ITUB20150792A1 - Sistema di sollevamento e posizionamento automatico di veicoli elettrici per il cambio batteria - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell?invenzione avente per TITOLO:

?SISTEMA DI SOLLEVAMENTO E POSIZIONAMENTO AUTOMATICO DI VEICOLI ELETTRICI PER IL CAMBIO BATTERIA?

CAMPO DELLA TECNICA

Lo studio relativo a vetture spinte da motori elettrici ? nato con l?avvento dell?automobile stessa, ma dall?inizio fino ai nostri giorni si ? portato dietro problemi di difficile soluzione, legati sostanzialmente alle batterie. Tali problemi riguardano principalmente i lunghi tempi di ricarica ed il loro notevole peso, in relazione al livello di autonomia che le stesse saranno poi in grado di garantire. Le soluzioni tecnologiche si concentrano prevalentemente sugli aspetti costruttivi, e quindi su caratteristiche tecniche di maggior efficienza. I continui ma graduali miglioramenti non sono per? tali da rendere ancora competitive le vetture elettriche rispetto a quelle spinte da motore termico. La mancanza di competitivit? ? da addebitare essenzialmente ai lunghi tempi di ricarica, assolutamente non paragonabili rispetto ad un pieno di benzina, ed ai costi ancora piuttosto elevati delle automobili elettriche. L?utilizzo per uso privato ? quindi per certi versi ancora scoraggiato, mentre maggiori possibilit? si stanno aprendo per i cosiddetti sistemi di car-sharing, legati sia ad aziende private che amministrazioni pubbliche, le quali mettono a disposizione dell?utenza un parco vetture elettriche per spostamenti di solito nell?ambito di aree urbane medio-grandi. Il parco vetture render? meno se le automobili dovranno restare ferme per parecchio tempo a causa delle lunghe operazioni di ricarica. A tale problema si tenta di ovviare con soluzioni tecniche in grado di permettere in tempi rapidi non la ricarica bens? la sostituzione della batteria. In sistemi di questo tipo uno degli aspetti fondamentali sar? quello di ottenere in automatico un perfetto allineamento della vettura rispetto alla stazione di sostituzione batteria, condizione essenziale affinch? inserimento e disinserimento della stessa avvengano correttamente.

STATO DELLA TECNICA

Cambiare le batterie di un veicolo elettrico in maniera automatizzata e rapida non ? certo un?operazione banale, soprattutto a causa dei pesi e degli ingombri che caratterizzano le stesse. Nel tempo sono stati registrati comunque diversi brevetti riguardanti stazioni di sostituzione, ed in particolare un?azienda ha dedicato grandi risorse allo sviluppo di soluzioni di questo tipo, Better Place. Le loro soluzioni appaiono per? fortemente migliorabili da un punto di vista della semplicit? e delle dimensioni del sistema, se ? vero che il progetto nel suo complesso ha subito una battuta d?arresto a causa proprio degli enormi investimenti posti in essere, a fronte di ritorni non all?altezza, nonostante l?appoggio di importanti case automobilistiche. Anche per ci? che riguarda la procedura di allineamento della vettura elettrica rispetto al sistema che si dovr? occupare della sostituzione della batteria, una soluzione proposta attraverso il brevetto WO2013144953 appare ad esempio piuttosto dispendiosa in termini di spazio, e di conseguenza anche da un punto di vista economico. Il perfetto allineamento ? fondamentale, perch? se la vettura, e quindi la batteria, non si troveranno nella posizione esatta, qualsiasi sistema automatizzato non potr? essere in grado di inserire o disinserire le batterie. Le soluzioni conosciute non appaiono per? tenere in debita considerazione aspetti legati ad una concreta fattibilit? economica, logica conseguenza di studi tesi a raggiungere una consistente semplificazione dei sistemi stessi.

PROBLEMA TECNICO DA RISOLVERE

In una stazione per il cambio batteria di veicoli elettrici, un aspetto fondamentale lo ricopre proprio la fase di allineamento del veicolo. Un sistema robotizzato dovr? infatti effettuare movimentazioni precise dal magazzino, dove la batteria viene prelevata carica, fino alla vettura che dovr? andare ad alimentare. Con la stessa precisione il sistema dovr? effettuare il percorso inverso prelevando dalla vettura la batteria scarica per poi depositarla in uno degli appositi alloggiamenti previsti nel magazzino batterie, dove verr? di nuovo ricaricata. Sia per la vettura che per gli alloggiamenti nel magazzino le connessioni elettriche dovranno quindi trovarsi in una posizione ben definita nello spazio, affinch? l?inserimento o il disinserimento della batteria avvenga senza problemi. Gli alloggiamenti del magazzino non presentano chiaramente complicazioni, trattandosi di elementi non in movimento. Viceversa la vettura dovr? essere fermata con la massima precisione nel punto stabilito. Le soluzioni pi? diffuse prevedono delle corsie per incanalare l?auto un p? come avviene per un treno sui relativi binari, mentre altri elementi dovranno bloccare in maniera puntuale il movimento di avanzamento della vettura. Soluzioni per? molto onerose in termini realizzativi, e non prive di problematiche intrinseche, se si pensa che gi? una diversa pressione di gonfiaggio degli pneumatici potrebbe modificare ad esempio l?altezza dal pavimento delle connessioni elettriche.

