IT201800001428A1 - Metodo, apparato e stazione, di scambio di batterie elettriche per alimentare propulsori di veicoli - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

METODO, APPARATO E STAZIONE, DI SCAMBIO DI BATTERIE ELETTRICHE PER ALIMENTARE PROPULSORI DI VEICOLI

Il presente trovato si riferisce ai sistemi di scambio di batterie elettriche per alimentare propulsori elettrici di veicoli.

Nel settore dell’autotrazione con propulsori elettrici per effettuare la ricarica energetica delle batterie elettriche la metodica attualmente più usata è quella di sostituire fisicamente l'intera dotazione di batterie esaurite del veicolo, con una equivalente dotazione di batterie già precaricate; tutto ciò in sostituzione della metodica più usata in passato che prevedeva di eseguire la ricarica delle battere esaurite direttamente a bordo macchina attendendo il completamento del processo di carica prima che il veicolo potesse riprendere la marcia.

Il più recente approccio, infatti si è rivelato vantaggioso per molteplici aspetti. Infatti, in primo luogo, con la sostituzione fisica delle batterie esaurite il fermo macchina necessario per il ripristino della dotazione energetica del veicolo diviene enormemente più breve: sono sufficienti solo alcuni minuti per effettuare la sostituzione dell'intera dotazione di batterie piuttosto che dover attendere alcune ore affinché il ciclo di ricarica eseguito a bordo macchina avesse a completarsi.

Un ulteriore vantaggio è rappresentato dal fatto che con lo scambio delle batterie la proprietà delle batterie non viene più a far parte della proprietà dell'intero veicolo. Poiché il costo delle batterie è molto elevato, essendo dell'ordine del 60% del costo dell'intero veicolo, un tale approccio consente al proprietario del mezzo di dover sostenere il costo delle sole ricariche elettriche, senza dover acquisire anche la proprietà delle batterie. Ciò consente una significativa riduzione del costo di acquisto del veicolo ed un forte incentivo alla diffusione della propulsione elettrica.

Un altro vantaggio, collegato alla sostituzione fisica della intera dotazione di batterie, è ravvisabile nel fatto che la ricarica delle batterie esaurite può essere vantaggiosamente eseguita nei giorni e nelle ore della giornata durante i quali il costo dell'energia elettrica è più basso, come accade notoriamente di notte, o nei giorni festivi in cui la domanda di energia elettrica è minore e, conseguentemente minore il prezzo di acquisto dell’energia elettrica.

Conformemente alla metodica sopra richiamata, la tecnica nota conosce già degli impianti che permettono lo scambio fisico delle batterie dei veicoli, sia nel caso specifico delle auto, sia nel caso del trasporto di merci o collettivo di persone.

Nelle soluzioni del primo tipo gli impianti sono strutturati in modo da poter operare direttamente sulla sottoscocca del veicolo, laddove sono collocati gli insediamenti delle batterie.

Negli impianti del secondo tipo - che interessano invece il presente trovato -gli impianti sono strutturati in modo da poter operare direttamente sulle fiancate del veicolo, laddove sono ubicate le sedi che alloggiano le batterie. Nell'ambito della strutturazione di tale ultima impostazione costruttiva una soluzione nota prevede un sistema di scambio che utilizza una piattaforma girevole intorno ad un asse di rotazione verticale.

A partire da una posizione in cui la piattaforma riceve sopra di sé una batteria ricaricata, la piattaforma è fatta ruotare di 180° in modo da portare la batteria ricaricata in prossimità delle sedi del veicolo destinate ad alloggiare la batteria.

Raggiunta tale locazione, la batteria esaurita ed in dotazione al veicolo viene estratta dalla sede e trasferita sulla piattaforma, dopodiché la batteria ricaricata della piattaforma viene allineata con la sede del veicolo ed inserita nella medesima laddove viene poi collegata in condizione di alimentazione del motore elettrico.

Una rotazione di ulteriori 180° della pi attaforma porta la batteria esaurita ad una apposita stazione di raccolta delle stesse.

Successivamente, dopo aver prelevato da una idonea stazione un'altra batteria ricaricata, la piattaforma ruota di nuovo, fino a riportare la batteria carica in prossimità del veicolo.

Il processo si ripete - una batteria alla volta e per tutte le batterie in dotazione al veicolo fino all'intera sostituzione delle batterie esaurite con altrettante batterie ricaricate.

Con tale apparato il tempo di ciclo per la sostituzione di una coppia di batterie è dell'ordine di grandezza di circa 5 minuti.

Poiché l'autonomia dei veicoli a propulsione elettrica è relativamente breve (ad esempio se paragonata a quella dei veicoli equipaggiati da motori a combustione), la necessità di interrompere la marcia e di ripetere frequentemente il ciclo di scambio, unitamente alla durata relativamente lunga del ciclo di scambio, sono causa di forti resistenze all'incentivazione della propulsione elettrica soprattutto nell'ambito della motorizzazione di veicoli.

