WO2018153912A1 - Anlage zum errichten und betreiben eines flächendeckenden netzes von akku-wechselstationen für elektrische fahrzeuge - Google Patents

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Gerhard ERASMUS
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Erasmus Gerhard
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Definitions

  • This invention relates to a system which allows an owner or user of an electric vehicle or such with an electric auxiliary drive, in particular a so-called pedelec electric bicycle or e-bike to cover larger distances no matter in which parts of the country by within the Range of its battery capacity can always replace its partially or completely depleted battery with a built-in or matching fully charged battery.
  • an owner or user of an electric vehicle or such with an electric auxiliary drive in particular a so-called pedelec electric bicycle or e-bike to cover larger distances no matter in which parts of the country by within the Range of its battery capacity can always replace its partially or completely depleted battery with a built-in or matching fully charged battery.
  • the users of such vehicles can also be relieved of the concern about the state of charge, and they are not limited by local and temporal restrictions associated with the charging of their batteries.
  • Electric bikes are enjoying increasing popularity and today belong to the general street scene. While their battery capacity is sufficient for shorter trips, as long as the battery can be recharged in the evening and overnight on the mains, the user of an electric vehicle and especially the user of an electric bicycle soon reaches the capacity limits of the battery when traveling a long distance at a stretch want. Often the range is about 30km, with more advanced batteries, it will soon be bigger. Cyclists in particular would like to go on longer tours with electric bicycles and, in particular, tours lasting several days and not be bound to specific routes. The drivers do not want to constantly ask the question where they can recharge their batteries. So far, they can only manage to take a second or third charged battery for replacement and use it on the move as soon as the battery in use is empty.
  • This network should allow you to plan and de-route routes criss-cross in a certain region or part of the country or in a whole country, and always have enough change stations so that you never get left behind with a dead battery. You have to know for this purpose, which battery type is available in which amount in the loaded state at which time, at any time, and you must be able to reserve the battery binding and communicate with the exchange station.
  • a system for building and operating a nationwide network of battery changing stations for electric vehicles with removable batteries of all kinds, and especially for electric bicycles, consisting of a variety of exchange stations, with a single exchange station a locker shelf includes, with a number of lockers for inserting different types of batteries in associated locks in the lockers, each locker has a power connector with charging unit for the battery type in question and a measuring device for measuring the state of charge of a battery inserted, and that the changeover station a computer (Central Processing Unit CPU) with connection to the measuring devices and a wireless interface for communication with mobile phones with the corresponding app so that the system and all its switching stations communicate via mobile phone app with the mobile phones and where the change stations can be used with the following functions:
  • Central Processing Unit CPU Central Processing Unit
  • the display of the smartphone after re-selecting and opening the app after arrival at the selected battery change station;
  • Figure 7 The display of the smartphone after selecting OPEN
  • FIG. 18 shows another specific type of battery with its receiving compartment for mounting on a bicycle
  • FIG 19 shows another specific battery types with mounting bracket and associated charger with power cord
  • Figure 20 is a square battery with associated charger with power cord
  • Figure 21 A triangular battery with associated charger
  • each exchange station has a plurality of lockers, in which batteries of different types can be charged.
  • Such exchanges are set up over a whole territory distributed so that each road section within this territory passes within a range of, for example, 30 km at a change station.
  • a cyclist passes as shown at one or more such changing stations, where he can replace the bicycle battery and thus can continue with a fully charged battery.
  • his route leads over fictional towns with changing stations.
  • His mobile phone 9 has an app belonging to the app, by means of which the plant is manageable. Among other things, the app allows at least the following functions:
  • the display 10 here displays the change stations on a map, and with the cyclist, the location of the user 12 is displayed, which is achieved via the GPS function of the mobile phone 9. It confirms a reservation of a battery in a certain selected changing station, as well as whether the reservation was successfully carried out and, if necessary, paid depending on the system design.
  • the app continuously calculates the driving distances to the various reachable change stations and in particular to those on the selected route. Before starting a journey, the user 12 plans a route and recognizes the distance information he, at which exchange stations, the exchange of his battery is displayed with a fully charged battery.
  • the system or its software will detect if the reservation is not possible, such as when no charged battery is available in the desired period, because all have already been reserved by other users or no battery of the desired type is available. As mentioned, reservations can be made for free or for a fee - depending on the wishes of the operator of the facility. If a user represents several persons of a group, he can register their bicycles for all group members and deposit the battery types and load the app on the mobile phone. So he can also reserve several batteries when he is organizing a trip as a leader of a group of cyclists. It is clear that the app can include other pages and functions that are available with the touch screen function, such as displaying the account balance, specific requests to each selectable change station, etc.
  • the computer (CPU) of each exchange station via the Internet Access to the account of each user make and after successful battery change by the user a debit from his bank account, Postfinance- or credit card account perform, and deduct penalty fees directly from the designated account of the user. Above all, it is possible to provide a monthly billing, with prepayments being credited to the user account. Such prepayments also help to systematically push the system through large membership and help the system make a breakthrough.
  • Figure 2 shows a more sophisticated display of a smartphone with the loaded app for managing the system by a single User.
  • An arrow points to the icon CyclOn, which shows in the example shown this specific app on the smartphone display.
  • FIG 3 shows the display of the smartphone after selecting and opening the App CyclOn.
  • the purpose of this image is to orientate yourself to locate a battery that suits the needs of the user.
  • SEVs Small Electric Vehicles
  • a pop-up window pops up and asks the user, "Which Small Electrical Vehicle (SEV)? E-bike driving or which battery you need for an exchange.
  • the highlighted, marked with an arrow point on the map section indicates where the user is currently located, it will then display only those changing stations in the wider area, Other change stations do not appear, which relieves the amount of image information
  • the user must log in, if the automatic log in is not activated After the sign at the bottom right edge of the map, which here ein Arrow points, tapped, the map is centered around the user site's point, dami the user can easily orient themselves.
  • the other points marked on the map section indicate alternate stations with these batteries. Below the designated user - here as an example below the name admin5 - will be displayed: booked batteries - 0. So no battery has been reserved yet. The user next selects on the map the closest change station for him by tapping on the corresponding location point.
  • FIG 4 shows the display of the smartphone after selecting a specific battery changing station on the map shown.
  • the prominent location point here the one for the place Restaurant Linde, Dorfstrasse 2, 8424 Embrach, now appears in a different color.
  • this point is marked with the top arrow in the map, while the current location of the user is displayed with the point pointed to by the bottom arrow in the map.
  • the battery availability or the number of suitable batteries at this exchange station in Embrach is in the lower half of the picture, with the upper arrow on the left side of the screen (5 available), so that the user can now reserve one of these five batteries accordingly. To the right of this is still displayed with graphic symbols. No battery is reserved or booked yet, which is indicated by the lower arrow (0 booked).
  • FIG. 5 shows the display of the smartphone after this reservation has been made.
  • the location of the changing station is shown with a point highlighted in color where the arrow points in the black and white illustration.
  • 1 battery was reserved or booked (1 booked), and that four more suitable batteries are available in this exchange station. This is shown on the right with graphic symbols.
  • the program would suggest a different time if the arrival time of the user was not plausible, for example too early to cycle from the current location to the selected change station. The user drives to the selected change station after the successful reservation.
  • the user arrives at a targeted exchange station, he can there by sending the code to a particular locker number, which is communicated to him by the app, open the locker door and the charged battery remove. He puts his discharged battery into this open locker and connects the battery, and via the charge control in the locker, the system detects whether the battery is being actively charged. Only then does the system confirm via the app to the user that he can now close the locker door.
