IT201800002786A1 - Metodo di assemblaggio di un pacco batterie per un veicolo a propulsione elettrica, pacco batterie e veicolo a propulsione elettrica comprendente detto pacco batterie - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

“METODO DI ASSEMBLAGGIO DI UN PACCO BATTERIE PER UN

VEICOLO A PROPULSIONE ELETTRICA, PACCO BATTERIE E

VEICOLO A PROPULSIONE ELETTRICA COMPRENDENTE DETTO

PACCO BATTERIE”

La presente invenzione ha per oggetto un metodo di assemblaggio un pacco batterie per un veicolo a propulsione elettrica ed un pacco batterie per un veicolo a propulsione elettrica.

La presente invenzione trova dunque particolare applicazione nella progettazione e realizzazione di veicoli elettrici o ibridi, preferibilmente di veicoli elettrici leggeri classificabili nelle categorie internazionali L6(e) o L7(e).

Come noto, negli ultimi anni, sia per ragioni di sicurezza che di ingombri, i veicoli leggeri delle summenzionate categorie hanno sempre più preso piede tanto nella clientela giovane, in sostituzione dei ciclomotori conducibili anche nella minore età, quanto nelle attività di consegna e distribuzione urbana.

Diverse sono le case costruttrici che realizzano veicoli di tali dimensioni, con sistemi di propulsione sia di natura endotermica, più diffusi, che di natura elettrica.

In relazione a quest’ultima tipologia, sia per ragioni di ingombro delle batterie che di sicurezza, il mercato ad oggi presenta poche soluzioni, non esenti da inconvenienti.

Con particolare riferimento al pacco batterie, infatti, l’elevata incidenza dello stesso sul peso complessivo del veicolo comporta notevoli problematiche di collocazione dello stesso, rendendo peraltro necessaria la riprogettazione del veicolo in caso si decida di fornire versioni a capacità differenziata di un medesimo modello.

Anche dal punto di vista della sicurezza, i veicoli elettrici noti non permettono di dare le medesime garanzie dei corrispondenti veicoli con motore endotermico.

Infatti, pur essendo i veicoli ad oggi noti dotati di sistemi in grado di “staccare” il pacco batterie dai carichi al fine di evitare che la tensione di batteria possa scaricarsi sui carichi o sul telaio in caso di incidente, non è stato fino ad oggi possibile garantire la completa sicurezza del sistema, principalmente a causa dell’impossibilità di prevedere la reale deformazione cui sarà soggetto il veicolo in caso di urto.

Ciò, se per automobili o veicoli di grandi dimensioni è di rilevanza tutto sommato limitata, non può essere argomento trascurato in veicoli di dimensioni ridotte, in cui per ovvie ragioni di spazio non è possibile proteggere la batteria in modo da renderla sostanzialmente immune agli urti.

Ulteriore aspetto critico quando si parla di veicoli elettrici è, come noto, l’autonomia. Tale problematica, assai sentita, è particolarmente di impatto in realtà come quella odierna, in cui la diffusione delle colonnine di ricarica non è così elevata da garantire che il conducente possa stimare con precisione le sue reali possibilità di rifornimento.

Ciò assume ancora maggior rilevanza quando l’utente del veicolo non ne è proprietario, come ad esempio nei sempre più numerosi servizi di car sharing sostenibile. In tali applicazioni, infatti, il conducente non solo non conosce i reali limiti del veicolo, ma è di fatto interessato ad arrivare al termine del proprio viaggio, senza necessariamente curarsi di coloro che dovranno successivamente usufruire del mezzo.

I veicoli della tecnica nota, ad oggi, non sono in grado di ovviare a tale problematica, lasciando agli utenti, eventualmente a mezzo di incentivi, l’incombenza di lasciare il veicolo con uno stato di carica consono al raggiungimento della stazione di ricarica più vicina.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di mettere a disposizione un metodo di assemblaggio di un pacco batterie per un veicolo a propulsione elettrica, un pacco batterie ed un veicolo a propulsione elettrica comprendente detto pacco batterie in grado di ovviare agli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

In particolare, è scopo della presente invenzione quello di mettere a disposizione un metodo di assemblaggio di un pacco batterie per un veicolo a propulsione elettrica ed un pacco batterie per un veicolo a propulsione elettrica altamente versatili ed in grado di adattarsi a differenti livelli di autonomia del veicolo.

Inoltre, ulteriore scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un pacco batterie ed un veicolo a propulsione elettrica ed un dall’aumentato grado di sicurezza.

Ancora, tra gli scopi della presente invenzione è identificabile quello di mettere a disposizione un metodo di gestione del pacco batterie ottimizzato ed in grado di garantire la possibilità di ricarica anche agli utenti più inesperti.

Detti scopi sono raggiunti da un metodo di assemblaggio di un pacco batterie, da un metodo di gestione di un pacco batterie, da un pacco batterie e da un veicolo comprendente tale pacco batterie aventi le caratteristiche successivamente descritte e/o contenute in una o più delle successive rivendicazioni.

In particolare, il pacco batterie comprende una coppia di capi elettricamente conduttivi ed un alloggiamento all’interno del quale è collocata una pluralità di elementi di batteria (preferibilmente tra loro uguali) aventi ciascuno una predeterminata tensione ed una predeterminata capacità di carica. Tali moduli sono tra loro elettricamente connessi in serie e/io parallelo per ottenere un predeterminato primo livello di energia (o capacità di carica) ed una predeterminata tensione.

Preferibilmente, è prevista anche la presenza di una centralina di controllo/monitoraggio del pacco batterie. Più preferibilmente, la centralina è situata nell’alloggiamento.

Preferibilmente, l’alloggiamento è provvisto di un prefissato numero di sedi discrete disposte secondo una griglia sostanzialmente omogenea.

Secondo un aspetto dell’invenzione, il pacco batterie è configurabile secondo una prima configurazione, di massima autonomia, ed una seconda configurazione, di autonomia ridotta.

In detta prima configurazione, l’alloggiamento comprende un primo numero di detti elementi di batteria pari a detto prefissato numero di sedi discrete, in modo che ciascuna sede discreta risulta occupata da uno di detti moduli.

