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Die Erfindung betrifft eine Elektrofahrrad-Batterie gemäß Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Elektrofahrrad mit einer solchen Elektrofahrrad-Batterie gemäß Patentanspruch 6 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Elektrofahrrad-Batterie gemäß Patentanspruch 7.
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Elektrofahrrad-Batterien (im Folgenden auch einfach als Batterie bezeichnet) zur Energieversorgung von Antriebseinheiten für Elektrofahrräder sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Diese Batterien sind in eingebautem Zustand an dem Fahrrad üblicherweise über eine Bedieneinheit ansteuerbar. Die Bedieneinheit ist zum Beispiel an der Lenkstange angeordnet und ist mit der Batterie verbunden. Über die Bedieneinheit sind unter anderem der Ladezustand oder etwaige Fehlermeldungen der Batterie abfragbar und visualisierbar.
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Um eine Kommunikation mit der Batterie im ausgebauten Zustand zu ermöglichen, ist es unter anderem bekannt, die Batterie mit einem Knopf oder Drucktaster auszustatten. Mittels des Drucktasters kann die Batterie auch im ausgebauten, vom Fahrrad gelösten Zustand eingeschaltet werden und z.B. über LEDs ihren Ladezustand oder auch Fehlermeldungen anzeigen.
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Die Anwendung eines Drucktasters erfordert mindestens eine elektrische Durchführung durch das Gehäuse. Eine solche Durchführung ist zugleich auch eine potenzielle Eintrittsstelle für Feuchtigkeit. Außerdem muss das Gehäuse so ausgebildet sein, dass ausreichend Platz zum Anbringen einer Folie ist, in welche der Druckknopf integriert ist und welche zusätzlich einen Kleberand zur Kabeldurchführung aufweist. Zudem beansprucht der Stecker, welcher auf der Platine angeordnet ist und zur Kontaktierung des Drucktasters dient, vergleichsweise viel Bauraum. Die Anordnung des Drucktasters gibt über die Kontaktierung auch die Anordnung der Platine innerhalb des Gehäuses vor.
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Die zugrundeliegende Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Elektrofahrrad-Batterie für ein Fahrrad, ein Elektrofahrrad und ein Verfahren zum Betreiben einer Elektrofahrrad-Batterie zur Verfügung zu stellen, mittels welchen auf möglichst einfache Weise ein Betreiben der Elektrofahrrad-Batterie im ausgebauten Zustand ermöglicht wird.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere Ausführungsformen und Vorteile sind in Zusammenhang mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Eine erfindungsgemäße Elektrofahrrad-Batterie weist ein Gehäuse und mindestens eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Batteriezelle auf. Das Gehäuse umgibt die mindestens eine Batteriezelle insbesondere von allen Seiten und dient dem Schutz der mindestens einen Batteriezelle. Insbesondere weist die Elektrofahrrad-Batterie mehrere Batteriezellen und vorzugsweise 24 Batteriezellen a 3,6 V auf. Die Batteriezellen sind insbesondere derart verschaltet, dass jeweils 12 Batteriezellen seriell angeordnet sind in zwei parallelen Strängen. Die Batteriezellen sind insbesondere zylindrisch ausgebildet. Bei der Elektrofahrrad-Batterie handelt es sich insbesondere um eine Batterie mit einer Versorgungsspannung im Bereich der Niederspannung. Die Nennspannung der Elektrofahrrad-Batterie liegt insbesondere unterhalb von 60 V und beträgt vorzugsweise 43 V.
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Innerhalb des Gehäuses der Batterie ist zudem mindestens ein Aktivierungssensor zur Erfassung einer Aktivierungshandlung angeordnet. Eine Aktivierungshandlung im Sinne der Erfindung ist eine Handlung, welche dazu dient, die Batterie in einem vom Fahrrad gelösten Zustand „aufzuwecken“ bzw. zu aktivieren. Insbesondere befindet sich die Batterie in diesem vom Fahrrad gelösten Zustand in einem „Deep-Sleep-Modus“, in welchem die Batterie keine bzw. kaum Energie verbraucht. Konkrete Aktivierungshandlungen können - wie auch im Folgenden noch näher beschrieben - das Drehen, Schwenken, Schütteln der Batterie umfassen oder eine bestimmte Berührung, Beleuchtung oder Erwärmung des Gehäuses sein. Die jeweilige Aktivierungshandlung wird über den dafür vorgesehenen Aktivierungssensor detektiert. Nach dem „Aufwecken“ bzw. der Aktivierung kann die Batterie einen aktuellen Ladezustand und/oder einen Fehlercode anzeigen. Dazu weist die Batterie insbesondere eine Anzeigeeinheit, wie z.B. mehrere LEDs auf.
