EP4551425A1 - Verfahren zum betreiben eines antriebs eines elektrofahrrades mit einer ermittlung eines überhitzungsschutzes des elektrischen antriebs - Google Patents
Verfahren zum betreiben eines antriebs eines elektrofahrrades mit einer ermittlung eines überhitzungsschutzes des elektrischen antriebsInfo
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- EP4551425A1 EP4551425A1 EP23736356.9A EP23736356A EP4551425A1 EP 4551425 A1 EP4551425 A1 EP 4551425A1 EP 23736356 A EP23736356 A EP 23736356A EP 4551425 A1 EP4551425 A1 EP 4551425A1
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Definitions
- the present invention relates to a method for operating a drive of an electric bicycle with a determination of overheating protection of an electric drive of the electric bicycle, and to an electric bicycle.
- the sales success of an electric bicycle depends, among other things, on the interaction between the behavior of the electric motor and the driver of the electric bicycle. While the driver is driving the electric bicycle, the electric motor has a supporting effect and provides the driver with torque to drive the electric bicycle. When operating the electric motor, critical temperatures must be avoided. If the critical temperatures are exceeded, damage to the electric motor occurs, which can lead to failure of the electric motor, a reduction in the service life of the electric motor, or the electric motor to fire. Therefore, reaching such a critical temperature must be avoided in any case.
- characteristic maps are stored in the control of the electric motor, which switch off the electric motor at a switch-off temperature that is lower than the critical temperature.
- the driver of the electric bicycle would not find it pleasant to switch off the electric motor abruptly without prior notice or warning.
- Current maps for controlling the electric motors take this circumstance into account by limiting the performance of the electric motor from a temperature that is lower than the switch-off temperature.
- the control of the electric motor suggests to the driver that the switch-off temperature and the corresponding drop in performance of the electric motor further temperature rise is to be expected. This makes it possible for the driver to reduce the power required by the electric motor in a timely manner and to avoid a loss of support due to the electric motor overheating.
- the method according to the invention for operating a drive of an electric bicycle with a determination of overheating protection of an electric drive with the features of claim 1 comprises several steps.
- One step includes receiving and/or reading out status data, wherein the status data includes a temperature of the electric drive and a temperature gradient of the electric drive.
- the status data includes a temperature of the electric drive and a temperature gradient of the electric drive.
- a further step includes receiving an overheating protection map and/or reading the overheating protection map from a memory, the overheating protection map indicating a permissible maximum power of the electric drive depending on the status data.
- the maximum permissible power protects the electric drive of the electric bicycle from possible damage due to overheating. This enables lower maintenance, a longer service life and higher performance over the life of the electric drive.
- a further step of the method according to the invention includes determining a permissible maximum power from the overheating protection map using the status data. Accordingly, a permissible maximum power is determined at least by means of the temperature and the temperature gradient of the electric drive. By taking the temperature gradient into account, it is possible to predict at the same temperature the rate of change over time at which the temperature of the electric drive will increase and to determine a restriction on the maximum power that can be delivered by the electric drive from the overheating protection map.
- the electric drive outputs a power which is at most the permissible maximum power of the electric drive. Accordingly, the electric drive can be operated at the same temperature but different temperature gradients with a different permissible maximum power.
- the permissible maximum power in the overheating protection map decreases with increasing temperature and/or increasing temperature gradients of the electric drive.
- the decreasing permissible maximum power of the electric drive suggests to the driver that the electric drive has a high temperature and that the electric drive will be switched off for reasons of overheating protection.
- the permissible maximum power preferably drops from a starting temperature and above. This means that at a temperature of the electric drive which is greater than or equal to a starting temperature, the permissible maximum power of the electric drive is smaller than a maximum permissible maximum power of the electric drive. From a final temperature onwards, the permissible maximum power in the overheating protection map does not drop any further, with the final temperature being greater than the starting temperature.
- the drop in the permissible maximum power is limited to the temperature range above the start temperature and above. The driver therefore experiences no restriction on the maximum permissible power of the electric drive in a temperature range below the starting temperature.
- the limited temperature range between the start temperature and the end temperature is sufficient to suggest to the driver in good time that the permissible maximum power of the electric drive must be restricted due to the high temperatures.
- the permissible maximum power from the final temperature and above takes on the value zero.
- the starting temperature preferably decreases with increasing temperature gradients and the starting temperature increases with decreasing temperature gradients. With the same temperature and different temperature gradients, a higher temperature is reached in the same time in the case of a higher temperature gradient than in the case of a lower temperature gradient. If the permissible maximum power is restricted in both cases from the same starting temperature, then in the case of a higher temperature gradient, a higher temperature is reached in a shorter time and the permissible maximum power is restricted accordingly.
- the driver perceives the restriction of the permissible maximum power to be more abrupt at a higher temperature gradient than at a lower temperature gradient. If the starting temperature for restricting the permissible maximum power at a higher temperature gradient is already at lower temperatures than is the case with lower temperature gradients, the restriction of the permissible maximum power is spread over a larger temperature range and thus over a longer duration. Taking the higher temperature gradient into account, the driver perceives such a restriction on the permissible maximum power of the electric drive to be comparable to the restriction at a lower temperature gradient and a higher starting temperature.
- the starting temperatures are selected as a function of the temperature gradients such that, with a constant temperature gradient, the restriction of the maximum permissible power takes place over the same period of time until the final temperature is reached. As a result, the user does not notice any difference in the restriction of the maximum permissible power at different temperature gradients.
- the starting temperature is preferably between a first starting temperature limit and a second starting temperature limit, the first starting temperature limit being unequal to the second starting temperature limit. If a restriction occurs as a result of a very high temperature gradient even at very low temperatures, the driver perceives this as a negative impairment. Once a certain temperature gradient is reached, the driver takes a shorter time to reach the Final temperature at a constant temperature gradient. In addition, such very high temperature gradients are carried out by the driver for short acceleration, such as is the case during an overtaking maneuver. Especially in such overtaking maneuvers, a premature restriction of the permissible maximum power at lower temperatures is perceived by the driver as inappropriate.
- the start temperature is limited to a temperature range between the first start temperature limit and the second start temperature limit.