In detta seconda configurazione, l’alloggiamento comprende un secondo numero di detti elementi di batteria, minore di detto primo numero, distribuito all’interno dell’alloggiamento in maniera alternata al fine di mantenere sostanzialmente inalterata la posizione di un baricentro della batteria in detta prima e detta seconda configurazione.

In altre parole, il pacco batterie non solo è modulare, ma presenta una struttura di alloggiamento universale che permette la combinazione/assemblaggio dei moduli più opportuna al fine di un perfetto bilanciamento della batteria in termini di peso.

Ciò, in considerazione dell’elevata incidenza del peso di batteria sul peso complessivo del veicolo (che per quadricicli leggeri non può superare i 350 Kg), permette al costruttore massima versatilità nell’offrire soluzioni e versioni differenziate senza gravare sui costi di progettazione.

Si noti che in talune forme di realizzazione, gli elementi di batteria sono vere e proprie celle di alimentazione ricaricabili (es. stilo) tra loro connesse in elettricamente parallelo ed alloggiate in un rispettivo involucro, definente l’alloggiamento, per definire un singolo modulo di alimentazione elettrica. Tale modulo di alimentazione elettrica è collegabile a sua volta ad altri moduli, in serie e/o parallelo, ed alloggiato in un corpo di contenimento delimitante il pacco batterie al fine di determinare la capacità di carica e la tensione complessiva del pacco batterie.

Dunque, in tale forma di realizzazione, ciascun modulo ha configurazione variabile dipendente dal numero (primo o secondo) di celle di alimentazione.

Alternativamente, o congiuntamente, i moduli potrebbero essere tutti uguali, con medesimo numero di celle di alimentazione. In tal caso, sono i moduli stessi ad essere in numero e disposizione variabile all’interno del corpo di contenimento.

Vantaggiosamente, in entrambi i casi, posizionando opportunamente (preferibilmente a scacchiera) le singole celle nell’involucro del modulo e/o i singoli moduli nel corpo di contenimento, è possibile ottenere pacchi batterie dalla capacita di carica differenziata ma dal medesimo ingombro de con baricentro sostanzialmente invariato.

In accordo con quanto sopra, oggetto dell’invenzione è anche un metodo di assemblaggio del pacco batterie ottimizzato.

Tale metodo prevede di determinare un livello di energia e di tensione necessarie alla batteria in funzione di un’autonomia chilometrica che si intende garantire al veicolo.

Preferibilmente, la fase di determinazione del livello di energia e di tensione necessarie alla batteria prevede di selezionare tra almeno una prima configurazione, di massima autonomia (es. 220 Km), ed una seconda configurazione, di autonomia ridotta (es.110 Km).

Alla luce di tale passaggio, vengono determinati sia un numero di elementi di batteria (celle o moduli di generazione elettrica, già precedentemente descritti) che uno schema di collegamento necessari a garantire detti livelli di energia e di tensione nominali.

Preferibilmente, tale fase di determinazione del numero di elementi di batteria prevede di determinare alternativamente un primo numero di elementi di batteria, pari al numero delle sedi discrete ricavate nell’alloggiamento e descritte in precedenza, ed un secondo numero di elementi di batteria, ridotto.

Il primo numero di elementi di batteria viene determinato quando viene selezionata detta prima configurazione, mentre il secondo numero di elementi di batteria viene determinato (calcolato) quando viene selezionata detta seconda configurazione.

Gli elementi di batteria vengono poi posizionati all’interno delle sedi dell’alloggiamento secondo una distribuzione tale da mantenere sostanzialmente invariata la posizione del baricentro della struttura nel piano longitudinale-trasversale.

In altre parole, la struttura modulare della batteria, con sedi discrete all’interno dell’alloggiamento, permette di adattare la distribuzione degli elementi di batteria alla loro quantità, senza inficiare (se non marginalmente) la stabilità del veicolo modificandone la posizione del baricentro.

Al riguardo, preferibilmente nella seconda configurazione il secondo numero di elementi di batteria viene distribuito sostanzialmente “a scacchiera”, ovvero con un’alternanza di sedi “vuote” e sedi “piene”, al fine di distribuire omogeneamente la massa e mantenere il più possibile vicino il baricentro del pacco batterie in entrambe le configurazioni.

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, l’alloggiamento del pacco batterie comprende almeno un primo vano ed un secondo vano, ciascuno contenente una parte di dei moduli di alimentazione ed operativamente associati in modo che i moduli alloggiati in detto primo vano siano elettricamente in serie ai corrispondenti moduli alloggiati in detto secondo vano. Preferibilmente, ma non necessariamente, ciascun vano è provvisto delle sedi discrete di cui all’aspetto inventivo descritto precedentemente.

Preferibilmente, il pacco batterie comprende un elemento sacrificale, o fusibile, operativamente interposto tra detto primo e detto secondo vano e configurato per isolare elettricamente detti primo e secondo vano al superamento di un prefissato livello di corrente.

Vantaggiosamente, in tal modo risulta possibile il sezionamento della batteria, incrementando il livello di sicurezza ed escludendo la possibilità che eventuali deformazioni della stessa portino al mantenimento della tensione nominale in caso di incidente.

Preferibilmente, tale elemento sacrificale è di tipo passivo ed è ridondante (ulteriore) rispetto ad un sistema di protezione attivo, di per sé noto.

Più precisamente, preferibilmente il pacco batterie comprende un interruttore selettivamente commutabile tra una posizione chiusa, in cui permette il passaggio di corrente tra detti capi ed una posizione aperta, in cui interrompe il passaggio di corrente tra detti capi. La centralina associabile ad un’unità di controllo del veicolo e configurata per commutare detto interruttore da detta posizione chiusa a detta posizione aperta in risposta ad un predeterminato comando (es. urto).

L’elemento sacrificale (passivo) è dunque ridondante rispetto all’interruttore (attivo).

Vantaggiosamente, in tal modo l’elemento sacrificale entra in gioco anche in caso di danneggiamento della centralina del pacco batterie.

Ulteriore aspetto dell’invenzione è inerente la gestione dell’autonomia del pacco batterie.