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Der Vorteil einer erfindungsgemäßen Elektrofahrrad-Batterie ist, dass der Aktivierungssensor nur innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Es sind keine Durchführungen durch das Gehäuse erforderlich. Die Elektrofahrrad-Batterie ist drucktasterlos. Zudem ist die Gestaltungsfreiheit für die Anordnung der mindestens einen Batteriezelle in dem Gehäuse, einer Steuereinheit bzw. Platine innerhalb des Gehäuses sowie des Gehäuses selbst ist durch den Wegfall des Drucktasters erheblich verbessert. Trotzdem kann die Batterie in einem vom Fahrrad gelösten Zustand aktiviert werden und es ist möglich, mit der Batterie auch „stand alone“, also ohne externe Bedieneinheit zu kommunizieren.
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Der Aktivierungssensor ist insbesondere auf einer in dem Gehäuse angeordneten Platine angeordnet. Insbesondere ist der Aktivierungssensor auf der Platine für das Batterie-Management-System angeordnet.
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In einer praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrofahrrad-Batterie umfasst der Aktivierungssensor mindestens einen Beschleunigungssensor. Mittels des Beschleunigungssensors kann eine Bewegung der Batterie erfasst werden und als eine Aktivierungshandlung erkannt werden. Eine solche mittels eines Beschleunigungssensors zu erfassende Aktivierungshandlung ist zum Beispiel das Bewegen der Batterie, insbesondere entlang einer definierten Trajektorie. Eine Aktivierungshandlung kann dabei die Drehung der Batterie um 45° um ihre eigene Achse sein. Alternativ kann die Aktivierungshandlung auch eine Schüttelbewegung oder eine andere Drehung oder Kombination aus Drehung und lateraler Bewegung sein. Der Aktivierungssensor umfasst insbesondere mehrere Beschleunigungssensoren, welche die Beschleunigung in alle drei Raumachsen erfassen. Als Beschleunigungssensor dient hier insbesondere ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor oder ein mikro-elektromechanisches System (MEMS). Ein solcher Beschleunigungssensor beansprucht besonders wenig Bauraum.
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Insbesondere können jeweils drei Beschleunigungssensoren, die jeweils orthogonal zueinander ausgerichtet sind, in einer sogenannten IMU (inertial measurement unit, inertiale Messeinheit) zusammengefasst sein. Aus den von den Beschleunigungssensoren erfassten Messwerten der IMU kann nach Kompensation der Erdbeschleunigung, durch Integration die lineare Geschwindigkeit und durch nochmalige Integration die Position der jeweiligen IMU relativ zu einem Referenzpunkt ermittelt werden. Zudem können noch drei Drehraten-Sensoren vorgesehen sein.
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Die Integration der drei von den Drehratensensoren ermittelten Winkelgeschwindigkeiten liefert die Orientierung der IMU (Verkippung) relativ zu einem Referenzpunkt.
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Alternativ oder in Ergänzung dazu kann der Aktivierungssensor einen induktiven Sensor umfassen. Ein induktiver Sensor erfasst, wenn sich ein Körperteil wie z.B. ein Finger dem Aktivierungssensor außerhalb des Gehäuses nähert. Es kann hier insbesondere ein Fingerabdruckscanner verwendet werden, der zusätzlich die Sicherheit der Elektrofahrrad-Batterie gegenüber Diebstahl erhöht.
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Bei dem Aktivierungssensor kann es sich auch im einen lichtempfindlichen Sensor handeln, der auf Beleuchtung bzw. Verschattung reagiert.
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Auch ein akustischer Sensor ist denkbar, wobei z.B. ein bestimmtes Geräusch, wie ein Klatschen oder ein bestimmtes Wort erfasst wird, welches zu einem Aufwecken der Elektrofahrrad-Batterie führt.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrofahrrad-Batterie ist der Aktivierungssensor mit der mindestens einen Batteriezelle verbunden und über diese mit Energie versorgt. Der Aktivierungssensor benötigt dann keine zusätzliche Energieversorgung.
