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Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung zum Laden einer Batterie eines elektrisch angetriebenen Leichtfahrgeräts.
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Die großen Fortschritte in der Batterietechnik führen zu einer immer stärkeren Akzeptanz und Nutzung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, insbesondere E-Bikes. Die Batterien von solchen elektrischen Fahrzeugen werden mit Ladestationen geladen, bei denen der Ladevorgang üblicherweise kabelgebunden über eine Steckverbindung erfolgt. Allerdings sind bei solchen kabelgebundenen Ladevorgängen viele Handgriffe zum Durchführen des Ladevorgangs nötig. Dies ist umständlich und anfällig für Fehlbedienungen. Ein weiterer Nachteil sind verschmutze Kabel und Steckverbindungen, die zu Bedienungsfehlern und Defekten führen können. Außerdem wird Bauraum für Netzteil, Kabel und Stecker im Fahrzeug benötigt, was insbesondere bei E-Bikes nachteilig ist.
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Diese Probleme werden durch die Technologie des induktiven Ladens beseitigt. Hierbei wird die elektrische Energie zum Laden der Batterie über ein elektromagnetisches Wechselfeld zwischen einer Primärspule eines Induktionssenders und einer Sekundärspule eines Induktionsempfängers übertragen. Auf eine Kabelverbindung kann verzichtet werden, und auch eine Abschirmung gegen Verschmutzung ist erheblich einfacher als bei kabelgebundenen Ladeformen. Problematisch beim induktiven Laden ist allerdings die Tatsache, dass es gerade im Bereich von E-Bikes eine Vielzahl von unterschiedlichen mechanischen Formen von Rahmen und Ladegeräten gibt, was die Anpassbarkeit aneinander schwierig macht. Zudem werden viele unterschiedliche Batterietypen verwendet, die unterschiedliche Ladevorgänge benötigen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ladeeinrichtung zum Laden einer Batterie eines elektrisch angetriebenen Leichtfahrgeräts anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ladeeinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die ein stationäres Ladegerät enthaltend einen Induktionssender und einen Datenempfänger aufweist, sowie ein Mobilgerät zur Montage am Leichtfahrgerät enthaltend einen Induktionsempfänger und einen Datensender. Der Induktionssender und der Induktionsempfänger sind zum induktiven Übertragen von Batterie-Ladeenergie aufeinander abgestimmt. Der Datensender ist zum Übertragen von Batteriedaten vom Mobilgerät zum Ladegerät vorbereitet. Hierfür kann er beispielsweise mit einem Batteriesteuergerät des Leichtfahrgeräts verbunden sein und von diesem die Daten erhalten, beispielsweise auf Anfrage. Das stationäre Ladegerät kann über die vom Mobilgerät an das Ladegerät übertragenen Daten auf den Typ der Batterie und damit anhand von weiteren Daten auf notwendige oder zweckmäßige Ladedaten rückschließen, sodass ein korrektes und insbesondere energieeffizientes Laden der Batterie in einfacher Weise ermöglicht wird.
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Die Erfindung ist insofern auch gerichtet auf ein Verfahren zum Laden einer Batterie eines elektrisch angetriebenen Leichtfahrgeräts, bei dem ein stationäres Ladegerät induktiv Ladeenergie an ein Mobilgerät des Leichtfahrgeräts überträgt und dieses die Ladeenergie an die Batterie weitergibt. Eine Anpassung des Ladevorgangs an die momentan an dem Ladegerät angeordnete Batterie kann erreicht werden, wenn Batteriedaten vom Mobilgerät zum Ladegerät übertragen werden.
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Ein elektrisch angetriebenes Leichtfahrgerät im Sinne der Erfindung kann ein E-Bike beziehungsweise Elektrofahrrad, ein Golf-Caddy, ein Rollstuhl, ein elektrisch angetriebenes Skateboard, ein Stehroller und dergleichen sein. Das stationäre Ladegerät ist zweckmäßigerweise geostationär fest verbaut, also beispielsweise in einem Boden oder einer Wand verankert, sodass es ausschließlich mit Hilfe von Werkzeug lösbar ist. Der Induktionssender umfasst zweckmäßigerweise eine Primärspule zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfelds mit einem entsprechenden Steuergerät zum Steuern des induktiven Ladevorgangs. Der Datenempfänger dient zweckmäßigerweise zum Empfangen und Verarbeiten der vom Mobilgerät gesendeten Batteriedaten, wobei das Steuergerät des Induktionssenders dazu vorgesehen ist, anhand dieser verarbeiteten Daten den Ladevorgang zu steuern. Der Induktionsempfänger des Mobilgeräts umfasst zweckmäßigerweise eine Sekundärspule zum induktiven Erzeugen einer elektrischen Wechselspannung aus dem von der Primärspule erzeugten elektromagnetischen Wechselfeld. Weiter ist zweckmäßigerweise ein Steuergerät vorhanden, das den Ladevorgang der Batterie unter Verwendung des elektrischen Wechselfelds steuert.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen der Induktionssender und der Induktionsempfänger jeweils eine Induktionsspule auf, die die Antenne des Datenempfängers beziehungsweise Datensenders ist. Über die Sekundärspule des Induktionsempfängers werden somit die Batteriedaten gesendet und von der Primärspule des Induktionssenders empfangen. In anderen Worten werden die Batteriedaten über die zur Energieübertragung verwendeten Spulen vom Mobilgerät zum Ladegerät übertragen. Auf separat ausgeführte Antennen und insbesondere eine Beabstandung von Antennen und Spulen kann verzichtet werden, wodurch sowohl das Ladegerät, als auch insbesondere das Mobilgerät besonders kompakt ausgeführt werden können.
