Brevet FR2982223A1 — 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 une fosse dans laquelle sont disposés des moyens de levage du véhicule permettant de monter ou baisser le véhicule. Ces moyens de levage comportent des moyens pour immobiliser le véhicule en une position de référence par rapport à la direction longitudinale au véhicule et des moyens pour immobiliser le véhicule en une position de référence par rapport à la direction transversale au véhicule (Y). Dans la fosse sont également disposés des moyens pour immobiliser le véhicule en une position de référence par rapport à la direction verticale et des moyens de levage permettant de monter et baisser des moyens pour déverrouiller la batterie déchargée du véhicule ou verrouiller la batterie rechargéeau véhicule. Hors de la fosse, le dispositif comporte des moyens d'accès par le véhicule aux moyens de levage dudit véhicule. Le dispositif comporte en outre, hors de la fosse, des moyens de manutention permettant à l'opérateur de transporter la batterie déchargée entre le dessus de la fosse et une zone de charge et/ou de transporter la batterie rechargée entre la zone de charge et le dessus de la fosse. Avantageusement, la fosse peut avoir une profondeur inférieure ou égale à 1,5 mètre. Par exemple, les moyens de levage peuvent inclure un pont élévateur comportant une pluralité de colonnes et deux rampes de support horizontales aptes à supporter le véhicule à l'arrêt. Avantageusement, les moyens pour immobiliser le véhicule en une position de référence par rapport à la direction longitudinale au véhicule peuvent inclure au moins une paire de rouleaux à chaussettes dont les axes de rotation sont orientés suivant la direction transversale au véhicule, ces rouleaux pouvant être aptes à accueillir et stopper une roue arrière du véhicule lorsque ladite roue arrière roule sur une des deux rampes de support horizontales. Avantageusement, les moyens pour immobiliser le véhicule en une position de référence par rapport à la direction transversale au véhicule peuvent inclure la paire de rouleaux à chaussettes, une rampe manuelle d'alignement pouvant comporter une poignée de tirage disposée de manière à tirer le véhicule suivant la direction transversale au véhicule et une butée d'appui contre l'intérieur des roues disposée suivant la direction longitudinale au véhicule, ainsi que des rouleaux dont les axes de rotation peuvent être orientés suivant la direction longitudinale au véhicule, ces rouleaux pouvant être aptes à accueillir les roues avant du véhicule. Avantageusement, les moyens pour immobiliser le véhicule en une 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 verrouiller la batterie rechargée au véhicule peuvent inclure une table élévatrice. Avantageusement, les moyens d'accès par le véhicule aux moyens 10 de levage dudit véhicule peuvent inclure deux rampes d'accès inclinées. Avantageusement, les moyens de manutention peuvent inclure un chariot de manutention à fourches. L'invention a également pour objet un procédé permettant à un 15 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 d'accès par le véhicule à des moyens de levage permettant de monter ou baisser ledit véhicule, ces moyens de levage étant disposés dans une fosse. Il comporte également une étape d'immobilisation du véhicule sur les moyens de levage 20 dudit véhicule en une position de référence par rapport à la direction longitudinale au véhicule et en une position de référence par rapport à la direction transversaleau véhicule. Il comporte aussi une étape de baisse du véhicule par les moyens de levage, de manière à faire collaborer le véhicule avec des moyens pour immobiliser le véhicule en une position de référence par 25 rapport à la direction verticale. Il comporte aussi une étape de montée par des moyens de levage de moyens pour déverrouiller la batterie déchargée. Il comporte aussi une étape de déverrouillage de la batterie déchargée par les moyens pour déverrouiller. Le procédé comporte en outre une étape de baisse jusqu'à une hauteur sensiblement égale au dessus de la fosse par les moyens 30 de levage des moyens pour déverrouiller la batterie déchargée, alors que lesdits moyens pour déverrouiller supportent ladite batterie. Le procédé comporte en outre une étape de transport de la batterie déchargée par utilisation de moyens