Primario scopo del presente trovato è pertanto quello di escogitare una soluzione che consenta di ridurre significativamente i tempi di sosta necessari al veicolo per ripristinare la propria dotazione energetica.

Un altro scopo del trovato è quello di rendere più economico ed efficiente l'uso dell'energia elettrica per la propulsione dei veicoli, in particolare destinati al trasporto di merci e/o collettivo di persone.

In accordo con il trovato tale risultato viene raggiunto da un metodo, un apparato ed una stazione di scambio come definiti in una qualsiasi delle allegate rivendicazioni.

Le caratteristiche ed i vantaggi del trovato saranno resi evidenti con riferimento ad un esempio di realizzazione illustrato nelle allegate figure, in cui:

- la figura 1 è una schematica rappresentazione topografica d'insieme di una stazione di scambio delle batterie elettriche di un veicolo stradale dotato di sedi di alloggiamento delle batterie ubicate in corrispondenza delle proprie fiancate laterali;

- la figura 2 è una vista prospettica d'insieme di un primo componente della stazione di figura 1 rappresentato da un apparato scambiatore;

- le figure 3, 4 e 5 sono rappresentazioni schematiche di particolari scaffalature di stoccaggio di batterie elettriche in dotazione alla stazione di figura 1;

- le figure 6, 7 e 8 sono viste prospettiche di alcuni componenti dell'apparato scambiatore di figura 2 rappresentati con parti asportate per meglio evidenziarne delle altre;

- le figure da 9 a 27 illustrano le fasi del ciclo operativo attraverso il quale si esplicita la metodica di sostituzione delle batterie nella stazione di Figura 1. Con riferimento alle figure degli uniti disegni, in Figura 1 è rappresentata una vista d'insieme di una stazione (30) di scambio di batterie (2a,2b) elettriche impiegate per l'alimentazione energetica di motori elettrici, quali ad esempio propulsori di veicoli (4) adibiti ad usi di mobilità extraurbana.

La stazione (30) di scambio sostanzialmente include due apparati (1) scambiatori, identici, associabili a due fiancate (7) del veicolo (4), ciascuno dei quali è dotato di un carro (6) mobile, congegnato e comandato per scambiare un numero (n) di batterie (2a,2b) elettriche tra sedi (3) della fiancata (7) del veicolo (4) e scaffalature (5a,5b) di stoccaggio -rispettivamente, di batterie (2a,2b) cariche e scariche - le quali sono ubicate ai lati delle fiancate (7).

Il numero (n) di batterie (2a,2b) può essere qualsiasi, negli esempi del trovato in descrizione, per semplicità esso è uguale a "2"; tuttavia, come sarà più evidente nel seguito, ciò non deve intendersi in senso limitativo poiché la modalità dello scambio delle batterie (2a,2b) è vantaggiosa per qualsiasi numero “n” di batterie e lo è tanto di più, quanto più grande è il numero di batterie (2a,2b) in dotazione a ciascuna fiancata (7) del veicolo Ogni carro (6) - come ben visibile anche in Figura 2 - è mobile in guida parallelamente alla rispettiva fiancata (7) del veicolo (4), con libertà di traslare in un piano (x,y) verticale e disporre batterie (2a,2b) e sedi (3) destinatarie in complementari condizioni di allineamento ed orientazione reciproche rispetto ad almeno una direzione (z) orizzontale e trasversale alle fiancate (7).

Sul carro (6) sono portati (n+1) manipolatori (8) - nel caso di specie "3" manipolatori (8) - i quali sono affiancati tra loro e disposti in successione lungo una direzione (x) orizzontale, longitudinale alla fiancata (7). Detti manipolatori (8) sono congegnati in modo da operare su propri piani (yz) di evoluzione che sono: verticali, paralleli tra loro ed ortogonali alla fiancata (7). Ciascun manipolatore (8) è provvisto inoltre di un gruppo (9) effettori di trazione e di spinta destinati ad associarsi alle batterie (2a,2b), secondo modalità che saranno descritte nel seguito.

Al di sotto dei manipolatori (8), il carro (6) prevede la presenza di altrettante (n+1) piattaforme (10) (Figure 6-8).

Le piattaforme (10) hanno una conformazione in pianta di disegno rettangolare e sono dotate di gruppi ordinati di rulli (12) complanari, liberamente girevoli intorno ad un proprio asse (12a) di rotazione orizzontale.