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Für ein effizientes Laden des Leichtfahrgeräts ist es vorteilhaft, wenn der Induktionssender und der Induktionsempfänger korrekt zueinander ausgerichtet sind. Dies kann in einfacher und Platz sparender Weise erreicht werden, wenn der Induktionssender in einem Boden angeordnet ist, der als Standfläche für das Leichtfahrgerät (2) ausgeführt ist. Wird das Leichtfahrgerät über dem Induktionssender platziert, so kann ein Laden erfolgen. Zweckmäßigerweise ist die Stelle des Bodens, unter der der Induktionssender angeordnet ist, markiert, sodass der Bediener leicht erkennen kann, wo das Leichtfahrgerät hinzustellen ist.
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Um eine gute Ausrichtung der Sekundärspule an der Primärspule im Boden zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn und der Induktionsempfänger in einem Ständer des Leichtfahrgeräts angeordnet ist. Da das Leichtfahrgerät mit dem Ständer auf dem Boden steht, kann eine größtmögliche Annäherung der beiden Induktionsspulen erreicht werden. Zweckmäßigerweise ist die Sekundärspule hierfür in einer Standfläche des Ständers integriert. Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn der Boden an der Stelle der Primärspule beziehungsweise des Induktionssenders eine mechanische Formschlusseinheit für eine formschlüssige Verbindung mit dem Ständer, insbesondere dem Ständerfuß, aufweist, beispielsweise eine Vertiefung, in die der Ständerfuß eingestellt werden kann und die den Ständerfuß zweidimensional fixiert, beispielsweise mit einem Spiel von bis zu 5 mm in jeder Dimension.
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Das Leichtfahrgerät umfasst neben der Batterie zweckmäßigerweise ein Batteriesteuergerät, das dazu vorbereitet ist, den Ladevorgang der Batterie zu steuern. Hierbei kann es sein, dass das Batteriesteuergerät eine Ladebereitschaft der Batterie beendet, wenn das Leichtfahrgerät in Stillstand ist beziehungsweise mehr als eine vorbestimmte Zeitdauer im Stillstand ist. Während die Batterie beim Fahren durch Rekuperation aufgeladen werden kann, ist ein solches Niederleistungsladen des Leichtfahrgeräts, auch Trickle-Charging genannt, im Stillstand wegen mangelnder Fahrenergie nicht möglich. Die Ladebereitschaft der Batterie wird daher beendet und die Batterie beziehungsweise das Batteriesteuergerät kann in einen Standby gehen.
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Bei einem induktiven Laden ist es jedoch sinnvoll, die im Batteriesteuergerät vorhandene Funktion zum Niederleistungsladen für ein induktives Aufladen der Batterie im Stillstand zu nutzen. Hierfür ist es jedoch notwendig, dass das Batteriesteuergerät die Ladebereitschaft der Batterie im Stillstand nicht beendet beziehungsweise diese wieder aufnimmt. Um dies zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass das Mobilgerät dazu vorbereitet ist, Daten an das Batteriesteuergerät zu senden, die ein Beenden der Ladebereitschaft im Stillstand des Leichtfahrgeräts unterbinden oder eine Ladebereitschaft wiederherstellen. Insbesondere ist das Mobilgerät dazu vorbereitet, Daten an das Batteriesteuergerät zu senden, die im Stillstand des Leichtfahrgeräts ein Niederleistungsladen ermöglicht.
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Das Mobilgerät ist zur Montage am Leichtfahrgerät vorgesehen. Es umfasst hierzu zweckmäßigerweise ein wetterfestes Gehäuse, in dem die Elektronik des Mobilgeräts wasserdicht verschlossen angeordnet ist. Das Mobilgerät beziehungsweise dessen Gehäuse ist zweckmäßigerweise zusätzlich zu einem Gehäuse des Leichtfahrgeräts vorhanden, das um die Batterie und das Batteriesteuergerät angeordnet ist. Insofern ist das Gehäuse des Mobilgeräts batteriefrei, beziehungsweise das Mobilgerät ist mit einem zum Außengehäuse des Batteriegeräts separaten Gehäuse am Leichtfahrgerät befestigt.
