DE102022206541A1

DE102022206541A1 - Electric bike

Info

Publication number: DE102022206541A1
Application number: DE102022206541.7A
Authority: DE
Inventors: Wolf Zahn; Thilo Koeder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-06-28
Filing date: 2022-06-28
Publication date: 2023-12-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektrofahrrad, aufweisend einen Rahmen, eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor und einer Antriebssteuerung, und eine Batterieeinheit mit einem Zellenblock, einer Überwachungseinheit und einer Leistungselektronik, wobei das Elektrofahrrad zumindest ein erstes Modul, das zumindest teilweise die Antriebseinheit umfasst, ein zweites Modul, das teilweise die Batterieeinheit umfasst, und ein drittes Modul, das zumindest eine Leistungselektronik der Batterieeinheit umfasst, aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass die Module unabhängig voneinander am oder im Rahmen des Elektrofahrrads anordenbar ausgebildet sind.The invention relates to an electric bicycle, having a frame, a drive unit with an electric motor and a drive control, and a battery unit with a cell block, a monitoring unit and power electronics, the electric bicycle having at least a first module, which at least partially includes the drive unit, and a second module , which partially comprises the battery unit, and a third module which comprises at least one power electronics of the battery unit. It is proposed that the modules be designed to be arranged independently of one another on or in the frame of the electric bicycle.

Description

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung betrifft ein Elektrofahrrad, aufweisend einen Rahmen, eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor und einer Antriebssteuerung, und eine Batterieeinheit mit einem Zellenblock, einer Überwachungseinheit und einer Leistungselektronik, wobei das Elektrofahrrad zumindest ein erstes Modul, das zumindest teilweise die Antriebseinheit umfasst, ein zweites Modul, das teilweise die Batterieeinheit umfasst, und ein drittes Modul, das zumindest eine Leistungselektronik der Batterieeinheit umfasst, aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass die Module unabhängig voneinander am oder im Rahmen des Elektrofahrrads anordenbar ausgebildet sind. Vorteilhaft können dadurch die jeweiligen Komponenten optimal am oder im Elektrofahrrad angeordnet werden.The invention relates to an electric bicycle, having a frame, a drive unit with an electric motor and a drive control, and a battery unit with a cell block, a monitoring unit and power electronics, the electric bicycle having at least a first module, which at least partially includes the drive unit, and a second module , which partially comprises the battery unit, and a third module which comprises at least one power electronics of the battery unit. It is proposed that the modules be designed to be arranged independently of one another on or in the frame of the electric bicycle. This advantageously allows the respective components to be optimally arranged on or in the electric bicycle.

Unter einem Elektrofahrrad soll im Zusammenhang dieser Anmeldung insbesondere ein Fahrrad verstanden, dass eine Antriebseinheit zur Unterstützung des Fahrers aufweist. Alternativ oder zusätzlich ist ebenso denkbar, dass die Antriebseinheit derart ausgebildet ist, dass das Elektrofahrrad vollständig, also nicht teilweise zur Unterstützung, antreibbar ist. Das Elektrofahrrad ist vorzugsweise als ein eBike, ein Pedelec, ein Lastenfahrrad, ein Faltrad oder dergleichen ausgebildet. Die Antriebseinheit weist einen Motor auf, der beispielsweise als ein Mittelmotor oder als ein Nabenmotor ausgebildet sein kann. Der Motor ist vorzugsweise als ein Elektromotor ausgebildet. Die Antriebseinheit ist mit der Batterieeinheit zur Versorgung der Antriebseinheit mit Energie verbunden. Das Elektrofahrrad umfasst eine Elektronik mit einer Steuereinheit zur Steuerung oder Regelung des Elektrofahrrads. Die Elektronik umfasst dabei die Antriebssteuerung der Antriebseinheit sowie vorzugsweise die Überwachungseinheit und die Leistungselektronik der Batterieeinheit. Die Elektronik umfasst vorzugsweise eine Sensoreinheit, wobei die Sensoreinheit beispielsweise Bewegungssensoren, Drehmomentsensoren, Geschwindigkeitssensoren, Temperatursensoren, einen GNSS Empfänger, Magnetsensoren oder dergleichen aufweisen kann. Zudem umfasst die Elektronik vorzugsweise eine Kommunikationsschnittstelle zur drahtlosen Verbindung des Elektrofahrrads mit einer externen Vorrichtung, wie beispielsweise einem Smartphone, und/oder einem Server.In the context of this application, an electric bicycle is intended to mean, in particular, a bicycle that has a drive unit to support the driver. Alternatively or additionally, it is also conceivable that the drive unit is designed in such a way that the electric bicycle can be driven completely, i.e. not partially for assistance. The electric bicycle is preferably designed as an eBike, a Pedelec, a cargo bike, a folding bike or the like. The drive unit has a motor, which can be designed, for example, as a mid-engine or as a hub motor. The motor is preferably designed as an electric motor. The drive unit is connected to the battery unit to supply the drive unit with energy. The electric bicycle includes electronics with a control unit for controlling or regulating the electric bicycle. The electronics include the drive control of the drive unit and preferably the monitoring unit and the power electronics of the battery unit. The electronics preferably comprises a sensor unit, wherein the sensor unit can have, for example, motion sensors, torque sensors, speed sensors, temperature sensors, a GNSS receiver, magnetic sensors or the like. In addition, the electronics preferably include a communication interface for wirelessly connecting the electric bicycle to an external device, such as a smartphone, and/or a server.

