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FR3140811A3 - BATTERY-POWERED ELECTRIC VEHICLE WITH BATTERY CHARGING DEVICE - Google Patents

BATTERY-POWERED ELECTRIC VEHICLE WITH BATTERY CHARGING DEVICE Download PDF

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FR3140811A3
FR3140811A3 FR2310981A FR2310981A FR3140811A3 FR 3140811 A3 FR3140811 A3 FR 3140811A3 FR 2310981 A FR2310981 A FR 2310981A FR 2310981 A FR2310981 A FR 2310981A FR 3140811 A3 FR3140811 A3 FR 3140811A3
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electric drive
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Individual
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Abstract

L’invention concerne un véhicule électrique (10) comprenant un châssis (11) monté sur des roues (12), un moteur d’entraînement électrique (13), un arbre de transmission (16) entraîné par ledit moteur d’entraînement électrique (13), deux ou plusieurs ensembles de batteries (14, 15) destinés à alimenter ledit moteur d’entraînement électrique (13), et un dispositif d’auto-chargement (22, 24). Le dispositif d’auto-chargement (22, 24) comprend au moins une unité de génération d’énergie (22) destinée à convertir l’énergie cinétique du véhicule électrique (10) en énergie électrique, et une unité de gestion du chargement (24) destinée à déterminer continuellement l’état de charge de l’ensemble de batteries (14, 15) qui alimente le moteur d’entraînement électrique (13) et, si nécessaire, à remplacer l’ensemble de batteries déchargé par un ensemble de batteries chargé et à charger l’ensemble batteries déchargé. Figure pour l’abrégé : Figure 1 The invention relates to an electric vehicle (10) comprising a chassis (11) mounted on wheels (12), an electric drive motor (13), a transmission shaft (16) driven by said electric drive motor ( 13), two or more sets of batteries (14, 15) for powering said electric drive motor (13), and a self-charging device (22, 24). The self-charging device (22, 24) comprises at least one energy generation unit (22) for converting the kinetic energy of the electric vehicle (10) into electrical energy, and a charging management unit ( 24) intended to continually determine the state of charge of the set of batteries (14, 15) which powers the electric drive motor (13) and, if necessary, to replace the discharged set of batteries with a set of charged batteries and to charge the discharged battery assembly. Figure for abstract: Figure 1

Description

VÉHICULE ÉLECTRIQUE ALIMENTÉ PAR BATTERIE AVEC DISPOSITIF DE CHARGEMENT DE BATTERIEBATTERY POWERED ELECTRIC VEHICLE WITH BATTERY CHARGING DEVICE Domaine technique de l’inventionTechnical field of the invention

La présente invention concerne généralement le domaine technique des véhicules électriques et plus particulièrement un véhicule électrique alimenté par batterie et équipé d’un dispositif de chargement de batterie.The present invention generally relates to the technical field of electric vehicles and more particularly to a battery-powered electric vehicle equipped with a battery charging device.

Etat de la techniqueState of the art

Les véhicules électriques alimentés par batterie sont bien connus dans l’art et suscitent de l’intérêt en tant que moyen de transport alternatif aux véhicules à moteurs à combustion interne, en réponse à l’augmentation des prix des carburants et au souci de réduction des émissions de gaz toxiques et à effet de serre dans l’atmosphère.Battery-powered electric vehicles are well known in the art and are attracting interest as an alternative means of transportation to internal combustion engine vehicles in response to rising fuel prices and concerns about reducing emissions of toxic and greenhouse gases into the atmosphere.