- the status data particularly preferably includes a battery charge status of an electrical energy storage device of the electric bicycle.
- the overheating protection map can have a higher starting temperature when the battery charge level is high than when the battery charge level is lower.
- the permissible starting temperature can decrease as the battery charge level decreases. This allows unrestricted maximum power to be accessed from the electric drive when the electrical energy storage is charged until the higher starting temperature is reached.
- by reducing the starting temperature when the battery charge level of the electrical energy storage is low a critical state of the electrical energy storage is avoided.
- the status data preferably includes an incline of the path on which the electric bicycle is located and/or a GPS position of the electric bicycle.
- This enables the permissible maximum power in the overheating protection map In addition to the temperature and the temperature gradient, it also depends on the gradient of the path on which the electric bicycle is located.
- the overheating protection map can have a higher starting temperature with a small path gradient than with a larger path gradient.
- the permissible starting temperature can decrease as the gradient of the path decreases. This allows unrestricted maximum power to be accessed from the electric drive on a section of the route without an incline until the higher starting temperature is reached.
- reducing the starting temperature as the path increases a critical state of the electrical energy storage is avoided.
- the status data preferably includes weather information, in particular an ambient temperature. From the ambient temperature, a possible cooling capacity of the engine through convection can be taken into account and a possible change in temperature and temperature gradient over time can be taken into account. Taking the ambient temperature into account makes it possible to make the permissible maximum power in the overheating protection map dependent on the ambient temperature in addition to the temperature and the temperature gradient.
- the overheating protection map can have a lower starting temperature at a high ambient temperature than at a lower ambient temperature.
- the permissible starting temperature can decrease as the ambient temperature decreases. This makes it possible to obtain an unrestricted maximum permissible power from the electric drive at a lower ambient temperature until the higher starting temperature is reached.
- a critical state of the electrical energy storage is avoided.
- the invention further includes an electric bicycle.
- the electric bicycle includes sensors, an electrical energy storage device, an electric drive and a control unit.
- the sensors are designed to measure at least one temperature of the electric drive and a temperature gradient of the electric drive.
- the control unit is connected to the sensors and the electric drive to exchange data.
- the control unit is set up to carry out a method according to one of the previous embodiments. This enables the control unit to drive the vehicle electrically Controlling the electric bike depending on the temperature and the temperature gradient.
- Figure 1 shows a schematic representation of an electric bicycle according to an exemplary embodiment of the invention
- Figure 2 shows a schematic representation of an overheating protection map according to one of the exemplary embodiments of the invention.
- FIG. 1 shows a schematic representation of an electric bicycle 1 according to an exemplary embodiment of the invention.
- the electric bicycle 1 includes an electrical energy storage 3, an electric drive 2, sensors 4 and a control unit.
- the electric drive 2 includes an electric motor.
- the sensors 4 are set up to measure at least one temperature of the electric drive 2 and a temperature gradient of the electric drive 2. Thus, not only the current temperature of the electric drive 2 but also the rate of change of the temperature of the electric drive 2 over time can be taken into account.
- the control unit is connected at least to the sensors 4 and the electric drive 2 for exchanging data.
- variables measured by the sensors 4 such as the temperature of the electric drive 2 and the temperature gradient of the electric drive 2
- the control unit is able to transmit signals to the electric drive 2 and thereby control the electric drive 2.
- the sensors 4 are preferably set up to detect a battery charge state of the electrical energy storage 3.
- the sensors 4 can preferably be set up to determine an incline of the path on which the electric bicycle 1 is located.
- the sensors 4 are preferably designed to determine an ambient temperature of the electric bicycle 1.
- the control unit is particularly preferably designed to receive and/or retrieve a GPS position of the electric bicycle 1.
- the control unit is particularly preferably designed to receive and/or retrieve weather information about the location of the electric bicycle 1. In addition to the temperature and the temperature gradient, the control unit can also take into account other important variables for the behavior and the change in the thermal load of the electric drive 2 when controlling the electric drive 2.
- the electrical energy storage 3 and the electric drive 2 are connected to one another via an electrical connection, so that electrical energy can be exchanged between the electrical energy storage 3 and the electric drive 2.
- the control unit is preferably set up to carry out a method according to one of the previous embodiments.
- the control unit can thus receive and/or retrieve the temperature measured by the sensors 4 and the temperature gradient of the electric drive 2 and receive and/or read out an overheating protection map 5 from a memory.
- the control unit is set up to use the overheating protection map 5, the temperature of the electric drive 2 and the temperature gradient to determine a permissible maximum power of the electric drive 2 and to transmit this permissible maximum power to the electric drive 2.
- the temperature gradient allows a temporal rate of change in the temperature of the electric drive 2 to be taken into account when determining the permissible maximum power.
- Figure 2 shows a schematic representation of an overheating protection map 5.
- the Z-axis of the overheating protection map 5 indicates the permissible maximum power of the electric drive 2 in percent of a maximum permissible maximum power.
- the Z axis is listed in the range from 0 to 100 percent of the maximum allowable maximum power.
- the X-axis of the overheating protection map 5 represents the temperature scale, the temperature scale indicating the temperature of the electric drive 2.
- the end temperature 6 is listed at the left end of the X-axis, temperatures to the right of the end temperature 6 on the X-axis decrease compared to the end temperature 6.
- Also listed on the X-axis is a first starting temperature 7 and a second starting temperature 8, the second starting temperature 8 being smaller than the first starting temperature 7.
- the Y-axis of the overheating protection map 5 describes the temperature gradient.
- the overheating protection map 5 has no reduction in the maximum permissible maximum power for a constant temperature gradient at temperatures below the associated starting temperature 7, 8.
- the permissible maximum power decreases as the temperature increases. If the temperature reaches the final temperature 6 with a constant temperature gradient, the permissible maximum power is assigned a value of zero.
- the electric drive 2 is switched off at a permissible maximum value of zero.
- This structure of the overheating protection map 5 allows the driver to access the maximum permissible maximum power of the electric drive 2 below a starting temperature 7, 8.
