CH713481A2

CH713481A2 - Anlage zum Errichten und Betreiben eines flächendeckenden Netzes von Batterie-Wechselstationen für elektrische Fahrzeuge.

Info

Publication number: CH713481A2
Application number: CH00204/17A
Authority: CH
Inventors: Erasmus Gerhard
Original assignee: Erasmus Gerhard
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2018-08-31
Also published as: WO2018153912A1

Abstract

Die erfindungsgemässe Anlage dient zum Errichten und Betreiben eines flächendeckenden Netzes von Batterie-Wechselstationen für elektrische Fahrzeuge und insbesondere Elektrofahrräder. Sie besteht aus einer Vielzahl von Wechselstationen, wobei eine einzelne Wechselstation ein Schliessfach-Regal (1) einschliesst, mit einer Anzahl Schliessfächern (2) für verschiedene Batterietypen (5). Jedes Schliessfach (2) verfügt über einen Stromanschluss (8) mit Ladeeinheit (6) für einen oder mehrere spezifische Batterietypen, sowie auch mit Messvorrichtungen zum Ermitteln des Ladezustandes der eingesetzten Batterie. Die Wechselstation kann über einen Rechner, der mit den Messvorrichtungen verbunden ist, über eine drahtlose Schnittstelle via Internet mit Mobiltelefonen (9) mit entsprechender App kommunizieren und umgekehrt. Die Wechselstationen sind via die App mit folgenden Funktionen bewirtschaftbar: 1. Identifizierung des Benutzers (12) bzw. Anfragers, 2. Angabe der aktuell vorhandenen Batterietypen und ihrer Anzahl, sowie deren Ladezustandes; 3. Zeitpunkt, wann ihre Vollladung erreicht wurde oder erreicht wird, 4. Reservieren einer oder mehrerer Batterien (5) während eines Zeitfensters gegen eine Reservationsgebühr; 5. Codiertes automatisches Öffnen und Schliessen eines bestimmten Schliessfaches (2) zum Austausch der leeren oder teilgeladenen Batterie (5) mit einer vollgeladenen Batterie durch einen identifizierten und autorisierten Benutzer (12), 6. Abrechnung nach bezogener Batteriekapazität durch Belastung eines Benutzerkontos.

Description

Beschreibung [0001] Diese Erfindung betrifft eine Anlage, welcher es einem Eigentümer oder Benutzer eines elektrischen Fahrzeuges oder eines solchen mit elektrischem Hilfsantrieb, insbesondere eines sogenannten Pedelec-Elektrofahrrades oder E-Bikes, ermöglicht, grössere Strecken egal in welche Landesteile zurückzulegen, indem er innerhalb der Reichweite seiner Batteriekapazität stets seine teilweise oder ganz leergefahrene Batterie mit einer baugleichen oder passenden vollgeladenen Batterie austauschen kann. Damit können die Benützer solcher Fahrzeuge auch von der Sorge um den Ladezustand entlastet werden, und sie sind nicht eingeschränkt durch örtliche und zeitliche Einschränkungen, die mit dem Laden ihrer Batterien Zusammenhängen.

[0002] Elektrofahrräder erfreuen sich laufend steigender Beliebtheit und gehören heute zum allgemeinen Strassenbild. Während ihre Batteriekapazität für kürzere Fahrten ausreichend ist, sofern die Batterie abends und über Nacht am Stromnetz wieder vollgeladen werden kann, stösst der Benutzer eines elektrischen Fahrzeuges und namentlich der Benutzer eines Elektrofahrrades bald an die Kapazitätsgrenzen der Batterie, wenn er eine längere Strecke am Stück zurücklegen will. Oftmals liegt die Reichweite bei ca. 30km, bei weiter entwickelten Batterien wird sie bald grösser werden. Gerade Fahrradfahrer wünschen sich, auch mit Elektrofahrrädern längere Touren und insbesondere auch mehrtägige Touren zu unternehmen und dabei nicht an bestimmte Routen gebunden zu sein. Die Fahrer möchten sich nicht ständig mit der Frage befassen müssen, wo sie ihre Batterien wieder landen können. Bisher können sie sich nur damit behelfen, eine zweite oder gar dritte geladene Batterie zum Austausch mitzunehmen und diese unterwegs einzusetzen, sobald die aktuell im Einsatz stehende Batterie leergefahren ist. Eine zusätzlich mitzuführende Batterie erhöht aber die Beladung des Fahrrades um einige Kilogramm und ist wenig erwünscht. Ausserdem müssen die Batterien über die nächste Nacht am Stromnetz aufgeladen werden, wozu dann entsprechend zwei oder gar drei Ladegeräte mitgeführt werden müssten, und schliesslich kommt dazu, dass diese Batterien recht teuer sind.

[0003] Wären alle Batterien baugleich, so wäre der Aufbau eines Netzes von Wechselstationen nicht so aufwändig. Tatsache bleibt aber, dass es eine Vielzahl von Batteriemustern gibt, und diese untereinander nicht kompatibel sind. Eine bestimmte spezifische Batterie passt nur in ganz bestimmte Batteriefächer am Fahrrad.

[0004] Ausserdem besteht ein zu lösendes Problem auch darin, irgendwo unterwegs die nächste Lade- oder Wechselstation zu finden, wenn es denn solche überhaupt flächendeckend gäbe. Aber nicht nur das, man müsste auch wissen, wo wie viele Batterien des gesuchten Typs vorhanden sind, und dann erst noch in geladenem Zustand. Schliesslich wird eine geladene Batterie im Austausch mit einer leeren etwas kosten, also sollte ein Abrechnungssystem dazugehören, welches für jedermann zugänglich ist, und schliesslich sollte so eine Wechselstation möglichst automatisiert und rund um die Uhr funktionieren können, also ohne Personal und daher ökonomisch optimiert. Das alles ist eine Herausforderung. Ein weiteres Ziel, das mit diesen Wechselstationen erreicht werden soll ist es, die Ladungen günstiger anbieten zu können als was eine Fahrkarte des öffentlichen Verkehrs für die gleiche Fahrstrecke kosten würde, oder im Fall von elektrisch hilfsangetriebenen Mountainbikes, was die Fahrkarte einer Bergbahn kosten würde.