Die Batterieeinheit kann teilweise oder vollständig als ein Wechselakkupack ausgebildet sein, der bevorzugt werkzeuglos lösbar mit dem Elektrofahrrad ausgebildet ist. Auch ein vollständiger Festverbau der Batterieeinheit ist denkbar, wobei die einzelnen Komponenten der Batterieeinheit einem einzigen Modul oder unterschiedlichen Modulen zugeordnet sein können. Unter Festverbau soll dabei insbesondere verstanden werden, dass die Batterieeinheit nicht zum Auswechseln durch den Benutzer, sondern nur zur Wartung oder Reparatur vom Elektrofahrrad lösbar ist. Die Batterieeinheit ist insbesondere verbindbar mit einer Ladevorrichtung zum Aufladen des Zellblocks ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann die Batterieeinheit auch derart ausgebildet sein, dass der Zellblock im mit dem Verbraucher verbundenen Zustand aufladbar ist, beispielsweise über eine Ladebuchse an einem der Module, insbesondere am zweiten Modul oder am dritten Modul, oder am Rahmen des Elektrofahrrads. Die Batterieeinheit ist bevorzugt nur teilweise werkzeuglos lösbar mit dem Rahmen des Elektrofahrrads verbunden.The battery unit can be designed partially or completely as a removable battery pack, which is preferably designed to be detachable from the electric bicycle without tools. A completely permanent installation of the battery unit is also conceivable, whereby the individual components of the battery unit can be assigned to a single module or to different modules. Fixed installation should in particular be understood to mean that the battery unit cannot be detached from the electric bicycle for replacement by the user, but only for maintenance or repair. The battery unit is in particular designed to be connectable to a charging device for charging the cell block. Alternatively or additionally, the battery unit can also be designed such that the cell block can be charged when connected to the consumer, for example via a charging socket on one of the modules, in particular on the second module or on the third module, or on the frame of the electric bicycle. The battery unit is preferably only partially detachably connected to the frame of the electric bicycle without tools.

Das erste Modul kann ein Gehäuse, insbesondere ein Antriebsgehäuse, aufweisen, wobei die Antriebseinheit vollständig oder teilweise im Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse des ersten Moduls kann metallisch und/oder aus einem Kunststoff ausgebildet sein. Das Gehäuse des ersten Moduls kann ein einziges oder mehrere Gehäuseteile aufweisen. Das Gehäuse des ersten Moduls weist vorzugsweise eine mechanische Schnittstelle zur Verbindung mit dem Rahmen des Elektrofahrrads auf.The first module can have a housing, in particular a drive housing, with the drive unit being arranged completely or partially in the housing. The housing of the first module can be made of metal and/or plastic. The housing of the first module can have a single or multiple housing parts. The housing of the first module preferably has a mechanical interface for connection to the frame of the electric bicycle.

Das zweite Modul kann ein Gehäuse aufweisen, wobei der Zellenblock im Wesentlichen Vollständig in dem Gehäuse des zweiten Moduls angeordnet ist. Das Gehäuse des zweiten Moduls kann metallisch und/oder aus einem Kunststoff ausgebildet sein. Das Gehäuse des zweiten Moduls kann ein einziges oder mehrere Gehäuseteile aufweisen. Das Gehäuse des zweiten Moduls weist vorzugsweise eine mechanische Schnittstelle zur Verbindung mit dem Rahmen des Elektrofahrrads auf. Das Gehäuse umschließt dabei den Zellenblock und kann beispielsweise aus einer Hartplastik, einem Klebeband, einem Schrumpfschlauch oder dergleichen ausgebildet sein.The second module can have a housing, with the cell block being arranged essentially completely in the housing of the second module. The housing of the second module can be made of metal and/or plastic. The housing of the second module can have a single or multiple housing parts. The housing of the second module preferably has a mechanical interface for connection to the frame of the electric bicycle. The housing encloses the cell block and can be made, for example, from a hard plastic, an adhesive tape, a shrink tube or the like.

Der Zellenblock umfasst zumindest zwei Akkuzellen. Die Akkuzellen sind im Gehäuse des zweiten Moduls aufgenommen. Die Akkuzellen sind vorzugsweise in einem Zellenhalter angeordnet, wobei der Zellenhalter bevorzugt Einzelzellenaufnahmen zur Aufnahme einer einzelnen Akkuzelle aufweist. Der Zellenhalter kann aus einem metallischen Werkstoff und/oder aus einem Kunststoff ausgebildet sein. Der Zellenhalter kann vollständig oder teilweise einstückig oder einteilig mit dem Gehäuse des zweiten Moduls ausgebildet sein. Das zweite Modul kann einen oder mehrere Zellenhalter aufweisen. Unter „einstückig“ soll im Zusammenhang dieser Anmeldung verstanden werden, dass mehrere Elemente aus einem Stück gefertigt, und damit nicht in irgendeiner Weise kraft-, form- oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Unter „einteilig“ soll im Zusammenhang dieser Anmeldung insbesondere zwei Elemente verstanden werden, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die Akkuzelle kann beispielsweise als eine Li-Ion Akkuzelle ausgebildet sein. Insbesondere kann die Akkuzelle als eine zylindrische Rundzelle, eine prismatische Zelle oder als ein Pouch Zelle ausgebildet sein. Die Akkuzellen sind miteinander elektrisch verbunden, wobei die elektrische Verbindung im zweiten Modul oder im dritten Modul erfolgen kann.The cell block includes at least two battery cells. The battery cells are housed in the housing of the second module. The battery cells are preferably arranged in a cell holder, with the cell holder preferably having individual cell holders for holding a single battery cell. The cell holder can be made of a metallic material and/or a plastic. The cell holder can be formed completely or partially in one piece or in one piece with the housing of the second module. The second module can have one or more cell holders. In the context of this application, “in one piece” should be understood to mean that several elements are made from one piece, and thus are not connected to each other in any way by force, form or substance. In the context of this application, “one-piece” is intended to mean in particular two elements that are materially connected to one another. The battery cell can be designed, for example, as a Li-ion battery cell. In particular, the battery cell can be designed as a cylindrical round cell, a prismatic cell or as a pouch cell. The battery cells are electrically connected to one another, and the electrical connection can take place in the second module or in the third module.