Al riguardo, la pluralità di moduli di alimentazione elettrica precedentemente descritti definisce un’unità principale del pacco batterie.

In accordo con tale aspetto dell’invenzione, il pacco batterie comprende inoltre almeno un’unità di riserva, disposta in parallelo a detta unità principale, ed un commutatore operativamente associato a dette unità principale e di riserva.

Il commutatore è selettivamente commutabile tra una prima configurazione, in cui mette in collegamento l’unità principale con i capi del pacco batterie, ed una seconda configurazione, in cui mette in collegamento detta unità di riserva con i capi del pacco batterie.

Tale commutazione avviene in funzione di un comando della centralina. Secondo l’invenzione, la centralina è configurata per pilotare il commutatore dalla prima alla seconda configurazione, preferibilmente in risposta ad un comando del conducente e/o di un dispositivo remoto, solo quando viene rilevato il raggiungimento di un livello minimo di carica dell’unità principale. Al riguardo, il pacco batterie comprende dunque mezzi sensori atti a rilevare il livello di carica dell’unità principale (nonché dell’unità di riserva) ed a mettere a disposizione un rispettivo segnale di esso rappresentativo.

Grazie a tale pacco batterie è dunque possibile attuare un metodo di gestione del pacco batterie ottimizzato, anch’esso oggetto della presente invenzione.

Tale metodo di gestione prevede di monitorare di un livello di carica di detto pacco batterie, di calcolare un livello di autonomia residua del veicolo in funzione di detto livello di carica e di comunicare al conducente del veicolo detto livello di autonomia residua.

Secondo tale aspetto dell’invenzione, il livello di autonomia residua è calcolato prendendo in considerazione il (solo) livello di carica dell’unità principale del pacco batterie e l’accesso al contributo energetico dell’unità di riserva è inibito fino al raggiungimento, da parte di detta unità principale, di un livello minimo di carica.

Si noti che, preferibilmente, l’accesso al contributo energetico dell’unità di riserva necessita di un comando da parte del conducente.

Vantaggiosamente, in tal modo risulta impossibile per il conducente non prendere in considerazione l’esaurimento della carica nell’unità principale. Tale applicazione trova peraltro vantaggio maggiore in applicazioni di car sharing, in cui l’abilitazione dell’unità di ricarica può avvenire sì su richiesta dell’utente, ma solo a seguito di una validazione da parte di un server o un operatore remoto.

Ulteriore oggetto della presente invenzione è anche un veicolo ad alimentazione elettrica, preferibilmente dotato di un pacco batterie avente una o più delle peculiarità fin qui descritte.

Tale veicolo comprende struttura sviluppantesi un piano longitudinaletrasversale, in un piano longitudinale-verticale ed un piano trasversaleverticale e avente un proprio baricentro.

La struttura comprende un telaio definente almeno un abitacolo, una pluralità di carichi, tra cui almeno un motore elettrico ed un sistema di condizionamento ambientale di detto abitacolo, almeno un pacco batterie per l’alimentazione di detti carichi ed un’unità di controllo associata a detta batteria e a detti carichi e configurata per pilotarli.

Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, l’alloggiamento del pacco batterie comprende una pluralità di prese d’aria associabili ad un mezzo di convezione forzata per consentire il condizionamento, ed in particolare il raffreddamento, del pacco batterie.

Preferibilmente, il mezzo di convezione forzata è almeno in parte definito da detto sistema di condizionamento.

Ulteriori caratteristiche, unitamente ai relativi vantaggi tecnici, risulteranno maggiormente chiari dalla successiva descrizione esemplificativa, pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita, dunque non esclusiva, di un pacco batterie per un veicolo a propulsione elettrica avente le caratteristiche illustrate nelle allegate tavole di disegno, in cui: - la figura 1 mostra una vista prospettica dall’alto di un pacco batterie in accordo con la presente invenzione, con alcune parti rimosse per metterne in evidenza altre;

- le figure 2, 3 e 4 mostrano rispettive viste schematiche in pianta di un pacco batterie per un veicolo a propulsione elettrica secondo la presente invenzione, in una tre differenti configurazioni operative;

- la figura 5 mostra schematicamente un veicolo a propulsione elettrica secondo la presente invenzione;

- la figura 6 mostra una vista prospettica dal basso di un particolare del pacco batterie di figura 1;

- le figure 7 e 8 mostrano rispettive vista prospettiche di alcuni elementi del pacco batterie di figura 1 in due differenti configurazioni operative.

Con riferimento alle summenzionate figure, con il numero 1 è indicato un pacco batterie per un veicolo 100 a propulsione elettrica secondo la presente invenzione.

Tale pacco batterie 1 trova dunque applicazione all’interno di un veicolo elettrico 100 (o al più ibrido).

Preferibilmente, l’ideale applicazione del pacco batterie 1 è all’interno di un veicolo elettrico catalogato all’interno della categoria internazionale L6(e). Più precisamente, il veicolo 100 è un quadriciclo (o triciclo) a motore, con propulsione di tipo elettrico, presentante un peso a vuoto non superiore a 350Kg ed una lunghezza inferiore a 3 m, preferibilmente di circa 2,2 m. In dettaglio, preferibilmente il veicolo 100 è classificabile preferibilmente come un quadriciclo leggero, la cui massa a vuoto è inferiore o pari a 350 kg, esclusa la massa del pacco batterie 1, la cui potenza nominale continua massima è preferibilmente inferiore o uguale a 4 kW.

Si noti in ogni caso che, preferibilmente, la presente invenzione, in termini di pacco batterie 1, assemblaggio e/o gestione dello stesso, è applicabile a qualsivoglia tipo di veicolo elettrico (o eventualmente ibrido).

Il veicolo 100 presenta una struttura sviluppantesi in un piano longitudinale-trasversale X-Y, in un piano longitudinale-verticale X-Z ed un piano trasversale-verticale Y-Z, che nel prosieguo verranno ove necessario utilizzati come piano ed assi di riferimento spaziale, e avente un proprio baricentro G.