  • various measures can help. For example, the system may be designed so that a charged battery can only be removed when a discharged battery has been successfully connected for charging, otherwise a lock will not release the charged battery.
  • the discharged battery is then latched into the separate lock, which only opens again when another battery has been connected in the other lock.
  • the user account may be charged a penalty fee if he leaves the locker door open for more than a certain amount of time. Once the user has taken the fully charged battery from the safe and the discharged battery in the locker and the door was successfully closed, this is confirmed via app and otherwise the system alerts the user within a certain time and indicates a possible penalty. Under normal circumstances, after purchasing a charged battery, a watt hour fee will be deducted from the user's account.
  • the measuring device in the locker determines the difference between the state of charge of the related charged battery and the discharged battery used and the CPU calculated due to this charging difference the due charge for the electricity purchased at a price per watt-hour.
  • a user therefore needs nothing more than a mobile phone as well as the specific app for managing the system with his conventional electric bicycle. From now on it has an almost endless range within the territory in which the plant is built, and which is provided with a sufficient density of changing stations.
  • the empty locker recognizes the RFID of the incoming empty battery and opens automatically, or the locker can be by means of Near Filed Communication NFC, Bluetooth etc. with the user's mobile phone.
  • the system may be arranged so that the user opens the locker door by sending a code to a particular locker number communicated to him by the app and remove the charged battery. The user inserts his discharged battery into this open locker and connects the battery to the charging station. Through the charge control in the locker, the system detects whether the battery is being actively charged and only then allows the door to lock if this is ensured.
  • the system can be designed so that first the discharged battery is inserted into an empty locker and connected to the charging station and that only when the start of charging the empty battery is confirmed, the door of another locker with the fully charged Battery opens. Once the e-biker (user) has removed the fully charged battery, the door will automatically close if the e-biker did not lock the door properly. For each change, the user account will be charged a change fee. This fee is stored for the battery type in the system. The exchange price is determined by all relevant costs for the system, eg. B.
  • Battery cost battery charge divided by the specified possible number of charges
  • locker costs number lockers, number of battery charging options over 5 years
  • operating costs electric, App and software development costs
  • a change price in the order of a maximum of CHF 5.- is intended for standard capacity batteries.
  • Figure 8 shows a possible locker shelf 1 with lockable and openable by entering codes lockers 2 with their electrically operated locks 4 openable doors 3.
  • Such shelves 1 can be placed outside or in a building. When installed outdoors, they are equipped with roofs, heating and cooling, so that they are weatherproof and suitable for winter and high summer.
  • the shelf shown here can hold 36 batteries, 10 such shelves therefore 360 batteries.
  • FIG 9 shows a single locker 2 of this shelf 1 with open door 3.
  • Each such door 3 may be equipped with a reading head (reader / scanner) 15 for QR, barcodes or RFIDs, as well as with a HEID push button 16 for Opening of the lockers 2.
  • a battery 5 its charger 6 and a power cord 7 is shown inside the compartment 2 can be seen the power connector. 8 There, a charger 6 is plugged, to which the battery to be charged 5 is docked.
  • the battery 5 can be secured for this purpose with a lock, not shown, which opens only when another battery is successfully connected to a second lock for loading the charging station, and the door 3 can only be successfully closed when the battery to be charged in turn secured in this castle.
  • Each locker 2 of the system is in addition to the socket 8 in addition to a charger and a meter for detecting the state of charge of the connected battery 5 and with electrical connections to a belonging to the shelf 1 computer (CPU) (smart chip) equipped, all doors and transmitters (RFID) centrally controls the shelf and in which all systemically relevant Signals are processed and which has an interface to the mobile phones 9 all users.
  • CPU shelf 1 computer
  • RFID radio frequency identification
  • FIG. 10 shows two larger, covered locker shelves 1, which are housed inside a building and are therefore particularly safe and weather-independent, and in Figure 11, a locker system with shelves 1 is shown, the lockers 2 have different sizes, For accommodating different sized battery types, because there are a large variety of different batteries, with different shape and size and charging capacity. When changing, it is important to follow the order, as well as to charge only batteries with 85% or less charge.
  • the system is also suitable as a sales platform for the handling of any products, such. Eg for products ordered online etc.
  • the figure 12 shows, for example, a specific type of battery, as well as in front of a bicycle frame to be installed receiving compartment 1 1, which is mounted on the bike and from which the battery 5 can be removed.
  • FIG. 13 shows another specific type of battery 5, and next to it the associated charger 6 and power cable 7.
  • FIG. 14 shows another specific battery type 5, here in the form of a box-shaped battery with its connection poles.
  • battery packs of different sizes 5 of a certain type terminals are required with which the charger in the locker can be connected to the poles.
  • Figure 16 shows again another specific battery types, and next to the associated charger and power cord, as well as the figures 17 to 21.
  • Figure 21 shows a triangular battery, only to show how saugestaltig the various batteries are in the market.
  • the size and shape of the batteries of course affects the necessary locker sizes. In the future, new developments will lead to the launch of ever lighter and smaller rechargeable batteries, which can also be charged using induction. These batteries will be more and more standardized, to one or more compact standard sizes, so you have to take into account with the locker sizes on much less deviations in the battery dimensions.
  • the lockers can also be designed as induction boxes in which, for example, 12 rechargeable batteries or more can be charged at the same time, and which merely have to be put into the locker.
  • the size of the lockers is matched to the average size of the battery and its corresponding charger, for example, as mentioned width 30cm x height 40cm x depth 50cm.
  • Each battery in the system is equipped with a passive RFID transmitter, which can be glued on, for example, or a LoRa chip, if These can be smaller and can be easily welded to the battery.
  • Each locker can also have an active RFI D reader, which can detect via a central GPS communicator, if a corresponding battery in sufficient proximity of the safe deposit box appears. Then the safe is automatically opened.
  • the installation includes a communication app on the mobile phones 9 of the users 12, so that the users 12 can orient themselves via a reservation function and further information functions about the current state of the installation and the offer.
  • the mobile phone 9 is connected to the GPS, so that the system knows where the individual users 12 are, if they have activated the app and communicate with the system.
  • the app also makes it possible to perform any updates to the system online, such as integrating new to the plant changing stations or new batteries and changes and shifts of battery types per locker to integrate and open the communication with them and thus their use.
  • the change station When a user 12 arrives at the change station to which he reserved a battery, the change station will recognize his battery via RFID reader or his mobile phone via, for example, Near Field Communication NFC or RFI D reader and open a locker, in which is the matching battery charger.
  • the locker where the battery is fully charged, opens when the empty or partially charged battery is properly connected and when using two lockers, one for the new one to load and one for the fully charged battery to be charged battery was closed again.
  • the e-biker can connect his empty battery to the charging station in the locker and then remove the fully charged battery and close the locker afterwards and lock. This, however, is only possible if the system has previously confirmed that the charging process started with the empty or partially discharged battery.
  • the application controls the choices on the basis of the data stored in the system:
  • Each user and e-bikers has a user name known to the plant and a password.
  • the system knows his e-bike, which he has announced via the app of the system, and the system thus knows the associated battery types, and other favorites for the selection process, the battery charging time per battery, the locker numbers, in which the corresponding batteries are located, and via the app, all locations of the change stations belonging to the system can be displayed on a map.
  • Such systems as presented and described herein may be operated by a non-profit association to ensure that old batteries wherever they are recognized by the system due to poor or reduced end load capacity are replaced.
  • the club members can take over the coordination and the replacement of such batteries when cleaning and maintaining the individual exchange stations of the system.
  • Such activities may also be organized by employment offices or municipalities, which may otherwise give unemployed people a welcome job.