In posizione intermedia del proprio sviluppo longitudinale, le piattaforme (10) supportano una tavola (13) di transito delle batterie (2a,2b) la quale è girevole, localmente, a passo angolare intorno ad un'asse di rotazione, parallelo alla direzione (y) verticale.

Le piattaforme (10) sono affiancate tra loro e sono poste in successione ed in adiacenza lungo una direzione (x) orizzontale, longitudinale alla fiancata (7).

L'apparato (1) include un insieme di organi attuatori che sono comandati in coordinazione motoria, ed in opportuna sequenza temporale, per movimentare: il carro (6), i manipolatori (8), e le piattaforme (10); e corrispondentemente prelevare (n) batterie (2a), cariche, da una relativa scaffalatura (5a) che equipaggia la stazione (30) di scambio; trasportare le batterie (2a) cariche al di sopra delle piattaforme (10) fino alla fiancata (7) del veicolo (4), estrarre, ordinatamente, dalle sedi (3) del veicolo (4) le (n) batterie (2b) esaurite caricandole sulle piattaforme (10), inserire ordinatamente le (n) batterie (2a) cariche nelle rispettive sedi (3) del veicolo (4) e trasportare e depositare infine le (n) batterie (2b) scariche in una relativa scaffalatura (5b), anch'essa equipaggiante la stazione (30) di scambio.

Nelle Figure 3 e 4, nelle quali sono rappresentate le scaffalature (5b e 5a), rispettivamente destinatarie delle batterie (2b) scariche, e delle batterie (2a) cariche, si nota che dette scaffalature (5a,5b) di stoccaggio comprendono sedi (11) di stoccaggio delle batterie (2a,2b) le quali sono organizzate secondo strutture matriciali, rettangolari, aventi righe, orizzontali e colonne, verticali, ortogonali.

Preferibilmente, le righe di dette matrici comprendono un numero di dette sedi (11) di stoccaggio che è multiplo del numero (n) di sedi (3) delle fiancate (7) del veicolo (4). Analoga strutturazione è posseduta da una scaffalatura (5c) nella quale vengono depositate le batterie (2a;2b) danneggiate e necessitanti di interventi manutentivi, o piuttosto destinate ad essere tolte dal processo di carica perché hanno esaurito la propria vita utile.

Nelle Figure 6, 7 e 8 si può notare che il gruppo (9) effettori di trazione e spinta include un gruppo di tre slitte (9a,9b,9c). Una prima slitta (9a), traslabile in una direzione parallela alla direzione (z) trasversale, conferisce al gruppo (9) effettori di trazione e di spinta la libertà di muoversi longitudinalmente alla direzione di sviluppo della piattaforma (10).

Due ulteriori slitte (9b,9c), rispettivamente, seconda e terza, che sono portate dalla prima slitta (9a), supportano ciascuna un rispettivo effettore (9e), conferendo ad esso la libertà di traslare in direzione parallela alla direzione (y) verticale, con libertà di sollevarsi o di abbassarsi rispetto al piano dei rulli (12).

Osservando quindi, in successione, le figure 6, 7 e 8, può rilevarsi: (Figura 6), che nella funzionalità di trazione un effettore (9e) del gruppo (9) effettori è in grado di agganciare una batteria (2a) carica; di estrarla da una sede (11) della relativa scaffalatura (5a) (non rappresentata nella figura); e di trascinarla al di sopra della piattaforma (10) con uno spostamento orizzontale indicato con freccia (9d); e di proseguire l'azione di traino fino a rilasciare la batteria (2a) al di sopra della tavola (13) di transito.

Disimpegnata la batteria (2a), con movimento traslatorio parallelo alla direzione (y) verticale (freccia 9e), la seconda e la terza slitta (9b,9c) si sollevano e, con il successivo arretramento della prima slitta (9a) verso la scaffalatura (5a) (freccia 9f e Figura 7), si portano nuovamente verso l'estremità della piattaforma (10), dopodiché discendono nuovamente verso il piano dei rulli (12) commutando così il proprio assetto e portandosi nella funzionalità di spinta.

Contemporaneamente, la tavola (13) di transito ruota di 180° per portare i connettori elettrici della batteria (2a) in assetto adeguato al futuro accoppiamento con i corrispondenti complementari connettori della sede (3) destinataria del veicolo (4).

Quando tutti i movimenti sono completati (Figura 8) il gruppo (9) effettori viene a trovarsi in condizione di poter spingere la batteria (2a) verso l'estremità opposta della piattaforma (10), come indicato con freccia (9g) della Figura 8.

In Figura 1, e ancor meglio in Figura 9, si può notare che la stazione (30) di scambio include anche una stazione (14) di posizionamento e di orientazione spaziali del veicolo (4) in assetto di scambio delle batterie (2a,2b).

Più in particolare, detta stazione (14) comprende rampe (15) di salita e discesa del veicolo (4) bilaterali ad un intermedio piano (16) di stazionamento.