Das dritte Modul kann ein Gehäuse aufweisen, wobei die Leistungselektronik der Batterieeinheit im Wesentlichen Vollständig in dem Gehäuse des dritten Moduls angeordnet ist. Das Gehäuse des dritten Moduls kann metallisch und/oder aus einem Kunststoff ausgebildet sein. Das Gehäuse des dritten Moduls kann ein einziges oder mehrere Gehäuseteile aufweisen. Das Gehäuse des dritten Moduls weist vorzugsweise eine mechanische Schnittstelle zur Verbindung mit dem Rahmen des Elektrofahrrads auf. Das dritte Gehäuse ist vorzugsweise im Wesentlichen staub- und/oder wasserdicht ausgebildet.The third module can have a housing, with the power electronics of the battery unit being arranged essentially completely in the housing of the third module. The housing of the third module can be made of metal and/or plastic. The housing of the third module can have a single or multiple housing parts. The housing of the third module preferably has a mechanical interface for connection to the frame of the electric bicycle. The third housing is preferably designed to be essentially dust-tight and/or waterproof.

Das Gehäuse des ersten Moduls, das Gehäuse des zweiten Moduls und das Gehäuse des dritten Moduls werden dabei nicht von dem Rahmen des Elektrofahrrads gebildet und sind vorzugsweise mit dem Rahmen des Elektrofahrrads von innen oder von außen verbindbar ausgebildet. Alternativ ist auch denkbar, dass zumindest eines der Module, insbesondere alle Module ohne Gehäuse direkt im Rahmen des Elektrofahrrads aufgenommen sind.The housing of the first module, the housing of the second module and the housing of the third module are not formed by the frame of the electric bicycle and are preferably designed to be connectable to the frame of the electric bicycle from the inside or from the outside. Alternatively, it is also conceivable that at least one of the modules, in particular all modules, are accommodated directly in the frame of the electric bicycle without a housing.

Die Überwachungseinheit der Batterieeinheit ist zur Überwachung der Batterieeinheit ausgebildet. Die Überwachungseinheit der Batterieeinheit ist insbesondere als ein Batteriemanagementsystem ausgebildet. Vorzugsweise ist die Überwachungseinheit der Batterieeinheit derart mit dem zumindest einen Zellenblock, beispielhaft elektrisch, verbunden, dass der Überwachungseinheit die jeweiligen Spannungen, bevorzugt Einzelspannungen, bereitgestellt werden. Die Überwachungseinheit ist insbesondere dazu ausgebildet die Spannungen der Akkuzellen zu überwachen und die Batterieeinheit gegebenenfalls abzuschalten und/oder anzusteuern. Der Zellenblock weist zudem vorzugsweise zumindest einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperaturinformation auf, die der Überwachungseinheit zur Überwachung der Temperatur bereitgestellt wird. Zudem kann die Überwachungseinheit beispielhaft zur Ladezustandserkennung, zum Tiefentladeschutz, zum Überladeschutz, ausgebildet sein.The monitoring unit of the battery unit is designed to monitor the battery unit. The monitoring unit of the battery unit is designed in particular as a battery management system. Preferably, the monitoring unit of the battery unit is connected to the at least one cell block, for example electrically, in such a way that the respective voltages, preferably individual voltages, are provided to the monitoring unit. The monitoring unit is designed in particular to monitor the voltages of the battery cells and, if necessary, to switch off and/or control the battery unit. The cell block also preferably has at least one temperature sensor for detecting temperature information, which is provided to the monitoring unit for monitoring the temperature. In addition, the monitoring unit can be designed, for example, for charge status detection, for deep discharge protection, or for overcharging protection.

Die Überwachungseinheit ist mit der Leistungselektronik zur Bereitstellung von Informationen verbunden. Die Verbindung zwischen der Überwachungseinheit und der Leistungselektronik kann drahtgebunden, beispielsweise mittels einer Kabelverbindung oder auf einer Leiterplatte mittels Leiterbahnen, oder drahtlos, beispielsweise mittels einer kurzreichweitigen Kommunikationsschnittstelle wie Bluetooth, erfolgen. Die Leistungselektronik weist vorzugsweise zumindest einen Schalter auf, der zur Steuerung der Leistungsabgabe des Akkupacks ausgebildet ist.The monitoring unit is connected to the power electronics to provide information. The connection between the monitoring unit and the power electronics can be wired, for example using a cable connection or on a circuit board using conductor tracks, or wirelessly, for example using a short-range communication interface such as Bluetooth. The power electronics preferably has at least one switch which is designed to control the power output of the battery pack.

Die Batterieeinheit weist zumindest eine Leiterplatte, vorzugsweise zumindest zwei Leiterplatten auf. Die Leiterplatten können als starre Leiterplatten und/oder als flexible Leiterplatten ausgebildet sein. Die Leiterplatten weisen vorzugsweise zumindest eine elektrische Komponente wie einen Microcontroller, einen Leistungsschalter, einen Sensor, vorzugsweise einen Temperatursensor, oder dergleichen auf. Die Überwachungseinheit und die Leistungselektronik der Batterieeinheit können auf einer gemeinsamen Leiterplatte im dritten Modul oder auf zwei Leiterplatten verteilt ausgebildet sein.The battery unit has at least one circuit board, preferably at least two circuit boards. The circuit boards can be designed as rigid circuit boards and/or as flexible circuit boards. The printed circuit boards preferably have at least one electrical component such as a microcontroller, a power switch, a sensor, preferably a temperature sensor, or the like. The monitoring unit and the power electronics of the battery unit can be designed on a common circuit board in the third module or distributed across two circuit boards.