La struttura comprende un telaio 101, preferibilmente a barre tubolari, definente la conformazione di un abitacolo 102 ed associato ad un sistema di ammortizzatori cui sono associate le ruote 103, 104 per la movimentazione. Preferibilmente le ruote sono quattro ed il veicolo è catalogabile come quadriciclo.

Il veicolo 100 presenta dunque un sistema di propulsione di natura elettrica, comprendente almeno il pacco batterie 1 ed un motore elettrico 105, preferibilmente pilotabile sia in una configurazione operativa, in cui fornisce coppia alle ruote prendendo energia dal pacco batterie 1, ed in una configurazione di ricarica (come generatore), in cui l’energia cinetica del rotore viene utilizzata per ricaricare il pacco batterie 1 seguendo un percorso inverso al precedente.

Oltre al motore 105, sono associati al pacco batterie anche altri carici “minori”, come ad esempio uno o più dei seguenti:

- il sistema di illuminazione,

- il sistema di visualizzazione/comunicazione con il conducente (cruscotto/infotainment),

- sensoristica di bordo,

- l’impianto di climatizzazione 107.

Al riguardo, si noti che l’impianto di climatizzazione 107 è preferibilmente del tipo a pompa di calore, idoneo per la produzione sia di fluido caldo che di fluido refrigerato.

Alternativamente, tale impianto di climatizzazione 107 potrebbe essere di tipo combinato, con resistenze elettriche per la generazione di calore e di compressore-evaporatore-valvola di laminazione per la generazione del freddo.

Con riferimento al pacco batterie 1, primario oggetto ella presente invenzione, esso comprende una coppia di capi elettricamente conduttivi 2 ed un corpo di contenimento 3.

All’interno di tale corpo di contenimento 3 è collocata una pluralità di moduli 4 di alimentazione elettrica aventi ciascuno una predeterminata tensione ed una predeterminata capacità di carica (o livello energetico). Al riguardo, il corpo di contenimento comprende preferibilmente una pluralità di sedi discrete 3c in cui vengono alloggiati i singoli moduli (o combinazioni di moduli).

Preferibilmente, i moduli 4 sono tra loro collegati in serie e/o parallelo per ottenere un predeterminato primo livello di energia ed una predeterminata tensione. Tali moduli definiscono un’unità principale “M” di alimentazione del pacco batterie 1.

È inoltre prevista la presenza di una centralina 5 di controllo/monitoraggio del pacco batterie 1 che, preferibilmente, risulta collocata all’interno del corpo di contenimento 3.

Si noti che il corpo di contenimento 3 presenta conformazione sostanzialmente scatolare tale da definire un volume di contenimento, preferibilmente parallelepipedo.

Preferibilmente comprende almeno due semiparti, una superiore 3a ed una inferiore 3b, tra loro sovrapposte e reciprocamente vincolate in maniera reversibile.

Nella forma di realizzazione preferita, al fine di garantire massima sicurezza del pacco batterie sia in termini di isolamento che di resistenza, il corpo di contenimento 3 è definito da un contenitore realizzato in lamiera di alluminio pressopiegata e saldata, e rivestito al proprio interno con materiale isolante (gomma) ed assorbente gli urti (honeycomb).

Con riferimento a quanto illustrato nella figura 6, preferibilmente i moduli sono realizzati ciascuno da una combinazione di singole celle 14 di alimentazione ricaricabili tra loro opportunamente collegate. Nella forma realizzativa illustrata, le celle 14 sono tra loro collegate in parallelo per definire il singolo modulo 4.

In particolare, il modulo 4 comprende un involucro 13 all’interno del quale sono collocate le singole celle 14.

L’involucro 13 è preferibilmente a sua volta provvisto di una pluralità di sedi discrete 13a, dimensionate per accogliere al proprio interno un numero predefinito di celle 14, preferibilmente una.

Si noti che la cella utilizzata è del tipo ricaricabile agli ioni di litio, preferibilmente con tensione nominale compresa tra 3,5 e 4,5 V (più preferibilmente di circa 4,1 V) e capacità di carica compresa tra 3 e 4 Ah (più preferibilmente di circa 3,3 Ah).

Pertanto, essendo la struttura del pacco batterie modulare, sia per la presenza dei moduli 4 che per la struttura a celle 14 del singolo modulo, variando il numero di rami “paralleli” è possibile variare il livello di energia (ovvero la capacità di carica) del pacco batterie 1, parametro determinante nella valutazione dell’autonomia del veicolo in termini chilometrici.

Si noti che con “rami paralleli” si può indistintamente intendere il numero di moduli 4 tra loro collegati in parallelo o, preferibilmente, il numero di celle 14 in parallelo che definisce il singolo modulo 4.

Più precisamente, con riferimento alle figure 7 e 8, preferibilmente ciascun modulo è formato da una pluralità di sottomoduli 15 disposti in serie e ciascuno provvisto di una pluralità di celle 14 collegate in parallelo tra loro. Al riguardo, un interessante aspetto della presente invenzione riguarda proprio l’assemblaggio del pacco batterie 1.

Secondo tale aspetto dell’invenzione, le sedi discrete 3c, 13a del corpo di contenimento 3 e/o dell’involucro 13 sono quantificate in un prefissato numero e disposte secondo una griglia sostanzialmente omogenea.

Si noti che con l’espressione “sedi discrete” si intende nel presente testo indicare una qualsivoglia struttura, anche non di per sé contenitiva, che permette di identificare precisamente una zona in cui sia collocabile, e vincolabile, un modulo 4 o una cella 14 del pacco batterie 1.

Tale sede può dunque essere delimitata lateralmente da una pluralità di setti oppure comprendere semplicemente una porzione di attacco accoppiabile con il modulo.

Vantaggiosamente, in tal modo caratterizzato dal fatto che il pacco batterie 1 risulta configurabile in modo differenziato, in termini di capacità, pur mantenendo inalterato l’ingombro.

Per semplicità descrittiva, considerando che la variabilità di assemblaggio può indistintamente essere determinata dal posizionamento delle celle 14 nell’involucro 14 o dei moduli 4 nel corpo di contenimento 3, ove nel prosieguo si farà riferimento ad entrambi, i moduli 4 e le celle 14 verranno indicati genericamente come elementi di batteria 4, 14; allo stesso modo, il corpo di contenimento 3 e l’involucro 13 verranno genericamente indicati come alloggiamento 3, 13.

