule jusqu'à une cote de référence par rapport à la direction transversale (Y) sous l'effet de la force de réaction exercée sur la roue roulant entre les deux dites rampes de guidage. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de levage (21) du véhicule (3) incluent un pont élévateur comportant au moins deux colonnes (211, 213). 9. Procédé permettant à un opérateur d'enlever une batterie de traction déchargée (113) d'un véhicule électrique ou hybride (3) et de la mettre en charge, le procédé comportant : une étape d'alignement du véhicule sur une cote de référence par rapport à la direction transversale (Y) au véhicule ; - une étape d'alignement du véhicule sur une cote de référence par rapport à la direction longitudinale (X) au véhicule ; - une étape de levage du véhicule (3) par des moyens de levage (21) ; une étape de baisse du véhicule par les moyens de levage (21), de manière à faire collaborer le véhicule avec des moyens pour immobiliser le véhicule en une position de référence par rapport à la direction verticale (Z) ; - une étape de montée par des moyens de levage (24) de moyens (23) pour déverrouiller la batterie déchargée (113) ; - une étape de déverrouillage de la batterie déchargée (113) par les moyens (23) pour déverrouiller ; le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - une étape d'installation en dessous du véhicule (3) par l'opérateur d'un chariot d'échange (26) supportant les moyens pour immobiliser le véhicule en la position de référence par rapport à la direction verticale (Z) et les moyens de levage (24) des moyens (23) pour déverrouiller la batterie déchargée (113) ;- une étape de transport de la batterie déchargée (113) par utilisation de moyens de manutention (115) par l'opérateur vers une zone (1) de charge. 10.Procédé permettant à un opérateur d'installer une batterie de traction rechargée (114) dans un véhicule électrique ou hybride (3), le procédé comportant : - une étape de transport de la batterie rechargée (114) depuis une zone de charge (1) afin de la déposer sur des moyens (23) pour verrouiller ladite batterie ; - une étape de montée par des moyens de levage (24) de moyens (23) pour verrouiller la batterie rechargée (114) et de ladite batterie (114) ; - une étape de verrouillage de la batterie rechargée (114) par les moyens (23) pour verrouiller ; une étape de baisse par les moyens de levage (24) des moyens (23) pour verrouiller ; une étape de montée du véhicule par les moyens de levage (21), de manière à libérer le véhicule de moyens pour immobiliser ledit véhicule en une position de référence par rapport à la direction verticale (Z) ; - une étape de baisse du véhicule (3) par les moyens de levage (21) ; le procédé étant caractérisé en ce que : - il comporte en outre une étape de retrait par l'opérateur d'un charriot d'échange (26) disposé en dessous du véhicule (3), ce charriot d'échange supportant les moyens pour immobiliser le véhicule en la position de référence par rapport à la direction verticale (Z) et les moyens de levage (24) des moyens (23) pour verrouiller la batterie chargée (114) ; - l'étape de transport de la batterie est réalisée par utilisation de moyens de manutention (115) par l'opérateur.