- the driver is given the permissible temperature that drops when the starting temperature 7, 8 is exceeded Maximum power suggests that the electric drive 2 is approaching the final temperature 6 and the associated shutdown of the electric drive 2.
- the permissible maximum power decreases with a constant progression up to the final temperature 6 at constant temperature gradients.
- the course of the permissible maximum power between the starting temperature 7, 8 and the end temperature 6 can be arbitrary.
- Such a curve of the permissible maximum power can be a linear curve, a concave curve, a convex curve, a logarithmic curve or a curve of a step function.
- the course of the permissible maximum power can change at a constant temperature gradient between the associated start temperature 7, 8 and the associated end temperature 6 depending on the temperature gradient.
- the same starting temperatures 7, 8 are assigned to the negative temperature gradients in the overheating protection map 5 as to the positive temperature gradients with the same magnitude of the negative temperature gradients. Negative temperature gradients occur when the electric drive 2 cools down and the temperature of the electric drive 2 decreases.
- the overheating map also covers the case where the temperature of the electric drive 2 has previously exceeded the final temperature and after the electric drive is switched off, the temperature of the electric drive falls and falls below the final temperature.
- different starting temperatures 7, 8 are assigned to the negative temperature gradients in the overheating protection map 5 compared to the starting temperatures 7, 8 of the positive temperature gradients with the same amounts of the negative temperature gradients.
- the negative temperature gradients are assigned the same curves between the end temperature 6 and the associated start temperatures 7, 8 as the positive temperature gradients with the same amounts of the negative temperature gradients.
- the negative temperature gradients in the overheating protection map 5 show different curves of the permissible maximum power between the end temperature 6 and the associated starting temperatures 7, 8 compared to the curves of the permissible Maximum power between the end temperature 6 and the associated start temperatures 7, 8 of the positive temperature gradients is assigned to the same amounts of the negative temperature gradients.
- the starting temperatures 7, 8 correspond to the end temperature 6, so that when the end temperature falls below the end temperature 6 in the case of negative temperature gradients, the permissible maximum power corresponds to the maximum permissible maximum power.
- the negative temperature gradients are assigned different end temperatures 6 than the positive temperature gradients with the same amounts of the negative temperature gradients.
- the overheating protection map 5 has different starting temperatures 7, 8 for different temperature gradients.
- the overheating protection map 5 preferably has the highest starting temperature 7 if there is no temperature gradient.
- the starting temperature 7, 8 decreases as the temperature gradient increases. With a constant higher temperature gradient, the temperature changes over time in a shorter time than with a lower temperature gradient. If the same starting temperature 7, 8 were provided for each temperature gradient in the overheating protection map 5, the duration between the starting temperature 7, 8 and reaching the final temperature 6 would be significantly shorter with a constantly higher temperature gradient than with a constantly lower temperature gradient.
- the driver finds such a shortening of the duration between the start temperature 7, 8 and the end temperature 6 to be unpleasant with a constant temperature gradient.
- the starting temperature 7, 8 is adapted to the temperature gradient in such a way that a duration between the starting temperature 7, 8 and reaching the final temperature 6 is identical for each temperature gradient at a constant temperature gradient.
- the overheating protection map 5 has the same final temperature with different temperature gradients.
- the final temperature 6 can vary depending on the temperature gradient. So a certain inertia can occur when heating the electric drive 2 and the heating of the point at which the temperature of the electric drive 2 is measured must be taken into account.
- the final temperature 6 decreases with increasing temperature gradients.
- the overheating protection map 5 comprises additional axes on which the battery charge level and/or the gradient of the path on which the electric bicycle 1 is located and/or the ambient temperature of the area surrounding the electric bicycle 1 are plotted.
- the starting temperature 7, 8 decreases with increasing ambient temperature and/or increasing gradient of the path on which the electric bicycle is located and/or with increasing ambient temperature. This makes it possible to take into account other influencing factors on the temperature of the electric drive 2 and its change over time.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebs eines Elektrofahrrades (1) mit einer Ermittlung eines Überhitzungsschutzes eines elektrischen Antriebs (2), umfassend die Schritte, Empfangen und/oder Auslesen von Zustandsdaten, wobei die Zustandsdaten eine Temperatur des elektrischen Antriebs (2) und einen Temperaturgradienten des elektrischen Antriebs (2) umfassen, Empfangen eines Überhitzungsschutzkennfeldes (5) und/oder Auslesen des Überhitzungsschutzkennfeldes (5) aus einem Speicher, wobei das Überhitzungsschutzkennfeld (5) eine zulässige Maximalleistung des elektrischen Antriebs (2) in Abhängigkeit von den Zustandsdaten anzeigt, Ermitteln einer zulässigen Maximalleistung aus dem Überhitzungsschutzkennfeld (5) mittels der Zustandsdaten, und Ausgabe einer Leistung, welche maximal die zulässige Maximalleistung des elektrischen Antriebs (2) beträgt.
Description
Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betreiben eines Antriebs eines Elektrofahrrades mit einer Ermittlung eines Überhitzungsschutzes des elektrischen Antriebs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebs eines Elektrofahrrades mit einer Ermittlung eines Überhitzungsschutzes eines elektrischen Antriebs des Elektrofahrrades, sowie ein Elektrofahrrad.
Stand der Technik
Der Verkaufserfolg eines Elektrofahrrades hängt unter anderen an dem Zusammenspiel zwischen dem Verhalten des Elektromotors und dem Fahrer des Elektrofahrrades ab. Während des Antriebs des Elektrofahrrades durch den Fahrer wirkt der Elektromotor unterstützend und stellt ein den Fahrer unterstützendes Drehmoment zum Antrieb des Elektrofahrrades bereit. Beim Betrieb des Elektromotors sind kritische Temperaturen zu vermeiden. Bei Überschreiten der kritischen Temperaturen treten am Elektromotor Schäden auf, die zum Ausfall des Elektromotors, zur Verringerung der Lebensdauer des Elektromotors, oder zum Brand des Elektromotors führen können. Daher ist ein Erreichen einer solchen kritischen Temperatur in jedem Fall zu vermeiden.