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Um ein Anbringen an einer Vielzahl von verschieden geformten Leichtfahrgeräten beziehungsweise deren Rahmen zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn das Mobilgerät ein wetterfestes Innengehäuse und ein Außengehäuse mit einer Befestigungseinheit aufweist, zur Befestigung an einem Rahmen des Leichtfahrgeräts. Das Außengehäuse muss hierbei nicht wetterfest sein sondern kann zur Verblendung des Innengehäuses dienen und zum Tragen der Befestigungseinheit. Zweckmäßigerweise ist das Innengehäuse abgerundet hexagonal, da durch eine solche Formgebung eine einfache Anordnung an einer Vielzahl von Orten innerhalb oder am Rahmen des Leichtfahrgeräts möglich ist.
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Ist kein Mobilgerät am stationären Ladegerät angeordnet, so sollte vermieden werden, dass das Ladegerät sein elektromagnetisches Ladefeld grundlos in die Umgebung strahlt. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn dass das stationäre Ladegerät ein Steuergerät aufweist, das dazu vorbereitet ist, über ein Wechselfeld des Induktionssenders Metall in der Nähe zu erkennen. Der Induktionssender kann in Verbindung mit dem Steuergerät als Induktionssensor verwendet werden, ohne dass es hierfür eines gesonderten Sensors bedarf, sodass Raum und Kosten gespart werden können.
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Im Erkennungsfall ist es vorteilhaft, wenn das Steuergerät eine Kommunikationsaufforderung an die Mobileinheit aussendet. Es kann daraufhin ein Kommunikationsvorgang zwischen Ladegerät und Mobilgerät erfolgen, innerhalb dessen die Batteriedaten ausgetauscht und der Ladevorgang begonnen wird.
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Vorteilhafterweise weist das stationäre Ladegerät ein Steuergerät auf, das dazu vorbereitet ist, nach Erkennen eines Mobilgeräts in einer Datenübertragungsentfernung einen Handshake mit dem Mobilgerät durchzuführen, insbesondere unter Verwendung eines Schlüssels und einer Identifizierung. Ist der Handshake positiv, so kann eine Kommunikation eingeleitet werden und Batteriedaten können abgefragt werden, wie Typ und Ladezustand. Die zum Laden benötigte Energie kann bestimmt werden und der Ladezyklus kann begonnen werden. Ist das Laden abgeschlossen, so kann es beendet werden, wobei mit der Datenübertragung zwischen Mobilgerät und stationärem Ladegerät fortgefahren werden kann.
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Um verschiedene Batterien und Batterietypen laden zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Steuergerät des Ladegeräts dazu vorbereitet ist, unter Verwendung von vom Mobilgerät gesendeten Daten verschiedene Batterietypen verschiedener Ladespannungen zu erkennen und einen Ladezyklus an den jeweils erkannten Batterietyp anzupassen.
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Die Erfindung ist außerdem gerichtet auf ein System aus mehreren Mobilgeräten jeweils zur Montage an einem Leichtfahrgerät. Die Mobilgeräte enthalten jeweils einen Induktionsempfänger und einen Datensender, ein Außengehäuse, ein darin angeordnetes Innengehäuse, elektronische Einheiten im Innengehäuse und eine Befestigungseinheit zur Befestigung an einem Rahmen des Leichtfahrgeräts. Die Innengehäuse und die elektrischen Einheiten der mehreren Mobilgeräte sind hierbei identisch. Eine flexible Einsatzmöglichkeit der Mobilgeräte kann erreicht werden, wenn die Außengehäuse und die Befestigungseinheiten in ihrer Form beziehungsweise Anordnung verschieden sind, beispielsweise an verschieden geformte Rahmenelemente verschiedener Leichtfahrgeräte angepasst sind.
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Die Erfindung ist zudem gerichtet auf ein Ladenetzwerk mit einer Datenzentrale, einer Mehrzahl von stationären Ladegeräten mit jeweils einem Induktionssender zum induktiven Übertragen von Batterieladeenergie für ein elektrisch angetriebenes Leichtfahrgerät, einer Kommunikationseinheit zur Kommunikation mit der Datenzentrale und einer Steuereinheit, die dazu vorbereitet ist, Fahrzeugdaten des Leichtfahrzeugs an die Datenzentrale weiterzuleiten. Hierdurch können eine Vielzahl von Ladegeräten verwaltet und Ladevorgänge von mehreren Leichtfahrgeräten erfasst und koordiniert werden.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Datenzentrale dazu vorbereitet ist, anhand der empfangenen Daten eine Vielzahl von Leichtfahrgeräten hinsichtlich Stromkosten, Standort, Mietverhältnis, Defekte und/oder Verschleiß beziehungsweise Wartung zu verwalten.
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Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in einigen abhängigen Ansprüchen zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfasst werden, insbesondere bei Rückbezügen von Ansprüchen, so dass ein einzelnes Merkmal eines abhängigen Anspruchs mit einem einzelnen, mehreren oder allen Merkmalen eines anderen abhängigen Anspruchs kombinierbar ist. Außerdem sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination sowohl mit einem erfindungsgemäßen Verfahren als auch mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen gemäß der unabhängigen Ansprüche kombinierbar. So sind Verfahrensmerkmale auch als Eigenschaft der entsprechenden Vorrichtungseinheit gegenständlich formuliert zu sehen und funktionale Vorrichtungsmerkmale auch als entsprechende Verfahrensmerkmale.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und/oder mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden.