BREVE DESCRIZIONE DELL?INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di sollevamento ed allineamento automatico di un veicolo elettrico durante la sostituzione delle relative batterie di alimentazione. L?impianto automatizzato inserir? la batteria dal basso verso l?alto e sar? naturalmente fondamentale il perfetto allineamento tra i connettori elettrici presenti sulla batteria e quelli del vano alloggiamento, ricavato nella parte inferiore della vettura. Il grado di precisione richiesto esclude che l?esatto posizionamento della vettura possa essere demandato esclusivamente al conducente, ? necessario pertanto che vi siano degli affinamenti automatici. Nella presente invenzione tali affinamenti avvengono in fase di sollevamento grazie ad un gruppo di tre sollevatori a pistone i quali fuoriusciranno dal pavimento dopo che la vettura sar? stata posizionata al di sopra del vano dal quale verr? innalzata la batteria. Gli elementi terminali dei tre sollevatori a pistone sono rappresentati da sfere portanti. I componenti predisposti sul fondo della vettura, rispetto ai quali i pistoni inizieranno ad esercitare la pressione necessaria per sollevarla, sono di forma conica con dei piccoli volumi semisferici ricavati nella zona di massimo restringimento in alto, in grado di alloggiare proprio le suddette sfere. Attraverso questa conformazione geometrica la vettura in fase di innalzamento da terra subir? un auto-allineamento fino a quando le sfere dei sollevatori non saranno perfettamente alloggiate negli appositi spazi. Essendo anche l?altezza di sollevamento da terra della vettura perfettamente controllabile indipendentemente dal peso della stessa, il sistema sar? in grado di posizionare nello spazio con la massima precisione i connettori elettrici ai quali dovr? essere collegata la batteria.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La Fig.1 rappresenta una vista dal basso di un ipotetico veicolo elettrico privo di carrozzeria, nella quale risultano visibili i tre componenti fissati al telaio, rispetto ai quali verr? esercitata la spinta di sollevamento dei tre pistoni pneumatici .

La Fig.2 ? una rappresentazione sezionata di uno dei tre componenti, sagomati in maniera identica tra di loro, e montati sul fondo del veicolo.

La Fig.3 mette in evidenza l?organo di sollevamento, il quale sta per entrare in contatto con il componente presente sul fondo del veicolo. La Fig.4 ? una vista simile a quella di Fig.3 nella quale per?, dopo una prima azione dell?organo di sollevamento, la vettura si ? gi? spostata in maniera naturale, autoallineandosi rispetto al sistema.

La Fig.5 rappresenta una vista laterale nella quale gli organi di sollevamento non sono ancora entrati in funzione.

La Fig.6 rappresenta una vista laterale nella quale gli organi di sollevamento hanno parzialmente innalzato la vettura, la quale si ? automaticamente allineata.