Il piano (16) di stazionamento, a sua volta, comprende organi attuatori congegnati in modo tale da eseguire sull'assetto d'insieme del veicolo (4) tutta una serie di azioni il cui scopo è quello di allineare ed orientare perfettamente le sedi (3) di allocazione delle batterie (2a,2b) del veicolo (4) con le piattaforme (10) del carro (3) in modo da evitare qualsiasi imprevisto nei movimenti di estrazione-inserimento delle batterie (2b,2a).

A tale scopo gli organi attuatori consentono azioni di: livellamento in quota; beccheggio, rollio ed imbardata del veicolo (4) nel suo insieme quando esso sia allocato sul piano (16) di stazionamento, come mostrato nelle Figure 10 e 11.

La stazione (30) include inoltre dei mezzi (17) di comunicazione telematica (simbolicamente rappresentati in Figura 1) previsti per scambiare dati ed informazioni con ciascuno specifico veicolo (4) che si appresti ad accedere alla stazione (30), e che da un lato consentono di fornire un servizio individualizzato per ciascun veicolo (4), e che da un altro lato, consentono di predisporre l'apparato (1) di scambio in specifica correlazione con parametri di stato specifici delle batterie (2a,2b) effettivamente recate dal veicolo (4), e che infine permettono di anticipare tutte le fasi preparatorie dello scambio in modo da rendere minima la durata della fermata del veicolo (4) che effettua lo scambio delle batterie (2a,2b).

La stazione (30) di scambio può comprendere anche una stazione di ricarica, locale, delle batterie (2b) elettriche. Tuttavia, disporre di una stazione di ricarica, remota ed ubicata direttamente nella centrale di produzione di energia elettrica, è una opzione preferenziale che comporta notevoli vantaggi impiantistici e significative economie di scala, quando se ne rapportino le prestazioni rispetto alle soluzioni già note.

Infatti, il presente trovato si qualifica vantaggiosamente anche per il fatto che non è necessario dotare la stazione (30) di scambio di impianti elettrici locali ad alta tensione con tutte le implicazioni economiche e di sicurezza che questi comportino.

In previsione della possibilità di trasferire le batterie scariche presso una stazione di ricarica remota e viceversa di riportare nella stazione (30) di servizio le batterie (2a) ricaricate, le scaffalature (5a,5b) di stoccaggio delle batterie (2a,2b) sono trasportabili con idonei mezzi (21,22,23) trasportatori verso, e da, dette stazioni di ricarica.

La stazione (30) di scambio può comprendere inoltre anche eventuali attrezzature di lavaggio e di asciugatura del veicolo (4) dislocate in una corrispondente stazione (24) di lavaggio alla quale, azionabili prima che lo stesso abbia ad accedere al piano (16) di azionamento per effettuare il veicolo (4) può accedere per il lavaggio e l’asciugatura della propria fiancata prima di essere sottoposto alle operazioni di scambio delle batterie (2a,2b). A tale stazione (24) di lavaggio ed asciugatura possono eventualmente accedere anche le batterie (2a,2b) rimosse dal veicolo (4) prima che le stesse vengano riposte nelle scaffalature (5a,5b,5c) destinatarie.

In uso, il funzionamento della stazione (30) di scambio può essere descritto facendo riferimento ad una sequenza di fasi schematizzate nelle Figure da 9 a 27.

Più in particolare:

- In Figura 9, può notarsi che un veicolo (4) - identificato nella stazione (20) di identificazione, o riconosciuto dalla stessa, previa precedente comunicazione scambiata telematicamente - accede alle rampe (15) e si dispone sul piano (16) di stazionamento, disponendosi senza alcun particolare orientamento al di sopra di alloggiamenti (35) ubicati in corrispondenza di ciascuna delle proprie ruote anteriori e posteriori;

- Nelle Figure 10 e 11, si nota che il veicolo (4), posizionato sugli alloggiamenti (35), sotto l'azione degli organi attuatori in dotazione alla stazione (14) di posizionamento ed orientamento, viene messo in assetto ottimale delle proprie sedi (3) - rispetto alle piattaforme (10) - mediante azioni opportunamente scelte in termini di livellamento altitudinale in quota, beccheggio, rollio ed imbardata del veicolo (4) medesimo;

- Nella Figura 12 si nota che il carro (6) si trova configurato in una condizione in corrispondenza della quale due batterie (2a), cariche, già prelevate dalla corrispondente scaffalatura (5a) sono allocate in corrispondenza delle estremità distali, dalla scaffalatura (5a), di due piattaforme (10) contigue. Una terza piattaforma (10), ovvero la (n+1)ma è invece libera da batterie; il carro (6) è inoltre sollevato ad una certa quota altitudinale rispetto al suolo per effetto di un idoneo meccanismo (36) sollevatore, preferibilmente realizzato con cinematismi ad aste articolate, che consente al carro (6) di andare ad interagire alle varie altezze delle scaffalature (5a,5b) delle batterie (2a,2b) cariche e scariche, nonché alle varie altezze in cui possono trovarsi collocate le sedi (3) del veicolo (4);