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Die Elektrofahrrad-Batterie weist mindestens zwei Betriebsmodi auf, wobei ein erster Betriebsmodus ein Deep-Sleep-Modus ist und wobei ein zweiter Betriebsmodus ein Ruhemodus ist. Die Batterie nimmt den Deep-Sleep-Modus ein, wenn die Batterie vom Fahrrad abgekoppelt ist und nicht mit einer Bedieneinheit und/oder einer Stromversorgung verbunden ist. In dem Deep-Sleep-Modus verbraucht die Batterie nur minimale Energie zum Betreiben ihrer Komponenten. Der Ruhemodus (auch als Idle-SoC bezeichnet) ist dabei ein Modus, der im Anschluss an ein Aufwecken der Batterie durch eine Aktivierungshandlung vorliegt und wobei für ein definiertes Zeitintervall z.B. der Ladezustand oder ein Fehlercode angezeigt wird.
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Zudem kann die Elektrofahrrad-Batterie noch einen dritten Betriebsmodus aufweisen, welcher ein Shipping-Modus ist. Der Shipping-Modus kann für den Transport der Batterie aktiviert werden. Der Shipping-Modus zeichnet sich dadurch aus, dass eine Aktivierung bzw. ein Aufwecken aus dem Shipping-Modus nur durch das Anschließen einer externen Bedieneinheit und/oder externen Stromversorgung ermöglicht ist. Der Aktivierungssensor ist insbesondere während des Shipping-Modus deaktiviert. Mittels des Shipping-Modus soll verhindert werden, dass während des Transports auftretende bzw. durch den Transport bedingte Vibrationen, Drehungen oder auch Handling der Batterie zu einem Aufwecken der Batterie führen und zusätzlich Energie verbrauchen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Elektrofahrrad mit einer wie vorstehend beschriebenen Elektrofahrrad-Batterie. Ein Elektrofahrrad (auch als E-Bike oder Pedelec bezeichnet), weist dabei eine Antriebseinheit zur Bereitstellung einer Unterstützungsleistung beim Treten auf. Die Antriebseinheit wird dabei von der Elektrofahrrad-Batterie mit Energie versorgt. Wie vorstehend geschildert, ist die Batterie von dem Elektrofahrrad abnehmbar und kann als separate Batterie vorliegen. In diesem Zustand geht die Batterie dann in einen Deep-Sleep-Modus über.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Elektrofahrrad-Batterie, insbesondere einer wie vorstehend beschriebenen Elektrofahrrad-Batterie. Betreiben heißt hier Aktivierung der Batterie, Deaktivierung der Batterie, das Versetzen und Aufwecken aus einem Deep-Sleep-Modus oder ggf. weiterer Modi, sowie auch ein Ablesen einer Ladezustandsanzeige und/oder eines Fehlercodes.
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Die Elektrofahrrad-Batterie liegt dazu in einem ausgebauten Zustand vor, wobei die Batterie von einem Fahrrad gelöst ist und keinen Kontakt zu einer Bedieneinheit und/oder einer externen Stromversorgung hat. Die Batterie befindet sich in einem Deep-Sleep-Modus (erster Betriebsmodus) und mittels mindestens eines Aktivierungssensors wird eine Aktivierungshandlung erfasst und die Elektrofahrrad-Batterie wird, ausgelöst durch die Aktivierungshandlung, in einen zweiten Betriebsmodus versetzt, in welcher die Elektrofahrrad-Batterie einen Ladezustand und/oder einen Fehlercode anzeigt. Die Elektrofahrrad-Batterie weist dafür insbesondere verschiedene Leuchtmittel auf.
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Wie vorstehend bereits beschrieben, kann durch eine vom Aktivierungssensor ermittelten Aktivierungshandlung eine Aktivierung auch im ausgebauten Zustand erfolgen. Die Vorteile eines solchen nur innerhalb des Gehäuses angeordneten Aktivierungssensors sind vorstehend bereits beschrieben.
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Insbesondere handelt es sich bei der Aktivierungshandlung um ein Bewegen der Elektrofahrrad-Batterie. Insbesondere wird die Batterie entlang einer definierten Trajektorie bewegt. Die Bewegung der Batterie wird von dem Aktivierungssensor erfasst. Eines Trajektorie kann z.B. eine Drehung der Batterie um 45° um eine ihrer Achsen sein. Zur Aktivierung kann dabei eine Drehung um eine bestimmte Achse der Batterie festgelegt sein oder es kann auch eine Aktivierung erfolgen, wenn um eine der drei Raumachsen gedreht wird.