La Fig.7 rappresenta una vista laterale nella quale la vettura risulta sollevata nella posizione definitiva.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Con riferimento alla Fig.1 abbiamo tre componenti identici di forma cilindrica 1 fissati al telaio della vettura elettrica, in punti diversi sul fondo della stessa. Tali componenti definiranno le aree rispetto alle quali dovr? essere esercitata la pressione necessaria per sollevare il veicolo da terra, e sono disposti due nella zona posteriore sul lato destro e sul lato sinistro, mentre il terzo si trover? al centro in posizione avanzata. Tali posizioni saranno suscettibili di piccole modifiche in base al tipo di telaio, oltre a dipendere chiaramente dall?area che dovr? essere lasciata libera affinch? la batteria possa essere movimentata verticalmente senza incontrare ostacoli. Nella Fig. 2 si evince meglio la forma del suddetto componente in quanto ne viene rappresentata la sua sezione. Come detto si tratta in sostanza di un disco cilindrico il quale, sul lato opposto rispetto alla superficie di fissaggio al telaio risulta scavato in maniera tale da generare una superficie conica 2 o comunque similare. Nel punto di massimo restringimento in alto ? presente invece un piccolo alloggiamento di forma semisferica 3. Nella Fig. 3, oltre al suddetto componente 1, ? visibile uno dei tre organi di sollevamento, i quali in posizione di riposo si trovano al di sotto del livello di pavimento. Ogni sollevatore si compone di vari elementi quali cilindro 4, pistone 5, boccola 6 ed una sfera portante nel punto pi? alto 7, quest?ultima della stessa dimensione dell?alloggiamento 3. Nel momento in cui il veicolo verr? posizionato al di sopra degli organi di sollevamento, il sistema descritto render? molto pi? agevole le operazioni in quanto sar? sufficiente che gli stessi non agiscano al di fuori dell?area conica, piuttosto ampia, dei suddetti componenti, presenti sul fondo della vettura. Nella Fig. 3 risulta appunto evidente come uno dei tre organi possa iniziare ad esercitare la propria spinta di sollevamento senza essere perfettamente centrato rispetto al rispettivo disco 1. Dal momento in cui la sfera 7 entrer? in contatto con la superficie 2 inizier? una sorta di autocentraggio della vettura rispetto ai tre sollevatori in quanto nella prima fase di innalzamento, a causa della particolare forma della suddetta superficie, il veicolo sar? costretto a muoversi anche secondo componenti orizzontali, oltre a quelle verticali derivanti dall?azione dei pistoni. Ad un certo punto le tre superfici semisferiche 3 risulteranno perfettamente coincidenti alle rispettive superfici della sfere 7, giungendo cos? alla configurazione di Fig. 4. Durante la successiva fase di sollevamento la vettura continuer? a muoversi quindi solo rispetto all?asse verticale. Le Figg.

5, 6 e 7 si riferiscono alla sequenza di sollevamento messa in atto attraverso il sistema nei confronti del veicolo elettrico sovrastante. Nella Fig. 5 si ha quindi la vettura sistemata sopra gli organi di sollevamento, con questi ultimi ancora in posizione di riposo, ovvero non ancora fuoriusciti dal terreno. Nella Fig. 6 ? gi? avvenuta la prima fase di sollevamento e la vettura si ? quindi autocentrata rispetto al sistema. Nella Fig. 7 anche la seconda fase di sollevamento ? terminata ed il veicolo si trova posizionato all?altezza voluta svincolato dall?azione degli organi sospensivi. Fermo restando la filosofia del sistema appena descritto, se opportuno i punti di sollevamento potranno essere anche in numero maggiore di tre. Al di sotto del pavimento risulteranno inoltre presenti distinti gruppi di tre o pi? sollevatori pronti ad entrare in azione in base alle dimensioni del veicolo ed alla conseguente collocazione dei componenti al di sotto dello stesso. Il tipo di veicolo sar? riconosciuto da un sistema di rilevamento automatico che stabilir? quale gruppo di sollevatori debba entrare in azione.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di sollevamento e posizionamento di un veicolo elettrico per il cambio batteria dal basso comprendente: ? tre o pi? elementi identici (1) fissati sul fondo del telaio, di forma cilindrica ma con la superficie rivolta verso il terreno (2) opportunamente sagomata anzich? piatta, e con un piccolo alloggiamento semisferico nel punto pi? alto centrale (3) ; ? tre o pi? organi di sollevamento a pistone posizionati a riposo sotto il livello del terreno, con una distribuzione in pianta identica a quella degli elementi fissati al veicolo e aventi sfere portanti (7) sulle estremit? superiori, di diametro appena inferiore ai suddetti alloggiamenti semisferici.
2. 2. Sistema di sollevamento e posizionamento secondo la rivendicazione 1 nel quale forma e dimensione della superficie sagomata (2) potr? essere di volta in volta ottimizzata e quindi diversa anche per quanto riguarda il profilo in pianta, che anzich? circolare potr? essere ad esempio ellittico.
3. 3. Metodo per l?utilizzo del sistema di sollevamento e posizionamento secondo la rivendicazione 1 costituito dalle seguenti fasi: ? Posizionamento del veicolo elettrico nella zona definita per il cambio batteria; ? Azionamento simultaneo dei pistoni di sollevamento verso l?alto con le sfere portanti (7) che scorreranno dapprima sulla superficie sagomata (2), per poi iniziare ad esercitare pressione sull?alloggiamento semisferico (3) posizionato nel punto pi? alto; ? Interruzione del movimento verso l?alto dei pistoni al raggiungimento dell?esatto posizionamento della vettura per il cambio batteria; ? Ridiscesa dei pistoni in posizione di riposo una volta effettuato il cambio batteria
4. 4. Metodo per l?utilizzo del sistema di sollevamento e posizionamento secondo le rivendicazioni 1 e 3 che prevede la possibilit? di scambiare la collocazione dei componenti installando le parti (1) con superfici sagomate in prossimit? del terreno e gli organi di sollevamento a pistone solidali invece con il telaio del veicolo, i quali per sollevare la vettura eserciteranno quindi la loro pressione verso il basso.