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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der die Reichweite eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs in effizienter Weise erhöht werden kann.
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Ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug kann einen sogenannten Range Extender aufweisen, mit dem die Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht werden kann. Der Range Extender umfasst einen Verbrennungsmotor und einen Kraftstofftank, sowie einen Generator, der durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird und dabei elektrischen Strom für den Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs generiert.
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Ein Kraftfahrzeug wird durchschnittlich meist nur für relativ kurze Strecken verwendet. Ein Range Extender zur Erhöhung der Reichweite des Kraftfahrzeugs wird daher meist nur relativ selten benötigt. Andererseits wird durch den Verbau eines Range Extenders in einem Kraftfahrzeug der verfügbare Bauraum dauerhaft reduziert und das Fahrzeuggewicht dauerhaft erhöht.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine kosteneffiziente und flexibel einsetzbare Vorrichtung zur Erhöhung der Reichweite eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch jeden der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Gemäß einem Aspekt wird eine einspurige Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie beschrieben. Die Vorrichtung kann ausgebildet sein, um von einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug, insbesondere von einem ein-, zwei- oder mehrspurigen Fahrzeug, gezogen zu werden. Die von der Vorrichtung erzeugte elektrische Energie kann dazu verwendet werden, die Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen. Die Vorrichtung kann somit als Range Extender ausgebildet sein.
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Die Vorrichtung umfasst ein Gestell, an dem ein freilaufendes Rad befestigt ist. Dabei weist die Vorrichtung bevorzugt nur ein einziges Rad auf, das mit der Fahrbahn in Kontakt steht, wenn die Vorrichtung von einem Fahrzeug gezogen wird. So kann ein besonders energieeffizienter Betrieb der Vorrichtung ermöglicht werden. Das Gestell ist in einem bevorzugten Beispiel das Gestell bzw. der Rahmen eines Motorrads bzw. eines Motorrollers. Das Rad ist in einem bevorzugten Beispiel an der Hinterradaufhängung eines Motorrads befestigt (wobei die Motorradaufhängung mit dem Gestell des Motorrads verbunden ist).
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Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine mit dem Gestell verbundene mechanische Kupplung, die ausgebildet ist, die Vorrichtung mit einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug mechanisch zu verbinden. Die Kupplung kann ausgebildet sein, mit der Anhängerkupplung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, verbunden zu werden. Alternativ oder ergänzend kann die Kupplung ausgebildet sein, z.B. an der Sozius Fußraste eines Zug-Motorrads befestigt zu werden. Dabei kann die Kupplung ausgebildet sein, eine (in Bezug auf die Fahrbahn) horizontale Verdrehung zwischen dem Zugfahrzeug und der Vorrichtung zu ermöglichen. Des Weiteren kann die Kupplung ausgebildet sein, eine (in Bezug auf die Fahrbahn) vertikale Verdrehung zwischen dem Zugfahrzeug und der Vorrichtung zu unterbinden (um ein Kippen der einspurigen Vorrichtung zuverlässig zu vermeiden).
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Insbesondere kann die Kupplung als Kreuzgelenkkupplung ausgebildet sein oder eine Kreuzgelenkkupplung umfassen.
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Die Vorrichtung umfasst ferner einen Kraftstofftank, der ausgebildet ist, Kraftstoff (z.B. Benzin oder Diesel oder Flüssiggas) aufzunehmen. Der Kraftstofftank kann eine Kapazität von 10 Litern oder mehr, oder von 15 Litern oder mehr aufweisen.
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Des Weiteren umfasst die Vorrichtung einen Generator, der ausgebildet ist, elektrische Energie zu erzeugen. Typischerweise wird durch den Generator ein Wechselstrom erzeugt, der ggf. durch einen AC/DC-Wandler der Vorrichtung in einen Gleichstrom gewandelt werden kann.
