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Elektrofahrzeuge benötigen einen elektrischen Energiespeicher, um eine für den Antrieb des Elektrofahrzeugs benötigte Energie zu speichern. Dieser Speicher wird als Akkumulator bezeichnet. Um ein schnelles Aufladen eines Elektrofahrzeugs zu ermöglichen, ist bekannt, den Akkumulator an einer Akkumulator-Wechselstation durch einen bereits geladenen Akkumulator auszutauschen.
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Aus der Internet-Veröffentlichung
"Battery Switch Stations", erhältlich im Internet am 28.03.2011 unter http://www.betterplace.com/the-solution-switch-stations ist eine Akkumulator-Wechselstation bekannt. Hierbei wird ein vom Fahrzeugboden aus zugänglicher Akkumulator automatisch ausgetauscht.
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Eine solche Akkumulator-Wechselstation wird auch durch die
US 2010 071979 A1 beschrieben. Bekannt ist dort, den Akkumulator durch mechanische Halterungen im Elektrofahrzeug festzuhalten bzw. freizugeben. In Absatz 11 der genannten Veröffentlichung ist eine mechanisch bzw. elektrisch freigebbare Verriegelung beschrieben. Auch Absatz
34 beschreibt, dass die Halterungen verriegelt werden können, um ein versehentliches Lösen zu verhindern. Absatz
76 beschreibt eine Verwaltungseinheit, welche im Akkumulator enthalten ist und diesen verwaltet. Die Verwaltungseinheit ist in der Lage, mit einem Fahrzeugrechner zu kommunizieren und Kontakte des Akkumulators spannungslos zu schalten. Gemäß Absatz
103 kann die Verriegelung nur mit einem mechanischen Schlüssel geöffnet werden, welcher von herkömmlichen Standards abweicht. Laut Absatz
110 kommen zwei unterschiedliche Arten von Verriegelungen zum Einsatz. Absatz
111 beschreibt, dass die Verriegelungen durch ein Signal eines Fahrzeugrechners angesteuert werden.
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Aus der genannten Schrift ist somit bekannt, dass ein Akkumulator mechanisch in einem Elektrofahrzeug verriegelt wird. Auch ist aus der Schrift bekannt, dass die mechanische Verriegelung durch ein Signal einer Recheneinheit freigegeben wird. Nachdem die Halterungen freigegeben wurden, wird der Akkumulator von einer Aufnahmevorrichtung entnommen.
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Aus dem Geschmacksmuster
US D 605116 ist ein mechanischer Schlüssel zum Lösen von Verankerungen eines Akkumulators bekannt. Hierbei handelt es sich um eine rein mechanische Vorrichtung, mit welcher die Verriegelung des Akkumulators freigegeben werden kann.
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Aus der
WO 2010033517 A2 ist bekannt, abhängig von einer geographischen Position eines Elektrofahrzeugs und einem Ladezustand seines Akkumulators ein befahrbares Gebiet zu berechnen. Hierbei werden bei der Routenplanung auch geeignete Akkumulator-Wechselstationen ermittelt.
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Bei konventionellen Kraftfahrzeugen ist bekannt, einen Tankdeckel bzw. Tankverschluss mechanisch zu verriegeln. Der Tankverschluss wird beispielsweise mittels eines mechanischen Schlüssels geöffnet oder an eine Zentralverriegelung gekoppelt. Auch ist bekannt, den Tankverschluss vom Fahrzeuginneren durch einen Hebel oder Taster mechanisch oder elektrisch zu öffnen.
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Für Elektrofahrzeuge ist bekannt, einen Ladestecker, welcher in das Elektrofahrzeug eingesteckt ist, gemeinsam mit einer Zentralverriegelung zu verriegeln, sodass er bei verschlossenem Fahrzeug nicht abgezogen werden kann.
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Weiterhin ist ganz allgemein eine Authentisierung von Fahrzeugen oder Ladestationen bekannt. Dies schließt auch eine kabelgebundene oder drahtlose Datenkommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestation mit ein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zum Schutz eines Akkumulators vor unberechtigter Entnahme anzugeben, welche den Schutz des Akkumulators vor unberechtigter Entnahme verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung gelöst, welche mindestens eine Diebstahlschutzvorrichtung aufweist, mit welcher der Akkumulator in oder an einem Elektrofahrzeug verriegelbar ist, sodass er nicht entnehmbar ist. Die Diebstahlschutzvorrichtung ist durch ein Freigabesignal lösbar. Ferner ist eine Recheneinheit programmiert zur Bereitstellung des Freigabesignals nach einer Überprüfung mindestens einer Sicherheitsbedingung unter Berücksichtigung mindestens einer Referenzinformation.