Zum Schutz des Elektromotors sind daher Kennfelder in der Ansteuerung des Elektromotors hinterlegt, welche ab einer Abschalttemperatur, welche geringer ist als die kritische Temperatur, den Elektromotor abschalten. Allerdings würde der Fahrer des Elektrofahrrades ein abruptes Abschalten des Elektromotors, ohne vorherigen Hinweis oder eine vorherige Warnung, nicht als angenehm empfinden. Aktuelle Kennfelder zur Ansteuerung der Elektromotoren berücksichtigen diesen Umstand in dem die Leistung des Elektromotors bereits ab einer Temperatur, welche geringer ist als die Abschalttemperatur, beschränken. Hierdurch suggeriert die Ansteuerung des Elektromotors dem Fahrer, dass die Abschalttemperatur und der entsprechende Leistungseinbruch des Elektromotors bei
weiterem Temperaturanstieg zu erwarten ist. Hierdurch ist es dem Fahrer möglich rechtzeitig die vom Elektromotor geforderte Leistung zu verringern und einen Einbruch der Unterstützung durch eine Überhitzung des Elektromotors zu vermeiden.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Antriebs eines Elektrofahrrades mit einer Ermittlung eines Überhitzungsschutzes eines elektrischen Antriebs mit den Merkmalen des Anspruch 1 umfasst mehrere Schritte. Ein Schritt umfasst das Empfangen und/oder Auslesen von Zustandsdaten, wobei die Zustandsdaten eine Temperatur des elektrischen Antriebs und einen Temperaturgradienten des elektrischen Antriebs umfassen. Durch das Empfangen und/oder Abrufen des Temperaturgradienten des elektrischen Antriebs wird kann neben der vorliegenden Temperatur des elektrischen Antriebs auch eine zeitliche Änderungsrate der Temperatur des elektrischen Antriebs berücksichtigt werden.
Ein weiterer Schritt umfasst das Empfangen eines Überhitzungsschutzkennfeldes und/oder Auslesen des Überhitzungsschutzkennfeldes aus einem Speicher, wobei das Überhitzungsschutzkennfeld eine zulässige Maximalleistung des elektrischen Antriebs in Abhängigkeit von den Zustandsdaten anzeigt. Die zulässige Maximalleistung schützt den elektrischen Antrieb des Elektrofahrrades vor möglichen Schäden durch Überhitzung. Dies ermöglicht einen geringeren Wartungsaufwand, eine längere Lebenszeit und eine höhere Leistung über die Lebenszeit des elektrischen Antriebs.
Ein weiterer Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Ermitteln einer zulässigen Maximalleistung aus dem Überhitzungsschutzkennfeld mittels der Zustandsdaten. Demnach wird eine zulässige Maximalleistung zumindest mittels der Temperatur und dem Temperarturgradienten des elektrischen Antriebs bestimmt. Durch die Berücksichtigung des Temperaturgradienten ist es möglich bei gleicher Temperatur vorherzusehen mit welcher zeitlichen Änderungsrate die Temperatur des elektrischen Antriebs ansteigt und entsprechen eine Einschränkung der durch den elektrischen Antrieb maximal abgebbaren Leistung aus dem Überhitzugsschutzkennfeld zu bestimmen.
In einem weiteren Schritt wird von dem elektrischen Antrieb eine Leistung ausgegeben, welche maximal die zulässige Maximalleistung des elektrischen Antriebs beträgt. Entsprechend kann der elektrische Antrieb bei gleicher Temperatur, aber unterschiedlichem Temperaturgradienten mit einem unterschiedlichen zulässigen Maximalleistung betrieben werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Bevorzugt sinkt im Überhitzungsschutzkennfeld die zulässige Maximalleistung mit zunehmender Temperatur und/oder zunehmenden Temperaturgradienten des elektrischen Antriebs. Durch die absinkende zulässige Maximalleistung des elektrischen Antriebs wird dem Fahrer suggeriert, dass der elektrische Antrieb eine hohe Temperatur aufweist und aus Gründen des Überhitzungsschutzes mit einer Abschaltung des elektrischen Antriebs zu rechnen ist.
Bevorzugt fällt im Überhitzungsschutzkennfeld die zulässige Maximalleistung ab einer Starttemperatur und darüber ab. Dies bedeutet, dass bei einer Temperatur des elektrischen Antriebs, welche größer oder gleich einer Starttemperatur ist, die zulässige Maximalleistung des elektrischen Antriebs kleiner ist als eine maximal zulässige Maximalleistung des elektrischen Antriebs. Ab einer Endtemperatur fällt im Überhitzungsschutzkennfeld die zulässige Maximalleistung nicht weiter ab, wobei die Endtemperatur größer als die Starttemperatur ist. Durch das Setzen einer Starttemperatur wird der Abfall der zulässigen Maximalleistung auf den Temperaturbereich oberhalb der Starttemperatur und darüber beschränkt. Der Fahrer erfährt demnach in einem Temperaturbereich unter der Starttemperatur keine Einschränkung der zulässigen Maximalleistung des elektrischen Antriebs. Der begrenzte Temperaturbereich zwischen der Starttemperatur und der Endtemperatur genügt, um dem Fahrer noch rechtzeitig zu suggerieren, dass auf Grund der hohen Temperaturen die zulässige Maximalleistung des elektrischen Antriebs eingeschränkt werden muss.
Besonders bevorzugt nimmt im Überhitzungsschutzkennfeld die zulässige Maximalleistung ab der Endtemperatur und darüber den Wert Null an.
Somit wird der elektrische Antrieb ab der Endtemperatur und darüber abgeschaltet. Dies verhindert, dass der elektrische Antrieb einen schädlichen Temperaturbereich erreicht.