de manutention par l'opérateur entre le dessus de la fosse et 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 entre une zone de charge et une fosse dans laquelle sont disposés des moyens de levage permettant de monter ou baisser le véhicule. Le procédé comporte également une étape de montée, par des moyens de levage également disposés dans la fosse, de moyens pour verrouiller la batterie rechargée, ces moyens étant également disposés dans la fosse (2) et de ladite batterie. Le procédé comporte également une étape de verrouillage de la batterie rechargée par les moyens pour verrouiller. Le procédé comporte également une étape de baisse par les moyens de levage des moyens pour verrouiller. Le procédé 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. Le procédé comporte également une étape d'évacuation par le véhicule des moyens de levage. L'étape de transport de la batterie est réalisée par utilisation de moyens de manutention par l'opérateur, de manière à transporter la batterie sensiblement au dessus de la fosse. 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 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. 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 : les figures 3a, 3b, 3c, 3d, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b, 5c, 5d, 6a, 6b, 6c et 6d, 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 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 fosse 2 adjacente à la zone de stockage 1, la fosse 2 ayant sensiblement 4 mètres en largeur et 5 mètres en longueur, de manière à accueillir un pont élévateur 21 comportant notamment quatre colonnes 211, 212, 213 et 214, ainsi que deux rampes de support horizontales 215 et 216 aptes à supporter à l'arrêt un véhicule automobile 3 dont la batterie déchargée 113 est amovible par le dessous. Un chariot de manutention à fourches 115 permet par exemple de transporter la batterie 113, ainsi que n'importe laquelle des autres batteries 111, 112 et 114, entre la fosse 2 et le poste de charge 13 dans un sens ou dans l'autre. Avantageusement, la fosse 2 est de profondeur réduite à 1,5 mètre maximum, ce qui permet une réduction drastique du coût d'installation de la station. Les colonnes 211, 212, 213 et 214 du pont élévateur 21 n'étant situées dans la fosse 2 que jusqu'à moins de la moitié de leur hauteur seulement, le véhicule 3 n'est situé qu'entre 1,5 et 2 mètres du niveau sol seulement lorsque le pont élévateur 21 est en position haute. A cette position haute du pont 21, les rampes de support horizontales 215 et 216 sont accessibles au véhicule 3 via deux rampes d'accès inclinées 217 et 218 respectivement aptes à supporter en roulage le véhicule 3. Chacune des rampes de sup,port horizontales 215 et 216 est équipée d'une paire de rouleaux 219 dont les axes de rotation sont orientés suivant une direction Y transversale au véhicule 3. Chacune des paires de rouleaux 219 est apte à accueillir et supporter une des roues arrières du véhicule 3 afin de stopper automatiquement la progression de celui-ci sur les rampes 215 et 216 dans une position de référence par rapport à une direction X longitudinale au véhicule 3. Les rouleaux 219 sont des rouleaux à chaussettes, c'est-à-dire qu'ils sont montés fous sur leurs axes de rotation respectifs, ces axes étant plus longs que les rouleaux eux-mêmes, de manière à autoriser un io déplacement suivant la direction Y des paires de rouleaux 219 et du véhicule 3 qu'elles supportent. Ainsi, lorsqu'une force est appliquée au véhicule 3 suivant la direction Y par l'intermédiaire d'une rampe manuelle d'alignement 220 comportant une poignée de tirage manuel disposée suivant la direction Y et une butée d'appui contre l'intérieur des roues disposée suivant la direction X, le 15 véhicule 3 est entraîné en mouvement suivant la direction Y. Des rouleaux 221 dont les axes de rotation sont orientés suivant la direction X sont aptes à accueillir les roues avants du véhicule 3 et autorisent leur glissement suivant la direction Y jusqu'à une position de référence. En position basse du pont élévateur 21, le véhicule 3 vient se poser sur quatre éléments de pilotage 25 20 supportés par un chariot 26 disposé au fond de la fosse 2, 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 dans une position sensiblement horizontale de référence par rapport à une direction