  • the cost to operate such a system will decrease with increasing distribution of the associated change stations and their use.
  • the proposed robust locker systems will be the first to be amortized, after which it will take years before maintenance or replacement is needed. For example, there are space for changing stations with associated lockers in the numerous empty spaces created by the digitization of the economy from former post offices and shops, or at restaurants that want to attract people, or at public transport bus stops and stations, or at suitable locations in cities and municipalities when they want to offer and operate small electric vehicles such as the BICAR vehicle or similar vehicles.
  • a system as described offers the e-biker always good charged batteries, because they are much better, that is used by many. Because the purchase of new batteries is carried by many users, the purchase price is allocated to many users and thus cheaper. One pays only the use, namely the electric charge. Old, much-used batteries in the right conditions as operated with CyclOn are even better than new, not properly operated batteries. This has been accepted so far, simply because there were no such intelligent loading lockers as presented here, and the users could be made aware of them by means of sensors.

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Abstract

Die Anlage dient zum Errichten und Betreiben eines flächendeckenden Netzes von Akku-Wechselstationen für elektrische Fahrzeuge und insbesondere für Elektrofahrräder. Sie besteht aus einer Vielzahl von Wechselstationen, wobei eine einzelne Wechselstation ein Schliessfach-Regal (1) einschliesst, mit einer Anzahl Schliessfachern (2) für verschiedene Akku-Typen (5). Jedes Schliessfach (2) verfügt über einen Stromanschluss (8) mit Ladeeinheit (6) für einen oder mehrere spezifische Akku-Typen, sowie auch mit Messvorrichtungen zum Ermitteln des Ladezustandes des eingesetzten Akkus. Jede einzelne Wechselstation kann über einen Rechner (CPU), der mit den Messvorrichtungen verbunden ist, über eine drahtlose Schnittstelle via Internet mit Mobiltelefonen (9) mit entsprechender App (10) kommunizieren und umgekehrt. Die Wechselstationen sind via die App mit wenigstens folgenden Funktionen bewirtschaftbar: 1. Identifizierung des Benützers (12) bzw. Anfragers, 2. Angabe der aktuell vorhandenen Akku-Typen und ihrer Anzahl, sowie deren Ladezustandes; 3. Zeitpunkt, wann ihre Vollladung erreicht wurde oder erreicht wird, 4. Reservieren eines oder mehrerer Akkus (5) während eines Zeitfensters gegen eine Reservationsgebühr; 5. Codiertes automatisches Öffnen und Schliessen eines bestimmten Schiessfaches (2) zum Austausch des leeren oder teilgeladenen Akkus (5) mit einem vollgeladenen Akku durch einen identifizierten und autorisierten Benützer (12), 6. Abrechnung nach bezogener Akkukapazität durch Belastung eines Benützerkontos.

Description

Anlage zum Errichten und Betreiben eines flächendeckenden Netzes von Akku-Wechselstationen für
elektrische Fahrzeuge
[0001 ] Diese Erfindung betrifft eine Anlage, welcher es einem Eigentümer oder Benützer 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 Akkukapazität stets seinen teilweise oder ganz leergefahrener Akku mit einem baugleichen oder passenden vollgeladenen Akku 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 zeitlichen Einschränkungen, die mit dem Laden ihrer Akkus zusammenhängen.
[0002] Elektrofahrräder erfreuen sich laufend steigender Beliebtheit und gehören heute zum allgemeinen Strassenbild. Während ihre Akkukapazität für kürzere Fahrten ausreichend ist, sofern der Akku abends und über Nacht am Stromnetz wieder vollgeladen werden kann, stösst der Benützer eines elektrischen Fahrzeuges und namentlich der Benützer eines Elektrofahrrades bald an die Kapazitätsgrenzen des Akkus, wenn er eine längere Strecke am Stück zurücklegen will. Oftmals liegt die Reichweite bei ca. 30km, bei weiter entwickelten Akkus 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 Akkus wieder laden können. Bisher können sie sich nur damit behelfen, einen zweiten oder gar dritten geladenen Akku zum Austausch mitzunehmen und diesen unterwegs einzusetzen, sobald der aktuell im Einsatz stehende Akku leergefahren ist. Ein zusätzlich mitzuführender Akku erhöht aber die Beladung des Fahrrades um einige Kilogramm und ist wenig erwünscht. Ausserdem müssen die Akkus 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 Akkus recht teuer sind.
[0003] Wären alle Akkus baugleich, so wäre der Aufbau eines Netzes von Wechselstationen nicht so aufwändig. Tatsache bleibt aber, dass es eine Vielzahl von Akkumustern gibt, und diese untereinander nicht kompatibel sind. Ein bestimmter spezifischer Akku passt nur in ganz bestimmte Akku-Aufnahmefächer 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 fächendeckend gäbe. Aber nicht nur das, man müsste auch wissen, wo wieviele Akkus des gesuchten Typs vorhanden sind, und dann erst noch in geladenem Zustand. Schliesslich wird ein geladener Akku im Austausch mit einem entladenen 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 Akku- Wechselstationen für elektrische Fahrzeuge anzugeben, sodass mit einem elektrischen Fahrzeug oder einem Elektrofahrrad routenunabhängig innerhalb seiner Reichweite eine Wechselstation erreichbar ist, an welcher der passende Akku in geladenem Zustand verfügbar ist, und dieser Akku dort gegen Bezahlung wechselbar ist, im Austausch mit dem leergefahrenen Akku. 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 einem leergefahrenen Akku auf der Strecke bleibt. Man muss hierzu also wissen, wo welcher Akku-Typ in welcher Menge in geladenem Zustand zu welchem Zeitpunkt verfügbar ist, und zwar zu einem beliebigen Zeitpunkt voraus, und man muss den Akku 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 Akku-Wechselstationen für elektrische Fahrzeuge mit wechselbaren Akkus aller Art, und insbesondere für Elektrofahrräder, bestehend aus einer Vielzahl von Wechselstationen, wobei eine einzelne Wechselstation ein Schliessfach-Regal einschliesst, mit einer Anzahl Schliessfächern für das Einsetzen verschiedener Akku-Typen in zugehörige Schlösser in den Schliessfächern, wobei jedes Schliessfach einen Stromanschluss mit Ladeeinheit für den betreffenden Akku- Typ sowie eine Messvorrichtung zum Messen des Ladezustandes eines eingesetzten Akkus 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 Benützers bzw. Anfragers,
2. Angabe der aktuell vorhandenen Akku-Typen und ihrer Anzahl, sowie deren Ladezustandes;
3. Zeitpunkt, wann ihre Vollladung erreicht wurde oder erreicht wird,
4. Reservieren eines oder mehrerer Akkus während eines Zeitfensters gegen eine Reservationsgebühr;
5. Codiertes automatisches Öffnen und Schliessen eines bestimmten Schiessfaches zum Austausch des leeren oder des teilgeladenen Akkus mit einem vollgeladenen Akku aus zugehörigen gesicherten Schlössern durch einen identifizierten und autorisierten Benützer, 6. Abrechnung nach bezogener Akkukapazität durch Belastung eines Benützerkontos.