Secondo tale aspetto dell’invenzione, dunque il pacco batterie 1 è configurabile secondo una prima configurazione (figure 2 e 7), di massima autonomia, ed una seconda configurazione (figure 3 e 8), di autonomia ridotta.

Nella forma di realizzazione preferita, la prima configurazione corrisponde ad un’autonomia di circa 220 km, mentre la seconda configurazione corrisponde ad un’autonomia di circa 110 km.

Nella prima configurazione, il pacco batterie 1 comprende un primo numero di detti elementi di batteria 4, 14, maggiore, mentre nella seconda configurazione il pacco batterie 1 comprende un secondo numero di detti elementi di batteria 4, 14, minore.

Si noti che, essendo l’autonomia la variabile (dunque la capacità e non la tensione), tra la prima e la seconda configurazione varia il numero di rami paralleli (non gli elementi di batteria tra loro in serie).

Preferibilmente, dunque il secondo numero di elementi di batteria è un sottomultiplo del primo numero di elementi di batteria 4, 14, più preferibilmente la metà.

Si noti che il primo numero di elementi di batteria 4, 14 è preferibilmente pari a detto prefissato numero di sedi discrete 3c, 13a in modo che ciascuna sede discreta 3c, 13a risulti occupata da uno di detti elementi di batteria 4, 14.

Al contrario, nella seconda configurazione, il secondo numero di elementi di batteria 4, 14 è distribuito all’interno dell’alloggiamento 3, 13 in maniera alternata (sostanzialmente a scacchiera) al fine di mantenere sostanzialmente inalterata la posizione di un baricentro G del pacco batterie 1 in detta prima e detta seconda configurazione.

In particolare, in una prima forma di realizzazione (figure 2, 3), è il numero di celle 14 all’interno del singolo involucro 13 ad essere variabile tra il primo numero, in cui occupa tutte le sedi 13a, ed il secondo numero, in cui occupa le sedi in modo alternato (a scacchiera).

Alternativamente (o congiuntamente), in una seconda forma di realizzazione (figura 4) è il numero di moduli 4 all’interno del corpo di contenimento 3 ad essere variabile tra il primo numero, in cui occupa tutte le sedi 3c, ed il secondo numero, in cui occupa le sedi in modo alternato/distribuito.

Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, l’alloggiamento 3 del pacco batterie 1 comprende almeno un primo vano 6 ed un secondo vano 7. Qualora siano presenti le sedi discrete 3c di cui sopra, il primo 6 ed il secondo vano 7 comprendono ciascuna la metà di detto prefissato numero di sedi discrete 3c.

Si noti che il primo 6 ed il secondo vano 7 sono tra loro fisicamente isolati e realizzati in materiale ad alta resistenza.

Preferibilmente, i due vani 6, 7 sono ancorati all’alloggiamento 3 in modo tale che vi sia distanza in aria sufficiente ad interporre ulteriore componentistica (ad esempio il fusibile) ed a garantire l’isolamento elettrico fra gli stessi. Inoltre i due vani sono singolarmente incapsulati con un coperchio realizzato in polimero elettro-isolante, tipicamente ABS iniettato, così come mostrato in fig.6.

Inoltre, i moduli 4 alloggiati nel primo vano 6 sono elettricamente in serie a corrispondenti moduli 4 alloggiati nelle sedi di detto secondo vano 7.

Più precisamente, il primo vano 6 ed il secondo vano 7 comprendono ciascuno una pluralità di moduli o serie di moduli 4 che possono essere disposti tra loro in serie, in parallelo o secondo uno schema misto serie/parallelo.

Ciascun modulo 4 o serie di moduli 4 del primo vano 6 è collegato in serie ad un corrispondente modulo o serie di moduli del secondo vano 7 al fine di definire la tensione nominale del pacco batterie, determinata dal numero di moduli in serie.

Preferibilmente, sia i moduli 4 del primo vano 6 che i moduli del secondo vano 7 sono tra loro collegati in modo da generare una tensione pari o inferiore a 50 Volt.

Secondo un aspetto della presente invenzione, il pacco batterie comprende un elemento sacrificale 8, o fusibile, operativamente interposto tra detto primo 6 e detto secondo vano 7.

Tale elemento sacrificale 8 è configurato per isolare elettricamente il primo vano 6 dal secondo 7 al superamento di un prefissato livello di corrente (es. cortocircuito).

Si noti che, preferibilmente, l’elemento sacrificale 8 è di tipo passivo, configurato per interrompere il collegamento elettrico tra detto primo 6 e detto secondo vano 7 in caso di corto circuito fra detti capi 2 elettricamente conduttivi.

Vantaggiosamente, in tal modo anche in caso di urto che determina una deformazione della batteria tale da generare un cortocircuito, la presenza di un elemento sacrificale permette di mettere in sicurezza il veicolo 100. Al riguardo, si noti che l’elemento sacrificale 8 è da considerarsi ridondante rispetto ad un sistema attivo di sicurezza del pacco batterie 1. Tale sistema attivo comprende infatti un interruttore 9 selettivamente commutabile tra una posizione chiusa, in cui permette il passaggio di corrente tra detti capi 2 ed una posizione aperta, in cui interrompe il passaggio di corrente tra detti capi 2.

La centralina 5, che risulta associabile (o eventualmente integrata) ad un’unità di controllo del veicolo 100, è configurata per commutare detto interruttore 9 da detta posizione chiusa a detta posizione aperta in risposta ad un predeterminato comando.

Il predeterminato comando è preferibilmente inviato a seguito di un rilevamento, a mezzo di appositi mezzi sensori, di un urto avente una prefissa entità.

Si noti che l’interruttore 9 è operativamente collocato tra uno di detti capi 2 ed i moduli 4 del primo vano 6 o tra l’altro capo 2 ed i moduli del secondo vano 7, mentre l’elemento sacrificale 8 è collocato tra i moduli 4 di detto primo vano 6 ed i moduli 4 di detto secondo vano 7 (si veda la figura 1 o la 2).