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Es zeigen:
- 1 ein elektrisch angetriebenes Leichtfahrgerät in Form eines E-Bikes an einem stationären Ladegerät,
- 2 eine schematische Darstellung der Module des Leichtfahrgeräts und des Ladegeräts und
- 3 eine schematische Darstellung eines Ladenetzwerks mit einer Datenzentrale und mehreren stationären Ladegeräten zum Laden unterschiedlicher Leichtfahrgeräte.
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1 zeigt ein elektrisch angetriebenes Leichtfahrgerät 2 in Form eines E-Bikes, das in einem Fahrradständer 4 steht. Das elektrische Leichtfahrgerät 2 umfasst einen Elektromotor 6, der in 1 nur schematisch angedeutet ist, und der mit einer Batterie 8 verbunden ist, die im Rahmen des Leichtfahrgeräts 2 integriert ist. Weiter ist das elektrische Leichtfahrgerät 2 mit einem Mobilgerät 10 ausgestattet, das Teil einer Ladeeinrichtung 12 zum Laden der Batterie 8 ist. Das Mobilgerät 10 ist ein kleines Gerät, das bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel an der Vorderradnabe des Leichtfahrgeräts 2 angebracht ist. Dies Anordnung ist jedoch nicht zwingend, und das Mobilgerät 10 kann auch an anderer Stelle am Leichtfahrgerät 2 platziert sein, beispielsweise im Bereich des vorderen oberen Rahmens oder unter dem Sattel, wie in 1 durch die punktierten Darstellungen angedeutet ist.
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Am Mobilgerät 10 angeordnet ist ein stationäres Ladegerät 14, das über einen Fuß 16 fest mit dem Fahrradständer 4 verbunden ist. Wird das Leichtfahrgerät 2 vom Fahrradständer 4 gehalten, so ist das Mobilgerät 10 automatisch in unmittelbarer Nachbarschaft zum stationären Ladegerät 14 platziert und an diesem ausgerichtet, sodass ein induktives Laden der Batterie 8 durch das Ladegerät 14 und das Mobilgerät 10 ermöglicht wird. Eine mechanische Kabelverbindung zwischen Mobilgerät 10 und Ladegerät 14 ist durch einen induktiven Energieübertrag vom Ladegerät 14 zum Mobilgerät 10 nicht notwendig.
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Eine weitere Möglichkeit zur Anordnung von Mobilgerät 10 und stationärem Ladegerät 14 ist ebenfalls in 1 dargestellt. Das Leichtfahrgerät 2 ist mit einem Ständer 15 ausgerüstet, mit dem es in regulärem Gebrauch beim Abstellen auf einem Boden abgestützt wird. Hierfür wird der Ständer 15 heruntergeklappt und eingerastet und hebt dabei das Leichtfahrgerät 2 etwas an. Im unteren Fuß des Ständers 15 ist das Mobilgerät 10 integriert, zumindest die Sekundärspule der Ladeeinrichtung 12.
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Als Gegenstück ist im Boden eine Vertiefung 17 eingebracht, in der der Fuß des Ständers 15 zweidimensional formschlüssig gehalten ist, ggf. mit einigen Millimetern Spiel, wie in 1 zu sehen ist. Unter der Vertiefung ist das stationäre Ladegerät 14 mit der Primärspule platziert. Durch die Vertiefung sind die beiden Spulen zueinander ausgerichtet, sodass ein effizientes Laden der Batterie 8 erfolgen kann.
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2 zeigt das Leichtfahrgerät 2 und die Ladeeinrichtung 12 in einer schematischen Darstellung. Dargestellt ist der Motor 6 und die Batterie 8 des Leichtfahrgeräts 12, sowie ein Batteriesteuergerät 18, das die Ladung der Batterie 8 steuert. Das Batteriesteuergerät 18 ist mit einem Datenbus 20 verbunden, an den des Weiteren eine Steuereinheit 22 des elektrischen Leichtfahrgeräts 2 sowie Sensoren 24 und eine Anzeige 26 angeschlossen sind.
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Die Ladeeinrichtung 12 umfasst das Mobilgerät 10 und das stationäre Ladegerät 14. Das Mobilgerät 10 ist mit einem Induktionsempfänger 28 mit einer Sekundärspule 30 ausgerüstet zum Energieempfang von einem Induktionssender 32 des Ladegeräts 14, das eine entsprechende Primärspule 34 aufweist. Des Weiteren umfasst das Mobilgerät 10 ein Steuergerät 36, eine Datenschnittstelle 38 und einen Ladeadapter 40. Das stationäre Ladegerät 14 ist ebenfalls mit einem Steuergerät 42 ausgerüstet und ferner mit einer Kommunikationseinheit 44, die zu einer Fernkommunikation, beispielsweise über ein Mobilfunknetz, ein Telefonfestnetz oder das Internet vorbereitet ist.