Unter Module, die unabhängig voneinander am oder im Rahmen des Elektrofahrrads anordenbar soll im Zusammenhang dieser Anmeldung insbesondere verstanden, dass die Module derart ausgebildet sind, dass sie in unterschiedlichen Elektrofahrrädern in unterschiedlichen Anordnungen relativ zueinander montierbar sind.In the context of this application, modules that can be arranged independently of one another on or in the frame of the electric bicycle are understood to mean in particular that the modules are designed in such a way that they can be mounted in different arrangements relative to one another in different electric bicycles.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Rahmen zumindest zwei Rahmenteile aufweist, wobei das zweite Modul und das dritte Modul vorzugsweise in unterschiedlichen Rahmenteilen angeordnet sind. Vorteilhaft können dadurch die Komponenten optimal verteilt werden. Alternativ ist ebenso denkbar, dass das zweite Modul und das dritte Modul in dem gleichen Rahmenteil angeordnet sind. Das Rahmenteil kann beispielsweise als ein Oberrohr, als ein Unterrohr, als ein Sattelrohr, als eine Kettenstrebe, als ein Fahrradgabel oder als ein Steuerohr ausgebildet sein. Die Rahmenteile sind miteinander verbunden, beispielsweise über einen Stoffschluss. Die Rahmenteile entsprechen dabei insbesondere Rahmenabschnitte. Die Rahmenteile können auch einstückig oder einteilig miteinander verbunden sein.Furthermore, it is proposed that the frame has at least two frame parts, with the second module and the third module preferably being arranged in different frame parts. This advantageously allows the components to be optimally distributed. Alternatively, it is also conceivable that the second module and the third module are arranged in the same frame part. The frame part can be designed, for example, as a top tube, as a down tube, as a seat tube, as a chainstay, as a bicycle fork or as a control tube. The frame parts are connected to one another, for example via a material connection. The frame parts correspond in particular to frame sections. The frame parts can also be connected to one another in one piece or in one piece.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Module, insbesondere alle Module, miteinander elektrisch verbunden sind. Insbesondere ist die elektrische Verbindung zumindest teilweise, insbesondere zwischen dem zweiten Modul und dem dritten Modul, drahtlos ausgebildet. Vorteilhaft werden dadurch die Einbaumöglichkeiten weiter erweitert. Die Verbindung kann dabei vollständig oder teilweise drahtlos erfolgen. Die drahtlose Verbindung kann dabei als eine proprietäre Kommunikationsschnittstelle, eine Bluetooth-Schnittstelle, eine NFC-Schnittstelle, eine Zigbee-Schnittstelle oder dergleichen ausgebildet sein.Furthermore, it is proposed that the modules, in particular all modules, be electrically connected to one another. In particular, the electrical connection is at least partially designed to be wireless, in particular between the second module and the third module. This advantageously further expands the installation options. The connection can be completely or partially wireless. The wireless connection can be designed as a proprietary communication interface, a Bluetooth interface, an NFC interface, a Zigbee interface or the like.

Zudem wird vorgeschlagen, dass das dritte Modul eine Steuerelektronik der Antriebseinheit umfasst. Vorteilhaft kann dadurch ein kompaktes erstes Modul bereitgestellt werden. Die Antriebssteuerung der Antriebseinheit umfasst vorzugsweise zumindest eine Leiterplatte mit einem Microcontroller und einer Sensoreinheit. Die Sensoreinheit kann beispielsweise zur Erfassung eines Drehmoments, einer Geschwindigkeit des Elektrofahrrads, einer Lenkbewegung, einer Bremskraft, etc. ausgebildet sein.It is also proposed that the third module includes control electronics for the drive unit. This can advantageously provide a compact first module. The drive control of the drive unit preferably comprises at least one circuit board with a microcontroller and a sensor unit. The sensor unit can be designed, for example, to detect a torque, a speed of the electric bicycle, a steering movement, a braking force, etc.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das dritte Modul die Antriebssteuerung der Antriebseinheit und die Überwachungseinheit der Batterieeinheit umfasst. Vorteilhaft kann dadurch die Steuerelektronik der Antriebseinheit und die Überwachungseinheit der Batterieeinheit auf der gleichen Leiterplatte angeordnet werden. Insbesondere kann dadurch die Elektronik des Elektrofahrrads im dritten Modul gebündelt und optimalFurthermore, it is proposed that the third module includes the drive control of the drive unit and the monitoring unit of the battery unit. Advantageously, the control electronics of the drive unit and the monitoring unit of the battery unit can be arranged on the same circuit board. In particular, this allows the electronics of the electric bicycle to be bundled and optimized in the third module

Zudem wird vorgeschlagen, dass das dritte Modul die Antriebssteuerung der Antriebseinheit, die Überwachungseinheit der Batterieeinheit und einen weiteren Zellenblock umfasst. Alternativ ist auch denkbar, dass das Elektrofahrrad bei einem derartigen dritten Modul kein zweites Modul umfasst.It is also proposed that the third module includes the drive control of the drive unit, the monitoring unit of the battery unit and another cell block. Alternatively, it is also conceivable that the electric bicycle does not include a second module with such a third module.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das das zweite Modul eine elektromechanische Schnittstelle zur elektrischen und mechanischen Verbindung des zweiten Moduls mit dem dritten Modul aufweist. Die mechanische Verbindung kann dabei mittels einer kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung erfolgen.Furthermore, it is proposed that the second module has an electromechanical interface for electrically and mechanically connecting the second module to the third module. The mechanical connection can take place by means of a non-positive and/or positive connection.