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Bei dem Verfahren zum Schutz eines Akkumulators vor unberechtigter Entnahme verriegelt eine Diebstahlschutzvorrichtung einen Akkumulator in oder an einem Elektrofahrzeug, sodass er nicht entnehmbar ist. Eine Recheneinheit führt eine Überprüfung mindestens einer Sicherheitsbedingung unter Berücksichtigung einer Referenzinformation durch. Bei einem positiven Ergebnis der Überprüfung übermittelt die Recheneinheit ein Freigabesignal an die Diebstahlschutzvorrichtung, woraufhin die Verriegelung des Akkumulators durch die Diebstahlschutzvorrichtung aufgehoben wird.
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Die Anordnung und das Verfahren weisen den Vorteil auf, dass der Akkumulator deutlich besser vor Diebstahl geschützt wird als dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dies ist sehr wünschenswert, da Akkumulatoren hohen wirtschaftlichen Wert besitzen. Weiterhin ist vorteilhaft, dass durch die Überprüfung der mindestens einen Sicherheitsbedingung sichergestellt werden kann, dass keine unberechtigte und nicht entsprechend geschulte Person den Akkumulator entnimmt, da diese Person mit lebensgefährlichen spannungsführenden Teilen des Akkumulators in Berührung kommen könnte.
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Gemäß einer Weiterbildung ist die mindestens eine Diebstahlschutzvorrichtung so angeordnet, dass sie nach Entnahme des Akkumulators im Elektrofahrzeug verbleibt. Alternativ ist sie so angeordnet, dass sie nach Entnahme des Akkumulators mit dem Akkumulator verbunden bleibt.
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In einer Weiterbildung weist die Diebstahlschutzvorrichtung mindestens ein Verriegelungsmittel auf, welches beweglich gelagert ist. Die Diebstahlschutzvorrichtung weist ferner mindestens ein Antriebsmittel auf, mit welchem das Verriegelungsmittel so positionierbar ist, dass der Akkumulator verriegelt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Recheneinheit so angeordnet, dass sie nach Entnahme des Akkumulators im Elektrofahrzeug verbleibt. Dies hat den Vorteil, dass im Elektrofahrzeug vorhandene Infrastruktur, beispielsweise ein Fahrzeugrechner, genutzt werden kann. Alternativ wird die Recheneinheit so angeordnet, dass sie nach Entnahme des Akkumulators mit dem Akkumulator verbunden bleibt. Dies hat den Vorteil, dass eine gegebenenfalls bereits vorhandene Verwaltungseinheit des Akkumulators als Recheneinheit genutzt werden kann.
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In einer Weiterbildung weist die Anordnung eine Datenschnittstelle auf, insbesondere eine kabelgebundene oder drahtlose Schnittstelle, welche für eine Kommunikation zwischen der Recheneinheit und einer Akkumulator-Wechselstation eingerichtet ist. Die Datenschnittstelle ist so angeordnet, dass sie nach Entnahme des Akkumulators im Elektrofahrzeug verbleibt. Alternativ ist sie so angeordnet, dass sie nach Entnahme des Akkumulators mit dem Akkumulator verbunden bleibt. Die erste Variante hat den Vorteil, dass eine vorhandene Infrastruktur des Elektrofahrzeugs, beispielsweise eine WLAN-Schnittstelle, genutzt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die mindestens eine Referenzinformation eine Berechtigungsinformation, einen kryptographischen Schlüssel, ein signiertes digitales Zertifikat oder eine SAML-Aussage und ist in einem Speicher abgelegt. Weiterhin ist der Speicher so angeordnet, dass er nach Entnahme des Akkumulators im Elektrofahrzeug verbleibt. Dies hat den Vorteil, dass eine vorhandene Infrastruktur des Elektrofahrzeugs, hier ein elektronischer Speicher des Elektrofahrzeugs, genutzt werden kann. Auch lässt sich der Speicher so besser vor Manipulationen schützen. Alternativ wird der Speicher so angeordnet, dass er nach Entnahme des Akkumulators mit diesem verbunden bleibt.