[0007] Anhand der Figuren wird eine Anlage mit Wechselstationen gezeigt, sowie verschiedene Wechselstationen und Akku-Typen, und die Anlage sowie ihre Funktion und ihre Bewirtschaftung wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben:
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;
Den Display eines Smartphones mit der darauf geladenen App zum Bewirtschaften der Anlage durch einen einzelnen Benützers;
Den Display des Smartphones nach dem Anwählen und Öffnen der App und nach dem Login;
Den Display des Smartphones nach dem Anwählen einer bestimmten Akku-Wechselstation auf der dargestellten Karte;
Den Display des Smartphones nach dem Buchen bzw. Reservieren eines gewünschten Akkus bei der betreffenden gewählten Wechselstation;
Den Display des Smartphones nach dem erneuten Anwählen und Öffnen der App nach Eintreffen bei der gewählten Akku- Wechselstation;
Figur 7 Den Display des Smartphones nach dem Anwählen von OPEN
(Öffnen), beim Suchen des entsprechenden Schliessfaches und hernach Öffnen desselben; Ein Schliessfachregal mit verschliessbaren und mittels RFID lesbaren Akku-ID des Benützers (E-Radfahrers) oder durch Eingabe von Codes öffnenbaren Schliessfachtüren;
Ein einzelnes Schliessfach mit geöffneter Türe und Stromanschluss, sowie daneben den in das Schliessfach abzulegenden Akku und auch dessen zugehöriges Standard- Ladegerät; ein grösseres, Schliessfach-Regal in einem Gebäude, dessen Schliessfächer daher geheizt sind;
Ein Schliessfachregal mit unterschiedlich grossen Schliessfächern zur Aufnahme von mehr oder weniger grossen Akkus;
Einen spezifischen Akku-Typ, sowie davor ein am Fahrradrahmen zu verbauendes Aufnahmefach;
Einen anderen spezifischen Akku-Typ, und daneben das zugehörige Ladegerät und Netzkabel;
Einen weiteren spezifischen Akku-Typ;
Ein Sortiment unterschiedlich grosser Akkus eines bestimmten Typs;
Einen weiteren spezifischen Akku-Typen, und daneben das zugehörige Ladegerät und Netzkabel;
Einen weiteren spezifischen Akku-Typen, an seinem Rahmen mit einem Schlüsselsystem sicherbar, und daneben das zugehörige Ladegerät und Netzkabel; Figur 18 Einen weiteren spezifischen Akku-Typen mit seinem Aufnahmefach zur Montage am Fahrrad;
Figur 19 Einen weiteren spezifischen Akku-Typen mit Montagebügel und zugehörigem Ladegerät mit Netzkabel;
Figur 20 Einen eckigen Akku mit zugehörigem Ladegerät mit Netzkabel;
Figur 21 Einen dreieckförmigen Akku mit zugehörigem Ladegerät
Netzkabel.
[0008] Es gibt derzeit eine Vielzahl von E-Bike-Akkus, jedoch keinen Standard, kein einheitlicher Akku, nicht einmal einheitliche Ladegeräte, an welchen alle Akku-Typen ladbar wären. Die Ladegeräte weisen herkömmliche Netzstecker auf und diese sind bei fast allen Ladegeräten gleich. Es gibt zwar E-Bike-Ladestationen, jedoch sind keine bereits aufgeladenen Akkus 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 Akkus zu einem bestimmten Mietfahrrad-Typ geladen werden, und wenn eine Gruppe von Fahrradfahrern eintrifft, können die Akkus von deren Fahrrädern gewechselt und die Fahrräder können neu mit geladenen Akkus 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 eines Fahrrad- Akkus, und ohne Heizung, während doch Temperaturen von 20-25 °C ideal beim Laden wären, und ohne Möglichkeit, den Ladestatus eines Akkus zu messen und anzuzeigen. Der Ladestatus ist eine mathematische Berechnung der zugehörigen Software-App der vorliegenden Anlage. Ein Akku-Typ xy braucht zum Beispiel 5 Stunden Ladezeit. Die Zeit ab Anschluss ans Ladegerät plus 5 Stunden ergibt die Uhrzeit, wann der besagte Akku wieder vollgeladen zur Verfügung steht. Und weiter gibt es elektronische Schliessfächer, jedoch funktionieren diese mit einem zentralen Lesekopf (Reader/Scanner) für QR, Barcodes, RFID etc. Weiter sind elektronische Schliessfächer mit HEID-Druckknopf bekannt, jedoch nicht mit veränderbaren Übereinstimmungsfrequenzen auf der Schliessfächer-Schlossseite, sondern nur in einem Chip des Benützers, zum Beispiel in einem Armband oder in einer Karte im 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 dem Akku 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 Akkus 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 einen oder mehrere solche geladene Akkus an einer Wechselstation unter Bezahlung reservieren, und dann auch zu einem einheitlichen Wechselpreis oder nach der bezogenen Ladekapazität den Akku 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 monatliche Abrechnungen generiert.
[0010] Die hier vorgestellte Anlage soll genau das alles bieten. Das Konzept wird hier nachfolgend anhand von Figur 1 beschrieben, in welcher eine Anlage aus einer Vielzahl von Wechselstationen dargestellt ist, sowie einen Benützer 12 und sein Mobiltelefon 9. Die Wechselstationen sind hier durch Rechtecke symbolisiert, wobei jede Wechselstation eine Vielzahl von Schliessfächern aufweist, in denen Akkus unterschiedlichster Bauart geladen werden können. 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 den Fahrrad-Akku austauschen kann und somit mit einem vollgeladenen Akku weiterfahren kann. Im gezeigten Beispiel führt seine Route über fiktive Ortschaften mit Wechselstationen. Sein Mobiltelefon 9 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 Benützers bzw. Anfragers durch die Anlage,
2. Angabe der aktuell in einer auswählbaren Wechselstation vorhandenen Akku- Typen und ihrer Anzahl, sowie deren Ladezustandes. (Die Benutzerdaten jedes Benutzers sind im System der Anlage hinterlegt, d. h. sein E-Bike und der entsprechende Akku-Typ sind dem System bekannt. Ein E-Biker kann auch mehrere E-Fahrräder, bzw. Akkusorten hinterlegt haben, die er dann nach Bedarf auswählen kann. Je nach Wahl sieht er dann z. B. nur seinen gerade verwendeten Akku-Typen und die Verfügbarkeit dieses spezifischen Akku-Typs.)
3. Zeitpunkt, wann die Vollladung des gewünschten Akkus erreicht wurde oder erreicht wird,
4. Reservieren eines oder mehrerer Akkus 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 den Akku nicht wechselt.
5. Codiertes automatisches Öffnen und Schliessen eines bestimmten Schiessfaches einer bestimmten Wechselstation zum Austausch des leeren oder teilgeladenen Akkus mit einem vollgeladenen Akku durch einen identifizierten und autorisierten Benützer,