Toutefois, en raison de la capacité limitée des batteries utilisées comme source d’énergie et de la grande quantité d’énergie consommée par le véhicule électrique lui-même, l’autonomie d’un véhicule électrique alimenté par batterie est généralement inférieure à celle d’un véhicule classique équipé d’un moteur à combustion interne de puissance équivalente, et, ainsi, le véhicule électrique peut nécessiter un rechargement fréquent des batteries. L’utilisation d’un véhicule électrique alimenté par batterie est donc peu pratique, plus particulièrement pour parcourir de longues distances, étant donné qu’il peut être nécessaire d’effectuer plusieurs arrêts à des bornes de chargement. De plus, les batteries pour véhicules électriques actuelles offrent généralement des taux de chargement faibles, et, pour chaque heure de chargement, généralement sur une borne de rechargement de parking privé ou public qui présente une puissance nominale de 11 à 22 kW, l’augmentation de l’autonomie du véhicule électrique est typiquement inférieure à 100 km. Pour les raisons susmentionnées, les véhicules électriques alimentés par batterie constituent généralement des moyens de transport qui conviennent davantage en ville ou pour les trajets de courte distance.However, due to the limited capacity of the batteries used as an energy source and the large amount of energy consumed by the electric vehicle itself, the range of a battery-powered electric vehicle is generally lower than that of a conventional vehicle equipped with an internal combustion engine of equivalent power, and, as such, the electric vehicle may require frequent recharging of the batteries. The use of a battery-powered electric vehicle is therefore impractical, particularly for long distance travel, since it may be necessary to make several stops at charging stations. In addition, current electric vehicle batteries generally offer low charging rates, and for each hour of charging, generally at a charging station in a private or public parking lot that has a nominal power of 11 to 22 kW, the increase in the range of the electric vehicle is typically less than 100 km. For the above reasons, battery-powered electric vehicles are generally more suitable means of transport in cities or for short distance journeys.

Une solution bien connue au problème de chargement des batteries d’un véhicule électrique consiste à utiliser l’énergie cinétique du véhicule lui-même pendant qu’il se déplace, pour charger les batteries. Cette solution offre un moyen efficace et gratuit de charger les batteries et, ainsi, d’augmenter l’autonomie des véhicules électriques, et permet donc de réduire la fréquence des arrêts aux bornes de chargement.A well-known solution to the problem of charging the batteries of an electric vehicle is to use the kinetic energy of the vehicle itself while it is moving, to charge the batteries. This solution offers an efficient and free way to charge the batteries and, thus, to increase the autonomy of electric vehicles, and therefore to reduce the frequency of stops at charging stations.

Un véhicule électrique alimenté par batterie qui adopte cette solution est décrit, par exemple, dans la demande de brevet international WO 2020/018007 A1. Selon cette demande de brevet antérieure, le véhicule électrique est équipé d’un dispositif d’auto-chargement composé d’une paire de dynamos, qui chargent chacune automatiquement un groupe de batteries correspondant, et d’un dispositif de commande électronique qui transfère l’énergie des batteries à un moteur électrique du véhicule. Dès que le niveau de charge des batteries atteint 75 à 85 %, le dispositif de commande électronique peut transférer l’énergie électrique produite par les dynamos directement au moteur électrique du véhicule.A battery-powered electric vehicle that adopts this solution is described, for example, in international patent application WO 2020/018007 A1. According to this prior patent application, the electric vehicle is equipped with a self-charging device composed of a pair of dynamos, each of which automatically charges a corresponding battery group, and an electronic control device that transfers energy from the batteries to an electric motor of the vehicle. As soon as the charge level of the batteries reaches 75 to 85%, the electronic control device can transfer the electric energy generated by the dynamos directly to the electric motor of the vehicle.

Le dispositif d’auto-chargement des batteries de ce véhicule électrique connu présente l’inconvénient selon lequel les deux groupes de batteries sont rechargés en même temps, et, étant donné que le chargement de chaque groupe de batteries doit être géré individuellement, cela nécessite que chaque groupe de batteries soit équipé de son propre système de gestion du chargement. Par conséquent, un dispositif d’auto-chargement du type décrit ci-dessus présente l’inconvénient d’être complexe et coûteux.The self-charging device of the batteries of this known electric vehicle has the disadvantage that both groups of batteries are recharged at the same time, and since the charging of each group of batteries must be managed individually, this requires that each group of batteries be equipped with its own charging management system. Therefore, a self-charging device of the type described above has the disadvantage of being complex and expensive.

L’objectif de la présente invention est donc de fournir un véhicule électrique alimenté par batterie avec un dispositif d’auto-chargement de batterie qui permette à l’autonomie du véhicule d’être augmentée plus facilement et à un coût réduit par rapport aux autres dispositifs d’auto-chargement connus dans l’art.The objective of the present invention is therefore to provide a battery-powered electric vehicle with a battery self-charging device which allows the autonomy of the vehicle to be increased more easily and at a reduced cost compared to other self-charging devices known in the art.