[0005] Aus diesen Gründen ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlage zum Errichten und Betreiben eines flächendeckenden Netzes von Batterie-Wechselstationen für elektrische Fahrzeuge anzugeben, sodass mit einem elektrischen Fahrzeug oder einem Elektrofahrrad routenunabhängig innerhalb seiner Reichweite eine Wechselstation erreichbar ist, an welcher die passende Batterie in geladenem Zustand verfügbar ist, und diese Batterie dort gegen Bezahlung wechselbar ist, im Austausch mit der leergefahrenen Batterie. Dieses Netz soll es erlauben, in einer bestimmten Region oder einem Landesteil oder in einem ganzen Land kreuz und quer Routen zu planen und abzufahren, und stets über genügend Wechselstationen zu verfügen, sodass man niemals mit einer leergefahrenen Batterie auf der Strecke bleibt. Man muss hierzu also wissen, wo welcher Batterietyp in welcher Menge in geladenem Zustand zu welchem Zeitpunkt verfügbar ist, und zwar zu einem beliebigen Zeitpunkt voraus, und man muss die Batterie für sich verbindlich reservieren können und mit der Wechselstation kommunizieren können.

[0006] Diese Aufgabe wird gelöst von einer Anlage zum Errichten und Betreiben eines flächendeckenden Netzes von Batterie-Wechselstationen für elektrische Fahrzeuge mit wechselbarer Batterie aller Art, und insbesondere Elektrofahrräder, bestehend aus einer Vielzahl von Wechselstationen, wobei eine einzelne Wechselstation ein Schliessfach-Regal einschliesst, mit einer Anzahl Schliessfächern für das Einsetzen verschiedener Batterietypen in zugehörige Schlösser in den Schliessfächern, wobei jedes Schliessfach einen Stromanschluss mit Ladeeinheit für den betreffenden Batterietyp sowie eine Messvorrichtung zum Messen des Ladezustandes einer eingesetzten Batterie aufweist, sowie dass die Wechselstation über einen Rechner (Central Processing Unit CPU) mit Anschluss an die Messvorrichtungen und eine drahtlose Schnittstelle zur Kommunikation mit Mobiltelefonen mit entsprechender App aufweist, sodass die Anlage und alle ihre Wechselstationen via Mobiltelefon-App mit den Mobiltelefonen kommunizieren können, und wobei die Wechselstationen mit folgenden Funktionen bewirtschaftbar sind: 1. Identifizierung des Benutzers bzw. Anfragers, 2. Angabe der aktuell vorhandenen Batterietypen und ihrer Anzahl, sowie deren Ladezustandes; 3. Zeitpunkt, wann ihre Vollladung erreicht wurde oder erreicht wird, 4. Reservieren einer oder mehrere Batterien während eines Zeitfensters gegen eine Reservationsgebühr; 5. Codiertes automatisches Öffnen und Schliessen eines bestimmten Schliessfaches zum Austausch der leeren oder teilgeladenen Batterie mit einer vollgeladenen Batterie aus zugehörigen gesicherten Schlössern durch einen identifizierten und autorisierten Benutzer, 6. Abrechnung nach bezogener Batteriekapazität durch Belastung eines Benutzerkontos.

[0007] Anhand der Figuren wird eine Anlage mit Wechselstationen gezeigt, sowie verschiedene Wechselstationen und Batterietypen, und die Anlage sowie ihre Funktion und ihre Bewirtschaftung wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben: Es zeigt:

Fig. 1: Eine Anlage mit einer Vielzahl von Wechselstationen in Form je eines Regals mit Schliessfächern, sowie einen Radfahrer mit seinem Elektro-Fahrrad auf einer sie verbindenden Route und daneben den Display seines Mobiltelefons;

Fig. 2: Ein Sch liessfach regal mit verschliessbaren und mittels RFID lesbaren Batterie-ID des Benutzers (E-Radfah- rers) oder durch Eingabe von Codes öffnenbaren Schliessfachtüren;

Fig. 3: Ein einzelnes Schliessfach mit geöffneter Türe und Stromanschluss, sowie daneben die in das Schliessfach abzulegende Batterie und auch deren zugehöriges Standard-Ladegerät;

Fig. 4 Ein grösseres, Schliessfach-Regal in einem Gebäude, dessen Schliessfächer daher geheizt sind:

Fig. 5: Ein Sch liessfach regal mit unterschiedlich grossen Schliessfächern zur Aufnahme von mehr oder weniger grossen Batterien;

Fig. 6: Einen spezifischen Batterietyp, sowie davor ein am Fahrradrahmen zu verbauendes Aufnahmefach;

Fig. 7: Einen anderen spezifischen Batterietyp, und daneben das zugehörige Ladegerät und Netzkabel;

Fig. 8: Einen weiteren spezifischen Batterietyp;

Fig. 9: Ein Sortiment unterschiedlich grosser Batterien eines bestimmten Typs;

Fig. 10 Einen weiteren spezifischen Batterietyp, und daneben das zugehörige Ladegerät und Netzkabel;

Fig. 11: Einen weiteren spezifischen Batterietyp, an seinem Rahmen mit einem Schlüsselsystem sicherbar, und da neben das zugehörige Ladegerät und Netzkabel;

Fig. 12: Einen weiteren spezifischen Batterietyp mit seinem Aufnahmefach zur Montage am Fahrrad;

Fig. 13: Einen weiteren spezifischen Batterietyp mit Montagebügel und zugehörigem Ladegerät mit Netzkabel;

Fig. 14: Eine eckige Batterie mit zugehörigem Ladegerät mit Netzkabel;

Fig. 15: Eine dreieckförmige Batterie mit zugehörigem Ladegerät mit Netzkabel.