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Das Mobilgerät 10 ist über eine verkabelte Schnittstelle mit Elektronik des Leichtfahrgeräts 2 verbunden. Diese Verbindung erfolgt im Ausführungsbeispiel aus 2 über die Datenschnittstelle 38, die mit dem Datenbus 20 verkabelt ist. Diese Verkabelung 46 ist durch einen Doppelpfeil in 2 angedeutet. Zweckmäßigerweise über eine separate Leistungsverkabelung 48 ist der Ladeadapter 40 des Mobilgeräts 10 mit der Batterie 8 verbunden. Die Verkabelung 46, 48 kann bei einer Montage des Mobilgeräts 10 am Leichtfahrgerät 2 erfolgen.
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Zum Laden der Batterie 8 wird das elektrische Leichtfahrgerät 2 mit seinem Mobilgerät 2 am stationären Ladegerät 14 platziert, beispielsweise durch den Fahrradständer 4. Das stationäre Ladegerät 14 ist mit einer Induktivsensorikfunktion ausgerüstet, die metallische Gegenstände in der Nähe der Primärspule 34 erkennt. Hierfür enthält das Steuergerät 42 einen Programmcode, der ständig, intervallartig oder durch vorbestimmte Ereignisse getriggert ein Prüffeld in Form eines elektromagnetischen Wechselfelds aussendet. Anhand des Verhaltens des Prüffelds wird durch das Steuergerät 42 erkannt, ob sich ein Metallgegenstand, z.B. das Mobilgerät 10, innerhalb einer Induktionsentfernung vom Ladegerät 14 befindet. Erkennt das Ladegerät 14 die ausreichende Nähe des Metallgegenstands, so sendet das Steuergerät 42 über den Induktionssender 32 eine Kommunikationsanforderung aus. Ist das Mobilgerät 10 in der Kommunikationsnähe zum Ladegerät 14, so antwortet es auf die Kommunikationsanforderung. Die Kommunikation zwischen Ladegerät 14 und Mobilgerät 10 erfolgt induktiv über die beiden Spulen 30, 34, die auch zur Übertragung der Ladeenergie zum Laden der Batterie 8 vorgesehen sind.
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Mit dem induktiven Übertragen der Kommunikationsaufforderung wird auch eine ausreichende Menge an elektrischer Energie vom Ladegerät 14 an das Mobilgerät 10 übermittelt, um dieses auch ohne eine sonstige Energieversorgung, beispielsweise aus der Batterie 8, zur Kommunikation mit dem Ladegerät 14 zu befähigen. Es wird insofern zumindest die Energie an das Mobilgerät 10 gesendet und von diesem entsprechend weiterverarbeitet, die zum Senden einer Antwort vom Mobilgerät an das Ladegerät 14 auf die Kommunikationsanforderung notwendig ist.
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Das Mobilgerät 10 antwortet an das Ladegerät 14 auf die Kommunikationsanforderung, sodass das Ladegerät 14 beziehungsweise dessen Steuergerät 42 erkennt, dass ein Mobilgerät 10 innerhalb der Kommunikationsentfernung angeordnet ist. Die Information der Induktivsensorik wird insofern bestätigt und es wird ausgeschlossen, dass die Induktivsensorik einen anderen metallischen Gegenstand erkannt hat, der nicht das Mobilgerät 10 ist. In der Kommunikation zwischen Ladegerät 14 und Mobilgerät 10 wird ein Hand-shake zwischen diesen beiden Geräten 10, 14 durchgeführt. Dieser kann bereits durch die Kommunikationsaufforderung und die Antwort des Mobilgeräts 10 darauf durchgeführt werden oder in einem nachfolgenden separaten Kommunikationsschritt. Hierbei weist sich das Mobilgerät 10 aus und das Ladegerät 14 identifiziert das Mobilgerät 10. Dies kann mithilfe eines Schlüssels erfolgen, der vom Mobilgerät 10 und/oder dem Ladegerät 14 verwendet wird. Durch die Identifizierung ist im Ladegerät 14 nun bekannt, um welchen Typ vom Mobilgerät 10 es sich handelt, insbesondere um welches individuelle Mobilgerät 10 es sich handelt, wenn die Identifizierung eine Unterscheidung zwischen allen in Umlauf befindlichen Mobilgeräten 10 zulässt.