6. Abrechnung pro Akkuwechsel oder nach bezogener Akkukapazität durch Belastung eines Benützerkontos.
[001 1 ] Anhand des separat in Figur 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 Benützers 12 angezeigt, was über die GPS- Funktion des Mobiltelefons 9 erreicht wird. Sie bestätigt eine Reservation eines Akkus 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 Benützer 12 eine Route und anhand der Distanzangaben erkennt er, bei welchen Wechselstationen das Tauschen seines Akkus mit einem voll geladenen Akku angezeigt ist. Entsprechend reserviert er diese Akku-Typen in den ausgewählten Wechselstationen seiner Route. Dafür gibt er seinen Akku-Typen und sein Wechselzeitfenster von Kalendertag di und Uhrzeit hh:mmi bis Kalendertag 02 und Uhrzeit hh:mm2 ein und erkennt sofort, in welcher Wechselstation für dieses Zeitfenster vollgeladene Akkus des betreffenden Typs vorhanden sind. Er kann einen vollgeladenen Akku 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 des Akkus eine Reservationsgebühr direkt seinem Konto belastet wird, wenn er diese Reservation bestätigt. Auf jeden Fall erfolgt eine Belastung seines Kontos nach erfolgtem Akkuwechsel. Das System bzw. dessen Software wird erkennen, wenn die Reservation nicht möglich ist, etwa dann, wenn kein geladener Akku im gewünschten Zeitraum verfügbar ist, weil alle schon von anderen Benützern reserviert wurden oder kein Akku des gewünschten Typs vorhanden ist. Wie gesagt, das Reservieren kann kostenlos gestaltet sein oder gebührenpflichtig - je nach Wunsch des Betreibers der Anlage. Wenn ein Benützer mehrere Personen einer Gruppe vertritt, kann er für alle Gruppenmitglieder deren Fahrräder registrieren und die Akku-Typen hinterlegen und die App aufs Mobiltelefon laden. So kann er auch mehrere Akkus 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 Benützers vornehmen und nach erfolgreichem Akkuwechsel durch den Benützer eine Abbuchung von seinem Bankkonto, Postfinance- oder Kreditkarten konto durchführen, sowie Strafgebühren direkt vom bezeichneten Konto des Benützers 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] Die Figur 2 zeigt einen ausgereifteren Display eines Smartphones mit der darauf geladenen App zum Bewirtschaften der Anlage durch einen einzelnen Benützers. Ein Pfeil zeigt hier auf das Icon CyclOn, welches im gezeigten Beispiel diese spezifische App auf dem Smartphone Display anzeigt.
[0013] Die Figur 3 zeigt den Display des Smartphones nach dem Anwählen und Öffnen der App CyclOn. Zweck dieses Bildes ist die Orientierung für das Lokalisieren eines Akkus, weicher den Bedürfnissen des Benutzers entspricht. Wenn ein Benutzer mehrere kleine Elektrofahrzeuge (Small Electrical Vehicles SEVs) verwendet, die ebenfalls im CyclOn registriert sind, kommt zuerst ein Pop-Up-Fenster und in diesem wird der Benützer gefragt:„Welches elektrische Kleinfahrzeug (Small Electrical Vehicle SEV) bzw. welches E-Bike fahren Sie bzw. für welchen Akku benötigen Sie für einen Tausch". Der herausgehobene, mit einem Pfeil markierte Punkt auf dem Kartenausschnitt deutet an, wo der Benutzer sich gerade befindet. Es werden dann nur jene Wechselstationen in der weiteren Umgebung angezeigt, welche den entsprechenden Akku in ihrem Sortiment führen. Andere Wechselstationen erscheinen nicht. Das entlastet die Menge der Bildinformation. Zuerst muss der Benutzer sich einloggen, falls das automatische Einloggen nicht aktiviert ist. Nachdem das Zeichen am unteren rechten Bildrand des Kartenausschnittes, auf welches hier ein Pfeil zeigt, angetippt wurde, wird die Karte um den Punkt des Benützer-Standorts zentriert, damit sich der Benutzer einfach orientieren kann. Die hier anderen eingezeichneten Punkte auf dem Kartenausschnitt bezeichnen durchwegs Wechselstationen mit diesen entsprechenden Akkus. Unterhalb des bezeichneten Benutzers - hier als Beispiel unterhalb des Namens admin5 - wird angezeigt: booked Akkus - 0. Es wurde also noch kein Akku reserviert. Der Benutzer wählt als nächstes auf der Karte die für ihn nächstliegende Wechselstation durch Antippen des entsprechenden Standortpunktes an.
[0014] Die Figur 4 zeigt den Display des Smartphones nach dem Anwählen einer bestimmten Akku-Wechselstation auf dem dargestellten Kartenausschnitt. Der herausgehobene Standortpunkt, hier jener für den Ort Restaurant Linde, Dorfstrasse 2, 8424 Embrach, erscheint nun in einer anderen Farbe. In der hier gezeigten schwarz- weissen Darstellung ist dieser Punkt mit dem oberen Pfeil im Kartenausschnitt markiert, während der aktuelle Standort des Benützers mit dem Punkt angezeigt wird, auf den der untere Pfeil im Kartenausschnitt zeigt. Die Akku-Verfügbarkeit bzw. die Anzahl passender Akkus an dieser Wechsel-Station im Ort Embrach wird in der unteren Bildhälfte angezeigt, mit dem dort oberen Pfeil am linken Bildrand (5 available), damit der Benutzer nun einen dieser fünf Akkus entsprechend reservieren kann. Rechts daneben wird das noch mit grafischen Symbolen angezeigt. Noch ist kein Akku reserviert bzw. gebucht, was beim unteren Pfeil angezeigt wird (0 booked). Nachdem der Benutzer auf dem Display auf BOOK (Reservieren) getippt hat, kann er noch ein Zeitfenster für die geplante Abholung eintragen, damit für den Fall, dass er diesen reservierten Akku in diesem Zeitfenster nicht abholt, der Akku automatisch wieder für den nächsten Benutzer verfügbar gemacht wird. Sein Benutzerkonto (oder seine Zahlung) wird erst dann für einen Akku belastet, wenn er den Akku tatsächlich abholte und/oder getauscht hat.
[0015] Die Figur 5 zeigt den Display des Smartphones nach dieser vorgenommenen Reservierung. Im Kartenausschnitt wird der Standort der Wechselstation mit einem farblich herausgehobenen Punkt gezeigt, dort wo in der hier schwarz-weissen Darstellung der Pfeil hinzeigt. In der unteren Bildhälfte wird jetzt angezeigt, dass 1 Akku reserviert bzw. gebucht wurde (1 booked), und dass noch vier weitere passende Akkus in dieser Wechsel-Station verfügbar sind. Das wird rechts noch mit grafischen Symbolen angezeigt. Das Programm würde eine andere Zeit vorschlagen, falls die Ankunftszeit des Benutzers nicht plausibel wäre, zum Beispiel zu früh, um mit dem Fahrrad vom aktuellen Standort zur gewählten Wechselstation zu fahren. Der Benutzer fährt nach der erfolgreichen Reservation zur gewählten Wechsel-Station.
[0016] Bei der Wechselstation angekommen öffnet er die App erneut und es erscheint erneut das Bild wie in Figur 6 gezeigt. Der Pfeil zeigt auf den Standort der Wechselstation, wo sich der Benutzer mit seinem Smartphone jetzt befindet. Anschliessend wählt der Benutzer OPEN, um das Schliessfach mittels NFC, Bluetooth und oder einer anderen gängigen Kurzdistanz Kommunikations-Methode, die im SmartPhone integriert ist, zu öffnen.
[0017] Es erscheint dann das Bild nach Figur 7, während das Schliessfach mit dem reservierten Akku gesucht und anschliessend von der CPU dieser Wechselstation gesteuert entsperrt und geöffnet wird. Das wird hier mit Started lock search... angezeigt, und das Schliessfach wird schliesslich entsperrt und geöffnet und die Akkus können ausgetauscht werden. Sollte die Türe des Schliessfaches, in welches der entladene Akku im Tausch gegen den geladenen Akku für die neue Aufladung abgelegt wird nicht ordentlich schliessen, so bekommt der Benutzer eine Nachricht, dass er bitte die Türe ordentlich schliessen soll, sonst müsse er für die entstandenen Kosten im Fall einer Entwendung des Akkus aus dem offenen Schliessfach aufkommen. Sollte der Akku nicht richtig eingesteckt, oder bei Induktionsladung nicht richtig im Schliessfach abgelegt sein, so bekommt der Benutzer ebenfalls eine Nachricht. Sollte optional der Benutzer bei zu tiefen Temperaturen für seinen spezifischen Akku denselben tauschen wollen, so kann er ebenfalls vom Akku-Sensor aus eine entsprechende Nachricht an seine App gesendet werden.