[0008] Es gibt derzeit eine Vielzahl von E-Bike Batterien, jedoch keinen Standard, keine einheitliche Batterie, nicht einmal einheitliche Ladegeräte, an welcher alle Batterietypen ladbar wären. Die Ladegeräte weisen herkömmliche Netzstecker auf und sind diese sind bei fast allen Ladegeräten gleich. Es gibt zwar E-Bike Ladestationen, jedoch sind keine bereits aufgeladenen Batterien vor Ort verfügbar, die per Mobiltelefon zum Abholen reserviert werden können. Zwar gibt es in der Schweiz zum Beispiel die Herzroute (www.herzroute.ch), längs welcher es vorzugsweise Gasthäuser gibt, in welchen laufend Batterien zu einem bestimmten Mietfahrrad-Typ geladen werden, und wenn eine Gruppe von Fahrradfahrern eintrifft, können die Batterien von deren Fahrrädern gewechselt und die Fahrräder können neu mit geladenen Batterien bestückt werden, sodass die ganze Route vom Bodensee bis zum Genfersee und umgekehrt, das heisst durch die ganze Schweiz abgefahren werden kann. Es gibt dazu eine Anzahl weiterer Routen innerhalb der Schweiz, die genauso organisiert sind.

[0009] Weiter gibt es isoliert und für andere Zwecke auch elektronisch schliessbare Schliessfächer, jedoch ohne Steckdose mit Netzverbindung zum Laden einer Fahrradbatterie, und ohne Heizung, während doch Temperaturen von 20-25 °C ideal beim Laden wären, und ohne Möglichkeit, den Ladestatus einer Batterie zu messen und anzuzeigen. Der Ladestatus ist eine mathematische Berechnung der zugehörigen Software-App der vorliegenden Anlage. Ein Batterietyp xy braucht zum Beispiel 5 Stunden Ladezeit. Die Zeit ab Anschluss ans Ladegerät plus 5 Stunden ergibt die Uhrzeit, wann die Batterie wieder vollgeladen zur Verfügung steht. Und weiter gibt es elektronische Schliessfächer, jedoch funktionieren diese mit einem zentralen Leserkopf (Reader/Scanner) für QR, Barcode, RFID etc. Weiter sind elektronische Schliessfächer mit HEID-Druckknopf bekannt, jedoch nicht mit veränderbaren Übereinstimmungsfrequenzen auf der Schliessfächer-Schloss-

Seite, sondern nur in einem Chip des Benutzers, zum Beispiel in einem Armband oder in einer Karte mit Kreditkartenformat integriert. Schliesslich sind Reservationssystem-Applikationen bekannt, jedoch keine, um eine neue Frequenzangabe an ausgewählte RFID-Leser senden zu können, die zum Beispiel dem RFID-Kleber-Sendesignal auf der Batterie des Nutzers entsprechen. Es sind also allerlei technische Komponenten verfügbar, aber noch nie wurden diese in einer intelligenten Weise so gekoppelt, dass die angestrebte Dienstleistung realisierbar ist, nämlich dass ein Fahrer eines Elektro-Fahrrades jederzeit prüfen kann, wo geladene Batterien in wie grosser Anzahl geladen verfügbar sind oder bis zu einem bestimmten, wählbaren Zeitpunkt in geladenem Zustand verfügbar sein werden. Und der Radfahrer kann auch nicht ohne Bezug von Hilfspersonen vor Ort bloss per Telefon eine oder mehrere solche geladene Batterien an einer Wechselstation unter Bezahlung reservieren, und dann auch zu einem einheitlichen Wechselpreis oder nach der bezogenen Ladekapazität die Batterie tatsächlich dort gegen Bezahlung wechseln. Für viele Bezahlungen werden immer noch Karten, Codes, Schlüssel, Münzen etc. verwendet, anstatt eines elektronischen Abrechnungssystems, das Vorauszahlungen akzeptiert, oder nach der Nutzung z.B. sofortige Abbuchungen ermöglicht oder monatlich Abrechnungen generiert.

[0010] Die hier vorgestellte Anlage soll genau das alles bieten. Das Konzept wird hier nachfolgend anhand von Fig. 1 beschrieben, in welcher eine Anlage aus einer Vielzahl von Wechselstationen dargestellt ist, sowie ein Benutzer 12 und sein Mobiltelefon 9. Die Wechselstationen sind hier durch Rechtecke symbolisiert, wobei jede Wechselstation eine Vielzahl von Schliessfächern aufweist, in denen Batterien unterschiedlichster Bauart geladen werden. Solche Wechselstationen werden über ein ganzes Territorium so verteilt errichtet, dass jeder Strassenabschnitt innerhalb dieses Territorium innerhalb einer Reichweite von zum Beispiel 30 km an einer Wechselstation vorbeiführt. Je nach gewählter Route kommt ein Fahrradfahrer wie gezeigt an einer oder mehreren solcher Wechselstationen vorbei, an denen er die Fahrrad-Batterie aus-tauschen kann und somit mit einer vollgeladenen Batterie weiterfahren kann. Im gezeigten Beispiel führt seine Route über fiktive Ortschaften mit Wechselstationen. Sein Mobiltelefon verfügt über eine zur Anlage gehörige App, mittels welcher die Anlage bewirtschaftbar ist. Die App erlaubt unter anderem mindestens folgende Funktionen auszuführen: 1. Identifizierung des Benutzers bzw. Anfragers durch die Anlage, 2. Angabe der aktuell in einer auswählbaren Wechselstation vorhandenen Batterietypen und ihrer Anzahl, sowie deren Ladezustandes. (Die Benutzerdaten jedes Benutzers sind im System der Anlage hinterlegt, d.h. sein E-Bike und der entsprechende Batterietyp sind dem System bekannt. Ein E-Biker kann auch mehrere E-Fahrräder, bzw. Batteriesorten hinterlegt haben, die er dann nach Bedarf auswählen kann. Je nach Wahl sieht er dann z.B. nur seinen gerade verwendeten Batterietyp und die Verfügbarkeit dieses spezifischen Batterietyps.) 3. Zeitpunkt, wann die Vollladung der gewünschten Batterie erreicht wurde oder erreicht wird, 4. Reservieren einer oder mehrere Batterien während eines Zeitfensters, wahlweise gegen eine Reservationsgebühr. Wahlweise kann das System auch bloss mit einer Wechselgebühr arbeiten - ohne Reservationsgebühr. Eine Reservation wird dann vom System annulliert, wenn der E-Biker in einem bestimmten Zeitfenster die Batterie nicht wechselt. 5. Codiertes automatisches Öffnen und Schliessen eines bestimmten Schliessfaches einer bestimmten Wechselstation zum Austausch der leeren oder teilgeladenen Batterie mit einer vollgeladenen Batterie durch einen identifizierten und autorisierten Benutzer, 6. Abrechnung pro Batteriewechsel oder nach bezogener Batteriekapazität durch Belastung eines Benutzerkontos.