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In einer Weiterbildung wird als Sicherheitsbedingung überprüft, ob die Türen des Elektrofahrzeugs entriegelt sind oder eine Wegfahrsperre des Elektrofahrzeugs deaktiviert ist. Dies hat den Vorteil, dass vorhandene Sicherheitsfunktionen des Elektrofahrzeugs für den Diebstahlschutz des Akkumulators wiederverwendet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird eine geographische Position des Elektrofahrzeugs ermittelt. Geographische Positionen von Akkumulator-Wechselstationen werden als Referenzinformation verwendet. Als Sicherheitsbedingung wird überprüft, ob die geographische Position des Elektrofahrzeugs mit der Referenzinformation zumindest ungefähr übereinstimmt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass zum einen auf im Elektrofahrzeug vorhandene Mittel zur geographischen Positionsbestimmung zurückgegriffen werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass unberechtigte Akkumulator-Wechselstationen erkannt werden können. Dies schützt den Eigentümer des Elektrofahrzeugs vor Betrug. Auch kann durch diese Ausführungsform sichergestellt werden, dass ein Nutzer eines Elektrofahrzeugs an einen bestimmten Anbieter von Akkumulator-Wechselstationen gebunden wird. Insbesondere kann dadurch erreicht werden, dass ein lediglich ausgeliehener Akkumulator nur an der ausleihenden Akkumulator-Wechselstation oder an einer anderen Akkumulator-Wechselstation des ausleihenden Anbieters bzw. Betreibers zurückgegeben werden kann.
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In einer Weiterbildung wird eine Authentisierung einer Akkumulator-Wechselstation durchgeführt, indem Authentisierungsnachrichten zwischen der Recheneinheit und der Akkumulator-Wechselstation über eine Datenschnittstelle ausgetauscht werden. Die mindestens eine Sicherheitsbedingung ist erfüllt, wenn die Akkumulator-Wechselstation zur Entnahme des Akkumulators autorisiert ist. Dies hat die gleichen Vorteile wie die zuvor beschriebene Ausführungsform.
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Der Akkumulator weist die zuvor beschriebene Anordnung auf oder ist eingerichtet, um das Verfahren auszuführen.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Elektrofahrzeug mit einem Akkumulator auf einer Akkumulator-Wechselstation,
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2 einen Akkumulator gemäß dem Stand der Technik,
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3 ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung zum Schutz eines Akkumulators vor unberechtigter Entnahme,
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4 ein Ablaufdiagramm für ein Ausführungsbeispiel für das Verfahren zum Schutz eines Akkumulators vor unberechtigter Entnahme.
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1 zeigt ein Elektrofahrzeug 10, welches einen Akkumulator 1 beinhaltet. Der Akkumulator 1 kann von unten an die Karosserie geschraubt oder eingerastet sein, er kann sich aber auch im Inneren des Elektrofahrzeugs 10 befinden, z. B. unter einer Abdeckung im Kofferraum oder Motorraum. 1 zeigt weiterhin einen Akkumulator-Wechselstation 30, welche wie aus dem Stand der Technik bekannt dafür eingerichtet ist, den Akkumulator 1 vollautomatisch durch einen neuen Akkumulator zu ersetzen. Dadurch kann ein entleerter Fahrzeug-Akkumulator schnell durch einen aufgeladenen Akkumulator ersetzt werden.
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2 zeigt einen Akkumulator 1, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Eine oder mehrere Zellen 11 können über Kontakte 6 aufgeladen bzw. entladen werden. Die Zellen 11 dienen der physikalischen Speicherung elektrischer Energie. Eine Verwaltungseinheit 3 stellt beispielsweise Statusinformationen über den Akkumulator 1 bereit. Diese können über eine Datenschnittstelle 5 ausgelesen werden. Alternativ fällt die Datenschnittstelle 5 mit den Kontakten 6 zusammen. In dieser Ausgestaltung ist die Datenkommunikation auf einen der Kontakte 6 aufmoduliert. Die Verwaltungseinheit 6, die häufig auch als Batterie-Management-Einheit (engl. ”Battery Management Unit”) bezeichnet wird, kann außerdem den Ladestand der Zellen 11 überwachen und deren Auf- und Entladevorgang steuern.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung zum Schutz eines Akkumulators 1 vor unberechtigter Entnahme. Gezeigt ist erneut ein Akkumulator 1 mit Zellen 11, einer Verwaltungseinheit 3 sowie Kontakten 6 und einer Datenschnittstelle 5. Neu ist eine Recheneinheit 2, welche programmiert ist um eine Berechtigungsprüfung vor einem Akkumulatorwechsel durchzuführen. Die Recheneinheit 2 steuert eine Diebstahlschutzvorrichtung 4 an, mit welcher der Akkumulator 1, sofern er in einem Elektrofahrzeug eingesetzt ist, verriegelt werden kann, sodass er nicht entnehmbar ist. Nur wenn die Recheneinheit 2 bei der Berechtigungsprüfung einen berechtigten Akkumulatorwechsel erkennt, wird die Diebstahlschutzvorrichtung 4 freigegeben, indem mithilfe eines Antriebsmittels 41, beispielsweise eines pneumatisch, elektrisch oder hydraulisch betätigbaren Zylinders, ein Verriegelungsmittel 42, beispielsweise ein Bolzen, eingefahren wird.