Zudem wird vorgeschlagen, dass das Elektrofahrrad ein viertes Modul aufweist, das im Wesentlichen identisch zu dem zweiten Modul ausgebildet ist. Unter identisch soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das zweite Modul und das vierte Modul jeweils zumindest einen Zellenblock, vorzugsweise jeweils zumindest einen gleichen Zellenblock, aufweisen. Vorteilhaft kann dadurch die Reichweite des Elektrofahrrads erhöht werden.It is also proposed that the electric bicycle has a fourth module, which is designed essentially identically to the second module. In this context, identical should be understood in particular to mean that the second module and the fourth module each have at least one cell block, preferably at least one identical cell block. This can advantageously increase the range of the electric bicycle.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass eine Nennspannung des Zellenblocks des zweiten Moduls sich von einer Arbeitsspannung der Antriebseinheit unterscheidet, wobei das zweite Modul mit dem vierten Modul derart verschaltet ist, dass die Nennspannung der Batterieeinheit der Arbeitsspannung der Antriebseinheit entspricht.Furthermore, it is proposed that a nominal voltage of the cell block of the second module differs from a working voltage of the drive unit, the second module being connected to the fourth module in such a way that the nominal voltage of the battery unit corresponds to the working voltage of the drive unit.

Zeichnungendrawings

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Merkmale alternativer Ausführungsformen werden dem gleichen Bezugszeichen versehen und weisen einen zusätzlichen, die Ausführungsform kennzeichnenden, Buchstaben auf.Further advantages result from the following drawing description. The drawings, description and claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will also expediently consider the features individually and combine them into further sensible combinations. Features of alternative embodiments are given the same reference number and have an additional letter identifying the embodiment.

Es zeigen:

1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Elektrofahrrads;
2 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Elektrofahrrads;
3 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform des Elektrofahrrads;
4 eine Seitenansicht einer vierten Ausführungsform des Elektrofahrrads.

Show it:

1 a side view of a first embodiment of an electric bicycle;
2 a side view of a second embodiment of the electric bicycle;
3 a side view of a third embodiment of the electric bicycle;
4 a side view of a fourth embodiment of the electric bicycle.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

In 1 ist eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Elektrofahrrads 10 mit einem ersten Modul 12, einem zweiten Modul 14 und einem dritten Modul 16 gezeigt. Das Elektrofahrrad 10 kann beispielsweise als ein Pedelec oder als ein E-Bike ausgebildet sein. Die Module 12, 14, 16 sind beispielhaft über eine Kabelverbindung (nicht dargestellt) miteinander verbunden. Vorzugsweise weise werden die Kabel dabei mittels einer Stecker/Buchse-Schnittstelle mit den Modulen verbunden.In 1 a side view of a first embodiment of an electric bicycle 10 with a first module 12, a second module 14 and a third module 16 is shown. The electric bicycle 10 can be designed, for example, as a pedelec or as an e-bike. The modules 12, 14, 16 are connected to one another, for example, via a cable connection (not shown). The cables are preferably connected to the modules using a plug/socket interface.

Das Elektrofahrrad 10 weist ein Gehäuse in Form eines Rahmens 20 bzw. eines Fahrradrahmens auf. Mit dem Rahmen 20 sind zwei Räder 21 verbunden. Zudem weist das Elektrofahrrad 10 eine Batterieeinheit 22. Die Batterieeinheit 22 umfasst beispielhaft zwei Zellenblöcke 23, eine Leistungselektronik 24 und eine Überwachungseinheit 25. Die Zellenblöcke 23 umfassen jeweils beispielhaft zehn Akkuzellen (nicht dargestellt), die in einem Zellenhalter (nicht dargestellt) aufgenommen sind.The electric bicycle 10 has a housing in the form of a frame 20 or a bicycle frame. Two wheels 21 are connected to the frame 20. In addition, the electric bicycle 10 has a battery unit 22. The battery unit 22 includes, for example, two cell blocks 23, power electronics 24 and a monitoring unit 25. The cell blocks 23 each include, for example, ten battery cells (not shown), which are accommodated in a cell holder (not shown).

Zudem weist das Elektrofahrrad 10 eine Antriebseinheit 26 auf, die einen Elektromotor 27 umfasst. Der Elektromotor 27 ist vorzugsweise als ein Permanentmagnet-erregter, bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet. Der Elektromotor 27 ist beispielhaft als ein Mittelmotor ausgebildet, wobei auch ein Nabenmotor oder dergleichen denkbar ist. Das Elektrofahrrad 10, insbesondere die Antriebseinheit 26 des Elektrofahrrads 10, wird über die Batterieeinheit 22 mit Energie versorgt. Die Leistungselektronik 24 der Batterieeinheit 22 ist elektrisch zur Leistungsversorgung mit den Zellenblöcken 23 und dem Elektromotor 27 verbunden.In addition, the electric bicycle 10 has a drive unit 26, which includes an electric motor 27. The electric motor 27 is preferably designed as a permanent magnet excited, brushless DC motor. The electric motor 27 is designed, for example, as a central motor, although a hub motor or the like is also conceivable. The electric bicycle 10, in particular the drive unit 26 of the electric bicycle 10, is supplied with energy via the battery unit 22. The power electronics 24 of the battery unit 22 is electrically connected to the cell blocks 23 and the electric motor 27 for power supply.

Die Antriebseinheit 26 umfasst zudem eine Antriebssteuerung 28, die zur Steuerung oder Regelung des Elektrofahrrads 10, insbesondere des Elektromotors 27, ausgebildet ist. Das Elektrofahrrad 10 weist eine Tretkurbel 29 auf. Die Tretkurbel 29 weist eine Tretkurbelwelle (nicht dargestellt) auf. Die Antriebssteuerung 28 des Elektrofahrrads 10 umfasst beispielhaft eine Sensoreinheit (nicht dargestellt). Die Sensoreinheit des Elektrofahrrads 160 umfasst beispielhaft mehrere Sensorelemente, wie einen Drehmomentsensor, einen Bewegungssensor, beispielsweise in Form eines Beschleunigungssensors, und einen Magnetsensor.The drive unit 26 also includes a drive control 28, which is designed to control or regulate the electric bicycle 10, in particular the electric motor 27. The electric bicycle 10 has a pedal crank 29. The pedal crank 29 has a pedal crankshaft (not shown). The drive control 28 of the electric bicycle 10 includes, for example, a sensor unit (not shown). The sensor unit of the electric bicycle 160 includes, for example, several sensor elements, such as a torque sensor, a motion sensor, for example in the form of an acceleration sensor, and a magnetic sensor.

