IT201800007238A1

IT201800007238A1 - Metodo per la sostituzione rapida di batterie per motori elettrici

Info

Publication number: IT201800007238A1
Application number: IT102018000007238A
Authority: IT
Inventors: Sisto Girardi; Andrea Rizzo; Emanuele Morao
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2020-01-17

Description

METODO PER LA SOSTITUZIONE RAPIDA DI BATTERIE

PER MOTORI ELETTRICI

Descrizione

La presente invenzione si riferisce genericamente ad una serie di tecnologie e modalità operative (sistema) che permettono l’inserimento ed il disinserimento di batterie per motori elettrici manualmente o attraverso robot, al fine di permettere a veicoli elettrici come auto, furgoni o altro mezzi di trasporto simili, di poter effettuare lunghi percorsi semplicemente sostituendo la batteria presso stazioni di servizio, così come oggi accade inserendo carburante nel serbatoio dei mezzi di trasporto con motori a scoppio. L’operazione di sostituzione deve essere facile, veloce e sicura; ciò può avvenire, secondo la presente invenzione, attraverso le seguenti tecnologie e modalità operative:

1. motore elettrico collegato attraverso un cavo di alimentazione ad un contenitore di una batteria sostituibile;

2. contenitore interno al telaio del veicolo elettrico collegato al motore elettrico e ad una o più batterie in dotazione del veicolo elettrico;

3. una batteria (o una serie di batterie) sostituibile ed inseribile nel contenitore interno al telaio del veicolo elettrico, installabile e disinstallabile da robot o manualmente;

eventuale robot di installazione o disinstallazione della batteria sostituibile nel contenitore interno al telaio del veicolo elettrico;

contatore di energia disponibile e residua che indica al pannello di controllo del veicolo elettrico il livello di autonomia della batteria sostituibile prima di dover effettuare un’ulteriore sostituzione della stessa;

magazzino di batterie sostituibili, compreso eventualmente di contatore, che indichi la quantità di energia presente in ogni batteria sostituibile al momento dell’inserimento della stessa nel contenitore interno al telaio del veicolo elettrico, da parte del robot o manualmente, attraverso un display simile al display che vediamo oggi per la contabilizzazione dei litri di carburante inseriti nell’auto ed il rispettivo costo. Il magazzino delle batterie sostituibili potrà essere anche una stazione di ricarica delle stesse;

il magazzino è preferibilmente composto da una struttura adatta allo stoccaggio o movimentazione robotizzata o manuale delle batterie sostituibili e da contenitori simili al contenitore interno al telaio del veicolo elettrico, ma con la differenza che tali contenitori saranno connessi ad una fonte di energia per la ricarica delle batterie in essi inserite e ricomprenderanno le tecnologie adatte a tale scopo.

Il motore elettrico potrà essere ciò che le tecnologie di maggior efficienza possono offrire oggi ed in futuro al mercato senza vincolo alcuno.

Il contenitore interno al telaio del veicolo elettrico sarà sagomato in modo tale per cui la batteria sostituibile possa essere inserita e disinserita facilmente, ad esempio può avere una sagoma a cuneo (anche se ogni forma che permette un facile inserimento e disinserimento della batteria è compresa nella presente invenzione) e sarà completo delle tecnologie di connessione del flusso elettrico tra esso, la batteria sostituibile, eventuali altre batterie in dotazione ed il motore elettrico del veicolo.

La batteria sostituibile sarà altresì sagomata per inserirsi perfettamente nel contenitore interno al telaio del veicolo elettrico e avrà una sagoma tale da poter essere afferrata in maniera facile, veloce e sicura dal robot o da una persona, per la disinstallazione ed installazione (ad esempio, una sagoma a cuneo con aggancio a vite, ma ogni forma utile alla configurazione del contenitore è compresa nella presente invenzione). La batteria sostituibile sarà completa delle tecnologie di connessione del flusso elettrico tra essa ed il contenitore interno al telaio del veicolo elettrico, a sua volta connesso ad eventuali altre batterie in dotazione ed al motore elettrico del veicolo.

Nell’ultimo decennio la comunità internazionale si sta interrogando su come bloccare l’aumento di CO2 in atmosfera, che determina un cambiamento del clima del nostro pianeta, con il rischio di una serie di catastrofi ambientali. In questo senso, la quasi totalità dei governi mondiali ha assunto impegni per azioni che blocchino il riscaldamento del pianeta (accordi di Kyoto e Parigi). Una decisione in tal senso è la progressiva sostituzione, nei mezzi di trasporto, degli attuali motori a scoppio alimentati da carburanti fossili con motori elettrici; ad esempio, la comunità europea ha deciso di non consentire la vendita di mezzi di trasporto con motore diesel dal 2020. Tutte le aziende produttrici di mezzi di trasporto stanno ora investendo per produrre mezzi con sistema di alimentazione ibrido (benzina e batterie elettriche) o mezzi totalmente alimentati da batterie elettriche.