Bevorzugt nimmt im Überhitzungsschutzkennfeld die Starttemperatur mit zunehmenden Temperaturgradienten ab und die Starttemperatur mit abnehmenden Temperaturgradienten zu. Bei gleicher Temperatur und unterschiedlichen Temperaturgradienten wird in gleicher Zeit im Falle des höheren Temperaturgradienten in gleicher Zeit eine höhere Temperatur erreicht als im Falle eines niedrigeren Temperaturgradienten. Erfolgt in beiden Fällen ab der gleichen Starttemperatur die Einschränkung der zulässigen Maximalleistung so wird im Falle eines höheren Temperaturgradienten in kürzerer Zeit eine höhere Temperatur erreicht und eine entsprechend Einschränkung der zulässigen Maximalleistung durchgeführt. Der Fahrer empfindet bei gleicher Temperatur aber unterschiedlichem Temperaturgradienten die Einschränkung der zulässigen Maximalleistung bei einem höheren Temperaturgradienten als abrupter als bei einem geringeren Temperaturgradienten. Befindet sich die Starttemperatur zur Einschränkung der zulässigen Maximalleistung bei einem höheren Temperaturgradienten bereits bei geringeren Temperaturen, als dies bei niedrigeren Temperaturgradienten der Fall ist, so wird der die Einschränkung der zulässigen Maximalleistung über einen größeren Temperaturbereich und somit über eine größere Dauer aufgeteilt. Unter Berücksichtigung des höheren Temperaturgradienten empfindet der Fahrer eine solche Einschränkung der zulässigen Maximalleistung des elektrischen Antriebs als vergleichbar mit der Einschränkung bei einem geringeren Temperaturgradienten und einer höheren Starttemperatur.
In einem besonders bevorzugten Fall werden die Starttemperaturen in Abhängigkeit der Temperaturgradienten so gewählt, dass bei einem konstanten Temperaturgradienten die Einschränkung der zulässigen Maximalleistung bis zum Erreichen der Endtemperatur über die gleiche Dauer erfolgt. Hierdurch nimmt der Nutzer keinen Unterschied in der Einschränkung der zulässigen Maximalleistung bei unterschiedlichen Temperaturgradienten war.
Bevorzugt liegt im Überhitzungsschutzkennfeld die Starttemperatur zwischen einem ersten Starttemperaturgrenzwert und einem zweiten Starttemperaturgrenzwert, wobei der erste Starttemperaturgrenzwert ungleich dem zweiten Starttemperaturgrenzwert ist. Erfolgt eine Einschränkung in Folge eines sehr hohen Temperaturgradienten bereits bei sehr geringen Temperaturen, empfindet dies der Fahrer als eine negative Beeinträchtigung. Ab einem gewissen Temperaturgradienten geht der Fahrer von einer kürzeren Dauer bis zum Erreichen der
Endtemperatur bei konstantem Temperaturgradienten aus. Zudem werden solche sehr hohen Temperaturgradienten vom Fahrer für kurze Beschleunigung, wie dies etwa bei einem Überholmanöver der Fall ist, durchgeführt. Gerade in solchen Überholmanövern wird eine vorzeitige Einschränkung der zulässigen Maximalleistung bei geringeren Temperaturen vom Fahrer als unangebracht empfunden. Zudem soll verhindert werden, dass bei einem sehr geringen Temperaturgradienten der Temperaturbereich zwischen der Starttemperatur und der Endtemperatur zu gering wird. Der Fahrer würde dies als unangenehm empfinden, da der Fahrer bei Temperaturen nahe der Endtemperatur noch keine Einschränkung und damit keine Annäherung an ein die Endtemperatur suggeriert bekommt. Bei einer Änderung des Temperaturgradienten im hohen Temperaturbereich würde der Fahrer wieder eine abrupte Einschränkung der zulässigen Maximalleistung des elektrischen Antriebs empfinden, ohne dass ihm dies zuvor durch eine Einschränkung der elektrischen Maximalleistung des elektrischen Antriebs suggeriert worden wäre. Um diese beiden Umstände zu berücksichtigen, ist die Starttemperatur auf einen Temperaturbereich zwischen dem ersten Starttemperaturgrenzwert und dem zweiten Starttemperaturgrenzwert beschränkt.
Besonders bevorzugt umfassen die Zustandsdaten einen Batterieladezustand eines elektrischen Energiespeichers des Elektrofahrrades. Dies ermöglicht es im Überhitzungsschutzkennfeld die zulässige Maximalleistung neben der Temperatur und dem Temperaturgradienten, zusätzlich vom Batterieladezustand abhängig zu machen. So kann das Überhitzungsschutzkennfeld bei einem hohen Batterieladezustand eine höhere Starttemperatur aufweisen als bei einem niedrigeren Batterieladzustand. Zudem kann die zulässige Starttemperatur mit sinkenden Batterieladezustand sinken. Dies erlaubt es bei einem geladenen elektrischen Energiespeicher bis zum Erreichen der höheren Starttemperatur eine uneingeschränkte Maximalleistung vom elektrischen Antrieb abzurufen. Zudem wird durch das herabsetzten der Starttemperatur bei einem niedrigen Batterieladezustand des elektrischen Energiespeichers ein kritischer Zustand des elektrischen Energiespeichers vermieden.
Bevorzugt umfassen die Zustandsdaten eine Steigung des Weges auf dem sich das Elektrofahrrad befindet und/oder eine GPS-Position des Elektrofahrrades. Dies ermöglicht es im Überhitzungsschutzkennfeld die zulässige Maximalleistung
neben der Temperatur und dem Temperaturgradienten, zusätzlich von der Steigung des Weges auf dem sich das Elektrofahrrad befindet abhängig zu machen. So kann das Überhitzungsschutzkennfeld bei einer geringen Steigung des Weges eine höhere Starttemperatur aufweisen als bei einer größeren Steigung des Weges. Zudem kann die zulässige Starttemperatur mit sich verringernder Steigung des Weges sinken. Dies erlaubt bei einem Abschnitt des Weges ohne Steigung bis zum Erreichen der höheren Starttemperatur eine uneingeschränkte Maximalleistung vom elektrischen Antrieb abzurufen. Zudem wird durch das Herabsetzen der Starttemperatur mit zunehmender Steigung des Weges einen kritischen Zustand des elektrischen Energiespeichers vermieden.