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, il pacco batterie 1 comprende almeno un’unità di riserva “R”, disposta in parallelo a detta unità principale “M”.

Preferibilmente, detta almeno un’unità di riserva comprende una rispettiva pluralità di moduli ausiliari 10 connessi tra loro per ottenere un predeterminato livello di energia ed una predeterminata tensione.

Si noti che la tensione nominale dell’unità di riserva “R” è preferibilmente coincidente con quella dell’unità principale “M”.

Al contrario, preferibilmente il livello di energia (ovvero la capacità di carica, misurabile in Ah) è inferiore a detto livello di energia dell’unità principale “M”.

Nella forma realizzativa preferita, l’unità di riserva “R” è costituita da una pluralità di moduli ausiliari 10 disposti in serie, preferibilmente ciascuno con tensione nominale pari ad un corrispondente modulo 4 ed in numero pari ai moduli di ciascun ramo dell’unità principale “M”.

In dettaglio, ciascun modulo ausiliario 10 è realizzato collegato tra loro con schema misto serie/parallelo una pluralità di celle agli ioni di litio analoghe a quelle dei moduli 4, ma con un ridotto numero di collegamenti in parallelo.

Il pacco batterie 1 comprende inoltre almeno un commutatore 11 operativamente associato a dette unità principale “M” e di riserva “R” e selettivamente commutabile tra una prima configurazione, in cui mette in collegamento l’unità principale “M” con detti capi 2 del pacco batterie 1, ed una seconda configurazione, in cui mette in collegamento detta unità di riserva “R” con i capi 2 del pacco batterie 1 in funzione di un comando della centralina 5.

Il commutatore è dunque preferibilmente interposto tra i moduli 4, 10 ed i capi 2 del pacco batterie, permettendo una commutazione tra prima e seconda configurazione che non coinvolga il cablaggio del pacco batterie stesso con i carichi del veicolo.

Preferibilmente, la centralina 5 è configurata per monitorare un livello di carica di detta unità principale “M” ed inviare al commutatore 11 un segnale rappresentativo di una commutazione dalla prima alla seconda configurazione al raggiungimento, da parte di detta unità principale “M”, di un livello minimo di carica.

Il livello minimo di carica corrisponde, preferibilmente, ad una tensione di 2,6 V per ogni cella 14.

Più preferibilmente, la centralina 5 è configurata per ricevere un comando rappresentativo di un’abilitazione dell’unità di riserva “R” da parte dell’unità di controllo del veicolo 100, inviando tale segnale rappresentativo della commutazione solo a seguito di tale comando.

Allo stesso modo, la centralina 5 è configurata per inviare al commutatore 11 un segnale rappresentativo di una commutazione dalla seconda alla prima configurazione al superamento, da parte di detta unità principale “M”, di un livello minimo di ricarica.

Si noti che, preferibilmente, il livello minimo di ricarica è superiore al livello minimo di carica, garantendo che la nuova alimentazione da parte dell’unità principale sia abilitata solo al superamento di una soglia di ricarica in grado di conferire una sufficiente autonomia.

Un ulteriore aspetto dell’invenzione è inerente il sistema di raffreddamento del pacco batterie 1.

Al riguardo, il corpo di contenimento 3 del pacco batterie comprende una pluralità di prese d’aria 12 realizzate nella semiparte superiore 3a e/o inferiore 3b.

Più precisamente, tali prese d’aria sono associate ad almeno un condotto di aerazione e definiscono rispettivamente almeno una bocca di ingresso 12a dell’aria ed una bocca di uscita 12b dell’aria.

Secondo un aspetto dell’invenzione, tali prese d’aria 12 associate ad un mezzo di convezione forzata che veicola un fluido di raffreddamento (aria ndr) attraverso il pacco batterie 1.

Preferibilmente, il mezzo di convezione forzata è almeno in parte definito dall’impianto di climatizzazione 107 dell’abitacolo.

Più precisamente, la circolazione del fluido di condizionamento termico è ottenuta mediante un elettroventilatore 15 (Fig.1) posizionato a valle della bocca di ingresso 12a di entrambi i vani 6 e 7.

Dunque, l’unità di controllo 106 del veicolo è configurata per pilotare l’impianto di climatizzazione 107 e dirigere il fluido di scambio termico nel condotto di aerazione in funzione della temperatura del pacco batterie 1.

Al riguardo, preferibilmente, il pacco batterie 1 comprende mezzi sensori configurati per rilevare una grandezza rappresentativa di una temperatura del pacco batterie stesso, mettendo a disposizione un segnale rappresentativo di tale grandezza.

Tali mezzi sensori sono inoltre configurati per inviare, preferibilmente a mezzo della centralina 5, tale segnale rappresentativo della temperatura del pacco batterie 1 all’unità di controllo 106 del veicolo 100.

In risposta a tale segnale, l’unità di controllo 106 del veicolo, attiva autonomamente l’impianto di climatizzazione 107 del veicolo 100.

Più precisamente, l’unità di controllo 106 del veicolo 100 è configurata per pilotare l’impianto di climatizzazione 107 in modalità “freddo” o “caldo” in funzione della temperatura rilevata e per deviare parte del flusso prodotto dal condizionatore del veicolo verso le bocche di ingresso 12a. Al riguardo, preferibilmente sono previsti almeno una valvola (preferibilmente un’elettrovalvola) ed una tubazione di raccordo sviluppantesi tra detto sistema di condizionamento 107 e detta bocca di ingresso 12a.

L’unità di controllo 106 è pertanto configurata per pilotare detta valvola in modo deviare parte del flusso prodotto dal sistema di condizionamento 107 nella tubazione di raccordo e verso le bocche di ingresso 12a al fine di variare la temperatura del pacco batterie 1.

In tal modo, gli elettroventilatori sono pilotati in modo che il fluido venga immesso all’interno dei vani 6, 7 e ne regola la relativa temperatura. L’aria viene espulsa attraverso i condotti 12b.