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Ist der Handshake positiv, so wird vom Ladegerät 14 eine Kommunikation eingeleitet, in der der Typ und der Ladezustand der Batterie 8 vom Mobilgerät 10 an das Ladegerät 14 übermittelt wird. Beispielsweise geschieht dies automatisch durch das Mobilgerät 10 nach einem erfolgreichen Handshake, oder das Ladegerät 14 fragt diese Daten explizit ab. Je nach Ladezustand und eventuelle Freigabe durch das Batteriesteuergerät 18 erfolgt nun ein Laden der Batterie 8 durch das Ladegerät 14. Hierzu wird die Ladeenergie induktiv vom Induktionssender 32 an den Induktionsempfänger übertragen und von dort verkabelt über den Ladeadapter 40 zur Batterie 8. Der Ladezustand wird hierbei vom Steuergerät 36 des Mobilgeräts 10 überwacht, das diesen vom Batteriesteuergerät 18 über den Datenbus 10 und den Datenschnittstelle 38 übermittelt bekommt.
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Ist die Batterie 8 ausreichend geladen, so wird dies vom Batteriesteuergerät 18 an das Steuergerät 36 des Mobilgeräts 10 übermittelt und der Ladevorgang wird vom Mobilgerät 10 gestoppt. Eine Aufforderung zur Beendigung der induktiven Energieübertragung wird vom Mobilgerät 10 an das Ladegerät 14 übermittelt, das daraufhin die induktive Energieübertragung zum Laden der Batterie 8 einstellt. Die induktive Datenübertragung zwischen Ladegerät 14 und Mobilgerät 10 bleibt hierbei jedoch bestehen, ebenso wie eine eventuelle induktive Energieübertragung vom Ladegerät 14 zum Mobilgerät 10 zur Aufrechterhaltung der Kommunikation. Es ist jedoch auch möglich, dass das Mobilgerät 10 eine eigene Batterie aufweist, die durch induktive Energieübertragung vom Ladegerät 14 geladen wird und nun ausreichend Energie zur Kommunikation des Mobilgeräts 10 mit dem Ladegerät 14 zur Verfügung stellt.
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Je nach Auslegung der Batterie 8 des Batteriesteuergerät 18 und der Steuereinheit 22 des elektrischen Leichtfahrgeräts 2 kann der Batterie 8 durch ein Niederleistungsladen Energie zugeführt werden. Unter einem Niederleistungsladen wird ein kabelloser Ladevorgang der Batterie 8 verstanden, beispielsweise durch eine Energiegewinnung bei einem Bremsvorgang des Leichtfahrgeräts 2, bei dem der Elektromotor 6 als Generator und somit Stromerzeuger verwendet wird. Es kann sinnvoll sein, diese Funktion auch zum induktiven Laden der Batterie 8 zu verwenden. Üblicherweise sind Batteriesteuergerät 18 und/oder Steuereinheit 22 so ausgeführt, dass eine Ladebereitschaft der Batterie 8 beendet wird, wenn das Leichtfahrgerät 2 mehr als eine vorbestimmte Zeitdauer im Stillstand ist. In einem solchen Zustand ist das Laden der Batterie auch über Induktion durch das Ladegerät 14 nicht möglich.
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Da das induktive Laden des Leichtfahrgeräts 2 jedoch im Stillstand erfolgen muss, beispielsweise beim Stehen im Fahrradständer 4, umfasst das Steuergerät 36 durch ein entsprechendes Computerprogramm eine Funktion zum Aufwecken oder Bereitmachen von elektronischen Komponenten des Leichtfahrgeräts 2 für ein Niederleistungsladen im Stillstand des Leichtfahrgeräts 2. Hierfür sendet das Steuergerät 36 über die Verkabelung 46 und den Datenbus 20 Daten an das Batteriesteuergerät 18 und/oder die Steuereinheit 22, die ein Beenden der Ladebereitschaft im Stillstand des Leichtfahrgeräts 2 unterbinden oder die Ladebereitschaft wiederherstellen. Ist die Ladebereitschaft vorhanden, kann durch induktiven Energieübertrag vom Ladegerät an das Mobilgerät 10 und über die Leistungsverkabelung 48 die Batterie 8 mit dem Vorrang des Niederleistungsladens mit Energie versorgt werden.
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Wie in 1 angedeutet ist, kann das Mobilgerät 10 an unterschiedlichen Orten des Leichtfahrgeräts 2 platziert werden. Um eine einfache Montage zu ermöglichen, ist das Mobilgerät 10 mit einem doppelten Gehäuse versehen, wie in 3 angedeutet ist.
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3 zeigt ein Ladenetzwerk 52 mit einer Mehrzahl von Ladegeräten 14. Die Ladegeräte 14 können wie zu 2 ausgeführt wurde ausgestaltet sein, wobei bei einem Ladenetzwerk 52 auf die Einfügung einer Kommunikationseinheit 44 in jedes Ladegerät 14 verzichtet werden kann und eine einzige Kommunikationseinheit 44 für alle oder eine Gruppe von Ladegeräten 14 des Ladenetzwerks 52 ausreicht, wie in 3 dargestellt ist.