[0011] Anhand des separat in Fig. 1 dargestellten Mobiltelefon-Displays 10 erkennt man die Darstellung eines mögliches Bildes, welches die App unter anderem anzeigen kann. Der Display 10 zeigt hier die Wechselstationen auf einer Landkarte an, und mit dem Radfahrer ist der Standort des Benutzers 12 angezeigt, was über die GPS-Funktion des Mobiltelefons 9 erreicht wird. Sie bestätigt eine Reservation einer Batterie in einer bestimmten ausgewählten Wechselstation, sowie auch ob die Reservation erfolgreich durchgeführt und je nach Systemauslegung allenfalls bezahlt wurde. Die App errechnet laufend die Fahrdistanzen zu den verschiedenen erreichbaren Wechselstationen und insbesondere zu jenen auf der gewählten Route. Vor Antritt einer Fahrt plant der Benutzer 12 eine Route und anhand der Distanzangaben erkennt er, bei welchen Wechselstationen das Tauschen seiner Batterie mit einer vollgeladenen Batterie angezeigt ist. Entsprechend reserviert er diese Batterietypen in den ausgewählten Wechselstationen seiner Route. Dafür gibt er seinen Batterietyp und sein Wechselzeitfenster von bis ein und erkennt sofort, in welcher Wechselstation für diese Zeitfenster vollgeladene Batterien des betreffenden Typs vorhanden sind. Er kann eine vollgeladene Batterie für den Austausch in einem bestimmten Zeitfenster reservieren - vorzugsweise gratis. In einer anderen Auslegung des Systems kann es auch sein, dass ihm je nach Grösse des Zeitfensters und der Länge der Zeit bis zur effektiven Abholung der Batterie eine Reservationsgebühr direkt seinem Konto belastet wird, wenn er diese Reservation bestätigt. Auf jeden Fall erfolgt eine Belastung seines Kontos nach erfolgtem Batteriewechsel. Das System bzw. dessen Software wird erkennen, wenn die Reservation nicht möglich ist, etwa dann, wenn keine geladene Batterie im gewünschten Zeitraum verfügbar ist, weil alle schon von anderen Benutzern reserviert sind oder keine Batterie dieses Typs vorhanden ist. Wie gesagt, das Reservieren kann kostenlos gestaltet sein oder gebührenpflichtig - je nach Wunsch des Betreibers der Anlage. Wenn ein Benutzer mehrere Personen einer Gruppe vertritt, kann er für alle Gruppenmitglieder deren Fahrräder registrieren und die Batterietypen hinterlegen und die App aufs Mobilgerät laden. So kann er auch mehrere Batterien reservieren, wenn er als Anführer einer Gruppe von Radfahrern eine Reise organisiert. Es ist klar, dass die App weitere Seiten und Funktionen einschliessen kann, die mit der Touch-Screen Funktion abrufbar sind, etwa das Anzeigen des Kontostandes, spezifische Anfragen an jede auswählbare Wechselstation, etc. Der Rechner (CPU) jeder Wechselstation kann via Internet einen Zugriff auf das Konto jedes Benutzers vornehmen und nach erfolgreichem Batteriewechsel durch den Benutzer eine Abbuchung von seinem Bankkonto, Postfinance- oder Kreditkartenkonto durchführen, sowie Strafgebühren direkt vom bezeichneten Konto des Benutzers abbuchen. Es steht vor allem die Möglichkeit offen, eine monatliche Abrechnung zur Verfügung zu stellen, wobei Vorauszahlungen dem Benutzerkonto gutgeschrieben werden. Solche Vorauszahlungen helfen auch, das System durch eine grosse Mitgliederschaft ökonomisch anzuschieben und dem System zum Durchbruch zu verhelfen.