verticale Z. Puisqu'ils sont disposés sous la caisse du véhicule 3, les éléments 25 de guidage et d'appui ne sont pas visibles sur les présentes figures. Dans le présent exemple de réalisation, le chariot de manutention à fourches 115 permet de déposer la batterie 111, 112, 113 ou 114 sur un outil 23 ou de l'enlever de cet outil 23. L'outil 23 est un outil dédié permettant de verrouiller ou de déverrouiller la batterie 111, 112, 113 ou 114 du véhicule 3. Il est supporté 30 par une table élévatrice 24 elle aussi supportée par le chariot 26 disposé au fond de la fosse 2. L'outil 23 et la table élévatrice 24 sont disposés sur le chariot 26 de telle sorte qu'ils passent entre les rampes de support horizontales 215 et 216 lorsque le pont élévateur 21 est en position basse. Les figures 3a, 3b, 3c, 3d, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b, 5c, 5d, 6a, 6b, 6c et 5 6d illustrent un exemple de procédé selon l'invention pour échanger la batterie du véhicule 3. Comme illustré par la figure 3a, le véhicule 3 monte d'abord en marche arrière sur les rampes d'accès inclinées 217 et 218. Puis, comme illustré par la figure 3b, il accède aux rampes de support 215 et 216 où les 10 paires de rouleaux 219 le stoppent automatiquement dans la position de référence par rapport à la direction X. Puis, un opérateur non représenté sur les figures tire manuellement la poignée de tirage de la rampe d'alignement 220, dont la butée vient alors appuyer quasiment simultanément contre l'intérieur de la roue avant gauche et contre l'intérieur de la roue arrière gauche du véhicule 15 3, qui glisse alors sur les mécanismes de chaussette des paires de rouleaux 219 et sur les rouleaux 221 avant de s'immobiliser en la position de référence par rapport à la direction Y. Puis, comme illustré par la figure 3c, le pont élévateur 21 descend le véhicule 3 jusqu'à ce que les quatre éléments pilotes 25 viennent en appui contre les éléments de guidage et d'appui situés sous le 20 véhicule 3, ces derniers éléments n'étant pas représentés sur les figures, immobilisant ainsi le véhicule 3 en une position sensiblement horizontale de référence par rapport à la direction Z. Puis, comme illustré par la figure 4a, la table élévatrice 24 monte l'outil 23 jusqu'à venir mettre celui-ci en appui contre des éléments de guidage et d'appui disposés sous la batterie 113, ces derniers 25 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 4b, des mécanisme de déverrouillage automatique de l'outil 23, ces mécanismes ne faisant pas l'objet 30 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 4c, la table élévatrice 24 descend l'outil 23 supportant la batterie 113 jusqu'à ce que l'outil 23 soit sensiblement à la hauteur du sol. Puis, comme illustré par la figure 5a, le chariot de manutention à fourches 115 vient enlever la batterie déchargée 113 de l'outil 23. Puis, comme illustré par la figure 5b, le chariot de manutention à fourches 115 amène la batterie rechargée 114 pour la déposer sur l'outil 23. Puis, comme illustré par la figure 5c, la table élévatrice 24 monte 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. Puis, comme suggéré par la figure 6a, des mécanismes de verrouillage automatique de l'outil 23, ces mécanismes ne faisant pas l'objet de la présente demande, sont mis en oeuvre de manière à solidariser la batterie 114 et le véhicule 3. Puis, comme illustré par la figure 6b, la table élévatrice 24 redescend l'outil 23 sensiblement au niveau du sol et le pont élévateur 21 remonte le véhicule 3 de manière à mettre les rampes de support 215 et 216 au niveau des rampes d'accès 217 et 218. Enfin, comme suggéré par la figure 6c, le véhicule 3 descend sur les rampes d'accès 217 et 218 et quitte la station d'échange avec une autonomie maximum.20 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 : - une fosse (2), dans laquelle sont disposés : o des moyens de levage (21) du véhicule permettant de monter ou baisser le véhicule, ces moyens de levage comportant : ^ des moyens (219) pour immobiliser le véhicule en une position de référence par rapport à la direction longitudinale au véhicule (X) ; ^ des moyens (219, 220, 221) pour immobiliser le véhicule en une position de référence par rapport à la direction transversale au véhicule (Y) ; o des moyens pour immobiliser le véhicule en une position de