Plus particulièrement, cet objectif est atteint par un véhicule électrique comprenant un châssis monté sur des roues, un moteur d'entraînement électrique, un arbre de transmission entraîné par ledit moteur d'entraînement électrique, deux ou plusieurs ensembles de batteries destinés à alimenter ledit moteur d'entraînement électrique, et un dispositif d’auto-chargement, dans lequel ledit dispositif d’auto-chargement comprend au moins une unité de génération d’énergie destinée à convertir l’énergie cinétique du véhicule électrique en énergie électrique, et une unité de gestion de la charge destinée à déterminer continuellement l’état de charge de l’enesemble de batteries qui alimente le moteur d'entraînement électrique et, si nécessaire, à remplacer un ensemble de batteries déchargé par un ensemble de batteries chargé et à charger l’ensemble de batteries déchargé.More particularly, this objective is achieved by an electric vehicle comprising a chassis mounted on wheels, an electric drive motor, a transmission shaft driven by said electric drive motor, two or more battery packs for powering said electric drive motor, and a self-charging device, wherein said self-charging device comprises at least one power generation unit for converting kinetic energy of the electric vehicle into electrical energy, and a charge management unit for continuously determining the state of charge of the battery pack that powers the electric drive motor and, if necessary, replacing a discharged battery pack with a charged battery pack and charging the discharged battery pack.

Étant donné qu’au moins deux ensembles de batteries sont installés sur le châssis du véhicule et que l’unité de gestion de la charge est équipée d’un dispositif de commutation, l’invention permet un cycle optimisé d’alternance entre le chargement et le déchargement des ensembles de batteries, ce qui garantit non seulement un entraînement ininterrompu du véhicule électrique, mais augmente également l’autonomie du véhicule électrique et empêche les inconvénients techniques liés au chargement des véhicules électriques sur des bornes de chargement.Since at least two sets of batteries are installed on the vehicle chassis and the charge management unit is equipped with a switching device, the invention enables an optimized cycle of alternation between charging and discharging of the sets of batteries, which not only ensures uninterrupted driving of the electric vehicle, but also increases the range of the electric vehicle and prevents technical drawbacks associated with charging electric vehicles at charging stations.

De plus, étant donné que les ensembles de batteries fonctionnent en alternance, un seul ensemble de batteries est chargé à n’importe quel moment, et, ainsi, une seule unité de gestion de la charge est nécessaire pour gérer et contrôler le chargement des ensembles de batteries, ce qui simplifie la structure et réduit le coût du dispositif d’auto-chargement.In addition, since the battery sets operate alternately, only one battery set is charged at any time, and thus only one charge management unit is required to manage and control the charging of the battery sets, which simplifies the structure and reduces the cost of the self-charging device.

Brève description des figuresBrief description of the figures

La présente invention va maintenant être décrite plus en détail en référence à un mode de réalisation exemplaire, mais non limitatif, de celle-ci illustré sur le dessin joint, dont la seule illustration est une vue schématique de la structure du véhicule électrique alimenté par batterie selon l’invention. Bien qu’un véhicule électrique à quatre roues soit illustré sur le dessin, il est compris que l’invention s’applique également à des véhicules à trois roues. The present invention will now be described in more detail with reference to an exemplary, but non-limiting, embodiment thereof illustrated in the accompanying drawing, the sole illustration of which is a schematic view of the structure of the battery-powered electric vehicle according to the invention. Although a four-wheeled electric vehicle is illustrated in the drawing, it is understood that the invention is also applicable to three-wheeled vehicles.

Description d’un mode de réalisation de l’inventionDescription of an embodiment of the invention