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Wie auch oben beschrieben, kann die Aktivierungshandlung eine Berührung eines bestimmten Aktivierungsbereiches sein. Die Aktivierung kann dann insbesondere über Induktion erkannt werden. Die Aktivierungshandlung kann alternativ oder ergänzend dazu das Aussenden eines akustisches Signals und/oder eines optischen Signals sein.
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In einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt die Elektrofahrrad-Batterie den Ladezustand und/oder den Fehlercode für einen definierten Zeitraum an (insbesondere im Ruhemodus oder Idle-SoC) und wird im Anschluss daran wieder in den ersten Betriebsmodus, den Deep-Sleep-Modus, versetzt. Bei dem definierten Zeitraum handelt es sich insbesondere um einige Sekunden bis Minuten. Insbesondere kann der Ladezustand und/oder ein Fehlercode für einen Zeitraum von 10 s bis hin zu 30 s angezeigt werden. Der Übergang in den ersten Betriebsmodus erfolgt automatisch.
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Zudem kann die Elektrofahrrad-Batterie einen weiteren Betriebsmodus in Form eines Shipping-Modus aufweisen und die Elektrofahrrad-Batterie wird nur über eine Verbindung mit einer externen Stromversorgung und/oder einer Bedieneinheit und/oder durch ein Einsetzen in das Elektrofahrrad aus diesem Betriebsmodus herausversetzt. Durch die vorstehend beschriebenen Aktivierungshandlungen kann der Shipping-Modus nicht beendet werden.
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Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile sind nachfolgend in Zusammenhang mit den Figuren beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine Elektrofahrrad-Batterie in einer schematischen Darstellung,
- 2 ein Ablaufdiagramm zum Aufwecken einer Elektrofahrrad-Batterie.
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In 1 ist eine Elektrofahrrad-Batterie 10 schematisch dargestellt. Die Elektrofahrrad-Batterie umfasst ein Gehäuse 12, in welchem mindestens eine Batteriezelle 14 angeordnet ist. Ferner ist innerhalb des Gehäuses 12 ein Aktivierungssensor 16 zur Erfassung einer Aktivierungshandlung angeordnet.
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Vorliegend umfasst der Aktivierungssensor 16 mehrere Beschleunigungssensoren, welche eine Beschleunigung der Batterie 10 in allen drei Raumrichtungen erfasst.
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Die Batterie 10 liegt in einem von einem Elektrofahrrad gelösten Zustand vor und ist weder mit einer Bedieneinheit noch mit einer externen Stromversorgung verbunden. Die Batterie 10 befindet sich in einem ersten Betriebsmodus: einem Deep-Sleep-Modus. Zum Aufwecken der Batterie 10 aus dem Deep-Sleep-Modus wird die hier gezeigte Ausführungsform mit einer Aktivierungshandlung um eine Achse A um mindestens 45° gedreht. Diese Drehung wird von dem Aktivierungssensor 16 erfasst und die Batterie aufgeweckt. Exemplarisch ist hier eine Drehung um die Längsachse gezeigt. Es ist aber auch denkbar, dass Drehungen um die Hochachse oder Querachse zur einer Aktivierung der Batterie 10 führen.
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Im Folgenden wird in Verbindung mit 2 das Verfahren zum Betreiben einer solchen Batterie 10 erläutert.
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In Schritt S1 wird zunächst festgestellt, dass die Batterie 10 keinen Kontakt zu einer Bedieneinheit und einer externen Stromversorgung hat und die Batterie 10 wird in Schritt S2 in einen Deep-Sleep-Modus versetzt.
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Wird in Schritt S3 vom dem Aktivierungssensor 16 eine Aktivierungshandlung erkannt (J), beispielsweise eine in Verbindung mit 1 beschriebene Drehung der Batterie 10 (oder auch über eine induktive Erkennung die Annäherung eines Körperteils oder ein optisches oder akustisches Signal), so zeigt die Batterie 10 in Schritt S4 einen Ladezustand an. Die Batterie 10 befindet sich dann ein einem zweiten Betriebszustand, einem Ruhemodus.
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Wird in Schritt S3 keine Aktivierungshandlung detektiert (N), so verbleibt die Batterie 10 in dem Deep-Sleep-Modus.
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Wird in Schritt S5 festgestellt, dass sich die Batterie 10 schon ein definiertes Zeitintervall im Ruhemodus befindet (J), so wird die Batterie 10 automatisch wieder in den Deep-Sleep-Modus versetzt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektrofahrrad-Batterie (Batterie)
- 12
- Gehäuse
- 14
- Batteriezelle
- 16
- Aktivierungssensor