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Somit ergibt sich ein Schutz des Akkumulators 1 vor unberechtigter Entnahme. Das Freigabesignal, welches die Recheneinheit 2 nutzt, um die Diebstahlschutzvorrichtung 4 freizugeben, wird geschützt im Inneren des Akkumulators 1 übertragen. Auch wird es nur bereitgestellt, wenn mindestens eine Sicherheitsbedingung unter Berücksichtigung mindestens einer Referenzinformation erfolgreich überprüft wurde.
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3 zeigt zwar den Fall, dass die Diebstahlschutzvorrichtung 4 im Akkumulator 1 angebracht bzw. verankert ist, sie kann aber auch umgekehrt am Elektrofahrzeug angebracht bzw. angeordnet sein. Die Berechtigungsprüfung, welche die Überprüfung mindestens einer Sicherheitsbedingung beinhaltet, muss auch nicht durch eine Recheneinheit 2 durchgeführt werden, welche im Akkumulator 1 angeordnet ist. Die Recheneinheit 2, die diese Überprüfung durchführt, kann vielmehr auch ein Steuergerät oder Fahrzeugrechner des Elektrofahrzeugs sein. Dieser kann jedoch Parameter des eingesetzten Akkumulators 1 für die Überprüfung verwenden, beispielsweise ein digitales Zertifikat des Akkumulators 1, etwa nach X.509, welches einen Eigentümer des Akkumulators 1 angibt.
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Derartige Parameter oder Zertifikate werden vorteilhafterweise in einem Speicher 7, welcher sich im Akkumulator 1 befindet, abgelegt. Bei diesen Informationen handelt es sich um Referenzinformationen, welche bei der Überprüfung berücksichtigt werden. Zu den Referenzinformationen zählen auch weitere Parameter im gleichen Zertifikat oder einem separaten Attribut-Zertifikat, welche beispielsweise festlegen, dass ein Wechsel des Akkumulators 1 nur durch eine bestimmte Werkstatt durchgeführt werden darf.
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Die Diebstahlschutzvorrichtung 4 und die Recheneinheit 2 zur Überprüfung können somit beide im Akkumulator 1, beide im Elektrofahrzeug oder zwischen beiden Seiten aufgeteilt angeordnet sein. Auch der Speicher 7 kann abweichend von 3 im Elektrofahrzeug angeordnet sein, beispielsweise als Speicher eines Fahrzeugrechners. Wenn die Diebstahlschutzvorrichtung 4 und gegebenenfalls auch die Recheneinheit 2 im Akkumulator 1 angeordnet sind, wird dieser in die Lage versetzt, sich autonom zu verhalten und sich selbst im Elektrofahrzeug zu verankern. In einer anderen Variante ist die Recheneinheit 2 im Akkumulator 1 angeordnet und führt die Berechtigungsprüfung durch. Die Diebstahlschutzvorrichtung 4 ist jedoch im Elektrofahrzeug verankert.