En référence à l’illustration du dessin , un véhicule électrique alimenté par batterie selon la présente invention est généralement indiqué ici par le numéro 10. Le véhicule comprend un châssis ou un cadre 11 monté sur des roues 12, un moteur d’entraînement électrique 13 et deux ou plusieurs ensembles de batteries14 et 15. Le moteur d’entraînement électrique 13 est monté de manière fixe sur le châssis 11 et son arbre d’entraînement est relié à un arbre de transmission central 16. L’arbre de transmission 16, à son tour, est relié à ses extrémités à un différentiel avant 17 et un différentiel arrière 18, respectivement, afin de transmettre le mouvement de l’arbre de transmission aux essieux avant et arrière du véhicule, généralement indiqués par les numéros 19 et 20, respectivement. Bien entendu, le véhicule électrique 10 est équipé d’un volant de direction et d’autres éléments de commande mécanique et de direction, mais ceux-ci sont connus par l’homme du métier et ne nécessitent donc pas de description détaillée.With reference to the illustration of the drawing , a battery-powered electric vehicle according to the present invention is generally indicated herein by the numeral 10. The vehicle comprises a chassis or frame 11 mounted on wheels 12, an electric drive motor 13 and two or more battery packs 14 and 15. The electric drive motor 13 is fixedly mounted on the chassis 11 and its drive shaft is connected to a central drive shaft 16. The drive shaft 16, in turn, is connected at its ends to a front differential 17 and a rear differential 18, respectively, in order to transmit the motion of the drive shaft to the front and rear axles of the vehicle, generally indicated by the numerals 19 and 20, respectively. Of course, the electric vehicle 10 is equipped with a steering wheel and other mechanical control and steering elements, but these are known to those skilled in the art and therefore do not require detailed description.

Un dispositif de récupération et de transmission 21 est connecté à l’arbre de transmission 16 afin de récupérer le mouvement de l’arbre de transmission 16 et de le transmettre à un ou plusieurs groupe(s) de dynamos 22, qui comprennent chacun une ou plusieurs dynamo(s) 23. Ce dispositif de récupération et de transmission 21 comprend généralement un train d’engrenages et d’autres moyens adéquats pour récupérer le mouvement de rotation de l’arbre de transmission 16 et le transmettre aux groupes de dynamos 22. Le nombre, la taille et la puissance des dynamos 23 installées dans chaque groupe de dynamos 22 sont déterminés selon la quantité d’énergie à produire, c’est-à-dire, comme cela deviendra plus apparent dans ce qui suit, selon la puissance nécessaire pour garantir le rechargement d’un seul ensemble de batteries 14, 15 du véhicule.A recovery and transmission device 21 is connected to the transmission shaft 16 in order to recover the movement of the transmission shaft 16 and to transmit it to one or more groups of dynamos 22, each of which comprises one or more dynamos 23. This recovery and transmission device 21 generally comprises a gear train and other suitable means for recovering the rotational movement of the transmission shaft 16 and transmitting it to the groups of dynamos 22. The number, size and power of the dynamos 23 installed in each group of dynamos 22 are determined according to the amount of energy to be produced, that is, as will become more apparent in the following, according to the power necessary to guarantee the recharging of a single set of batteries 14, 15 of the vehicle.

Dans le mode de réalisation exemplaire de l’invention décrit ici, le véhicule 10 est équipé de deux ensembles de batteries 14, 15, mais il est évident que les ensembles de batteries peuvent également être plus que deux. Dans la description de l’invention, une référence va être faite dans ce qui suit au cas le plus simple d’un véhicule électrique équipé de deux groupes de batteries, comme cela est illustré sur le dessin.In the exemplary embodiment of the invention described herein, the vehicle 10 is equipped with two battery packs 14, 15, but it is obvious that the battery packs can also be more than two. In the description of the invention, reference will be made in the following to the simplest case of an electric vehicle equipped with two battery packs, as illustrated in the drawing.

Les groupes de dynamos 22 sont reliés à une seule unité de gestion du chargement 24 qui sélectionne l’ensemble de batteries 14, 15 à charger, sur la base d’une détermination constante de l’état de charge de l’ensemble de batteries 14, 15 qui, à n’importe quel moment donné, alimente le moteur d’entraînement électrique 13. Lorsque l’unité de gestion du chargement 24 détecte que l’ensemble de batteries 14, 15 qui, sur le moment, alimente le moteur électrique 13, a atteint sa limite de décharge minimum, elle bascule entre les deux ensembles de batteries, en débranchant l’ensemble de batteries déchargé, par exemple l’ensemble de batteries 14, du moteur d’entraînement électrique 13, et en le connectant au groupe de dynamos 22, et en connectant, en même temps, l’ensemble de batteries chargé, dans cet exemple l’ensemble de batteries 15, au moteur d’entraînement électrique 13. Ainsi, l’unité de gestion du chargement 24 est capable de garantir une alimentation ininterrompue du moteur d’entraînement électrique 13.The dynamo groups 22 are connected to a single charging management unit 24 which selects the battery set 14, 15 to be charged, based on a constant determination of the state of charge of the battery set 14, 15 which, at any given moment, powers the electric drive motor 13. When the charging management unit 24 detects that the battery set 14, 15 which, at the moment, powers the electric drive motor 13, has reached its minimum discharge limit, it switches between the two battery sets, disconnecting the discharged battery set, for example the battery set 14, from the electric drive motor 13, and connecting it to the dynamo group 22, and connecting, at the same time, the charged battery set, in this example the battery set 15, to the electric drive motor 13. Thus, the charging management unit 24 loading 24 is capable of ensuring uninterrupted power supply to the electric drive motor 13.