[0018] Derzeit wird daran gearbeitet, eine Allianz zu gründen mit dem Zweck, die Industrie zu einem Standard für die Induktionsladung zu bewegen, wie sie in der Mobiltelefonie bereits bekannt ist. Diese Allianz wird aus Interessegruppen bestehen, wie Elektrofahrradhersteller und Hersteller kleinerer elektrischer Fahrzeuge, die mit Akkus von momentan 36 Volt und 48 Volt Spannung betrieben werden. Das Ziel ist es, einen Induktionsstandard wie Qi in der Mobiltelefonie zu etablieren. Dieser Standard wird dann das mechanische Anstecken bzw. Anschliessen der Akkus an elektrische Buchsen ersetzen. Es wird dann ermöglicht sein, den Akku einfach in das abschliessbare Fach hinein zu legen und ihn mittels Induktion, das heisst elektromagnetisch mittels drahtlos übertragener Energie zu laden, je nach geltendem Standard. In der Entwicklung von BICAR, einem derzeit laufenden Projekt der Zürcher Hochschule für angewandte Wissenschaften ZHAW in Winterthur, Schweiz, wird geplant, bis 2020 ein solches Netzwerk für den öffentlichen Verkehr zu etablieren. Es werden bereits Prototypen solcher Akkus eingesetzt, die mit Induktion geladen werden können. Für ältere Akkus, die noch kein Induktionsladen nach diesem Standard erlauben, gibt es die Möglichkeit, passende Stecker zu verwenden, die im Schliessfach vorhanden sein müssen, um sie ebenfalls Induktions-Iadetauglich zu machen, wie das heute mit älteren Mobiltelefonen möglich ist. Die Akkuform und die Stecker werden in die Zukunft kein Thema mehr sein, weil das Laden mittels Induktionsstandards alle Kabel und Stecker ersetzen wird.
[0019] Kommt der Benützer an einer angepeilten Wechselstation an, so kann er dort durch Versenden des Codes zu einer bestimmten Schliessfachnummer, die ihm von der App mitgeteilt wird, die Schliessfachtür öffnen und den geladenen Akku entnehmen. Seinen entladenen Akku setzt er in dieses geöffnete Schliessfach ein und schliesst den Akku an, und über die Ladekontrolle im Schliessfach erkennt das System, ob der Akku aktiv geladen wird. Nur dann bestätigt das System über die App dem Benützer, dass er die Tür des Schliessfaches nun schliessen kann. Damit stets ein entladener Akku des gleichen Typs im Austausch mit einem geladenen eingesetzt wird, können verschiedene Massnahmen mithelfen. Zum Beispiel kann das System so angelegt sein, dass ein geladener Akku nur dann entnommen werden kann, wenn zuvor ein entladener Akku zum Laden erfolgreich angeschlossen wurde, und sonst gibt ein Schloss den geladenen Akku nicht frei. Der entladene Akku wird dann in das separate Schloss eingeklinkt, welches erst dann wieder öffnet, wenn ein anderer Akku im anderen Schloss angeschlossen wurde. Ausserdem kann dem Benützerkonto eine Strafgebühr belastet werden, wenn er die Tür des Schliessfaches länger als eine gewisse Zeit offenlässt. Sobald der Benützer den voll geladenen Akku dem Schliessfach entnommen hat und den entladenen Akku im Schliessfach versorgte und die Türe erfolgreich geschlossen wurde, wird das via App bestätigt und sonst alarmiert das System den Benützer innerhalb einer gewissen Zeit und weist auf eine mögliche Strafgebühr hin. Unter normalen Umständen wird nach Bezug eines geladenen Akkus eine Wattstunden-Gebühr vom Konto des Benützers abgebucht. Die Messeinrichtung im Schliessfach ermittelt die Differenz des Ladezustandes des bezogenen aufgeladenen Akkus und des eingesetzten entladenen Akkus und die CPU errechnete aufgrund dieser Ladedifferenz die fällige Gebühr für die bezogene Stromladung nach einem Preis pro Wattstunde. Ein Benützer 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 mit einer hinreichenden Dichte von Wechselstationen versehen ist.
[0020] Kommt der Benützer innerhalb des reservierten Zeitfensters an der Wechselstation an, wo er den Akku reserviert hat, so erkennt das leere Schliessfach die RFID des ankommenden leeren Akkus und öffnet sich automatisch, oder das Schliessfach lässt sich mittels Near Filed Communication NFC, Bluetooth etc. mit dem Mobiltelefon des Benützers 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 den geladenen Akku entnehmen kann. Sein entladener Akku setzt der Benützer in dieses geöffnete Schliessfach ein und schliesst den Akku an die Ladestation an. Über die Ladekontrolle im Schliessfach erkennt das System, ob der Akku aktiv geladen wird und erlaubt erst dann ein Verriegeln der Tür, wenn das sichergestellt ist. Alternativ kann das System so ausgelegt sein, dass zuerst der entladene Akku in ein leeres Schliessfach eingelegt wird und dort an die Ladestation angeschlossen wird und dass erst dann, wenn der Start des Ladevorgangs zum leeren Akku bestätigt ist, die Tür eines anderen Schliessfachs mit dem vollgeladenen Akku öffnet. Sobald der E-Biker (Benutzer) den vollgeladenen Akku entnommen hat, wird die Tür automatisch schliessen, falls der E-Biker die Tür nicht fachgerecht zugesperrt hätte. Bei jedem Wechsel wird das Benutzerkonto mit einer Wechselgebühr belastet. Diese Gebühr ist für den Akku-Typ im System hinterlegt. Der Wechselpreis wird bestimmt durch alle relevanten Kosten für das System, z. B. Akkukosten (Akkupreis dividiert durch angegebene mögliche Anzahl Ladungen), Schliessfach kosten (Anzahl Schliessfachregale, Anzahl Akku-Lademöglichkeiten 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, Akku-Ersatz, Transportkosten etc. Es wird ein Wechselpreis in der Grössenordnung von maximal CHF 5.- für Akkus mit Standardkapazität angestrebt.
[0021 ] Die Figur 8 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, einer Heizung und Kühlung ausgestattet, sodass sie wettergeschützt und winter- und hochsommertauglich sind. Das hier gezeigte Regal kann 36 Akkus aufnehmen, 10 solche Regale daher 360 Akkus.
[0022] Die Figur 9 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 sein, sowie mit einem HEID-Druckknopf 16 zur Öffnung der Schliessfächer 2. Daneben ist ein Akku 5, sein 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 der zu ladende Akku 5 angedockt wird. Der Akku 5 kann hierzu mit einem nicht dargestellten Schloss gesichert sein, das erst öffnet, wenn ein weiterer Akku in ein zweites Schloss zum Laden erfolgreich an die Ladestation angeschlossen ist, und die Tür 3 kann nur dann erfolgreich geschlossen werden, wenn der zu ladende Akku 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 des angeschlossenen Akkus 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 Benützer aufweist.
[0023] Die Figur 10 zeigt zwei grössere, gedeckte Schliessfach-Regale 1 , die im Innern eines Gebäudes untergebracht sind und daher besonders sicher und wetterunabhängig sind, und in Figur 11 ist ein Schliessfachsystem mit Regalen 1 gezeigt, die Schliessfächer 2 unterschiedlicher Grösse aufweisen, zur Aufnahme unterschiedlich gross gestalteter Akku-Typen, denn es gibt eine grosse Vielzahl von unterschiedlichen Akkus, mit unterschiedlicher Form und Grösse sowie Ladekapazität. Beim Wechsel ist es wichtig, die Reihenfolge zu beachten, wie auch nur Akkus mit 85% oder weniger Ladestand laden zu lassen. Das System eignet sich auch als Verkaufsplattform für den Umschlag jeglicher Produkte, z. B. für online bestellte Produkte etc.