[0012] Kommt der Benutzer innerhalb des reservierten Zeitfensters an der Wechselstation an, wo er die Batterie reserviert hat, so erkennt das leere Schliessfach die RFID der ankommenden leeren Batterie und öffnet sich automatisch, oder das Schliessfach lässt sich mittels Near Filed Communication NFC mit dem Mobiltelefon des Benutzers öffnen. Alternativ kann das System so ausgelegt sein, dass der Benützer durch Versenden eines Codes zu einer bestimmten Schliessfachnummer, die ihm von der App mitgeteilt wird, die Schliessfachtür öffnen und die geladene Batterie entnehmen kann. Seine entladene Batterie setzt der Benutzer in dieses geöffnete Schliessfach ein und schliesst sie an die Ladestation an. Über die Ladekontrolle im Schliessfach erkennt das System, ob die Batterie aktiv geladen wird und erlaubt erst dann eine Verriegeln der Tür. Alternativ kann das System so ausgelegt sein, dass zuerst die entladene Batterie in ein leeres Schliessfach eingelegt und dort an die Ladestation angeschlossen wird und dass erst dann, wenn der Start des Ladevorgangs zur leeren Batterie bestätigt ist, die Tür eines anderen Schliessfachs mit der vollgeladenen Batterie öffnet. Sobald der E-Biker (Benutzer) die vollgeladene Batterie entnommen hat wird die Tür automatisch schliessen, falls der E-Biker die Tür nicht fachgerecht zugemacht hätte. Damit stets eine entladene Batterie des gleichen Typs im Austausch mit einer geladenen eingesetzt wird, können verschiedene Massnahmen mithelfen. Zum Beispiel kann das System so angelegt sein, dass eine geladene Batterie nur dann entnommen werden kann, wenn zuvor eine entladene Batterie zum Laden erfolgreich angeschlossen wurde, und sonst gibt ein Schloss die geladene Batterie nicht frei. Die entladene Batterie wird dann in das separate Schloss eingeklinkt, welches erst dann wieder öffnet, wenn eine andere Batterie im anderen Schloss angeschlossen wurde. Ausserdem kann dem Benutzerkonto eine Strafgebühr belastet werden, wenn der Benutzer die Tür des Schliessfaches länger als eine gewisse Zeit offenlässt. Sobald der Benutzer die entladene Batterie im Schliessfach versorgte und die Türe erfolgreich geschlossen wurde und die vollgeladene Batterie dem Schliessfach entnommen hat, wird das via App bestätigt und sonst alarmiert das System den Benutzer innerhalb einer gewissen Zeit und weist auf eine mögliche Strafgebühr hin. Bei jedem Wechsel wird das Benutzerkonto mit einer Wechselgebühr belastet. Diese Gebühr ist für den Batterietyp im System hinterlegt. Der Wechselpreis wird bestimmt durch alle relevante Kosten für das System, z. B. Batteriekosten (Batteriepreis dividiert durch angegebene mögliche Anzahl Ladungen), Schliessfachkosten (Anzahl Schliessfachregale, Anzahl Batterielademöglichkeiten über 5 Jahre), Betriebskosten (Strom, App und Software-Entwicklungskosten) über 5 Jahre geteilt durch die Anzahl vorgesehene Wechsel, evtl. Personalkosten für den Unterhalt, Aufwand für «Trouble-Shooting», Software-Fehlermeldungen, Batterieersatz, Transportkosten etc. Es wird ein Wechselpreis in der Grössenordnung von CHF 5.- für Batterien mit Standardleistung angestrebt. Ein Benutzer braucht also zu seinem herkömmlichen Elektrofahrrad nichts weiter als ein Mobiltelefon sowie die spezifische App zur Bewirtschaftung der Anlage. Ab sofort verfügt er über eine gewissermassen endlose Reichweite innerhalb des Territoriums, in welchem die Anlage errichtet ist und die also mit einer angestrebten hinreichenden Dichte von Wechselstationen versehen ist.

[0013] Die Fig. 2 zeigt ein mögliches Schliessfachregal 1 mit verschliessbaren und mittels Eingabe von Codes öffnenbaren Schliessfächern 2 mit ihren über elektrisch betätigte Schlösser 4 öffnenbaren Türen 3. Solche Regale 1 können draussen oder in einem Gebäude aufgestellt sein. Bei einer Aufstellung im Freien sind sie mit Dächern und einer Heizung ausgestattet, sodass sie wettergeschützt und wintertauglich sind. Das hier gezeigte Regal kann 36 Batterien aufnehmen, 10 solche Regale daher 360 Batterien.

[0014] Die Fig. 3 zeigt ein einzelnes Schliessfach 2 dieses Regals 1 mit geöffneter Türe 3. Jede solche Türe 3 kann mit einem Lesekopf (Reader/Scanner) 15 für QR, Barcodes oder RFIDs ausgerüstet ist, sowie mit einem HEID-Druckknopf 16 zur Öffnung der Schliessfächer 2. Daneben ist eine Batterie 5, ihr Ladegerät 6 sowie ein Netzkabel 7 dargestellt. Im Innern des Faches 2 erkennt man den Stromanschluss 8. Dort wird ein Ladegerät 6 eingesteckt, an welches die zu ladende Batterie 5 angedockt wird. Die Batterie 5 kann hierzu mit einem nicht dargestellten Schloss gesichert sein, das erst öffnet, wenn eine weitere Batterie in ein zweites Schloss zum Laden erfolgreich an die Ladestation angeschlossen ist, und die Tür 3 kann nur dann erfolgreich geschlossen werden, wenn die zu ladende Batterie in diesem Schloss wiederum gesichert ist. Es kann auch ein Lesekopf (Reader/Scanner) für QR, Barcodes oder RFIDs am Regal 1 verbaut sein, und ein HEID-Druckknopf 16 an jeder Tür zum Öffnen des betreffenden Schliessfaches 2. Jedes Schliessfach 2 der Anlage ist nebst der Steckdose 8 zusätzlich mit einem Ladegerät sowie einem Messgerät zum Erfassen des Ladezustandes der angeschlossenen Batterie 5 und mit elektrischen Verbindungen zu einem zum Regal 1 gehörigen Rechner (CPU) (intelligenter Chip) ausgerüstet, der alle Türen und Sender (RFID) im Regal zentral steuert und in welcher alle systemrelevanten Signale verarbeitbar sind und welche eine Schnittstelle zu den Mobilfunktelefonen 9 aller Benutzer aufweist.