référence par rapport à la direction verticale (Z) ; o des moyens de levage (24) permettant de monter et baisser des moyens (23) pour déverrouiller la batterie déchargée (113) du véhicule ou verrouiller la batterie rechargée (114) au véhicule ; hors de la fosse, des moyens (217, 218) d'accès par le véhicule aux moyens de levage (21) dudit véhicule ; le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre, hors de la fosse, des moyens de manutention (115) permettant à l'opérateur de transporter la batterie déchargée (113) entre le dessus de la fosse (2) et une zone (1) de charge et/ou de transporter la batterie rechargée (114) entre la zone de charge et le dessus de la fosse. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fosse a une profondeur inférieure ou égale à 1,5 mètre. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de levage (21) incluent un pont élévateur comportant : - une pluralité de colonnes (211, 212, 213, 214) ; - deux rampes de support horizontales (215, 216) aptes à supporter le véhicule (3) à l'arrêt. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens (219) pour immobiliser le véhicule en une position de référence par rapport à la direction longitudinale au véhicule (X) incluent au moins une paire de rouleaux à chaussettes dont les axes de rotation sont orientés suivant la direction transversale au véhicule (Y), ces rouleaux étant aptes à accueillir et stopper une roue arrière du véhicule (3) lorsque ladite roue arrière roule sur une des deux rampes de support horizontales (215, 216). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens (219, 220, 221) pour immobiliser le véhicule en une position de référence par rapport à la direction transversale au véhicule (Y) incluent : la paire de rouleaux à chaussettes ; une rampe manuelle d'alignement comportant : o une poignée de tirage disposée de manière à tirer le véhicule suivant la direction transversale au véhicule (Y) ; o une butée d'appui contre l'intérieur des roues disposée suivant la direction longitudinale au véhicule (X) ; des rouleaux dont les axes de rotation sont orientés suivant la direction longitudinale au véhicule (X), ces rouleaux étant aptes à accueillir les roues avant du véhicule (3). 6. 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). 7. 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. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (217, 218) d'accès par le véhicule aux moyens de levage (21) dudit véhicule incluent deux rampes d'accès inclinées. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (115) de manutention incluent un chariot de manutention à fourches. 10. 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'accès par le véhicule à des moyens de levage (21) permettant de monter ou baisser ledit véhicule, ces moyens de levage étant disposés dans une fosse (2) ; une étape d'immobilisation du véhicule sur les moyens de levage (21) dudit véhicule en une position de référence par rapport à la direction longitudinale (X) au véhicule et en une position de référence par rapport à la direction transversale (Y) au véhicule ; - 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 de baisse jusqu'à une hauteur sensiblement égale au dessus de la fosse par les moyens de levage (24) des moyens (23)pour déverrouiller la batterie déchargée (113), alors que lesdits moyens (23) pour déverrouiller supportent ladite batterie (113) ; une étape de transport de la batterie déchargée (113) par utilisation de moyens de manutention (115) par l'opérateur entre le dessus de la fosse (2) et une zone de charge (1). 11 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) entre une zone de charge (1) et une fosse (2) dans laquelle sont disposés des moyens de levage (21) permettant de monter ou baisser le véhicule ; - une étape de montée par des moyens de levage (24) également disposés dans la fosse (2) : o de moyens (23) pour verrouiller la batterie rechargée (114), ces moyens étant également disposés dans la fosse (2) et ; o 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 d'évacuation par le véhicule des moyens de levage (21) ; le procédé étant caractérisé en ce que : - l'étape de transport de la batterie est réalisée par utilisation de moyens de manutention (115) par l'opérateur, de manière à transporter la batterie sensiblement au dessus de la fosse (2).