Lo sviluppo dei motori alimentati da batterie elettriche ha assunto significativi e positivi risultati negli ultimi 15 anni grazie agli ingenti investimenti in ricerca sulle batterie elettriche al fine di migliorarne le performance (durata), ridurre gli ingombri per ridurne conseguentemente il peso e ridurre altresì i costi di produzione. Altri aspetti da migliorare sono ancora il tempo di ricarica delle batterie e una adeguata diffusione sulla rete stradale di punti di ricarica. Per l’utente e/o automobilista che vorrebbe acquistare un automezzo elettrico sono proprio questi ultimi due aspetti i maggiori problemi ed ostacoli, anche perché la loro “customer experience” con automezzi ad alimentazione con carburanti fossili vede un facile accesso alle pompe di carburante presso le moltissime stazioni di servizio e un veloce (tempi ridotti) rifornimento.

Scopo della presente invenzione è quindi quello di ovviare agli inconvenienti tecnici sopra lamentati e, in particolare, quello di realizzare un contenitore interno all’automezzo elettrico atto a contenere una batteria elettrica che possa essere facilmente sostituibile, garantendo una carica elettrica, presso ad esempio, la rete di stazioni di servizio presenti nella rete stradale. Le operazioni di sostituzione della batteria elettrica sostituibile scarica con una batteria elettrica sostituibile già carica, avranno la stessa velocità (tempo) di un rifornimento con carburante fossile.

Altro scopo della presente invenzione è quello di superare l’apprensione per gli utenti di automezzi elettrici di non trovare facilmente una colonna di ricarica della batteria elettrica, nel caso che la stessa diventi scarica.

Altro scopo ancora è quello di garantire agli utenti di automezzi elettrici una quantità di chilometri di percorrenza identica ai mezzi con alimentazione a carburante fossile, senza i limiti attuali di dover attendere i tempi di ricarica dalla rete elettrica.

In modo vantaggioso, la presente invenzione riguarda un contenitore (dalla particolare sagoma complementare alla batteria che deve contenere) sia interno all’automezzo elettrico (atto a contenere una batteria elettrica per il funzionamento dell’automezzo stesso) sia esterno (atto a contenere la batteria ricaricata da sostituire o esausta da ricaricare e poi sostituire) e la batteria facilmente sostituibile per veicoli elettrici (auto, furgoni o altro mezzo di trasporto simile) dalla sagoma complanare ai contenitori sopradescritti.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’insieme di tecnologie e modalità operative (sistema) comprensive di un contenitore interno o esterno al telaio di un veicolo elettrico atto a contenere una batteria sostituibile, facilmente installabile e disinstallabile da robot o manualmente, immagazzinata presso aree attrezzate, ad esempio una stazione di servizio, e collegata al motore elettrico del veicolo e ad eventuali altre batterie in dotazione dello stesso, secondo la presente invenzione, risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una modalità di esecuzione esemplificativa, ma non limitativa, e dalle unite tavole di disegni, ove:

- la figura 1 rappresenta le viste da sopra, di lato e posteriore di un automezzo elettrico, in questo caso un’automobile, ove sono evidenziati i componenti della trasmissione elettrica (batterie e motore elettrico), il contenitore interno al telaio, in questo caso con forma a cuneo, che accoglie una batteria sostituibile, in questo caso con forma a cuneo ed i relativi componenti meccanici ed elettrici, secondo l’invenzione;

- le figure 2A, 2B, 2C, 2D e 2E rappresentano viste schematiche relative all’attività di prelievo, presso una stazione di servizio carburanti, in questo caso della batteria sostituibile scarica, in questo caso con forma a cuneo, dal contenitore interno al telaio, in questo caso con forma a cuneo, di un automezzo elettrico, in questo caso di una automobile, tramite l’impiego di un robot dedicato ed il suo successivo immagazzinamento su uno scaffale dedicato, secondo la presente invenzione; - le figure 3A, 3B,3C, 3D, e 3E rappresentano viste schematiche relative all’attività del successivo prelievo dallo scaffale dedicato presso una stazione di servizio carburanti, in questo caso di una batteria sostituibile carica, in questo caso con forma a cuneo e l’inserimento della stessa nel contenitore interno al telaio, in questo caso con forma a cuneo, di un automezzo elettrico, in questo caso di una automobile, tramite l’impiego di un robot dedicato, secondo la presente invenzione;

- la figura 4 rappresenta una vista schematica dell’automezzo elettrico, in questo caso un’automobile con la batteria sostituibile carica, in questo caso con forma a cuneo inserita all’interno del contenitore interno al telaio, in questo caso con forma a cuneo, pronto a ripartire e della fase di deposito vicino allo scaffale dedicato, in questo caso delle batterie elettriche sostituibili – cariche o scariche – realizzato dal robot che gestisce le operazioni di prelievo e sostituzione delle stesse in un automezzo elettrico, secondo la presente invenzione.