Der Elektromotor 27 und der Tretkurbelwelle sind in einem mit dem Rahmen 20 verbundenen Antriebsgehäuse 32 angeordnet. Die Antriebsbewegung des Elektromotors wird vorzugsweise über ein Getriebe (nicht dargestellt) auf die Tretkurbelwelle übertragen, wobei die Größe der Unterstützung durch die Antriebseinheit 26 mittels der Antriebssteuerung 28 gesteuert oder geregelt wird. Die Antriebssteuerung 28 ist dazu ausgebildet, den Elektromotor 27 derart anzusteuern, dass der Fahrer des Elektrofahrrads 10 beim Pedalieren unterstützt wird. Vorzugsweise ist die Antriebssteuerung 28 durch den Fahrer bedienbar ausgebildet, sodass der Fahrer den Unterstützungsgrad einstellen kann.The electric motor 27 and the pedal crankshaft are arranged in a drive housing 32 connected to the frame 20. The drive movement of the electric motor is preferably transmitted to the pedal crankshaft via a gear (not shown), the amount of support provided by the drive unit 26 being controlled or regulated by means of the drive control 28. The drive control 28 is designed to control the electric motor 27 in such a way that the driver of the electric bicycle 10 is supported when pedaling. The drive control 28 is preferably designed to be operable by the driver, so that the driver can adjust the level of assistance.

Die Antriebssteuerung 28 und die Sensoreinheit sind einer Elektronik des Elektrofahrrads 10 zugeordnet. Die Elektronik umfasst beispielhaft eine Leiterplatte, auf der eine Recheneinheit in Form einer CPU, eine Speichereinheit und die Sensoreinheit angeordnet ist.The drive control 28 and the sensor unit are assigned to electronics of the electric bicycle 10. The electronics include, for example, a circuit board on which a computing unit in the form of a CPU, a memory unit and the sensor unit are arranged.

Das Elektrofahrrad 10 umfasst zudem beispielhaft einen Boardcomputer 34, der an einem Lenker 36 des Elektrofahrrads 10 angeordnet ist. Der Boardcomputer 34 ist beispielhaft teilweise lösbar mit dem Elektrofahrrad 10 ausgebildet. Der Boardcomputer 34 umfasst eine Anzeigeeinheit (nicht dargestellt), die zur Anzeige von Informationen ausgebildet ist. Der Boardcomputer 30 umfasst zudem ein Bedienelement (nicht dargestellt), über das der Benutzer beziehungsweise der Fahrer den Boardcomputer 34 und/oder das Elektrofahrrad 10 steuern kann. Das Bedienelement ist beispielhaft als ein berührungsempfindlicher Bildschirm ausgebildet.The electric bicycle 10 also includes, for example, a board computer 34, which is arranged on a handlebar 36 of the electric bicycle 10. The board computer 34 is, for example, designed to be partially detachable from the electric bicycle 10. The on-board computer 34 includes a display unit (not shown) which is designed to display information. The on-board computer 30 also includes a control element (not shown) via which the user or the driver can control the on-board computer 34 and/or the electric bicycle 10. The control element is designed, for example, as a touch-sensitive screen.

Der Rahmen 20 des Elektrofahrrads 10 umfasst beispielhaft ein Unterrohr 40, ein Oberrohr 42, wobei das Unterrohr 40 mit dem Oberrohr 42 beispielhaft über ein Steuerrohr 44 verbunden sind. Zudem umfasst der Rahmen 20 ein Sattelrohr 46, in welchem ein Sattel 48 linear beweglich aufgenommen ist. An ihren jeweiligen unteren Enden sind das Sattelrohr 46 und das Unterrohr 40 über das Antriebsgehäuse 32 verbunden. Zudem umfasst der Rahmen eine Kettenstrebe 50, die sich ausgehend von dem Antriebsgehäuse 32 in Richtung einer Radnabe des hinteren Rades 21 erstreckt.The frame 20 of the electric bicycle 10 includes, for example, a down tube 40 and a top tube 42, with the down tube 40 being connected to the top tube 42, for example via a control tube 44. In addition, the frame 20 includes a saddle tube 46, in which a saddle 48 is accommodated in a linearly movable manner. The seat tube 46 and the down tube 40 are connected via the drive housing 32 at their respective lower ends. The frame also includes a chain stay 50, which extends from the drive housing 32 in the direction of a wheel hub of the rear wheel 21.

In dieser Ausführungsform umfasst das erste Modul 12 den Elektromotor 27 der Antriebseinheit 26 und ist in dem Antriebsgehäuse 32 angeordnet. Die Module 12, 14, 16 sind miteinander elektrisch verbunden.In this embodiment, the first module 12 includes the electric motor 27 of the drive unit 26 and is arranged in the drive housing 32. The modules 12, 14, 16 are electrically connected to one another.

Das zweite Modul 14 umfasst die zwei Zellenblöcke 23 und die Überwachungseinheit 25 der Batterieeinheit 22 und weist ein nicht dargestelltes Gehäuse auf, das vorzugsweise werkzeuglos lösbar im Rahmen 20, insbesondere im Unterrohr 40, des Elektrofahrrads 10 angeordnet ist. Somit kann das zweite Modul 14 zum Aufladen, zum Lagern und/oder zum Ersatz durch ein Austauschmodul (nicht dargestellt) durch den Benutzer entnommen werden. Es wäre allerdings ebenso denkbar, dass das zweite Modul 14 beispielhaft im Oberrohr 42 oder im Sattelrohr 46 angeordnet ist.The second module 14 includes the two cell blocks 23 and the monitoring unit 25 of the battery unit 22 and has a housing, not shown, which is preferably arranged in the frame 20, in particular in the down tube 40, of the electric bicycle 10 in a detachable manner without tools. Thus, the second module 14 can be removed by the user for charging, storage and/or replacement with a replacement module (not shown). However, it would also be conceivable for the second module 14 to be arranged, for example, in the top tube 42 or in the seat tube 46.