Bevorzugt umfassen die Zustandsdaten eine Wetterinformation, insbesondere eine Umgebungstemperatur. Aus der Umgebungstemperatur kann eine mögliche Kühlleistung des Motors durch Konvektion berücksichtigt werden und eine mögliche zeitliche Veränderung der Temperatur und des Temperaturgradienten berücksichtigen werden. Die Berücksichtigung der Umgebungstemperatur ermöglicht es im Überhitzungsschutzkennfeld die zulässige Maximalleistung neben der Temperatur und dem Temperaturgradienten, zusätzlich von der Umgebungstemperatur abhängig zu machen. So kann das Überhitzungsschutzkennfeld bei einer hohen Umgebungstemperatur eine niedrigere Starttemperatur aufweisen als bei einer niedrigeren Umgebungstemperatur. Zudem kann die zulässige Starttemperatur mit sinkender Umgebungstemperatur sinken. Dies erlaubt es bei einer geringeren Umgebungstemperatur bis zum Erreichen der höheren Starttemperatur eine uneingeschränkt zulässige Maximalleistung vom elektrischen Antrieb abzurufen. Zudem wird durch das Herabsetzten der Starttemperatur bei einer höheren Umgebungstemperatur ein kritischer Zustand des elektrischen Energiespeichers vermieden.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Elektrofahrrad. Das Elektrofahrrad umfasst Sensoren, einen elektrischen Energiespeicher, einen elektrischen Antrieb und eine Steuereinheit. Die Sensoren sind ausgebildet zumindest eine Temperatur des elektrischen Antriebs und einen Temperaturgradienten des elektrischen Antriebs zu messen. Die Steuereinheit ist mit den Sensoren und dem elektrischen Antrieb zum Austausch von Daten verbunden. Die Steuereinheit ist eingerichtet ein Verfahren nach einem der vorherigen Ausführungsformen durchzuführen. Dies ermöglicht der Steuereinheit den elektrischen Antrieb des
Elektrofahrrades in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Temperaturgradienten zu Steuern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 Zeigt eine schematische Darstellung eines Elektrofahrrades nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Überhitzungsschutzkennfeldes nach einem der Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektrofahrrades 1 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Elektrofahrrad 1 umfasst einen elektrischen Energiespeicher 3, einen elektrischen Antrieb 2, Sensoren 4 und eine Steuereinheit. Der elektrische Antrieb 2 umfasst einen Elektromotor. Die Sensoren 4 sind eingerichtet zumindest eine Temperatur des elektrischen Antriebs 2 und einen Temperaturgradienten des elektrischen Antriebs 2 zu messen. Somit kann nicht nur die aktuelle Temperatur des elektrischen Antriebs 2 sondern auch die zeitliche Änderungsrate der Temperatur des elektrischen Antriebs 2 berücksichtigt werden.
Die Steuereinheit ist zumindest mit den Sensoren 4 und dem elektrischen Antrieb 2 zum Austausch von Daten verbunden. Somit können durch die Sensoren 4 gemessen Größen, wie etwa die Temperatur des elektrischen Antriebs 2 und der Temperarturgradient des elektrischen Antriebs 2 an die Steuereinheit übermittelt werden und/oder durch die Steuereinheit bei den Sensoren 4 abgerufen werden. Zudem ist die Steuereinheit in der Lage, Signale an den elektrischen Antrieb 2 zu übermitteln und hierdurch den elektrischen Antrieb 2 zu steuern.
Bevorzugt sind die Sensoren 4 eingerichtet, einen Batterieladezustand des elektrischen Energiespeichers 3 zu erfassen. Bevorzugt können die Sensoren 4 eingerichtet sein, eine Steigung des Weges, auf dem sich das Elektrofahrrad 1 befindet, zu bestimmen. Bevorzugt sind die Sensoren 4 ausgebildet, eine Umgebungstemperatur des Elektrofahrrades 1 zu ermitteln. Besonders bevorzugt ist die Steuereinheit ausgebildet, eine GPS-Position des Elektrofahrrades 1 zu empfangen und/oder abzurufen. Besonders bevorzugt ist die Steuereinheit ausgebildet Wetterinformation zum Standort des Elektrofahrrades 1 zu empfangen und/oder abzurufen. Somit können durch die Steuereinheit bei der Ansteuerung des elektrischen Antriebs 2 neben der Temperatur und dem Temperaturgradienten weiter wichtige Größen für das Verhalten und die Änderung der thermischen Belastung des elektrischen Antriebs 2 berücksichtigt werden.
Der elektrische Energiespeicher 3 und der elektrische Antrieb 2 sind über eine elektrische Verbindung miteinander verbunden, so dass zwischen dem elektrischen Energiespeicher 3 und dem elektrischen Antrieb 2 eine elektrische Energie ausgetauscht werden kann.
Bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet ein Verfahren nach einem der vorherigen Ausführungsformen durchzuführen. So kann die Steuereinheit die durch die Sensoren 4 gemessene Temperatur und den Temperaturgradienten des elektrischen Antriebs 2 empfangen und/oder abrufen und aus einem Speicher ein Überhitzungsschutzkennfeld 5 empfangen und/oder auslesen. Die Steuereinheit ist eingerichtet mittels des Überhitzungsschutzkennfeldes 5, der Temperatur des elektrischen Antriebs 2 und dem Temperaturgradienten eine zulässige Maximalleistung des elektrischen Antriebs 2 zu ermitteln und diese zulässige Maximalleistung an den elektrischen Antrieb 2 zu übermitteln. Durch den Temperaturgradienten kann eine zeitliche Änderungsrate der Temperatur des elektrischen Antriebs 2 bei der Ermittlung der zulässigen Maximalleistung berücksichtigt werden.