- Nella successiva fase di Figura 13, il carro (6) è allocato ad un livello altitudinale esattamente corrispondente a quello delle sedi (3) della fiancata (7) del veicolo (4), sedi (3) all'interno delle quali si trovano "n" batterie (2b) esaurite, ovvero due batterie (2b) per le quali su due delle piattaforme (10) sono pronte "n" corrispondenti batterie (2a) sostitutive. Si nota che la piattaforma (10) priva di batterie è collocata, in allineamento parallelo alla direzione (z) ed in posizione esattamente antistante ad una prima batteria (2b) esaurita;

- Nella successiva fase di Figura 14, la piattaforma (10) priva di batteria trasla parallelamente alla direzione (z) fino a portarsi in stretta prossimità con la fiancata (7) del veicolo (4); uno spostamento traslazionale analogo viene effettuato dal gruppo (9) effettori che al temine del suo movimento viene ad impegnarsi in condizione di aggancio con la prima batteria (2b) da sostituirsi;

- In una successiva fase, illustrata in Figura 15, la prima batteria (2b) scarica, estratta mediante un movimento di arretramento del gruppo (9) effettori (freccia 9d), viene a trovarsi sulla tavola (13) di transito della piattaforma (10) di competenza; a questo punto, il carro (6) effettua un passo di traslazione nella direzione (x) longitudinalmente alla fiancata (7) (freccia 6a) al termine del quale (Figura 16) la piattaforma (10) -immediatamente contigua e seguente la piattaforma (10) sulla quale staziona la batteria (2b) scarica precedentemente estratta - viene a trovarsi esattamente allineata, secondo la direzione (z), con la sede (3) libera della fiancata (7). In Figura 16 si nota che, durante una sosta del carro (6), con una traslazione della piattaforma (10) in avvicinamento a detta sede (3), seguito dalla spinta esercitata dal gruppo (9) effettori, la prima batteria (2a) carica, sostitutiva, viene inserita nella sede (3) vuota;

- Un successivo, ulteriore passo (freccia 6b) eseguito dal carro (6) lungo la direzione longitudinale (x), schematizzato in Figura 17, porta la piattaforma (10) centrale - lasciata libera dalla batteria (2a) ormai trasferita nella sede (3) della fiancata (7) - in posizione antistante alla seconda batteria (2b) esaurita ed ancora da estrarre dalla propria sede (3); durante la sosta del carro (6), il gruppo (9) effettori avanza in direzione (z) fino ad agganciare la seconda batteria (2b) scarica e, con movimento inverso (freccia 9d) mostrato in Figura 19, la estrae dalla sede (3) della fiancata (7) trainandola fino alla tavola (13) di transito, laddove la seconda batteria (2b) scarica viene rilasciata;

- Con un ulteriore passo (freccia 6c) del carro (6) nella direzione longitudinale (x), la seconda batteria (2a) carica viene allineata orizzontalmente con l'antistante sede (3) vuota (Figura 20), quindi con un avanzamento della piattaforma (10) verso la sede (3) vuota, seguito da un avanzamento del gruppo (9) effettori, la seconda batteria (2a) carica, sostitutiva, viene inserita nella sede (3) (Figura 21);

- In una successiva fase (illustrata in Figura 22) mentre il veicolo (4) si appresta a lasciare il piano (16) di stazionamento, il carro (6) - recando le due batterie (2b) scariche disposte una accanto all'altra al di sopra di due piattaforme (10) e con la terza piattaforma (10) libera - si sposta longitudinalmente alla direzione (x) traslando verso la scaffalatura (5b) delle batterie (2b) scariche. Deposte le due batterie (2b) scariche nelle sedi (11) della relativa scaffalatura (5b), il carro (6) si porta verso la scaffalatura (5a) delle batterie (2a) cariche, e, una volta prelevata da questa una ulteriore coppia di batterie (2a) cariche, si riporta di nuovo nella configurazione di Figura 13, pronto ad eseguire un altro ciclo di scambio a servizio di un veicolo (4) ulteriormente procedente verso il piano (16) di stazionamento. Il ciclo di scambio delle batterie (2a,2b) sopra descritto comporta una sosta del veicolo (4) di brevissima durata e dell'ordine di grandezza di circa 1,5 minuti, contro gli attuali 5 minuti ed oltre che sono necessari nelle stazioni di scambio di tecnica nota.