Lorsque l’ensemble de batteries 14 en cours de chargement a terminé son cycle de chargement, l’unité de gestion du chargement 24 interrompt le chargement de l’ensemble de batteries 14, en le débranchant du groupe de dynamos 22, et connecte l’ensemble de batteries 14 au moteur d’entraînement électrique 13 du véhicule. Au même moment, l’unité de gestion du chargement 24 déconnecte l’autre ensemble de batteries 15 qui, jusqu’ici, alimentait le moteur d’entraînement électrique 13, et le connecte au groupe de dynamos 22 afin qu’il puisse être rechargé, et connecte l’ensemble de batteries chargé 14 au moteur d’entraînement électrique 13.When the battery pack 14 being charged has completed its charging cycle, the charging management unit 24 interrupts the charging of the battery pack 14, disconnecting it from the dynamo group 22, and connects the battery pack 14 to the electric drive motor 13 of the vehicle. At the same time, the charging management unit 24 disconnects the other battery pack 15 which has hitherto been powering the electric drive motor 13, and connects it to the dynamo group 22 so that it can be recharged, and connects the charged battery pack 14 to the electric drive motor 13.

En répétant le cycle décrit ci-dessus, il est possible d’avoir un ensemble de batteries qui alimente le moteur d’entraînement électrique du véhicule 13 à tout moment, tandis que l’autre ensemble de batteries se charge. Ainsi, il existe un cycle d’alternance entre les phases de chargement et de déchargement des deux ensembles de batteries 14, 15. Il doit être noté que, étant donné que les ensembles de batteries 14, 15 fonctionnent en alternance, un seul ensemble de batteries 14, 15 est chargé à n’importe quel moment, et, ainsi, une seule unité de gestion du chargement 24 suffit pour gérer et contrôler le chargement des ensembles de batteries 14, 15. Cela simplifie la structure et réduit le coût du dispositif de chargement.By repeating the above-described cycle, it is possible to have one set of batteries supplying power to the vehicle's electric drive motor 13 at any time, while the other set of batteries is charging. Thus, there is an alternating cycle between the charging and discharging phases of the two sets of batteries 14, 15. It should be noted that since the sets of batteries 14, 15 operate alternately, only one set of batteries 14, 15 is charged at any time, and thus, only one charging management unit 24 is sufficient to manage and control the charging of the sets of batteries 14, 15. This simplifies the structure and reduces the cost of the charging device.

Les ensembles de batteries 14, 15 et les groupes de dynamos 22 sont dimensionnés pour garantir que chaque groupe de batteries est chargé pendant le temps de déchargement moyen de ensembles de batteries qui est en train d’alimenter le moteur d’entraînement électrique 13, déterminé dans des conditions normales d’utilisation du véhicule électrique. Ainsi, l’alternance entre le déchargement et le rechargement des deux ensembles de batteries du véhicule garantit une autonomie continue du véhicule électrique sur des longues distances. Chaque ensemble de batteries peut être composé de batteries plomb-acide, de batteries lithium-ion ou de batteries au nickel-hydrogène.The battery packs 14, 15 and the dynamo groups 22 are sized to ensure that each battery pack is charged during the average discharge time of the battery packs that are powering the electric drive motor 13, determined under normal conditions of use of the electric vehicle. Thus, the alternation between the discharge and the recharging of the two battery packs of the vehicle ensures a continuous autonomy of the electric vehicle over long distances. Each battery pack may be composed of lead-acid batteries, lithium-ion batteries or nickel-hydrogen batteries.