[0024] Die Figur 12 zeigt zum Beispiel einen spezifischen Akku-Typen, sowie davor ein am Fahrradrahmen zu verbauendes Aufnahmefach 1 1 , das am Fahrrad montiert ist und aus dem der Akku 5 entnommen werden kann. Die Figur 13 zeigt einen anderen spezifischen Akku-Typen 5, und daneben das zugehörige Ladegerät 6 und Netzkabel 7.
[0025] Die Figur 14 zeigt einen weiteren spezifischen Akku-Typen 5, hier in Form eines kastenförmigen Akkus mit seinen Anschlusspolen. Für diesen wie auch für das in Figur 15 gezeigte Akku-Sortiment unterschiedlich grossen Akkus 5 eines bestimmten Typs werden Klemmen benötigt, mit denen das Ladegerät im Schliessfach an die Pole anschliessbar ist.
[0026] Die Figur 16 zeigt abermals einen weiteren spezifischen Akku-Typen, und daneben das zugehörige Ladegerät und Netzkabel, gleichermassen wie auch die Figuren 17 bis 21. Die Figur 21 zeigt dabei einen dreieckförmigen Akku, bloss zum Aufzeigen, wie vielgestaltig die verschiedenen Akkus im Markt sind. Es gibt eine Vielzahl von Formen, Grössen, Befestigungssystemen am Fahrrad, sowie auch unterschiedliche Ladesysteme bzw. Ladegeräte. Daher werden für spezifische Akkus auch spezifische Schliessfächer im Regal benötigt, damit das alles zueinander passt, was passen muss. Die Grösse und Form der Akkus wirkt sich natürlich auf die nötigen Schliessfachgrossen aus. In der Zukunft werden durch neue Entwicklungen immer leichtere und kleinere Akkus im Markt lanciert, die ausserdem mittels Induktion ladbar sind. Diese Akkus werden mehr und mehr normiert werden, zu einer oder mehreren kompakten Standardgrössen, sodass man mit den Schliessfachgrossen auf viel weniger Abweichungen in den Akku-Dimensionen Rücksicht nehmen muss.
[0027] Nachfolgend werden weitere Erläuterungen zur Bewirtschaftung der Anlage offenbart. Mittels RFID-Lesern in Schliessfächern kann festgestellt werden, ob ein Akku im Schliessfach ordentlich mit dem darin befindlichen Ladegerät verbunden ist und geladen wird, und nur dann lässt sich das Schliessfach schliessen und abschliessen. Das Schiessfachschloss kann also erst dann abgeschlossen werden, wenn das System erkannt hat, dass der Ladezyklus einer im Schliessfach deponierten Akkus angefangen hat. Im Fall von Induktionsladung ist das allerdings nicht mehr nötig, weil die Induktionsoberfläche grösser gestaltet werden kann als der oder die zu ladenden Akkus. So können die Schliessfächer auch als Induktionskästen ausgeführt sein, in denen zum Beispiel gleichzeitig 12 Akkus oder mehr geladen werden können, und die hierzu bloss ins Schliessfach hineingestellt werden müssen.
[0028] Die Grösse der Schliessfächer ist auf die durchschnittliche Grösse der Akkus und seines entsprechenden Ladegerätes abgestimmt, zum Beispiel wie erwähnt Breite 30cm x Höhe 40cm x Tiefe 50cm. Jeder Akku im System ist mit einem passiven RFID- Sender versehen, der zum Beispiel aufgeklebt sein kann, oder ein LoRa Chip, wenn diese kleiner werden und am Akku einfach angeschweisst werden können. Jedes Schliessfach kann ausserdem über einen aktiven RFI D-Leser verfügen, der über einen zentralen GPS-Kommunikator feststellen kann, wenn ein entsprechender Akku 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 Benützer 12 ein, sodass sich die Benützer 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 Benützer 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 Akkus und Veränderungen und Verschiebungen von Akku-Typen pro Schliessfach zu integrieren und anzuzeigen und die Kommunikation mit ihnen und damit deren Nutzung zu eröffnen.
[0029] Wenn ein Benützer 12 an der Wechselstation ankommt, an welcher er einen Akku reservierte, so wird die Wechselstation seinen Akku via RFID Leser oder sein Mobiltelefon via zum Beispiel Near Field Communication NFC oder RFI D-Leser erkennen und ein Schliessfach öffnen, in welchem sich das übereinstimmende Akku- Ladegerät befindet. Das Schliessfach, wo sich der Akku in voll geladenem Zustand befindet, öffnet, sobald der leere oder teilgeladene Akku ordnungsgemäss angeschlossen ist und bei Einsatz von zwei Schliessfächern, eines für den neu zu ladenden und eines für das Entnehmen des vollgeladenen Akkus das entsprechende Schliessfach mit dem zu ladenden Akku wieder geschlossen wurde. Somit kann der E-Biker seinen leeren Akku an die Ladestation im Schliessfach anschliessen und dann den vollgeladenen Akku entnehmen und das Schliessfach hernach schliessen und verriegeln. Das hingegen ist ihm erst dann möglich, wenn das System zuvor bestätigt, dass der Ladevorgang zum eingesetzten leeren oder teilentladenen Akku startete. Ein Schliessfach mit einer horizontal verlaufenden Scharnierachse, dessen Schliessfachtüre unten angeschlagen ist, kann von einem Senor gesteuert einfacher als Klappe nach unten geöffnet werden. Das ist auch deswegen die bessere Lösung, weil eine von oben nach unten abklappbare Klappe dann eine willkommene Ablagefläche für den Tausch der Akkus bietet. [0030] Die Applikation steuert die Wahlmöglichkeiten an Hand der im System hinterlegten Daten: Jeder Benützer und E-Biker verfügt über einen der Anlage bekannten Nutzernamen und über ein 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 Akku-Typen, und weitere Favoritenangaben für den Auswahlprozess, die Akku-Ladezeit pro Akku, die Schliessfachnummern, in welchen sich die entsprechenden Akkus befinden, und via App können alle Standorte der zur Anlage gehörigen Wechselstationen auf einer Landkarte angezeigt werden.
[0031 ] Weitere Daten werden erfasst und gespeichert, wenn ein Akku gewechselt wird. So wird erfasst, welcher E-Biker wann bei welcher Akku-Wechselstation wieviele Akkus welchen Typs für welchen Zeitpunkt zur Abholung reservierte, welche Schliessfachnummern diese Akkus enthalten, und beim Wechsel wann genau dieser Wechsel erfolgte, ab wann der neu eingestellte Akku wieder vollgeladen ist, und die Akkus, die im Netzwerk als vollgeladen angezeigt werden, sind für alle Benützer einsehbar. Solche Berechnungen erfolgen anhand von hinterlegten Stammdaten. Informationen werden via Programm an Ortungs-Apps, wie z.B. LEMnet zugeschickt, damit eine Routen-Planung möglich ist. In abgelegeneren Ortschaften ist die Auswahl an Akku-Typen kleiner, weswegen diese Information bedeutsam ist. Der Benützer soll also augenblicklich ersehen können, ob und wann welcher Akku verfügbar sein wird. Entsprechend kann er seine Route zusammenstellen und die nötigen Akkus 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 ein Akku reserviert wird, umso höher fällt die Reservationsgebühr aus. Wird ein Akku nicht innerhalb des gewählten Zeitfensters abgeholt, so wird er von der Anlage wieder freigegeben und wird auch anderen Benützern wieder verfügbar gemacht. Allerdings kann der Benützer 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. Es besteht auch die Möglichkeit, eine Gruppe von Schliessfächern für eine Vermietgesellschaft, eine Unternehmen, für E-Biker-Gruppen, Bergbahnen, Einzelpersonen, etc. zu reservieren für eine spezifische oder unbestimmte Zeit, z. B. für Events, etc. Solche massgeschneiderte Einstellungen werden durch das hier vorgestellte CyclOn System ebenfalls realisierbar. [0032] Diese Anlage ermöglicht es also, dass die E-Biker nicht mehr allein ihre eigenen Akkus bewirtschaften oder einen einzelnen Akku nutzen, sondern sie nutzen nur noch die Ladungen einer Vielzahl von Akkus, die ihnen zur Verfügung stehen. Hierzu brauchen sie diese Akkus 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 müssen, von demselben Strom gegen Bezahlung zu beziehen.