Tale brevità di ciclo è determinata fondamentalmente dalle particolarità operative dell'apparato (1) oltreché dal fatto che un detto apparato (1) può operare in parallelo con un apparato (1) gemello associato all'opposta fiancata (7) del veicolo (4) ed operante con corrispondenti scaffalature (5a,5b) ubicate sul lato opposto a quello di pertinenza del primo apparato (1).

Una volta che un'intera scaffalatura (5b) delle batterie (2b) scariche sia stata riempita, l'intera scaffalatura (5b) viene trasferita alla stazione di ricarica, e dopo la ricarica condotto nuovamente alla stazione (30) di scambio. Essendo le scaffalature (5a,5b) del presente trovato realizzate con strutture autocarrabili, i loro trasferimenti tra le stazioni (30) di scambio e di ricarica possono essere fatti ricorrendo a mezzi (22;23) di trasferimento equipaggiati con organi di sollevamento, quali gru o forche, come esemplificato nelle figure 24 e 25.

Una forma alternativa di realizzazione di tali mezzi di trasferimento -particolarmente vantaggiosa ad esempio quando la stazione di ricarica si trovi in locazione remota rispetto alla stazione (30) di scambio e quando si voglia utilizzare un veicolo (4) a propulsione elettrica in tutto simile a quelli che accedono alla stazione di scambio per il reintegro delle loro batterie - è illustrato nelle Figure 26 e 27.

Il concetto è il seguente. Se si organizza un servizio di veicoli (4n) navetta, equipaggiati con, sul proprio piano di carico, una scaffalatura (5a;5b) del tutto simile alle scaffalature (5a,5b) della stazione (30) di scambio, come illustrato in Figura 26, un veicolo (4n) che rechi ad esempio una serie di batterie (2a) cariche e che si porti sul piano (16) di stazionamento della stazione (30) di scambio, può essere ivi scaricato interamente dall'apparato (1) in modo da trasferire alla scaffalatura (5a) della stazione di scambio l'intero carico di batterie trasportate, senza necessità di muovere la scaffalatura dal piano di carico del veicolo (4n). In altre parole, alternando ordinatamente lo scarico ed il carico delle batterie, il veicolo può essere interamente scaricato e ricaricato per trasportare nuovamente delle batterie (2b) scariche verso la stazione di ricarica; il tutto essendo eseguito automaticamente, rapidamente e facilmente dall'apparato (1) nell'ambito di una medesima sosta sul piano (16) di stazionamento come mostrato in Figura 27.

Un tale modo di operare si rivela estremamente vantaggioso sotto il profilo economico, poiché la ricarica delle batterie viene eseguita direttamente nella centrale elettrica, nelle ore di maggiore convenienza economica, e poiché le stazioni (30) di scambio sono scevre da tutte le complicazioni impiantistiche, organizzative e gestionali, riferibili ad una rete elettrica ad alta tensione di cui il presente trovato non ha necessità.

Inoltre, un altro vantaggio è rinvenibile nel fatto che ai veicoli (4n) navetta non è richiesta neppure alcuna particolare strutturazione o attrezzatura speciale, ciò implicando che i veicoli (4n) navetta possono essere di costruzione convenzionale ed utilizzare le stesse batterie (2a,2b) che vengono scambiate nella stazione (30) di scambio per approvvigionarsi essi stessi della dotazione energetica necessaria per poter operare.

Il trovato così concepito è suscettibile di evidente applicazione industriale; può essere altresì oggetto di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito delle rivendicazioni che seguono.