Grazie alla struttura del pacco batterie 1 fin qui descritta, in solo alcune o tutte le sue parti, è dunque possibile attuare almeno un metodo di assemblaggio del pacco batterie, un metodo di gestione del pacco batterie ed un metodo di pilotaggio di un veicolo a propulsione elettrica, tutti oggetto della presente invenzione e di seguito descritti.

Si noti che, per tutte le fasi di metodo sotto riportate, ove le caratteristiche illustrate facciano riferimento a caratteristiche strutturali del pacco batterie o del veicolo sopra menzionate, quanto riportato in precedenza è da considerarsi applicabile mutatis mutandis.

Il metodo di assemblaggio secondo l’invenzione prevede di determinare un livello di energia e di tensione necessarie al pacco batterie 1 in funzione di un’autonomia chilometrica che si intende garantire al veicolo 100 e di determinare un (conseguente) numero di elementi di batteria (moduli 4 o celle 14), nonché il loro schema di collegamento, necessari a garantire detti livelli di energia e di tensione.

Preferibilmente, la fase di determinazione del livello di energia e di tensione necessarie prevede di selezionare tra almeno una prima configurazione, di massima autonomia, ed una seconda configurazione, di autonomia ridotta.

Per quanto concerne i dati legati all’autonomia ed alla corrispondente capacità richiesta si fa riferimento a quanto già riportato ni precedenza. La fase di determinazione del numero di elementi di batteria (moduli 4 e/o celle 14) prevede pertanto di determinare un primo numero di moduli, pari al numero di sedi discrete 3c, 13a dell’alloggiamento (corpo di contenimento 3 o involucro 13), quando viene selezionata detta prima configurazione o determinare un secondo numero di elementi di batteria, ridotto, quando viene selezionata detta seconda configurazione.

Il secondo numero di elementi di batteria è un sottomultiplo del primo, preferibilmente pari a circa la metà.

Al riguardo, si noti che i moduli aggiuntivi del primo numero rispetto al secondo sono, da un punto di vista elettrico, disposti su rami o serie collegate in parallelo ai corrispondenti rami o serie del secondo numero. Una volta determinate tali specifiche, gli elementi di batteria (moduli 4 e/o celle 14) vengono posizionati all’interno delle sedi discrete 3c dell’alloggiamento 3, 13 secondo uno schema tale da mantenere sostanzialmente invariata la posizione del baricentro del pacco batterie 1 o del veicolo 100 nel piano longitudinale-trasversale X-Y.

In altre parole, indipendentemente dal numero di elementi di batteria, il metodo prevede di posizionate gli stessi secondo uno schema (geometrico, non elettrico) tale da mantenere il più possibile invariato il centro di massa del pacco 1.

Ciò è possibile distribuendo per quanto possibile in modo omogeneo gli elementi di batteria 4, 14 nelle sedi discrete 3c previste all’interno dell’alloggiamento 3, 13.

In relazione al metodo di gestione del pacco batterie 1, tale metodo prevede di monitorare un livello di carica dell’unità principale “M” e di calcolare un livello di autonomia residua del veicolo 100 in funzione di detto livello di carica.

Secondo l’invenzione, il metodo prevede di consentire l’accesso al contributo energetico dell’unità di riserva “R” solo a seguito del al raggiungimento, da parte di detta unità principale “M”, di un livello minimo di carica o dell’azzeramento, da parte del veicolo, di detta prefissata autonomia residua.

Preferibilmente, accesso al contributo energetico dell’unità di riserva “R” necessita di un comando da parte del conducente o di un dispositivo remoto.

In particolare, al raggiungimento da parte di detta unità principale “M” di detto livello minimo di carica e/o a seguito di detto comando da parte del conducente o di un dispositivo remoto, è prevista una fase di commutazione in cui l’unità principale “M” viene staccata e l’unità di riserva “R” viene collegata ai carichi.

Tale metodo di gestione si inserisce pertanto in un più ampio metodo di pilotaggio di un veicolo ad alimentazione elettrica, che oltre a prevedere il monitoraggio del livello di carica ed il calcolo dell’autonomia residua, prevede, in una modalità di crociera “standard” di:

- comunicare al conducente del veicolo 100 (tramite l’unità di controllo del veicolo ed i mezzi di interfaccia) di tale livello di autonomia residua;

- controllare i carichi ed alimentare detto motore elettrico 105 con detta unità principale “M”.

Secondo tale metodo, al raggiungimento da parte di detta unità principale “M” del livello minimo di carica, viene attivata una modalità di riserva, in cui si prevede di alimentare il motore elettrico 105 tramite detta almeno un’unità di riserva.

Preferibilmente, come già accennato in precedenza, attivazione di una modalità di riserva prevede almeno una fase preliminare di abilitazione di detta modalità da parte del conducente e/o di un dispositivo remoto.

Più precisamente, il metodo prevede di comunicare al conducente l’esaurimento di detta autonomia residua e, preferibilmente, di richiedere un’abilitazione all’attivazione della modalità di riserva.

Si noti che, preferibilmente, la modalità di riserva prevede un controllo di carichi a prestazioni ridotte rispetto a detta modalità standard.

Le prestazioni ridotte sono identificabili in termini di velocità massima, spunto e/o servizi di infotainement.

L’invenzione raggiunge gli scopi preposti e consegue importanti vantaggi. Infatti, la predisposizione di un pacco batterie dalle ottimizzate caratteristiche sia in termini di versatilità che di sicurezza, consente al produttore di realizzare un veicolo di qualità.

In particolare, la possibilità di variare la configurazione del pacco batterie senza variazione del baricentro nel piano orizzontale rende il pacco batterie particolarmente appetibile per un utilizzo su veicoli leggeri, in quanto consente una standardizzazione del telaio indipendentemente dall’autonomia che si vuole garantire.

Inoltre, la presenza di un elemento di sicurezza passivo, ridondante rispetto al sistema attivo ad oggi presente sui veicoli elettrici, risulta assai vantaggioso ed importante per massimizzare la sicurezza dell’utenza e dei soccorsi, in particolare all’interno di veicoli leggeri in cui qualsivoglia impatto potrebbe portare danni sostanziali e difficilmente prevedibili alla struttura.