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Wie außerdem in 3 dargestellt ist, sind an den Ladegeräten 14 jeweils Mobilgeräte 10a-10e angeordnet, zu denen Induktivladeenergie zum Laden einer Batterie 8 eines Leichtfahrgeräts 2 übertragen wird. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in 2, auf das bezüglich gleichbleibende Merkmale und Funktonen verwiesen wird. Um nicht bereits Beschriebenes mehrfach ausführen zu müssen, sind generell alle Merkmale eines vorrangegangenen Ausführungsbeispiels im jeweils folgenden Ausführungsbeispiel übernommen, ohne dass sie erneut beschrieben sind, es sei denn, Merkmale sind als Unterschiede zu dem vorrangegangenen Ausführungsbeispiel beschrieben. Außerdem sind im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen beziffert oder sind zum einfacheren Verständnis gleiche Bauteile in verschiedenen Ausführungsbeispielen mit den gleichen Bezugsziffern und anderen Bezugsbuchstaben bezeichnet, wobei sie identisch zueinander oder mit geringfügigen Unterschieden, zum Beispiel in ihrem Außengehäuse, zueinander sein können. Wird die Bezugsziffer alleine ohne einen Bezugsbuchstaben erwähnt, so sind die entsprechenden Bauteile aller Ausführungsbeispiele angesprochen.
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Die Mobilgeräte 10 sind alle mit einem wetterfesten Innengehäuse 54 und einem Außengehäuse 56 versehen, das nicht unbedingt wetterfest sein muss. Am Außengehäuse 56 können jeweils eine oder mehrere Befestigungseinheiten 58 angeordnet sein, mit der das Mobilgerät 10 an einem Rahmen oder einem anderen Teil des Leichtfahrgeräts 2 befestigt ist. Um eine multifunktionale Anordnung möglichst einfach zu erreichen, ist das Innengehäuse 54 abgerundet hexagonal aufgeführt, wie in 3 angedeutet ist. Ober- und Unterseite können hierbei eben und insbesondere parallel zueinander aufgeführt sein, wobei die umlaufende Umrandung insbesondere senkrecht dazu ausgerichtet ist und eben diese hexagonale Gestalt ausweist.
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Das Außengehäuse 56a-e ist an die entsprechende Befestigungsgegebenheit des Leichtfahrgeräts 2 angepasst, beispielsweise an eine Rahmengeometrie des Leichtfahrgeräts 2. Fünf solche Möglichkeiten sind in 3 dargestellt, wobei das zylindrisch runde Außengehäuse 56a besonders geeignet für eine Nabenanordnung, wie im Ausführungsbeispiel aus 1, ist, eine dreieckige Gestaltung des Außengehäuses 56b besonders geeignet für eine Anordnung im Rahmen, beispielsweise unterhalb eines Sattels 60, wie in 1 angedeutet ist, und einer ebenfalls hexagonale Gestaltung des Außengehäuses 56e besonders geeignet für eine Innenanordnung ist, beispielsweise innerhalb eines Rahmengehäuses, wie ebenfalls in 1 dargestellt ist. Auf diese Weise kann das Mobilgerät 10 einfach mit einem entsprechenden Außengehäuse 56 ausgerüstet werden und hierdurch an eine Vielzahl von verschiedenen Leichtfahrgeräten 2 zur dortigen Montage angepasst werden.
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Insbesondere bei Verwendung in einem Ladenetzwerk 52 ist es vorteilhaft, wenn ein Ladegerät 14 zum Laden unterschiedlicher Batterietypen geeignet ist. Hierfür kann das stationäre Ladegerät 14 mit einer Datenbank versehen sein, die verschiedene Batterietypen enthält und deren Ladedaten, wie Ladespannung, Ladekapazität, Ladeströme, Ladezeiten und dergleichen. Ebenfalls möglich ist es, die Ladedaten über die Kommunikationseinheit 24 zu erfragen und den Ladevorgang entsprechend der daraufhin erhaltenen Ladedaten durchzuführen. Solche Ladedaten können beispielsweise durch eine Datenzentrale 60 zur Verfügung gestellt werden.
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Das Ausführungsbeispiel aus 3 ist mit einer Reihe von weiteren Vorteilen verbunden. So können beispielsweise Funktionen oder Daten von einer Mehrzahl von Leichtfahrgeräten 2 verwaltet werden. Beispielsweise werden Daten des Leichtfahrgeräts 2 vom Mobilgerät 10 induktiv an sein stationäres Ladegerät 14 übertragen und von dort über die Kommunikationseinheit 44 zu einer Datenzentrale 60. Diese kann nun die Daten einer Vielzahl von Leichtfahrgeräten 2 sammeln und Funktionen, Zustände, Freigaben und/oder finanzielle Aspekte der Leichtfahrgeräte 2 verwalten. Beispielsweise können unterschiedliche Arten von Defekten an einem Leichtfahrgerät 2 an die Datenzentrale 60 übermittelt werden, sodass diese ohne eine entsprechende Aufforderung des Nutzers des Leichtfahrgeräts 2 erkannt werden. Solche Funktionen sind insbesondere vorteilhaft für Betreiber von Flotten von Leichtfahrgeräten 2, insbesondere in der Vermietung.