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Außerdem umfasst die Vorrichtung einen Verbrennungsmotor, der eingerichtet ist, mit Kraftstoff aus dem Kraftstofftank betrieben zu werden und dabei den Generator anzutreiben. Durch den Betrieb des Verbrennungsmotors kann somit elektrische Energie erzeugt werden. Das Rad der Vorrichtung wird typischerweise nicht von dem Verbrennungsmotor angetrieben. Der Verbrennungsmotor kann eine Leistung von 20kW oder mehr, oder von 25kW oder mehr aufweisen. Der Verbrennungsmotor kann für den Betrieb in einem Motorrad und/oder in einem Motorroller bzw. Scooter ausgelegt sein.
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Die Vorrichtung umfasst ferner ein oder mehrere Leistungs-Kontaktelemente, die ausgebildet sind, von dem Generator erzeugte elektrische Energie an ein mit der Kupplung verbundenes Fahrzeug zu übertragen. Die ein oder mehreren Leistungs-Kontaktelemente können über elektrische Leitungen mit dem Generator verbunden sein. Die ein oder mehreren Leistungs-Kontaktelemente können an der Kupplung der Vorrichtung angeordnet sein, um eine effiziente und zuverlässige Übertragung von elektrischer Energie an das die Vorrichtung ziehende Fahrzeug zu ermöglichen. Die ein oder mehreren Leistungs-Kontaktelemente können ausgebildet sein, eine Steckverbindung mit ein oder mehreren entsprechenden und/oder komplementären Leistungs-Kontaktelementen des die Vorrichtung ziehenden Fahrzeugs zu bilden. Die ein oder mehreren entsprechenden und/oder komplementären Leistungs-Kontaktelemente können ausgebildet sein, die von der Vorrichtung bereitgestellte elektrische Energie an den Energiespeicher und/oder (direkt) an die elektrische Antriebsmaschine des Fahrzeugs zu übertragen.
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Die von einem Fahrzeug ziehbare und/oder an ein Fahrzeug anhängbare Vorrichtung ermöglicht es, in effizienter, flexibler und zuverlässiger Weise die Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen.
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Wie bereits oben dargelegt, kann die Vorrichtung zumindest teilweise Komponenten eines Motorrads und/oder eines Motorrollers bzw. Scooters umfassen. Insbesondere können der Verbrennungsmotor und/oder das Gestell der Vorrichtung Teil eines Motorrads und/oder Motorrollers bzw. Scooters sein. Insbesondere kann als Grundlage für die Vorrichtung der Antriebsstrang eines Motorrads und/oder Motorroller bzw. Scooters verwendet worden sein. Dabei eignet sich insbesondere der Antriebsstrangs eines Motorrollers bzw. Scooters aufgrund der Anordnung des Verbrennungsmotors, um eine kompakte Vorrichtung zu ermöglichen. Somit kann in besonders effizienter Weise eine Range Extender Vorrichtung bereitgestellt werden.
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Die Vorrichtung kann anstelle der Sitzbank des Motorrads und/oder des Motorrollers einen Lastenträger zur Befestigung und/oder zum Tragen einer Last umfassen. Die Vorrichtung kann somit (zusätzlich) als Gepäckträger und/oder Lastenträger ausgebildet sein. So kann in effizienter Weise die Funktionalität der beschriebenen Vorrichtung erweitert werden.
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Wie bereits oben dargelegt, kann das Rad der Vorrichtung an einer Hinterradaufhängung des für die Vorrichtung verwendeten Motorrads bzw. Motorrollers befestigt sein. Andererseits kann das Rad der Vorrichtung dem Vorderrad des für die Vorrichtung verwendeten Motorrads bzw. Motorrollers entsprechen. Durch den Austausch des Hinterrads mit dem Vorderrad können in effizienter Weise das Gewicht der Vorrichtung reduziert und der verfügbare Bauraum der Vorrichtung erhöht werden (da das Vorderrad keine Verzahnung aufweist). So kann die Effizienz der Vorrichtung weiter erhöht werden.