Ancora, la predisposizione di un’unità di riserva non considerata nel calcolo dell’autonomia del veicolo ed abilitabile solo a seguito di un esaurimento della carica principale permette di evitare spiacevoli eventi di fermo macchina e consente di garantire a qualunque utente (sia privato che in modalità sharing) di raggiungere comodamente la stazione di ricarica più vicina.

Inoltre, la predisposizione di un sistema ventilazione attivo, in grado di recuperare e sfruttare almeno in parte il lavoro effettuato per il raffreddamento dell’abitacolo, permette di coniugare la sicurezza del pacco batterie con un’elevata efficienza energetica del veicolo.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di assemblaggio di un pacco batterie (1) per un veicolo (100) a propulsione elettrica provvisto di una struttura sviluppantesi un piano longitudinale-trasversale (X-Y), in un piano longitudinale-verticale (X-Z) ed un piano trasversale-verticale (Y-Z) e avente un proprio baricentro (G), detto metodo comprendendo le fasi di: - predisporre una pluralità di elementi di batteria (4, 14) di generazione elettrica aventi una predeterminata tensione ed una predeterminata capacità di carica; - predisporre un alloggiamento (3, 13) per detti elementi di batteria (4, 14) provvisto di una griglia di sedi discrete (3c, 13a) tra loro distribuite in maniera omogenea; - determinare un livello di energia e di tensione necessarie al pacco batterie (1) in funzione di un’autonomia chilometrica che si intende garantire al veicolo (100); - determinare un numero di elementi di batteria (4, 14) ed il loro collegamento necessari a garantire detti livelli di energia e di tensione; - posizionare detti elementi di batteria (4, 14) all’interno delle sedi discrete (3c, 13a) dell’alloggiamento (3, 13) secondo uno schema tale da mantenere sostanzialmente invariata la posizione di detto baricentro (G) del veicolo (100) o del pacco batterie (1) nel piano longitudinaletrasversale (X-Y).
2. 2. Metodo di assemblaggio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di determinazione del livello di energia e di tensione necessarie al pacco batterie (1) prevede di selezionare tra almeno una prima configurazione, di massima autonomia, ed una seconda configurazione, di autonomia ridotta; detta fase di determinazione del numero di elementi di batteria (4, 14) prevede di: - determinare un primo numero di elementi di batteria (4, 14), pari al numero di sedi discrete (3c, 13a) dell’alloggiamento (3, 13), quando viene selezionata detta prima configurazione; - determinare un secondo numero di elementi di batteria (4, 14), ridotto, quando viene selezionata detta seconda configurazione.
3. 3. Metodo di assemblaggio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, quando viene selezionata detta seconda configurazione, detto secondo numero di elementi di batteria (4, 14) viene distribuito all’interno dell’alloggiamento in modo che la posizione di un baricentro (G) del pacco batterie (1) e/o del veicolo (100) si mantenga sostanzialmente invariata in detta prima e detta seconda configurazione.
4. 4. Metodo di assemblaggio secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto secondo numero di elementi di batteria (4, 14) corrisponde alla metà di detto primo numero di elementi di batteria (4, 14).
5. 5. Metodo di assemblaggio secondo la rivendicazione 3 o la 4, caratterizzato dal fatto che detto primo numero di moduli (4) comprende: - una prima pluralità di elementi di batteria, in numero pari a detto secondo numero; - una seconda pluralità di elementi di batteria disposti in parallelo a detta prima pluralità di elementi di batteria.
6. 6. Pacco batterie (1) per un veicolo a propulsione elettrica, comprendente: - una pluralità di elementi di batteria (4, 14) di generazione elettrica tra loro uguali ed aventi ciascuno una predeterminata tensione ed una predeterminata capacità di carica; detti elementi di batteria (4, 14) essendo tra loro elettricamente collegati in serie e/o parallelo per determinare una predeterminata capacità di carica ed una predeterminata tensione - un alloggiamento (3, 13) per detti elementi di batteria (4, 14) provvisto di un prefissato numero di sedi discrete (3c, 13a) disposte secondo una griglia sostanzialmente omogenea; caratterizzato dal fatto che detto pacco batterie (1) è configurabile secondo una prima configurazione, di massima autonomia, ed una seconda configurazione, di autonomia ridotta, in cui - in detta prima configurazione l’alloggiamento (3, 13) comprende un primo numero di detti elementi di batteria (4) pari a detto prefissato numero di sedi discrete (3c, 13a), in modo che ciascuna sede discreta (3c, 13a) risulti occupata da uno di detti elementi di batteria (4, 14); - in detta seconda configurazione l’alloggiamento (3, 13) comprende un secondo numero di detti elementi di batteria (4, 14), minore di detto primo numero, distribuito all’interno dell’alloggiamento (3) in maniera alternata rispetto a dette sedi discrete (3c), al fine di mantenere sostanzialmente inalterata la posizione di un baricentro (G) della batteria in detta prima e detta seconda configurazione.
7. 7. Pacco batterie secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che di comprendere una pluralità di moduli (4) tra loro elettricamente connessi con schema misto serie/parallelo, in cui ciascun modulo (4) comprende un involucro (13), definente detto alloggiamento, ed una pluralità di celle di alimentazione (14) tra loro elettricamente connesse in parallelo e definenti detti elementi di batteria.
8. 8. Pacco batterie secondo la rivendicazione 6 o la 7, caratterizzato dal fatto che il numero di moduli (4) del pacco batterie nella prima e nella seconda configurazione è uguale, essendo il numero di celle (14) di ciascun modulo (4) a determinare il primo o secondo numero di elementi di batteria.
9. 9. Pacco batterie secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto di comprendere: una pluralità di moduli (4) tra loro uguali, ciascuno comprendente un prefissato numero di celle di alimentazione (14) tra loro elettricamente connesse in serie e/o parallelo; un corpo di contenimento (3) in cui sono alloggiati detti moduli (4) definente detto alloggiamento; in cui il numero di detti moduli è variabile tra detto primo e detto secondo numero in funzione della configurazione del pacco batterie (1).