[0015] Die Fig. 4 zeigt zwei grössere, gedeckte Schliessfach-Regale 1, die im Innern eines Gebäudes untergebracht sind und daher besonders sicher und wetterunabhängig sind, und in Fig. 5 ist ein Schliessfachsystem mit Regalen 1 gezeigt, die

Schliessfächer 2 unterschiedlicher Grösse aufweisen, zur Aufnahme unterschiedlich gross gestalteter Batterietypen, denn es gibt eine grosse Vielzahl von unterschiedlichen Batterien, mit unterschiedlicher Form und Grösse sowie Ladekapazität. Beim Wechsel ist es wichtig die Reihenfolge zu beachten, wie auch nur Batterien mit 85% oder weniger Ladestand laden zu lassen. Das System eignet sich auch als Verkaufsplattform für den Umschlag jeglicher Produkte, z. B. für Alibaba-Produkte etc.

[0016] Die Fig. 6 zeigt zum Beispiel einen spezifischen Batterietyp, sowie davor ein am Fahrradrahmen zu verbauendes Aufnahmefach 11, das am Fahrrad montiert ist und aus dem die Batterie 5 entnommen werden kann. Die Fig. 7 zeigt einen anderen spezifischen Batterietyp 5, und daneben das zugehörige Ladegerät 6 und Netzkabel 7.

[0017] Die Fig. 8 zeigt einen weiteren spezifischen Batterietyp 5, hier in Form einer kastenförmigen Batterie mit ihren Anschlusspolen. Für diese wie auch für das in Fig. 9 gezeigte Sortiment unterschiedlich grosser Batterien 5 eines bestimmten Typs werden Klemmen benötigt, mit denen das Ladegerät im Schliessfach an die Pole anschliessbar ist.

[0018] Die Fig. 10 zeigt abermals einen weiteren spezifischen Batterietyp, und daneben das zugehörige Ladegerät 6 und Netzkabel 7, gleichermassen wie auch die Fig. 11 bis 15. Die Fig. 15 zeigt dabei eine dreieckförmige Batterie, bloss zum Aufzeigen, wie vielgestaltig die verschiedenen Batterien 5 im Markt sind. Es gibt eine Vielzahl von Formen, Grössen, Befestigungssystemen am Fahrrad, sowie auch unterschiedliche Ladesysteme bzw. Ladegeräte 6. Daher werden für spezifische Batterien 5 auch spezifische Schliessfächer 2 im Regal benötigt, damit das alles zueinander passt, was passen muss. Die meisten Batterien 5 werden aber in Schliessfächer 2 der Grösse B 30 cm χ H 40 cm χ T 50 cm einpassen. Gewisse fix montierte und nicht leicht am Fahrzeug austauschbare Batterien sind nicht Teil dieses Batterie Wechselstellen-Systems.

[0019] Nachfolgend werden weitere Erläuterungen zur Bewirtschaftung der Anlage offenbart. Anhand des Stromabfluss in die Schliessfächer 2 und die entsprechende Erfassung durch den Rechner (CPU) kann festgestellt werden, ob eine Batterie 5 im Schliessfach 2 ordentlich mit dem darin befindlichen Ladegerät verbunden ist und geladen wird, und nur dann lässt sich das Schliessfach schliessen und abschliessen. Das Schliessfachschloss 4 kann also erst dann abgeschlossen werden, wenn das System erkannt hat, dass der Ladezyklus einer im Schliessfach 2 deponierten Batterie 5 angefangen hat.

[0020] Die Grösse der Schliessfächer ist auf die durchschnittliche Grösse der Batterien und ihr entsprechendes Ladegerät abgestimmt, zum Beispiel wie erwähnt B 30 cm χ H 40 cm χ T 50 cm. Jede Batterie im System ist mit einem passiven RFID-Sender versehen, der zum Beispiel aufgeklebt sein kann. Jedes Schliessfach kann ausserdem über einen aktiven RFID-Leser verfügen, der über einen zentralen GPS-Kommunikator feststellen kann, wenn eine entsprechende Batterie in hinreichender Nähe des Schliessfaches erscheint. Dann wird das Schliessfach automatisch geöffnet. Die Anlage schliesst wie erwähnt eine Kommunikations-App auf den Mobiltelefonen 9 der Benutzer 12 ein, sodass sich die Benutzer 12 über eine Reservationsfunktion und weitere Informationsfunktionen über den aktuellen Zustand der Anlage und des Angebots orientieren können. Ausserdem ist ihr Mobiltelefon 9 mit dem GPS verbunden, sodass die Anlage weiss, wo die einzelnen Benutzer 12 sich befinden, wenn sie die App aktiviert haben und mit der Anlage kommunizieren. Die App ermöglicht es auch, online irgendwelche Updates zur Anlage durchführen zu können, etwa neu zur Anlage hinzukommende Wechselstationen oder neue Batterien und Veränderungen und Verschiebungen von Batterietypen pro Schliessfach zu integrieren und anzuzeigen und die Kommunikation mit ihnen und damit deren Nutzung zu eröffnen.

[0021] Wenn ein Benutzer 12 an der Wechselstation ankommt, an welcher er eine Batterie reservierte, so wird die Wechselstation seine Batterie via RFID Leser oder sein Mobiltelefon via zum Beispiel Near Field Communication NFC oder RFID-Leser erkennen und ein Schliessfach öffnen, in welchem sich das übereinstimmende Batterie-Ladegerät befindet. Das Schliessfach, wo sich die Batterie in vollgeladenem Zustand befindet, öffnet, sobald die leere oder teilgeladene Batterie ordnungsgemäss angeschlossen ist und bei Einsatz von zwei Schliessfächern, eines für die neu zu ladende und eines für das Entnehmen der vollgeladenen Batterie das entsprechende Schliessfach mit der zu ladenden Batterie wieder geschlossen wurde. Somit kann der E-Biker seine leere Batterie an die Ladestation im Schliessfach anschliessen und dann die vollgeladene Batterie entnehmen und das Schliessfach hernach schliessen und verriegeln. Das hingegen ist ihm erst dann möglich, wenn das System zuvor bestätigt, dass der Ladevorgang zur eingesetzten leeren oder teilentladenen Batterie startete.