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Ist das Mobilgerät 10 oder eine andere Einheit des Leichtfahrgeräts 2 mit einem Standortempfänger, beispielsweise einem GPS-Empfänger, ausgerüstet, so können auch Standortdaten an die Datenzentrale 60 übermittelt werden. Der Aufenthalt einer Vielzahl von Leichtfahrgeräten 2, beispielsweise einer Mietflotte, ist nun bekannt, und ein Mieter kann - beispielsweise über eine entsprechende App 62 - zum nächstgelegenen oder einem besonders geeigneten Leichtfahrgerät 2 gelotst werden.
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Auch eine Rechnungsstellung kann aus Daten des Leichtfahrgeräts 2 über die Datenzentrale 60 vereinfacht werden. Beispielsweise können gefahrene Kilometer, die von einem Sensor 24 des Leichtfahrgeräts 2 oder von einem Standortempfänger ermittelt werden, abgerechnet werden, oder ein durch ein Fahren des Leichtfahrgeräts 2 erzeugter Stromverbrauch. Über die Datenzentrale 60 kann auch das Mietverhältnis direkt abgewickelt werden, beispielsweise durch eine entsprechende App 62. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn ein mechanisches Schloss 64 durch Datenfernübertragung ver- und entriegelt werden kann. Ein Mieter mietet über die App 62 und die Datenzentrale 60 ein Leichtfahrgerät 2, und dieses wird - verursacht durch das Senden von Daten von der Datenzentrale 60 an das Leichtfahrgerät 2 - entriegelt und nach dem Mietgebrauch wieder verriegelt.
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Weiter kann im Mobilgerät 2 ein Typ des Leichtfahrgeräts 2 hinterlegt sein, an dem das Mobilgerät 10 montiert ist. Ein potenzieller Mieter kann sich ein ihm passendes Leichtfahrgerät 2 aussuchen anhand von Leichtfahrgerätdaten, die mit dem Typ des Leichtfahrgeräts 2 verbunden sind. Der Mieter bekommt von der Datenzentrale 60 den Standort des vom ihm ausgesuchten Leichtfahrgeräts 2 übermittelt und der Mieter kann das Leichtfahrgerät 2 zu einem von ihm ausgewählten Zeitpunkt entsperren, beispielsweise durch Eingabe eines Entsperrcodes in sein Smartphone, der durch die App 62 zur Datenzentrale übermittelt wird, dass die Entriegelung des Schlosses 64 veranlasst.
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Zur Anpassung von Nutzungsgebühren und/oder Wartungs- oder Reparaturarbeiten kann außerdem ein Gebrauchsverhalten von Mietern beziehungsweise Nutzern von Leichtfahrgeräten 2 überwacht werden. Hierfür werden beispielsweise Fahrstrecken auf potenzielle Abnutzung des Leichtfahrgeräts 2 untersucht. Wird ein Leichtfahrgerät 2 50 km auf einem Feldweg gefahren oder im Mountainbiking off-road verwendet, so sind andere Wartungsarbeiten auszuführen beziehungsweise kürzere Wartungsintervalle festzusetzen, als wenn das Leichtfahrgerät 2 die gleiche Strecke auf einer Landstraße fährt. Ebenfalls kann das Mobilgerät einen Crashsensor aufweisen, beispielsweise in Form eines Beschleunigungssensors, der starke Beschleunigungen in einer oder mehreren vorbestimmten Richtungen erkennt und an die Datenzentrale 60 übermittelt. Das Leichtfahrgerät 2 kann nun unaufgefordert auf Beschädigungen untersucht werden, die auf diese Weise zuverlässig behoben werden können.
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Wie in 3 dargestellt ist, können an einer Datenzentrale 60 mehrere Ladenetzwerke 52 angeschlossen sein, beispielsweise über eine drahtlose Verbindung und Internetkommunikation. Eine Datenzentrale 60 kann beispielsweise mehrere Leichtfahrgerätflotten von einem oder mehreren Betreibern in einer oder mehreren Städten verwalten.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Leichtfahrgerät
- 4
- Fahrradständer
- 6
- Elektromotor
- 8
- Batterie
- 10a-e
- Mobilgerät
- 12
- Ladeeinrichtung
- 14
- Ladegerät
- 15
- Ständer
- 16
- Fuß
- 17
- Vertiefung
- 18
- Batteriesteuergerät
- 20
- Datenbus
- 22
- Steuereinheit
- 24
- Sensor
- 26
- Anzeige
- 28
- Induktionsempfänger
- 30
- Sekundärspule
- 32
- Induktionssender
- 34
- Primärspule
- 36
- Steuergerät
- 38
- Datenschnittstelle
- 40
- Ladeadapter
- 42
- Steuergerät
- 44
- Kommunikationseinheit
- 46
- Verkabelung
- 48
- Leistungsverkabelung
- 52
- Ladenetzwerk
- 54
- Innengehäuse
- 56a-e
- Außengehäuse
- 58
- Befestigungseinheit
- 60
- Datenzentrale
- 62
- App
- 64
- Schloss