Cette description ne donne qu’un exemple du mode de réalisation préféré de l’invention et ne doit en aucun cas être comprise au sens limitatif. L’homme du métier pourra apporter différent(e)s modifications et ajouts au mode de réalisation décrit ici, sans s’écarter de l’étendue des revendications jointes.This description gives only an example of the preferred embodiment of the invention and should in no way be construed in a limiting sense. A person skilled in the art may make various modifications and additions to the embodiment described herein, without departing from the scope of the appended claims.

Claims (5)

Véhicule électrique (10) comprenant un châssis (11) monté sur des roues (12), un moteur d’entraînement électrique (13), un arbre de transmission (16) entraîné par ledit moteur d’entraînement électrique (13), deux ou plusieurs ensembles de batteries (14, 15) destinés à alimenter ledit moteur d’entraînement électrique (13), et un dispositif d’auto-chargement (22, 24),caractérisé en ce queledit dispositif d’auto-chargement (22, 24) comprend au moins une unité de génération d’énergie (22) destinée à convertir l’énergie cinétique du véhicule électrique (10) en énergie électrique, et une unité de gestion du chargement (24) destinée à déterminer continuellement l’état de charge de l’ensemble de batteries (14, 15) qui alimente le moteur d’entraînement électrique (13) et, si nécessaire, à remplacer l’ensemble de batteries déchargé par un ensemble de batteries chargé et à charger l’ensemble de batteries déchargé.An electric vehicle (10) comprising a chassis (11) mounted on wheels (12), an electric drive motor (13), a transmission shaft (16) driven by said electric drive motor (13), two or more battery packs (14, 15) for powering said electric drive motor (13), and a self-charging device (22, 24), characterized in that said self-charging device (22, 24) comprises at least one power generation unit (22) for converting kinetic energy of the electric vehicle (10) into electrical energy, and a charging management unit (24) for continuously determining the state of charge of the battery pack (14, 15) powering the electric drive motor (13) and, if necessary, replacing the discharged battery pack with a charged battery pack and charging the discharged battery pack. Véhicule électrique (10) selon la revendication 1,caractérisé en ce queladite unité de génération d’énergie (22) comprend deux ou plusieurs dynamos (23)qui sont entraînées par un dispositif de récupération et de transmission (21) destiné à récupérer et transmettre le mouvement de rotation dudit arbre de transmission (16) du véhicule électrique.Electric vehicle (10) according to claim 1, characterized in that said energy generation unit (22) comprises two or more dynamos (23) which are driven by a recovery and transmission device (21) intended to recover and transmit the rotational movement of said transmission shaft (16) of the electric vehicle. Véhicule électrique (10) selon la revendication 2,caractérisé en ce queledit dispositif de récupération et de transmission (21) comprend un train d’engrenages et d’autres moyens adéquats pour récupérer le mouvement de rotation de l’arbre de transmission (16) et le transmettre auxdites dynamos (23).Electric vehicle (10) according to claim 2, characterized in that said recovery and transmission device (21) comprises a gear train and other suitable means for recovering the rotational movement of the transmission shaft (16) and transmitting it to said dynamos (23). Véhicule électrique (10) selon la revendication 1,caractérisé en ce quelesdites unités de génération d’énergie (22) sont dimensionnées pour garantir que chaque ensemble de batteries (14, 15) est chargé pendant le temps de déchargement moyen de l’ensemble de batteries (14, 15) qui est en train d’alimenter le moteur d’entraînement électrique (13), déterminé dans des conditions normales d’utilisation du véhicule électrique (10).Electric vehicle (10) according to claim 1, characterized in that said energy generation units (22) are sized to ensure that each set of batteries (14, 15) is charged during the average discharge time of the set of batteries (14, 15) which is powering the electric drive motor (13), determined under normal conditions of use of the electric vehicle (10). Véhicule électrique (10) selon la revendication 1,caractérisé en ce quechaque ensemble de batteries (14, 15) est composé de batteries plomb-acide, de batteries lithium-ion ou de batteries au nickel-hydrogène.Electric vehicle (10) according to claim 1, characterized in that each set of batteries (14, 15) is composed of lead-acid batteries, lithium-ion batteries or nickel-hydrogen batteries.
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