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In 3 ist die Datenschnittstelle 5 so angeordnet, dass sie der Recheneinheit 2 im Akkumulator 1 eine Kommunikation mit der Außenwelt erlaubt. Die Datenschnittstelle gehört somit zum Akkumulator 1. Alternativ kann die Datenschnittstelle, insbesondere eine kabelgebundene oder drahtlose Schnittstelle, auch eine Datenschnittstelle des Elektrofahrzeugs selbst sein, welche für eine Kommunikation zwischen der Recheneinheit 2 und einer Akkumulator-Wechselstation eingerichtet ist. In diesem Fall ist die Datenschnittstelle 5 so angeordnet, dass sie nach Entnahme des Akkumulators 1 im Elektrofahrzeug 10 verbleibt. Eine hierfür geeignete drahtlose Schnittstelle, welche auch der Akkumulator 1 selbst als Datenschnittstelle 5 aufweisen kann, ist beispielsweise RFID, Bluetooth, ZigBee, IEEE 802.15.4, WLAN oder Ähnliches.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Schutz eines Akkumulators vor unberechtigter Entnahme. Ein Beginn 20 des Ablaufs ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Diebstahlschutzvorrichtung einen Akkumulator in oder an einem Elektrofahrzeug verriegelt ist, sodass dieser nicht entnehmbar ist. Daraufhin führt eine Recheneinheit eine Überprüfung 21 mindestens einer Sicherheitsbedingung unter Berücksichtigung einer Referenzinformation durch. Wenn die Überprüfung 21 zu einem positiven Ergebnis gelangt, wird ein Freigabesignal 22 an die Diebstahlschutzvorrichtung übermittelt, woraufhin die Verriegelung des Akkumulators durch die Diebstahlschutzvorrichtung aufgehoben wird. Wenn die Überprüfung 21 jedoch nicht erfolgreich ist, wird beispielsweise eine Fehlermeldung 23 ausgegeben und gegebenenfalls ein Notstrombetrieb aktiviert. Anschließend endet der Ablauf mit einem Ende 24.
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In einem konkreten Ausführungsbeispiel wird eine Akkumulator-Wechselstation authentisiert. Hierzu überträgt die Recheneinheit 2 (es wird erneut auf die Bezugszeichen in 3 Bezug genommen) eine Authentisierungsnachricht über die Datenschnittstelle 5 an die Akkumulator-Wechselstation. Nur bei erfolgreicher Authentisierung darf der Akkumulator 1 entnommen werden. Alternativ oder ergänzend kann als Sicherheitsbedingung aber auch überprüft werden, ob eine Nutzung des Fahrzeugs zum gegenwärtigen Zeitpunkt authentisiert ist. Hierzu kann beispielsweise als Sicherheitsbedingung überprüft werden, ob Türen des Elektrofahrzeugs entriegelt oder eine Wegfahrsperre freigegeben ist. Eine Freigabe des Akkumulators 1 ist dann nur möglich, wenn auf die Gegenwart eines berechtigten Fahrzeugnutzers geschlossen werden kann. Die Referenzinformation dient der Überprüfung der Authentizität der Akkumulator-Wechselstation oder auch der Überprüfung anderer Sicherheitsbedingungen. Sie ist beispielsweise fest im Elektrofahrzeug oder dem Akkumulator 1 einkodiert oder als signiertes digitales Zertifikat, beispielsweise nach X.509, Attribut-Zertifikat oder SAML-Aussage kodiert. Die Referenzinformation kann auch kryptographische Schlüssel oder Zertifikate enthalten, welche für weitere Überprüfungen von Sicherheitsbedingungen benötigt werden.
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Als weitere Sicherheitsbedingung lässt sich überprüfen, ob sich an der aktuellen geographischen Position des Elektrofahrzeugs tatsächlich eine zum Akkumulator-Wechsel berechtigte Akkumulator-Wechselstation befindet. Hierzu wird beispielsweise als Referenzinformation eine Karte mit Akkumulator-Wechselstationen herangezogen. Wenn die Positionsbestimmung des Elektrofahrzeugs ungenau ist, darf die Überprüfung auch mit einem gewissen Freiheitsgrad (beispielsweise 10 oder 100 Meter) erfolgen. Für die Lokalisierung des Elektrofahrzeugs wird auf bekannte Verfahren zurückgegriffen, beispielsweise auf einen eingebauten GPS/GALILEO-Empfänger oder auf eine Positionsbestimmung abhängig von Funkstationen wie Mobilfunk-Basisstationen oder WLAN-Access-Points. Die Mittel zur Bestimmung der geographischen Position des Elektrofahrzeugs können wahlweise im Akkumulator 1 oder im Elektrofahrzeug angeordnet sein.
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Sofern die Überprüfung scheitert, wird eine Fehlermeldung beispielsweise auf einem Bildschirm des Elektrofahrzeugs oder der Akkumulator-Wechselstation angezeigt.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele, Varianten, Ausführungsformen und Weiterbildungen der Anordnung und des Verfahrens lassen sich frei miteinander kombinieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010071979 A1 [0003]
- US 605116 [0005]
- WO 2010033517 A2 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ”Battery Switch Stations”, erhältlich im Internet am 28.03.2011 unter http://www.betterplace.com/the-solution-switch-stations [0002]
- IEEE 802.15.4 [0035]