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Die Vorrichtung kann eine Deichsel umfassen, die über ein Schwingenlager und/oder über eine Befestigung für einen Kippständer des Motorrads bzw. des Motorrollers an dem Gestell der Vorrichtung befestigt ist. Die Kupplung kann an der Deichsel befestigt sein. Durch die Bereitstellung einer Deichsel kann die Stabilität und Manövrierbarkeit der Vorrichtung weiter erhöht werden.
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Die Vorrichtung kann ein oder mehrere Steuer-Kontaktelemente umfassen, die ausgebildet sind, Steuersignale zwischen einem mit der Kupplung verbundenen Fahrzeug und der Vorrichtung, insbesondere der Steuereinheit der Vorrichtung, zu übertragen. Die ein oder mehreren Steuer-Kontaktelemente können an der Kupplung der Vorrichtung angeordnet sein, um eine effiziente und zuverlässige Signalverbindung zu dem Fahrzeug zu ermöglichen. Die ein oder mehreren Steuer-Kontaktelemente können ausgebildet sein, Steckverbindungen mit ein oder mehreren entsprechenden und/oder komplementären Steuer-Kontaktelementen des Fahrzeugs zu bilden.
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Die Steuereinheit der Vorrichtung kann eingerichtet sein, ein Steuersignal zum Start bzw. zum Stopp des Verbrennungsmotors der Vorrichtung von dem Fahrzeug zu empfangen. In Reaktion darauf kann die Steuereinheit veranlassen, dass der Verbrennungsmotor gestartet wird, um elektrische Energie zu erzeugen, bzw. dass der Verbrennungsmotor gestoppt wird. Durch die Bereitstellung von ein oder mehreren Steuer-Kontaktelementen kann eine komfortable und zuverlässige Fernsteuerung der Vorrichtung aus dem ziehenden Fahrzeug ermöglicht werden.
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Die Vorrichtung kann einen elektrischen Energiespeicher umfassen, der eingerichtet ist, von dem Generator erzeugte elektrische Energie zu speichern. Die ein oder mehreren Leistungs-Kontaktelemente können ausgebildet sein, in dem Energiespeicher der Vorrichtung gespeicherte elektrische Energie an ein mit der Kupplung verbundenes Fahrzeug zu übertragen. Durch die Bereitstellung eines elektrischen Energiespeichers zur Zwischenspeicherung von elektrischer Energie kann die Flexibilität der Nutzung der Range Extender Vorrichtung weiter erhöht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein System beschrieben. Das System umfasst ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug, das einen elektrischen Antriebsmotor zum Antrieb des Fahrzeugs und einen elektrischen Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie zum Betrieb des Antriebsmotors umfasst. Des Weiteren umfasst das System eine von dem Fahrzeug gezogene Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie, die, wie in diesem Dokument beschrieben, ausgebildet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Verwendung eines Motorrads bzw. Motorrollers bzw. Scooters und/oder von Teilen eines Motorrads bzw. Motorrollers bzw. Scooters, insbesondere von dem Gestell und/oder dem Verbrennungsmotor eines Motorrads bzw. Motorrollers bzw. Scooters, für einen und/oder als ein an ein, zumindest teilweise elektrisch angetriebenes, Fahrzeug anhängbaren Range Extender. So kann in effizienter Weise ein Range Extender für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug bereitgestellt werden.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1 beispielhafte Komponenten eines Motorrads;
- 2a ein beispielhaftes Fahrzeug, das einen Motorrad-basierten Range Extender zieht; und
- 2b einen beispielhaften Motorrad-basierten Range Extender.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Bereitstellung einer kosteneffizienten und flexible einsetzbaren Vorrichtung zur Erhöhung der Reichweite eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (insbesondere eines (Straßen-) Kraftfahrzeugs, etwa eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens, eines Busses oder eines Motorrads).