[0033] Solche Anlagen wie hier vorgestellt und beschrieben können von einem Verein ohne Gewinnorientierung betrieben werden, um sicherzustellen, dass alte Akkus, wo immer solche vom System aufgrund der mangelhaften Ladetätigkeit oder reduzierten End-Ladekapazität erkannt werden, ausgewechselt werden. Die Vereinsmitglieder können die Koordination und das Ersetzen solcher Akkus 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.
[0034] 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 ein 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, oder auch bei Restaurants, die Menschen anlocken wollen, oder an ÖV-Bushaltestellen und Bahnhöfen, oder an geeigneten Standorten in Städten und Gemeinden, wenn diese elektrische Kleinstfahrzeuge wie etwa das BICAR-Fahrzeug oder ähnliche Fahrzeuge anbieten und betreiben wollen.
[0035] Die derzeit grosse Anzahl verschiedener Akku-Typen macht es unmöglich, bestehendes Equipment zu nutzen. Wenn ein E-Bike gewechselt wird, müssen alle Akkus, Ladegeräte Stecker etc. gewechselt werden. Der E-Biker zahlt bisher die Rechnung dafür, aber er kommt auch mit einem anderen Akku nicht beliebig weit. Erst wenn er den Akku wie hier vorgeschlagen 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 Akku- Typen an den Wechselstationen der Anlage verfügbar sind und jederzeit dort ausgewechselt werden können. So wird die Standardisierung vorangetrieben. Einige E-Bike-Käufer sind nämlich enttäuscht, wenn sie feststellen, wie sehr die Kapazität ihres Akkus über die Zeit abnimmt, gerade wenn das Fahrrad häufig unbenutzt bleibt. Eine Anlage wie beschrieben bietet dem E-Biker stets gute geladene Akkus an, weil diese viel besser, das heisst von vielen genutzt werden. Weil die Anschaffung neuer Akkus von vielen Benützern getragen wird, wird der Anschaffungspreis auf viele Benutzer umgelegt und somit günstiger. Man zahlt nur noch die Nutzung, nämlich die elektrische Ladung. Alte, viel benutzte Akkus unter richtigen Bedingungen wie mit CyclOn betrieben sind sogar besser als neue, nicht richtig betriebene Akkus. Das nahm man bisher in Kauf, bloss weil es keine solche intelligenten Ladeschliessfächer wie hier vorgestellt gab, und die Benutzer mittels Sensoren auf solche darauf aufmerksam gemacht werden konnten.
[0036] Ausserdem wird der gesamte Akkubestand einer Anlage und ihrer Wechselstationen stets laufend überprüft und mangelhafte Akkus können sofort erkannt und ersetzt werden, wovon der Benützer gar nichts merkt. Er kann in bequemer Reichweite stets einen geladenen Akku besorgen und braucht sich um das ganze Laden und um einen Ort oder Platz zum Laden nicht mehr zu kümmern.

Claims

Patentansprüche Anlage zum Errichten und Betreiben eines flächendeckenden Netzes von Akku- Wechselstationen für elektrische Fahrzeuge mit wechselbaren Akkus aller Art und insbesondere für 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 Akku-Typen (5) in die Schliessfächer, wobei jedes Schliessfach(2) einen Stromanschluss (8) mit Ladeeinheit (6) für ein Induktionsladen oder Laden via Kabelverbindung für den betreffenden Akku-Typen sowie eine Messvorrichtung zum Messen des Ladezustandes eines eingesetzten Akkus aufweist, sowie dass die einzelnen Wechselstationen 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 wenigstens folgenden Funktionen bewirtschaftbar sind:
1 . Identifizierung des Benützers (12) bzw. Anfragers,
2. Angabe der aktuell in einer auswählbaren Wechselstation vorhandenen Akku-Typen und ihrer Anzahl, sowie deren Ladezustandes;
3. Zeitpunkt, wann ihre Vollladung erreicht wurde oder erreicht wird,
4. Reservieren einer oder mehrerer Akkus (5) während eines Zeitfensters gegen eine Reservationsgebühr;
5. Codiertes automatisches Öffnen und Schliessen eines bestimmten Schiessfaches (2) einer bestimmten Wechselstation zum Austausch des leeren oder teilgeladenen Akkus (5) mit einem vollgeladenen Akku aus zugehörigen Schliessfächern durch einen identifizierten und autorisierten Benützer (12),
6. Abrechnung für jeden Akkuwechsel oder nach bezogener Akkukapazität durch Belastung eines Benützerkontos.
2. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil die Schliessfächer mit Schliessfachtüren ausgerüstet sind, die unten an den Schliessfächern an einer horizontal verlaufenden Scharnierachse angeschlagen sind und zum Öffnen nach unten klappbar sind und somit eine Ablagefläche für den Wechsel seines Akkus bilden.
3. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Schliessfächer (2) der Anlage oder alle als Induktions-Ladekästen ausgeführt sind, in denen ein oder mehrere Akkus durch blosses Hineinstellen ohne mechanische Verbindung mit Ladekabeln ladbar sind.
4. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schliessfach (2) der Anlage mit einer Steckdose, einem Ladegerät, sowie einem Messgerät zum Ermitteln des Ladezustandes des Akkus und elektrischen Verbindungen zu einem zu dem 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 Benützer (12) aufweist.
5. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schliessfach (2) der Anlage mit einem zentralen Lesekopf (Reader/Scanner) für QR, Barcodes oder RFIDs ausgerüstet ist, sowie mit einem HEID-Druckknopf (16) zur Öffnung der Schliessfächer (2), welcher mit einem Chip des Benützers (12) kommunizieren kann.
6. Anlage 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 Akkus.
7. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (CPU) jeder Wechselstation via Internet einen Zugriff auf das Konto jedes Benützers (12) erlaubt, und nach Bestätigung durch den Benützer (12) eine Abbuchung von seinem Bank-, Postfinance- oder Kreditkartenkonto durchführbar ist, sowie Strafgebühren direkt auf dem bezeichneten Konto des Benützers (12) abbuchbar sind.
8. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schliessfacher (2) mit einer Messeinrichtung für den Ladezustand eines aufgeladenen Akkus sowie des auszutauschenden entladenen oder teilentladenen Akkus 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 Benützer (12) direkt via Internet seinem Bankkonto, Postfinanz oder Kreditkarten-Konto oder einem beliebigen anderen vom Benützer (12) angebbaren Konto belastbar ist.
9. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Rechnern (CPU) der einzelnen Wechselstationen das Nutzerverhalten und Statistiken für den E-Bike- und E-Bike-Akkumarkt ermittelbar und auswertbar sind.
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