Besonders bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet sowohl die von den Sensoren 4 gemessenen Größen, wie oben aufgeführt, zu empfangen und zusätzlich Wetterinformationen am Aufenthaltsort des Elektrofahrrades 1 und eine GPS- Position des Elektrofahrrades zu empfangen. Die Steuereinheit ist eingerichtet das Überhitzungsschutzkennfeld 5 aus dem Speicher zu empfangen und/oder
auszulesen. Bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet mittels des Überhitzungsschutzkennfeldes und den zuvor von den Sensoren empfangen und/oder ausgelegene Größen und der GPS-Position des Elektrofahrrades 1 und den Wetterinformationen am Aufenthaltsort des Elektrofahrrades 1 eine zulässige Maximalleistung des elektrischen Antriebs 2 zu ermitteln. Die Steuereinheit versendet die zulässige Maximalleistung an den elektrischen Antrieb 2. Somit können weitere Größen berücksichtigt werden, welche einen Einfluss auf die Entwicklung der Temperatur des elektrischen Antriebs 2 haben.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Überhitzungsschutzkennfeldes 5. Die Z-Achse des Überhitzungsschutzkennfeldes 5 gibt die zulässige Maximalleistung des elektrischen Antriebs 2 in Prozent zu einer maximal zulässigen Maximalleistung an. Die Z-Achse ist im Bereich von 0 bis 100 Prozent der maximal zulässigen Maximalleistung aufgeführt. Die X-Achse des Überhitzungsschutzkennfelds 5 stellt die Temperaturskala dar, wobei die Temperaturskala die Temperatur des elektrischen Antriebs 2 angibt. Am linken Ende der X-Achse ist die Endtemperatur 6 aufgeführt, Temperaturen rechts von der Endtemperatur 6 auf der X-Achse nehmen gegenüber der Endtemperatur 6 ab. Weiterhin auf der X-Achse aufgeführt ist eine erste Startemperatur 7 und eine zweite Starttemperatur 8, wobei die zweite Starttemperatur 8 kleiner ist als die erste Starttemperatur 7 ist. Die Y-Achse des Überhitzungsschutzkennfelds 5 beschreibt den Temperaturgradienten.
Das Überhitzungsschutzkennfeld 5 weist bei einem konstanten Temperaturgradienten bei Temperaturen unter der zugehörigen Starttemperatur 7, 8 für einen konstanten Temperaturgradienten keine Reduktion von der maximal zulässigen Maximalleistung auf. Mit dem Überschreiten der für einen konstanten Temperaturgradienten zugehörigen Starttemperatur 7, 8 nimmt die zulässige Maximalleistung mit zunehmender Temperatur ab. Erreicht die Temperatur bei einem konstanten Temperaturgradienten die Endtemperatur 6 so wird der zulässigen Maximalleistung ein Wert von Null zugeordnet. Der elektrische Antrieb 2 wird bei einem zulässigen Maximalwert von Null abgeschaltet. Dieser Aufbau des Überhitzungsschutzkennfeldes 5 erlaubt dem Fahrer sowohl unterhalb einer Starttemperatur 7, 8 die maximal zulässige Maximalleistung des elektrischen Antriebs 2 abzurufen. Zudem wird dem Fahrer vor Erreichen der Endtemperatur 6, durch die mit Überschreiten der Starttemperatur 7, 8 absinkende zulässige
Maximalleistung, suggeriert, dass der elektrische Antrieb 2 sich der Endtemperatur 6 und der damit verbundenen Abschaltung des elektrischen Antriebs 2 nähert.
Im Überhitzungskennfeld 5 nimmt die zulässige Maximalleistung bei konstanten Temperaturgradienten mit einem stetigen Verlauf bis zur Endtemperatur 6 ab. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Verlauf der zulässigen Maximalleistung zwischen der Starttemperatur 7, 8 und der Endtemperatur 6 beliebig sein. Ein solcher Verlauf der zulässigen Maximalleistung kann ein linearer Verlauf, ein konkaver Verlauf, ein konvexer Verlauf, ein logarithmischer Verlauf oder ein Verlauf einer Treppenfunktion sein. In einem Ausführungsbeispiel kann sich der Verlauf der zulässigen Maximalleistung bei einem konstanten Temperaturgradienten zwischen der zugehörigen Starttemperatur 7, 8 und die zugehörige Endtemperatur 6 in Abhängigkeit des Temperaturgradienten ändern.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind im Überhitzungsschutzkennfeld 5 den negativen Temperaturgradienten die gleichen Starttemperaturen 7, 8 zugeordnet, wie den positiven Temperaturgradienten mit dem gleichen Betrag der negativen Temperaturgradienten. Negative Temperaturgradienten treten auf, wenn sich der elektrische Antrieb 2 abkühlt und die Temperatur des elektrischen Antriebs 2 verringert. Das Überhitzungskennfeld deckt auch den Fall ab, dass die Temperatur des elektrischen Antriebs 2 zuvor die Endtemperatur überschritten hat und nach Abschalten des elektrischen Antriebs die Temperatur des elektrischen Antriebs fällt und die Endtemperatur unterschreitet. In einem alternativen Ausführungsbeispiel sind im Überhitzungsschutzkennfeld 5 den negativen Temperaturgradienten unterschiedliche Starttemperaturen 7, 8 im Vergleich zu den Starttemperaturen 7, 8 der positiven Temperaturgradienten mit den gleichen Beträgen der negativen Temperaturgradienten zugeordnet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind im Überhitzungsschutzkennfeld 5 den negativen Temperaturgradienten die gleichen Verläufe zwischen der Endtemperatur 6 und den zugehörigen Starttemperaturen 7, 8, wie den positiven Temperaturgradienten mit den gleichen Beträgen der negativen Temperaturgradienten zugeordnet. In einem alternativen Ausführungsbeispiel sind im Überhitzungsschutzkennfeld 5 den negativen Temperaturgradienten unterschiedliche Verläufe der zulässigen Maximalleistung zwischen der Endtemperatur 6 und den zugehörigen Starttemperaturen 7, 8 im Vergleich zu den Verläufen der zulässigen
Maximalleistung zwischen der Endtemperatur 6 und den zugehörigen Starttemperaturen 7, 8 der positiven Temperaturgradienten mit den gleichen Beträgen der negativen Temperaturgradienten zugeordnet. In einem alternativen Ausführungsbeispiel entsprechen im Überhitzungsschutzkennfeld 5 im Bereich der negativen Temperaturgradienten die Starttemperaturen 7, 8 der Endtemperatur 6, so dass mit dem Unterschreiten der Endtemperatur 6 bei negativen Temperaturgradienten die zulässige Maximalleistung der maximal zulässigen Maximalleistung entspricht. In einem weiteren Ausführungsbeispiel des Überhitzungsschutzkennfelds 5 sind den negativen Temperaturgradienten andere Endtemperaturen 6 zugeordnet als den positiven Temperaturgradienten mit den gleichen Beträgen der negativen Temperaturgradienten.