Con riferimento alle figure menzionate, una batteria elettrica sostituibile (20), è inserita all’interno di un contenitore (10), che è posto internamente all’automezzo elettrico (1), al fine di collegare la batteria elettrica (20), interna al contenitore (10), al sistema di trasmissione elettrica, formato dalle batterie elettriche (2) e dal motore elettrico (3), del veicolo elettrico (1), tramite il cavo elettrico (5). Secondo altre forme di realizzazione, la batteria elettrica sostituibile (20) o il contenitore (10) possono essere genericamente associati all’automezzo elettrico (1) in una apposita sede, interna o esterna al telaio dell’automezzo (1), in modo che la batteria (20) risulti comunque collegata al sistema di trasmissione elettrica dell’automezzo (1), tramite un cavo elettrico (5).

Ulteriori contenitori (150) atti a contenere rispettive batterie elettriche ricaricabili (20) sono disponibili all’interno di relativi scaffali (110) di stazioni di servizio (100).

Secondo forme di realizzazione preferite dell’invenzione, la batteria elettrica sostituibile (20) presenta esternamente un piano inclinato e/o una sagoma a forma di scivolo, che si accoppia ad un rispettivo piano inclinato e/o scivolo complementare che presenta internamente il suddetto contenitore (10, 150), in modo che le fasi di inserimento e disinserimento della batteria elettrica sostituibile (20) nel/dal contenitore (10, 150) risultino facili, veloci, sicure e libere da impedimenti, sia che le suddette fasi di inserimento/disinserimento siano effettuate manualmente sia che vengano effettuata tramite un robot.

Sempre secondo forme di realizzazione preferite dell’invenzione, la batteria elettrica sostituibile (20) presenta esternamente un profilo a forma di cuneo ed il contenitore (10, 150) presenta internamente un profilo complementare a forma di cuneo.

Le batterie (2, 20) sono ricaricabili tramite un jack (4) esterno all’automezzo elettrico (1) tramite un connettore con cavo e spina (30) per il collegamento alla rete elettrica. Il contenitore (10) interno al veicolo elettrico (1), che è atto ad accogliere la batteria elettrica (20), ha una prima estremità a forma di coperchio (12) a vista, posto esternamente alla carrozzeria dell’automezzo elettrico (1) ed un jack di connessione (11) da associare al connettore (21) della batteria elettrica sostituibile (20), in modo tale che la batteria elettrica sostituibile (20) sia collegabile con cavo (5) al sistema di trasmissione elettrica, costituito dalle batterie elettriche (2) e dal motore elettrico (3), dell’automezzo elettrico (1).

Quando l’utente e/o automobilista viene informato che la batteria o le batterie elettriche (2) e la batteria sostituibile (20) stanno per scaricarsi, egli potrà entrare in una delle numerose stazioni di servizio (100) presenti capillarmente nelle rete stradale e chiedere la sostituzione della batteria elettrica sostituibile scarica (20B) con una nuova batteria sostituibile carica (20A).

La stazione di servizio (100) dispone di uno scaffale (110), ove sono poste ed immagazzinate, all’interno di rispettivi contenitori (150), le batterie elettriche sostituibili cariche (20A) o scariche (20B), e di un robot (50) comprensivo di un primo motore (51) per una traslazione orizzontale delle batterie elettriche sostituibili (20A, 20B) e di un secondo motore (60) per il blocco/sblocco delle batterie sostituibili (20A, 20B) dal contenitore (10, 150). La sostituzione della batteria elettrica sostituibile scarica (20B) ancora fissata al contenitore (10) presente nell’automezzo elettrico (1) vede l’intervento del robot (50), che, utilizzando il motore di blocco/sblocco (60), provvede a sbloccare la batteria elettrica sostituibile scarica (20B) dal contenitore (10), agendo sul coperchio esterno (12). La batteria elettrica sostituibile scarica (20B) può essere così totalmente estratta ad opera del robot (50) utilizzando il motore di traslazione orizzontale (51). Il robot (50), che reca superiormente la batteria elettrica sostituibile scarica (20B), può così depositare la suddetta batteria scarica (20B) all’interno del relativo contenitore (150) e sullo scaffale (110), in modo che poi si possa provvedere a ricaricarla tramite mezzi di ricarica presenti su detto scaffale (110). Il robot (50) provvede successivamente a prelevare, sempre da un rispettivo contenitore (150) presente sullo scaffale (110), una batteria elettrica sostituibile carica (20A) e subito dopo la innesta nel contenitore (10) interno la veicolo elettrico (1) e provvede a bloccarla tramite il motore (60) ed agendo sul coperchio esterno (12).