Das dritte Modul 16 umfasst die Antriebssteuerung 28 der Antriebseinheit 26 und die Leistungselektronik 24 der Batterieeinheit 22. Das dritte Modul 16 umfasst beispielhaft ein nicht dargestelltes Gehäuse und ist beispielhaft im Oberrohr 42 angeordnet. Alternativ wäre auch eine andere Positionierung, beispielhaft im Sattelrohr 46 oder im Steuerrohr 44 denkbar.The third module 16 includes the drive control 28 of the drive unit 26 and the power electronics 24 of the battery unit 22. The third module 16 includes, for example, a housing (not shown) and is arranged, for example, in the top tube 42. Alternatively, another positioning would also be conceivable, for example in the seat tube 46 or in the head tube 44.

In 2 ist eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines Elektrofahrrads 10a mit einem ersten Modul 12a, einem zweiten Modul 14a und einem dritten Modul 16a gezeigt. Das Elektrofahrrad 10a unterscheidet sich dabei von dem zuvor beschriebenen Elektrofahrrad 10 durch die Anordnung und Ausgestaltung der Module 12a, 14a, 16a.In 2 a side view of a second embodiment of an electric bicycle 10a is shown with a first module 12a, a second module 14a and a third module 16a. The electric bicycle 10a differs from the previously described electric bicycle 10 in the arrangement and design of the modules 12a, 14a, 16a.

Das erste Modul 12a umfasst dabei sowohl den Elektromotor 27a als auch die Antriebssteuerung 28a der Antriebseinheit 26a und ist im Antriebsgehäuse 32a angeordnet.The first module 12a includes both the electric motor 27a and the drive control 28a of the drive unit 26a and is arranged in the drive housing 32a.

Das zweite Modul 14a umfasst wie zuvor die Überwachungseinheit 25a und beispielhaft nur einen Zellenblock 23a und ist im Unterrohr 40a angeordnet.As before, the second module 14a includes the monitoring unit 25a and, for example, only one cell block 23a and is arranged in the down tube 40a.

Das dritte Modul 16a ist im Sattelrohr 46a angeordnet und umfasst die Leistungselektronik 24a der Batterieeinheit 22a. Es wäre ebenso denkbar, das dritte Modul 16a im Unterrohr 40a anzuordnen.The third module 16a is arranged in the seat tube 46a and includes the power electronics 24a of the battery unit 22a. It would also be conceivable to arrange the third module 16a in the down tube 40a.

In 3 ist eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform eines Elektrofahrrads 10b mit einem ersten Modul 12b, einem zweiten Modul 14b und einem dritten Modul 16b gezeigt. Das Elektrofahrrad 10b unterscheidet sich dabei von dem zuvor beschriebenen Elektrofahrrad 10 durch die Anordnung und Ausgestaltung der Module 12b, 14b, 16b.In 3 is a side view of a third embodiment of an electric bicycle 10b a first module 12b, a second module 14b and a third module 16b. The electric bicycle 10b differs from the previously described electric bicycle 10 in the arrangement and design of the modules 12b, 14b, 16b.

Das erste Modul 12b umfasst dabei sowohl den Elektromotor 27b als auch die Antriebssteuerung 28b der Antriebseinheit 26b und ist im Antriebsgehäuse 32b angeordnet.The first module 12b includes both the electric motor 27b and the drive control 28b of the drive unit 26b and is arranged in the drive housing 32b.

Das zweite Modul 14b umfasst einen einzelnen Zellenblock 23b und ist im Unterrohr 40b angeordnet. Der Zellenblock 23b ist beispielhaft als ein 36V Zellenblock 61b ausgebildet, wobei die Nennspannung des Zellenblocks 61b der Betriebsspannung der Antriebseinheit 26b entspricht.The second module 14b comprises a single cell block 23b and is arranged in the down tube 40b. The cell block 23b is designed, for example, as a 36V cell block 61b, with the nominal voltage of the cell block 61b corresponding to the operating voltage of the drive unit 26b.

Das dritte Modul 16b ist beispielhaft ebenfalls im Unterrohr 40b und oberhalb des zweiten Moduls 14b angeordnet. Das dritte Modul 16b umfasst die Leistungselektronik 24b und die Überwachungseinheit 25b der Batterieeinheit 22b.The third module 16b is also arranged, for example, in the down tube 40b and above the second module 14b. The third module 16b includes the power electronics 24b and the monitoring unit 25b of the battery unit 22b.

In 4 ist eine Seitenansicht einer vierten Ausführungsform eines Elektrofahrrads 10c mit einem ersten Modul 12c, einem zweiten Modul 14c und einem dritten Modul 16c gezeigt. Das Elektrofahrrad 10c unterscheidet sich dabei von dem zuvor beschriebenen Elektrofahrrad 10 durch die Anordnung und Ausgestaltung der Module 12c, 14c, 16c.In 4 a side view of a fourth embodiment of an electric bicycle 10c is shown with a first module 12c, a second module 14c and a third module 16c. The electric bicycle 10c differs from the previously described electric bicycle 10 in the arrangement and design of the modules 12c, 14c, 16c.

Das erste Modul 12c umfasst den Elektromotor 27c der Antriebseinheit 26c und ist im Antriebsgehäuse 32c angeordnet.The first module 12c includes the electric motor 27c of the drive unit 26c and is arranged in the drive housing 32c.