[0022] Die Applikation steuert die Wahlmöglichkeiten an Hand der im System hinterlegten Daten: Jeder Benutzer und E-Bikerverfügt über einen der Anlage bekannten Nutzernamen und überein Passwort. Die Anlage kennt sein E-Bike, das er via die App der Anlage bekannt gegeben hat, und die Anlage kennt somit auch die zugehörigen Batterietypen, und weitere Favoritenangaben für den Auswahlprozess, die Batterieladezeit pro Batterie, die Schliessfachnummern, in welchen sich die entsprechenden Batterien befinden, und via App können alle Standorte der zur Anlage gehörigen Wechselstationen auf einer Landkarte angezeigt werden.

[0023] Weitere Daten werden erfasst und gespeichert, wenn eine Batterie gewechselt wird. So wird erfasst, welcher E-Biker wann bei welcher Batterie-Wechselstation wie viele Batterien welchen Typs für welchen Zeitpunkt zur Abholung reservierte, welche Schliessfachnummern diese Batterien enthalten, und beim Wechsel wann genau dieser Wechsel erfolgte, ab wann die neu eingestellte Batterie wieder vollgeladen ist, und die Batterien, die im Netzwerk als vollgeladen angezeigt werden, sind für alle Benutzer einsehbar. Solche Berechnungen erfolgen anhand von hinterlegten Stammdaten. Informationen werden via Programm an Ortung-Apps, wie z.B. LEMnet zugeschickt, damit eine Routen-Planung möglich ist. In abgelegeneren Ortschaften ist die Auswahl an Batterietypen kleiner, weswegen diese Information bedeutsam ist. Der

Claims

Benutzer soll also augenblicklich ersehen können, ob und wann welche Batterie verfügbar sein wird. Entsprechend kann er seine Route zusammenstellen und die nötigen Batterien für sich via die App reservieren, wobei das Prinzip first comes first served gilt, jedoch eine Reservationsgebühr erhoben wird und über Strafgebühren ein Missbrauch unterbunden wird. Je länger im Voraus eine Batterie reserviert wird, umso höher fällt die Reservationsgebühr aus. Wird eine Batterie nicht innerhalb des gewählten Zeitfensters abgeholt, so wird sie von der Anlage wieder freigegeben und wird auch anderen Benutzern wieder verfügbar gemacht. Allerdings kann der Benutzer eine getätigte Reservation um zum Beispiel eine oder zwei Stunden oder mehr verlängern, wenn er erkennt, dass er es auf den zuvor gewählten Zeitpunkt hin nicht schafft, an der Wechselstation anzukommen. [0024] Diese Anlage ermöglicht es also, dass die E-Biker nicht mehr allein ihre eigenen Batterien bewirtschaften und eine einzelne Batterie nutzen, sondern sie nutzen nur noch die Ladungen einer Vielzahl von Batterien, die ihnen zur Verfügung stehen. Hierzu brauchen sie diese Batterien nicht zu besitzen - vielmehr benötigen sie bloss deren elektrische Ladung, genauso wie die Stromabnehmer auch nicht das Stromnetz besitzen, sondern nur über die Rechte verfügen muss, von demselben Strom gegen Bezahlung zu beziehen. [0025] Solche Anlagen können von einem Verein ohne Gewinnorientierung betrieben werden, um sicherzustellen, dass alte Batterien, wo immer solche vom System aufgrund der mangelhaften Ladetätigkeit oder reduzierten End-Ladekapazität erkannt werden, ausgewechselt werden. Die Vereinsmitglieder können die Koordination und das beim Putzen und Instandhalten der einzelnen Wechselstationen der Anlage übernehmen. Solche Tätigkeiten können auch von Arbeitsämtern oder Gemeinden organisiert werden, die damit sonst arbeitslosen Menschen eine willkommene Aufgabe zuweisen können. [0026] Die Kosten, um eine solche Anlage zu betreiben, werden mit zunehmender Verbreitung der zugehörigen Wechselstationen und ihrer Nutzung sinken. Die vorgesehenen robusten Schliessfach-Systeme werden als erstes amortisiert sein, wonach es Jahre dauern wird, bis Unterhalt oder Ersatz nötig ist. Platz für Wechselstationen mit zugehörigen Schliessfächern bieten sich zum Beispiel in den zahlreichen aufgrund der Digitalisierung der Wirtschaft entstehenden Leerflächen von ehemaligen Poststellen und Ladengeschäften. [0027] Die derzeit grosse Anzahl verschiedener Batterie-Typen macht es unmöglich, bestehendes Equipment zu nutzen. Wenn ein E-Bike gewechselt wird, müssen alle Batterien, Ladegeräte Stecker etc. gewechselt werden. Der E-Biker zahlt bisher die Rechnung dafür, aber er kommt auch mit einer anderen Batterie nicht beliebig weit. Erst wenn er die Batterie wie hier vorgeschlagenen dank einer solchen Anlage überall in seinem Aktionsradius jederzeit wechseln kann, wird er sozusagen autonom. Durch die Implementierung einer solchen Anlage werden künftig E-Bikes bevorzugt, deren Batterietypen an den Wechselstationen der Anlage verfügbar sind und jederzeit dort ausgewechselt werden können. So wird die Standardisierung vorangetrieben. Einige E-Bikekäufer sind nämlich enttäuscht, wenn sie feststellen, wie sehr die Kapazität ihrer Batterie über die Zeit abnimmt, gerade wenn das Fahrrad häufig unbenutzt bleibt. Eine Anlage wie beschrieben bietet dem E-Biker stets gute geladene Batterien an, weil diese viel besser, das heisst, von vielen genutzt werden. Weil die Anschaffung neuer Batterien von vielen Benutzern getragen wird, wird der Anschaffungspreis auf viele Benutzer umgelegt und somit günstiger. Man zahlt nur noch die Nutzung, nämlich die elektrische Ladung. [0028] Ausserdem wird der gesamte Batteriebestand einer Anlage und ihrer Wechselstationen stets laufend überprüft und mangelhafte Batterien können sofort erkannt und ersetzt werden, wovon der Benutzer gar nichts merkt. Er kann in bequemer Reichweite stets eine geladene Batterie besorgen und braucht sich um das ganze Laden und um einen Ort oder Platz zum Laden nicht mehr zu kümmern. Patentansprüche