Tutti i dettagli possono essere sostituiti, inoltre, da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (26)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di scambio per scambiare un numero (n) di batterie (2a,2b) elettriche tra sedi (3) di fiancate (7) di un veicolo (4) e scaffalature (5a,5b) di stoccaggio di batterie (2a,2b) rispettivamente cariche e scariche, caratterizzato dal fatto che comprende le fasi di: - allineare ed orientare sedi (3) recate da una fiancata (7) di un veicolo (4) rispetto ad una direzione (z) orizzontale, trasversale a dette fiancate (7) ed in relazione con un carro (6) che comprende almeno (n+1) manipolatori (8) ed altrettante (n+1) piattaforme (10) le quali recano (n) batterie (2a,2b) cariche pronte per sostituire altrettante (n) batterie (2a,2b) scariche allocate nella fiancata (7) del veicolo (4); - estrarre una prima batteria (2b), ad opera di un relativo detto manipolatore (8), dalla sede (3) del veicolo (4) disponendola al di sopra di una detta piattaforma (10) temporaneamente priva di batterie (2a,2b); - avanzare di un passo lungo una direzione (x) orizzontale, longitudinale alla fiancata (7) e con movimento d'insieme, dette (n+1) piattaforme (10) fino ad allineare una prima piattaforma (10) recante una prima batteria (2a) carica con la sede (3) del veicolo (4) interessata da detta precedente fase di estrazione; ed - inserire detta batteria (2a) carica nella sede (3) della fiancata (7) del veicolo (4) ad opera dei manipolatori (8) di detta piattaforma (10); - ripetere le fasi di avanzare e di inserire - per ciascuna delle (n-1) batterie (2a,2b) cariche restanti sulle dette (n+1) piattaforme (10) - fino al trasferimento nelle sedi (3) della fiancata (7) almeno di tutte le (n) batterie (2a,2b) cariche della piattaforma (10).
2. 2. Metodo, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di trasferimento in cui detto carro (6) carico con (n) batterie (2b) elettricamente scariche, allontanandosi dal veicolo (4), si porta in corrispondenza della scaffalatura (5b) delle batterie (2b) scariche nelle cui sedi (11), vuote, successivamente trasferisce ciascuna detta batteria (2b) mediante intervento di detti manipolatori (8).
3. 3. Metodo, secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto di comprendere una ulteriore fase di trasferimento in cui detto carro (6) con (n+1) piattaforme (10) prive di batterie (2a,2b), allontanandosi dalla scaffalatura (5b) delle batterie (2b) scariche, si porta in corrispondenza della scaffalatura (5a) delle batterie (2a) cariche dalle cui sedi (11) successivamente estrae una serie di corrispondenti (n) batterie (2a) cariche che i manipolatori (8) portano su altrettante piattaforme (10) relative a ciascuno di essi.
4. 4. Apparato scambiatore per scambiare un numero (n) di batterie (2a,2b) elettriche tra sedi (3) di fiancata (7) di un veicolo (4) e scaffalature (5a,5b) di stoccaggio di batterie (2a,2b) cariche e scariche, caratterizzato dal fatto di comprendere un carro (6), mobile parallelamente ad una detta fiancata (7) del veicolo (4), con libertà di traslare in un piano (xy) verticale e disporre dette batterie (2a,2b) e dette sedi (3) in complementari condizioni di allineamento ed orientazione rispetto ad almeno una direzione (z) orizzontale, trasversale a detta fiancata (7); almeno (n+1) manipolatori (8), affiancati tra loro e disposti in successione lungo una direzione (x) orizzontale, longitudinale alla fiancata (7), detti manipolatori (8) operando su piani (yz) di evoluzione verticali, paralleli tra loro ed ortogonali a detta fiancata (7), ciascun detto manipolatore (8) essendo provvisto di un gruppo (9) effettori di trazione e spinta associabili a dette (n) batterie (2a,2b); almeno (n+1) piattaforme (10) affiancate tra loro, poste in successione lungo detta direzione (x) orizzontale, longitudinale alla fiancata (7) e rispettivamente sottostanti a detti manipolatori (8); organi attuatori comandati in coordinazione motoria per movimentare almeno detto carro (6) e detti manipolatori (8) e corrispondentemente prelevare (n) batterie (2a), cariche, da una relativa scaffalatura (5a); trasportare le batterie (2a) al di sopra delle piattaforme (10) fino alla fiancata (7) del veicolo (4), estrarre, ordinatamente, le (n) batterie (2b) scariche dal veicolo (4) caricandole sulle piattaforme (10), inserire ordinatamente le (n) batterie (2a) cariche nelle rispettive sedi (3) del veicolo (4) e trasportare e depositare infine le (n) batterie (2b) scariche nella relativa scaffalatura (5b).
5. 5. Apparato, secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto di essere asservito allo scambio, con sedi (3) di fiancata (7) del veicolo (4), di un numero (n) di dette batterie (2a,2b) maggiore o uguale a due.
6. 6. Apparato, secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che dette scaffalature (5a,5b) di stoccaggio di batterie (2a,2b) cariche e/o scariche comprendono sedi (11) di stoccaggio delle batterie (2a,2b) organizzate in conformità di strutture matriciali aventi righe e colonne, ortogonali, almeno le righe di dette matrici comprendendo un numero di dette sedi (11) che è multiplo di detto numero (n) di sedi (3) delle fiancate (7) del veicolo (4).