Das zweite Modul 14c umfasst einen einzelnen Zellenblock 23c und ist im Unterrohr 40c angeordnet.The second module 14c comprises a single cell block 23c and is arranged in the downtube 40c.

Das dritte Modul 16c ist beispielhaft ebenfalls im Unterrohr 40c und oberhalb des zweiten Moduls 14c angeordnet. Das dritte Modul 16c umfasst die Leistungselektronik 24c und die Überwachungseinheit 25c der Batterieeinheit 22c und die Antriebssteuerung 28c der Antriebseinheit 26c.The third module 16c is also arranged, for example, in the down tube 40c and above the second module 14c. The third module 16c includes the power electronics 24c and the monitoring unit 25c of the battery unit 22c and the drive control 28c of the drive unit 26c.

Zudem umfasst das Elektrofahrrad 10c ein viertes Modul 60c, wobei das vierte Modul 60c im Wesentlichen dem zweiten Modul 14c entspricht. Das vierte Modul 60c umfasst einen weiteren Zellenblock 23c und ist beispielhaft im Sattelrohr 46c angeordnet. Es wäre ebenso denkbar, das vierte Modul 60c in einem anderen Rahmenteil anzuordnen und/oder zumindest ein weiteres viertes Modul 60c zu integrieren. Das vierte Modul 60c ist elektrisch mit dem dritten Modul 16c verbunden.In addition, the electric bicycle 10c includes a fourth module 60c, the fourth module 60c essentially corresponding to the second module 14c. The fourth module 60c includes a further cell block 23c and is arranged, for example, in the seat tube 46c. It would also be conceivable to arrange the fourth module 60c in another frame part and/or to integrate at least another fourth module 60c. The fourth module 60c is electrically connected to the third module 16c.

Der Zellenblock 23c des zweiten Moduls 14c ist durch die Verschaltung der Akkuzellen als 18V Zellenblock 62c ausgebildet. Der Zellenblock 23c des vierten Moduls 60c ist ebenfalls als ein 18V Zellenblock 62c ausgebildet. Die Arbeitsspannung der Antriebseinheit 26c entspricht 36V und somit nicht der Nennspannung der einzelnen Zellenblöcke 23c. Bevorzugt werden die 18V Zellenblöcke 62c insbesondere durch das dritte Modul 16c mittels einer Serienschaltung zu einer Nennspannung von 36V zur Leistungsversorgung der Antriebseinheit 26c verschaltet. Alternativ ist auch denkbar, dass die Spannung der Zellenblöcke 23c bereits der Nennspannung der Antriebseinheit 26c entspricht und durch eine Parallelschaltung die Kapazität erhöht wird.The cell block 23c of the second module 14c is designed as an 18V cell block 62c by connecting the battery cells. The cell block 23c of the fourth module 60c is also designed as an 18V cell block 62c. The working voltage of the drive unit 26c corresponds to 36V and therefore not the nominal voltage of the individual cell blocks 23c. The 18V cell blocks 62c are preferably connected in particular by the third module 16c by means of a series connection to a nominal voltage of 36V for the power supply of the drive unit 26c. Alternatively, it is also conceivable that the voltage of the cell blocks 23c already corresponds to the nominal voltage of the drive unit 26c and the capacity is increased by a parallel connection.

Claims

Electric bicycle, comprising a frame (20), a drive unit (26) with an electric motor (27) and a drive control (28) and a battery unit (22) with at least one cell block (23), a monitoring unit (25) and power electronics (24 ), wherein the electric bicycle (10) has at least a first module (12), which at least partially includes the drive unit (26), a second module (14), which partially includes the battery unit (22), and a third module (16), which comprises at least one power electronics (24) of the battery unit (22), characterized in that the modules (12, 14, 16) are designed to be arranged independently of one another on or in the frame (20) of the electric bicycle (10).

electric bike Claim 1 , characterized in that the frame (20) has at least two frame parts (40, 42), the second module (14) and the third module (16) being arranged in different frame parts (40, 42).

Electric bicycle according to one of the preceding claims, characterized in that the second module (14b) and the third module (16b) are arranged in the same frame part (40b).

Electric bicycle according to one of the preceding claims, characterized in that the modules (12, 14, 16) are electrically connected to one another.

electric bike Claim 4 , characterized in that the electrical connection is at least partially carried out wirelessly, in particular between the second module (14) and the third module (16), preferably with at least one further module.

Electric bicycle according to one of the preceding claims, characterized in that the third module (16) comprises the drive control (28) of the drive unit (26).

Electric bicycle according to one of the preceding claims, characterized in that the third module (16c) comprises the drive control (28c) of the drive unit (26c) and the monitoring unit (25c) of the battery unit (22c).

Electric bicycle according to one of the preceding claims, characterized in that the third module (16c) comprises the drive control a (28c) of the drive unit (26c), the monitoring unit (25c) of the battery unit (22c) and a further cell block (23c).

Electric bike according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the first module (12) completely comprises the drive unit (26) and the second module (14) comprises at least one cell block (23) of the battery unit (22) and the third module (16) at least one further cell block (23 ) and the monitoring unit (25) of the battery unit (22).

Electric bicycle according to one of the preceding claims, characterized in that the second module (14) has an electromechanical interface for electrically and mechanically connecting the second module (14) to the third module (16).

Electric bicycle according to one of the preceding claims, characterized in that the electric bicycle (10c) has a fourth module (60c) with a cell block (23c), the fourth module (60c) being designed in particular identical to the second module (14c).

electric bike Claim 11 , characterized in that a nominal voltage of the cell block (23c) of the second module (14c) differs from a working voltage of the drive unit (26c), the second module (14c) being connected to the fourth module in such a way that the nominal voltage of the battery unit ( 22c) corresponds to the working voltage of the drive unit (26c).