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In diesem Zusammenhang zeigt 1 ein beispielhaftes Motorrad 110 mit einem Vorderrad 116 und einem Hinterrad 117. Das Hinterrad 117 ist typischerweise an einem Rahmen bzw. an einem Gestell 120 des Motorrads 110 befestigt. An dem Rahmen bzw. Gestell 120 kann ferner ein Kraftstofftank 114 angeordnet sein, der eingerichtet ist, Kraftstoff (z.B. Benzin oder Diesel) für den Betrieb des Verbrennungsmotors 112 zum Antrieb des Motorrads 110, insbesondere zum Antrieb des Hinterrads 117 des Motorrads 110, aufzunehmen. Des Weiteren kann an dem Rahmen bzw. Gestell 120 eine Sitzbank 113 für den Fahrer des Motorrads 110 angeordnet sein. Ferner kann das Motorrad 110 einen Generator 118 umfassen, der eingerichtet ist, elektrische Energie für ein oder mehrere elektrische Verbraucher (z.B. für einen Anlasser und/oder für einen Scheinwerfer des Motorrads 110) zu generieren. Der Generator 118 kann von dem Verbrennungsmotor 112 des Motorrads 110 angetrieben werden. Des Weiteren kann das Motorrad 110 ein oder mehrere Steuereinheiten und/oder Steuergeräte 111 umfassen, mit denen der Betrieb der unterschiedlichen Komponenten des Motorrads 110 gesteuert und/oder koordiniert werden kann.
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Der Rahmen 120 des Motorrads 110 kann über einen Lenk- und/oder Steuerkopf 119 mit der Gabel 115 des Motorrads 110 verbunden sein, wobei das Vorderrad 116 an der Gabel 115 befestigt ist.
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Ein Motorrad 110 kann in effizienter Weise als Range Extender für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeugs 200 verwendet werden, wie in 2a dargestellt. Das Fahrzeug 200 umfasst einen elektrischen Antriebsmotor 202 und einen elektrischen Energiespeicher 203 (z.B. eine Lithium-lonen-basierte Batterie), der eingerichtet ist, elektrische Energie für den Betrieb des elektrischen Antriebsmotors 202 zu speichern. Das elektrisch angetriebene Fahrzeug 200 umfasst eine Anhängerkupplung 201, an die eine Motorrad-basierte Range-Extender Vorrichtung 210 angekuppelt werden kann.
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Die Motorrad-basierte Vorrichtung 210 umfasst, wie in 2c dargestellt, Komponenten des in 1 dargestellten Motorrads 110. Insbesondere kann die Vorrichtung 210 den Rahmen bzw. das Gestell 120 des Motorrads 110 umfassen, an dem der Kraftstofftank 114, der Verbrennungsmotor 112, der Generator 118 und das Hinterrad 117 des Motorrads 110 angeordnet und/oder befestigt sind. Die Gabel 115 und der Steuerkopf 119 des Motorrads 110 sind nicht Teil der Vorrichtung 210. Andererseits kann an dem Rahmen bzw. Gestell 120 eine mechanische Kupplung 211 angeordnet sein (z.B. an der Stelle des Steuerkopfes 119), die es ermöglicht, die Vorrichtung 210 mit der Anhängerkupplung 201 des Fahrzeugs 200 zu koppeln. Durch die Kupplung 211 kann somit eine mechanische Kopplung zwischen dem Fahrzeug 200 und der Motorrad-basierten Range Extender Vorrichtung 210 hergestellt werden.
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Der Verbrennungsmotor 112 der Vorrichtung 210 kann mit Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 114 betrieben werden, um den Generator 118 anzutreiben. Dabei kann der Generator 118 der Vorrichtung 210 eine (wesentlich) höhere elektrische Leistungsfähigkeit und/oder Nennspannung aufweisen, als der ursprüngliche Generator 118 des Motorrads 110 (z.B. um einen Faktor 2 oder mehr, oder 5 oder mehr oder 10 oder mehr höher).