Ora la batteria elettrica sostituibile carica (20A) è collegata al sistema di trasmissione elettrica, costituito dalle batterie elettriche (2) e dal motore elettrico (3), del veicolo elettrico (1), rendendolo immediatamente operativo.

L’invenzione così concepita e qui illustrata è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo.

Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

Infine, i componenti impiegati, purché compatibili con l’uso specifico, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica. Ove le caratteristiche e le tecniche menzionate in qualsiasi rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni di riferimento sono stati acclusi al solo scopo di aumentare l’intelligibilità delle rivendicazioni e, di conseguenza, tali segni di riferimento non hanno alcun effetto limitante sull’interpretazione di ciascun elemento identificato a titolo di esempio da tali segni di riferimento.

Claims

METODO PER LA SOSTITUZIONE RAPIDA DI BATTERIE PER MOTORI ELETTRICI RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la sostituzione rapida di batterie per motori elettrici di un veicolo elettrico (1) in cui detto veicolo elettrico è composto da un sistema di trasmissione elettrica che include una serie di prime batterie elettriche (2), un motore elettrico (3) ed un cavo elettrico (5) che collega detto motore elettrico (3) ad almeno una ulteriore batteria elettrica sostituibile (20), che risulta associata ad almeno un contenitore (10, 150) internamente o esternamente al telaio del veicolo elettrico (1), caratterizzato dal fatto che detto metodo include una fase di inserimento di detta batteria elettrica sostituibile (20) all’interno di detto almeno un contenitore (10, 150) ed una fase di disinserimento di detta batteria elettrica sostituibile (20) dall’interno di detto almeno un contenitore (10, 150), detto almeno un contenitore (10, 150) presentando un piano inclinato interno e detta batteria elettrica sostituibile (20) presentando, sulla propria sagoma esterna, un piano inclinato complementare a detto piano inclinato interno di detto almeno un contenitore (10, 150), in modo tale che dette fasi di inserimento e disinserimento della batteria elettrica sostituibile (20) in/da detto almeno un contenitore (10, 150) risultino facili, veloci, sicure e libere da impedimenti, sia che dette fasi di inserimento e disinserimento vengano effettuate manualmente sia che vengano effettuate tramite un robot.
2. Metodo per la sostituzione rapida di batterie per motori elettrici di un veicolo elettrico (1) come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un contenitore (10, 150) presenta un profilo interno sagomato a forma di scivolo e/o di cuneo.
3. Metodo per la sostituzione rapida di batterie per motori elettrici di un veicolo elettrico (1) come alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta batteria elettrica sostituibile (20) presenta un profilo esterno sagomato a forma di scivolo e/o di cuneo complementare a detto profilo interno di detto almeno un contenitore (10, 150).
4. Metodo per la sostituzione rapida di batterie per motori elettrici di un veicolo elettrico (1) come ad almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, una volta che detta batteria elettrica sostituibile (20), è fatta scivolare all’interno di detto almeno un contenitore (10), l’energia di detta batteria elettrica sostituibile (20) è immediatamente disponibile al motore elettrico (3) del veicolo (1) senza necessità di ulteriori operazioni di connessione tramite contatto elettrico o altra tecnologia.
5. Metodo per la sostituzione rapida di batterie per motori elettrici di un veicolo elettrico (1) come ad almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, una volta che detta batteria elettrica sostituibile (20), è fatta scivolare all’interno di detto almeno un contenitore (150), l’energia per detta batteria elettrica sostituibile (20) è immediatamente disponibile per la ricarica senza necessità di ulteriori operazioni di connessione tramite contatto elettrico o altra tecnologia.
6. Metodo per la sostituzione rapida di batterie per motori elettrici di un veicolo elettrico (1) come ad almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta batteria elettrica sostituibile (20) è immagazzinabile all’interno di detto almeno un contenitore (150) posto su scaffali (110) dedicati di stazioni di servizio (100), tramite robot o operazioni manuali.
7. Metodo per la sostituzione rapida di batterie per motori elettrici di un veicolo elettrico (1) come alla rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti contenitori (150) presentano mezzi di ricarica di detta batteria elettrica sostituibile (20).