1. Anlage zum Errichten und Betreiben eines flächendeckenden Netzes von Batterie-Wechselstationen für elektrische Fahrzeuge mit wechselbarer Batterie aller Art und insbesondere Elektrofahrräder, bestehend aus einer Vielzahl von Wechselstationen, wobei eine einzelne Wechselstation ein Schliessfach-Regal (1) einschliesst, mit einer Anzahl Schliessfächern (2) für das Einsetzen verschiedener Batterietypen (5) in zugehörige Schlösser in den Schliessfächern, wobei jedes Schliessfach (2) einen Stromanschluss (8) mit Ladeeinheit (6) für den betreffenden Batterietyp sowie eine Messvorrichtung zum Messen des Ladezustandes einer eingesetzten Batterie aufweist, sowie dass die Wechselstation über einen Rechner (CPU) mit Anschluss an die Messvorrichtungen und eine drahtlose Schnittstelle zur Kommunikation mit Mobiltelefonen (9) mit entsprechender App (10) aufweist, sodass die Anlage und alle ihre Wechselstationen via Mobiltelefon-App (10) mit den Mobiltelefonen (9) kommunizieren können, und wobei die Wechselstationen via die Apps (10) mit folgenden Funktionen bewirtschaftbar sind:

1. Identifizierung des Benutzers (12) bzw. Anfragers,
2. Angabe der aktuell in einer auswählbaren Wechselstation vorhandenen Batterietypen und ihrer Anzahl, sowie deren Ladezustandes;
3. Zeitpunkt, wann ihre Vollladung erreicht wurde oder erreicht wird,
4. Reservieren einer oder mehrere Batterien (5) während eines Zeitfensters gegen eine Reservationsgebühr;
5. Codiertes automatisches Öffnen und Schliessen eines bestimmten Schliessfaches (2) einer bestimmten Wechselstation zum Austausch der leeren oder teilgeladenen Batterie (5) mit einer vollgeladenen Batterie aus zugehörigen gesicherten Schlössern durch einen identifizierten und autorisierten Benutzer (12),
6. Abrechnung für jeden Batteriewechsel oder nach bezogener Batteriekapazität durch Belastung eines Benutzerkontos.

2. Anlage zum Errichten und Betreiben eines flächendeckenden Netzes von Batterie-Wechselstationen für elektrische Fahrzeuge, Fahrräder/Pedelecs etc. mit austauschbarer Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schliessfach (2) der Anlage mit einer Steckdose, einem Ladegerät, sowie einem Messgerät zum Ermitteln des Ladezustandes der Batterie und elektrischen Verbindungen zu einem zum Regal (1) gehörigen Rechner (CPU) ausgerüstet ist, in welchem Rechner die Signale der Messgeräte verarbeitbar sind und welcher eine Schnittstelle zu den Mobilfunktelefonen (9) aller Benutzer (12) aufweist.

3. Anlage zum Errichten und Betreiben eines flächendeckenden Netzes von Batterie-Wechselstationen für elektrische Fahrzeuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schliessfach (2) der Anlage mit einem zentralen Lesekopf (Reader/Scanner) fürQR, Barcodes oder RFIDs ausgerüstet ist, sowie mit einem HEID-Druckknopf (16) zur Öffnung der Schliessfächer (2), welcher mit einem Chip des Benutzers (12) kommunizieren kann.

4. Anlage zum Errichten und Betreiben eines flächendeckenden Netzes von Batterie-Wechselstationen für elektrische Fahrzeuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechner (CPU) aller Wechselstationen via Internet miteinander verbunden sind, zum laufenden Austausch von Daten über ihre Belegung und den Ladezustand ihrer Batterien.

5. Anlage zum Errichten und Betreiben eines flächendeckenden Netzes von Batterie-Wechselstationen für elektrische Fahrzeuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (CPU) jeder Wechselstation via Internet einen Zugriff auf das Konto jedes Benutzers (12) erlaubt, und nach Bestätigung durch den Benutzer (12) eine Abbuchung von seinem Bank-, Postfinance- oder Kreditkartenkonto durchführbar ist, sowie Strafgebühren direkt auf dem bezeichneten Konto des Benutzers (12) abbuchbar sind.

6. Anlage zum Errichten und Betreiben eines flächendeckenden Netzes von Batterie-Wechselstationen für elektrische Fahrzeuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schliessfächer (2) mit einer Messeinrichtung für den Ladezustand einer aufgeladenen Batterie sowie der auszutauschenden entladenen oder teilentladenen Batterie aufweist, und die Messeinrichtung mit Signalkabeln mit dem Rechner (CPU) des Regals (1) verbunden ist, sodass mittels des Rechners (CPU) aufgrund der Ladedifferenz eine Gebühr für den Bezug von Wattstunden errechenbar und dem Benutzer (12) direkt via Internet seinem Bankkonto, Postfinanz oder Kreditkarten-Kon-to oder einem beliebigen anderen vom Benutzer (12) angebbaren Konto belastbar ist.
7. Anlage zum Errichten und Betreiben eines flächendeckenden Netzes von Batterie-Wechselstationen für elektrische Fahrzeuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Rechnern (CPU) der einzelnen Wechselstationen das Nutzerverhalten und wichtige Auswertungen für den E-Bike- und E-Bike-Batterie-markt ermittelbar und auswertbar sind.