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Ein Generator 118 weist typischerweise einen Wechselrichter bzw. AC/DC Wandler 218 auf, der eingerichtet ist, den von dem Generator 118 generierten Wechselstrom in einen Gleichstrom zu wandeln. Der in der Vorrichtung 210 verbaute Wechselrichter 218 kann eine (wesentlich) höhere Leistungsfähigkeit und/oder AusgangsGleichspannung (z.B. von 300V oder mehr) aufweisen als der ursprüngliche Wechselrichter des Motorrads 110. Alternativ oder ergänzend kann im Fahrzeug 200 ein Gleichspannungswandler bereitgestellt werden (nicht dargestellt), der eingerichtet ist, den von der Vorrichtung 210 bereitgestellten Strom auf die zum Laden des Energiespeichers 203 erforderliche Spannung (z.B. 300V oder höher) zu wandeln.
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An der (mechanischen) Kupplung 211 können ein oder mehrere Leistungs-Kontaktelemente 213 angeordnet sein, über die der in der Vorrichtung 210 generierte Strom zu dem Energiespeicher 203 und/oder zu dem elektrischen Antriebsmotor 202 des Fahrzeugs 200 geleitet werden kann. Des Weiteren kann die Vorrichtung 210 ein oder mehrere Steuer-Kontaktelemente 214 umfassen, über die Steuersignale zwischen dem Fahrzeug 200 und der Vorrichtung 210 ausgetauscht werden können, z.B. um es dem Fahrzeug 200 zu ermöglichen, den Verbrennungsmotor 112 der Vorrichtung 210 zur Erzeugung von elektrischer Energie zu starten und bei Bedarf wieder zu stoppen. Alternativ oder ergänzend kann über die ein oder mehrere Steuer-Kontaktelemente 214 Statusinformation in Bezug auf den Zustand der Vorrichtung 210 an das Fahrzeug 100 gesendet werden.
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Die Sitzbank 113 des Motorrads 110 kann in einem bevorzugten Beispiel durch einen Gepäck- bzw. Lastenträger 213 ersetzt werden, der es dem Nutzer der Vorrichtung 210 ermöglicht, Gepäck an der Vorrichtung 210 zu befestigen. Das Getriebe und/oder die (Fliehkraft-) Kupplung und/oder die Zahnräder des Antriebsstrangs des Motorrads 110 (nicht in 1 dargestellt) können typischerweise entfernt werden, da das Hinterrad 117 in der Vorrichtung 210 nur mitläuft und nicht angetrieben werden. Der dadurch gewonnene Bauraum kann z.B. zum Verbau eines leistungsstärkeren Generators 118, zum Verbau eines größeren Kraftstofftanks 114 und/oder zum Verbau eines elektrischen Energiespeichers 219 zur (Zwischen-) Speicherung der von dem Generator 118 erzeugten elektrischen Energie verwendet werden. In einem bevorzugten Beispiel wird das Vorderrad 116 des Motorrads 110 als Rad 117 der Vorrichtung 210 verbaut, um das Gewicht und den Bauraumbedarf zu reduzieren.
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Der Kraftstofftank 114 (ggf. zusammen mit der Sauganlage) kann ggf. näher an dem Rad 117 der Vorrichtung 210 angeordnet werden (im Vergleich zu der Anordnung im Motorrad 110). So kann das Gewicht der Vorrichtung 210 auf das Rad 117 verlagert werden, um das Gewicht der Vorrichtung 210 an der Deichsel bzw. an der Kupplung 211 der Vorrichtung 210 zu reduzieren. So kann die Stabilität der Vorrichtung 210 erhöht werden.
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Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann in effizienter Weise ein Range Extender zur Erhöhung der Reichweite eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 200 bereitgestellt werden. Dabei kann insbesondere die Struktur eines bereits existierenden Motorrads wiederverwendet werden, um die Range Extender Vorrichtung bereitzustellen. Durch die Verlagerung des Range Extenders außerhalb des Fahrzeugs 200 kann der verfügbare Bauraum im Fahrzeug 200 erhöht werden. Des Weiteren können Geräusche im Fahrzeug 200 reduziert werden. Außerdem kann die beschriebene Vorrichtung 210 als zusätzlicher Lastenträger verwendet werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