Das Überhitzungsschutzkennfeld 5 weist bei unterschiedlichen Temperaturgradienten unterschiedliche Starttemperaturen 7, 8 auf. Bevorzugt weist das Überhitzungsschutzkennfeld 5 die höchste Starttemperatur 7 auf, wenn kein Temperaturgradient vorliegt. Die Starttemperatur 7, 8 nimmt mit zunehmenden Temperaturgradienten ab. Bei einem konstanten höheren Temperaturgradienten ändert sich die Temperatur über die Zeit in kürzerer Zeit als bei einem niedrigeren Temperaturgradienten. Würde im Überhitzungsschutzkennfeld 5 für jeden Temperaturgradienten die gleiche Startemperatur 7, 8 vorgesehen sein, würde die Dauer zwischen der Starttemperatur 7, 8 und dem Erreichen der Endtemperatur 6 bei einem konstant höheren Temperaturgradienten deutlich kürzer ausfallen, als bei einem konstant niedrigeren Temperaturgradienten. Der Fahrer empfindet eine solche Verkürzung der Dauer zwischen der Starttemperatur 7, 8 und der Endtemperatur 6 bei einem konstanten Temperaturgradienten als unangenehm. Durch die Verringerung der Starttemperatur 7, 8 bei einem höheren Temperaturgradienten hin zu einer geringeren Temperatur wird der eben beschrieben Effekt kompensiert und das Empfinden des Fahrers verbessert. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Starttemperatur 7, 8 so an den Temperaturgradienten angepasst, dass eine Dauer zwischen der Starttemperatur 7, 8 und dem Erreichen der Endtemperatur 6 bei einem konstanten Temperaturgradienten für jeden Temperaturgradienten identisch ist.
Das Überhitzungsschutzkennfeld 5 weist bei unterschiedlichen Temperaturgradienten die gleiche Endtemperatur auf. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Endtemperatur 6 in Abhängigkeit des Temperaturgradienten variieren. So kann eine gewisse Trägheit beim Erhitzen des elektrischen Antriebs 2 und
dem Erwärmen der Stelle an der die Temperatur des elektrischen Antriebs 2 gemessen wird berücksichtigt werden. In einer alternativen Ausführungsform sinkt die Endtemperatur 6 mit zunehmenden Temperaturgradienten. In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Überhitzungsschutzkennfeld 5 weitere Achsen auf denen der Batterieladezustand und/oder die Steigung des Weges auf dem sich das Elektrofahrrad 1 befindet und/oder der Umgebungstemperatur der Umgebung des Elektrofahrrades 1 aufgetragen sind. Hierbei sinkt die Starttemperatur 7, 8 mit steigender Umgebungstemperatur und/oder zunehmender Stei- gung des Weges auf dem sich das Elektrofahrrad befindet und/oder mit zunehmenden Umgebungstemperatur. Dies ermöglicht die Berücksichtigung weitere Einflussfaktoren auf die Temperatur des elektrischen Antriebs 2 und deren zeitlicher Veränderung.
Claims
1. Verfahren zum Betreiben eines Antriebs (2) eines Elektrofahrrades (1) mit einer Ermittlung eines Überhitzungsschutzes des elektrischen Antriebs (2), umfassend die Schritte:
Empfangen und/oder Auslesen von Zustandsdaten, wobei die Zustandsdaten eine Temperatur des elektrischen Antriebs (2) und einen Temperaturgradienten des elektrischen Antriebs (2) umfassen;
Empfangen eines Überhitzungsschutzkennfeldes (5) und/oder Auslesen des Überhitzungsschutzkennfeldes (5) aus einem Speicher, wobei das Überhitzungsschutzkennfeld (5) eine zulässige Maximalleistung des elektrischen Antriebs (2) in Abhängigkeit von den Zustandsdaten anzeigt;
Ermitteln einer zulässigen Maximalleistung aus dem Überhitzungsschutzkennfeld (5) mittels der Zustandsdaten, und
- Ausgabe einer Leistung, welche maximal die zulässige Maximalleistung des elektrischen Antriebs (2) beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei im Überhitzungsschutzkennfeld (5) die zulässige Maximalleistung mit zunehmender Temperatur und/oder zunehmendem Temperaturgradienten des elektrischen Antriebs (2) sinkt.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei im Überhitzungsschutzkennfeld (5) die zulässige Maximalleistung ab einer Starttemperatur (7, 8) und darüber abfällt und ab einer Endtemperatur (6) nicht weiter abfällt, wobei die Endtemperatur (6) größer als die Starttemperatur (7, 8) ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei im Überhitzungsschutzkennfeld (5) die zulässige Maximalleistung ab der Endtemperatur (6) und darüber den Wert Null annimmt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei im Überhitzungsschutzkennfeld (5) die Starttemperatur (7, 8) mit zunehmenden Temperaturgradienten abnimmt und die Starttemperatur (7, 8) mit abnehmenden Temperaturgradienten zunimmt. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 3 bis 5, wobei im Überhitzungsschutzkennfeld (5) die Starttemperatur zwischen einem ersten Starttemperaturgrenzwert (7) und einem zweiten Starttemperaturgrenzwert (8) liegt, wobei der erste Starttemperaturgrenzwert (7) ungleich dem zweiten Starttemperaturgrenzwert (8) ist. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Zustandsdaten einen Batterieladezustand eines elektrischen Energiespeichers (3) des Antriebs (2) des Elektrofahrrades (1) umfassen. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Zustandsdaten eine Steigung des Weges auf dem sich das Elektrofahrrad (1) befindet und/oder eine GPS-Position des Elektrofahrrades (2) umfassen. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Zustandsdaten eine Wetterinformation, insbesondere eine Umgebungstemperatur, umfassen. Antrieb eines Elektrofahrrads (1) umfassend:
- eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche durchzuführen. Elektrofahrrad (1 ) mit einem Antrieb nach Anspruch 10.
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