7. 7. Apparato, secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che dette piattaforme (10) hanno sviluppo, in pianta, di forma rettangolare, includente gruppi ordinati di rulli (12) liberamente girevoli intorno ad un proprio asse (12a) di rotazione.
8. 8. Apparato, secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che almeno una di dette (n+1) piattaforme (10), supporta una tavola (13) di transito di almeno una batteria (2a,2b), allocata in una posizione intermedia del proprio sviluppo longitudinale.
9. 9. Apparato, secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detta tavola (13) di transito è girevole, su comando di attuazione della rotazione, intorno ad una direzione (y) verticale.
10. 10. Apparato, secondo la rivendicazione 4, 8 o 9 caratterizzato dal fatto che detti gruppi (9) effettori di trazione e spinta sono comandabili in conformità con movimenti di traslazione lungo traiettorie di moto, sostanzialmente contenute in piani (yz), verticali, ortogonali ad almeno dette fiancate (7)del veicolo (4).
11. 11. Apparato, secondo la rivendicazione 8 o 9 o 10 caratterizzato dal fatto che detti gruppi (9) effettori di trazione e spinta commutano la propria funzionalità operativa, di trazione o di spinta di una batteria (2a,2b), in corrispondenza di una transizione della batteria (2a,2b) medesima al di sopra di detta tavola (13) di transito.
12. 12. Apparato, secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detti gruppi (9) effettori di trazione e spinta sono portati in guida di traslazione lungo due traiettorie di movimento ortogonali contenute in detti piani (yz) verticali.
13. 13. Apparato, secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che dette traiettorie di movimento ortogonali dei gruppi (9) effettori di trazione e spinta sono percorse, almeno in parte, con sovrapposizione temporale con il transito di una detta batteria su detta tavola (13) di transito.
14. 14. Apparato, secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto di comprendere una stazione (14) di posizionamento ed orientamento spaziali del veicolo (4) in assetto di scambio delle batterie (2a,2b).
15. 15. Apparato, secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detta stazione (14) di posizionamento ed orientamento in assetto di scambio comprende rampe (15) di salita e discesa del veicolo (4) bilaterali ad un intermedio piano (16) di stazionamento, quest'ultimo comprendendo organi attuatori di almeno un'azione scelta nella famiglia delle azioni di livellamento in quota, beccheggio, rollio ed imbardata del veicolo (4), detti organi essendo operanti in fase coordinata ed in relazione con l'allineamentorispetto a dette almeno (n+1) piattaforme (10) - delle sedi (3) di allocazione delle batterie (2a,2b) recate dal veicolo (4).
16. 16. Apparato, secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che dette scaffalature (5a,5b) di stoccaggio delle batterie (2a,2b) includono una ulteriore scaffalatura (5c) prevista per accogliere batterie (2a,2b) danneggiate.
17. 17. Stazione di scambio delle batterie (2a,2b) di un veicolo (4) caratterizzata dal fatto che comprende almeno un apparato (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni da 4 a 16.
18. 18. Stazione, secondo la rivendicazione 17, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi (17) di comunicazione telematica per scambiare con il veicolo (4) informazioni in relazione alle quali predisporre detto apparato (1) di scambio in specifica relazione con parametri delle batterie (2a,2b) effettivamente recate dal veicolo (4) in attesa di accedere all'apparato (1) scambiatore.
19. 19. Stazione, secondo le rivendicazioni 17 o 18, caratterizzata dal fatto di comprendere una stazione di ricarica locale delle batterie (2b) elettriche.
20. 20. Stazione, secondo le rivendicazioni 17 o 18, caratterizzata dal fatto di comprendere una stazione di ricarica remota delle batterie (2b) elettriche.
21. 21. Stazione, secondo una delle rivendicazioni da 17 a 20, caratterizzata dal fatto che dette scaffalature (5a,5b) di stoccaggio delle batterie (2a,2b) sono trasportabili con idonei mezzi (22,23,4n) trasportatori verso, e da, dette stazioni di ricarica.
22. 22. Stazione, secondo la rivendicazione 21, caratterizzata dal fatto che dette scaffalature (5a,5b) sono carrabili su un detto mezzo (22,23,4n) trasportatore, le batterie (2a,2b) essendo alloggiabili nelle sedi (11) di dette scaffalature (5a,5b) mediante un apparato (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni da 4 a 16.
23. 23. Stazione, secondo una delle rivendicazioni da 17 a 22, caratterizzata dal fatto di comprendere una stazione (20) di identificazione del veicolo (4) in uno stato corrente con il quale detto veicolo (4) accede allo scambio delle batterie (2a,2b).
24. 24. Stazione, secondo la rivendicazione 23, caratterizzata dal fatto che detta stazione (20) di identificazione include una stazione (24) di lavaggio.
25. 25. Stazione, secondo la rivendicazione 24, caratterizzata dal fatto che detta stazione (24) di lavaggio è accessibile al veicolo (4) prima di accedere allo scambio delle batterie (2a,2b).
26. 26. Stazione, secondo la rivendicazione 24, caratterizzata dal fatto che detta stazione (24) di lavaggio è accessibile alle batterie (2a,2b) prima della loro deposizione nelle scaffalature (2a,2b) destinatarie.