DE102013021099A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Datenübertragung zwischen einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Datenübertragung zwischen einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einem Elektrofahrzeug (2) und einer Ladestation (1) basierend auf einer Datenübertragung über ein Ad-hoc Netzwerk, wobei die Informationen/Daten mittels sichtbarer Lichtstrahlen (VL) oder Infrarotstrahlen (VL) übermittelt werden. Die am Elektrofahrzeug (2) vorhandenen Beleuchtungselemente (21) werden dabei so modifiziert, dass für die Datenübertragung (ID) die mittels den von den Beleuchtungselementen abgegebenen sichtbare Lichtstrahlen (VL) oder Infrarotstrahlen (VL) verwendet werden: Die Ladestation (1) wird mit wenigstens einer Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit (11) ausgestattet, mit welcher die von den als Sendeeinheiten wirkenden Beleuchtungselementen (21) abgegebenen sichtbare Lichtstrahlen (VL) oder Infrarotstrahlen (VL) des Fahrzeuges (2) empfangen und verarbeitet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur drahtlosen Kommunikation zwischen einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation für das Elektrofahrzeug basierend auf einer Datenübertragung mittels sichtbaren Lichts (VL = Visible Light) oder Infrarotlicht. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
  • Drahtlose Kommunikationsnetze werden heutzutage in einer Vielzahl von technischen Anwendungsgebieten eingesetzt. Im Bereich der Automobiltechnik ist es bekannt, dass Fahrzeuge über drahtlose Ad hoc-Netzwerke Informationen zwischen räumlich benachbarten Fahrzeugen im Straßenverkehr austauschen. Die Ad-hoc Netze sind so aufgebaut, dass die verschiedenen Funkstationen ohne vorherige Installation einer entsprechenden Infrastruktur direkt miteinander kommunizieren können und keine zentrale Basisstation erforderlich ist.
  • Wird dieses Verfahren zur direkten Kommunikation zwischen einen an eine Ladestation angeschlossenen Elektrofahrzeuges angewendet, sind als Sendeeinheiten arbeitende Funkstationen zwischen den Fahrzeugen und der Ladestation erforderlich. Für eine Informationsübertragung zwischen dem Elektrofahrzeug und der Ladestation müssten deshalb zusätzliche kostenaufwendige Sendeeinheiten im Fahrzeug integriert werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur drahtlosen Kommunikation zwischen einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation zu unter Verwendung der im Fahrzeug vorhandenen Hardware zu schaffen, wodurch vorgenannte Nachteile des Standes der Technik überwunden werden und insbesondere auch ein, vorzugsweise webbasierter, Informationsaustausch ohne übliche Funkverbindung zwischen dem Elektrofahrzeug und der Ladestation kostengünstig realisiert wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zur drahtlosen Kommunikation zwischen einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation für das Elektrofahrzeug mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 4 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen, Verbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und eine entsprechende Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in weiteren Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur drahtlosen Kommunikation zwischen einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation basiert auf einer Datenübertragung über ein Ad-hoc Netzwerk, wobei die Informationen/Daten nicht mittels Funksignalen sondern erfindungsgemäß mittels sichtbarer Lichtstrahlen oder Infrarotstrahlen übermittelt werden.
  • Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in einer ersten Ausgestaltung bereits vorhandene Beleuchtungselemente des Fahrzeuges genutzt, zu denen beispielsweise dessen Front- oder Rückscheinwerfer des Fahrzeuges zählen.
  • Die Beleuchtungselemente werden so modifiziert, dass sie zusätzlich zu ihrer Beleuchtungsfunktion für die Datenübertragung, beispielsweise einer Identifizierungskennzeichnung des Fahrzeuges, mittels dem von den Beleuchtungselementen abgegebenen sichtbare Lichtstrahlen eingesetzt werden.
  • Für die Datenübertragung können auch Beleuchtungselemente genutzt werden, deren Funktion lediglich in der Bereitstellung von sichtbaren Lichtstrahlen oder Infrarotstrahlen für die Datenübertragung beruht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Beleuchtungselemente so modifiziert, dass mittels der von den Beleuchtungselementen abgegebenen sichtbare Lichtstrahlen beliebige digitale Daten, zu denen beispielsweise Diagnosedaten und/oder Konfigurierungsdaten des Fahrzeuges zählen, zur Ladestation übertragen werden.
  • Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einer zweiten Ausgestaltung eine Infrarotlichtquelle des Fahrzeuges zur Datenübertragung genutzt.
  • Die Ladestation wird erfindungsgemäß mit wenigstens einer Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit ausgestattet, mit welcher die von den als Sendeeinheiten wirkende Beleuchtungselementen, vorzugsweise von LED's, abgegebenen sichtbare Lichtstrahlen des Fahrzeuges empfangen und verarbeitet werden.
  • Die digitale Datenübertragung mittels eines Lichtstrahles kann beispielsweise nach der aus dem Stand der Technik bekannten On/Off Keying-Methode oder der Frequenzumtastung (Frequency Shift Keying) erfolgen.
  • Bei der Frequenzumtastung wird die Trägerfrequenz einer periodischen sinusförmigen Schwingung zwischen einem Satz unterschiedlicher Lichtfrequenzen verändert, welche die einzelnen Sendesymbole darstellen.
  • Bei der On/Off Keying-Methode wird eine als Sendeeinheit arbeitende Lichtquelle, beispielsweise eine LED-Anordnung, des jeweiligen Beleuchtungselements sehr schnell ein- oder ausgeschaltet. Die als Empfängereinheit arbeitende Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit empfängt die Lichtsignale und wandelt diese in einen entsprechenden Strom- oder Spannungswert U/I um.
  • Für die Kommunikation mittels sichtbarem Licht oder Infrarotlicht kann eine sehr hohe Bandbreite an Daten, die zuvor im Fahrzeugspeicher abgelegt wurden, in kurzer Zeit übertragen werden, so dass das Elektroauto wenige Sekunden benötigt, um eine Vielzahl von Daten mit der Ladestation auszutauschen.
  • Zu den auszutauschenden Daten vom Elektrofahrzeug zur Ladestation, die vom Fahrzeugspeicher zur Verfügung gestellt werden, gehören beispielsweise Information zur Identifizierung sowie der aktuelle Ladezustand der Batterie des Fahrzeuges, die Zeit, welche erforderlich ist, um das Auto aufzuladen, die gewünschte Ladekonfiguration (d. h. ob ein langsames oder schnelles Laden gewünscht wird), Diagnosedaten (z. B. Datum der nächsten Autoinspektion etc.) und/oder Informationen zum Fahrzeugführer betreffend Führerschein, Fahrzeugschein etc.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Ladestation mit einer Internetschnittstelle ausgestattet, welche einen Datenaustausch mit einer Internetplattform oder Internetoberfläche ermöglicht.
  • Zu den auszutauschenden Daten von der Ladestation zum Elektrofahrzeug, welche auch die von der Internetplattform bereitgestellten Daten umfassen kann, gehören beispielsweise Firmware-Aktualisierungen für die im Fahrzeug befindlichen elektronischen Geräte (z. B. Steuergeräte), Verkehrsinformationen, Informationen über (lokale) Notfallsituationen, Gefahrenhinweise, Unwetterwarnungen und/oder Ortangaben zur nächstgelegenen Werkstatt für Elektroautos.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine bidirektionale Kommunikation mittels sichtbaren Lichtes oder Infrarotlicht zwischen dem Elektrofahrzeug und der Ladestation vorgesehen, die erst gestartet wird, wenn die in der Ladestation integrierte Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit, beispielsweise über eine integrierte Lichtquelle, ein Startsignal von einem im oder am Elektrofahrzeug befindlichen lichtemittierenden Halbleiterbauelement, insbesondere einer Leuchtdiode (LED), erhält.
  • Im weiteren Verfahrensablauf werden aus den vom Fahrzeug abgegebenen Lichtstrahlen ein Identifizierungskennzeichen des Fahrzeuges und weitere fahrzeugrelevante Informationen als digitale Daten zur Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit der Ladestation übertragen.
  • Dazu wird das vom Beleuchtungselement des Fahrzeuges abgegebene Licht auf eine Fotodiodenanordnung oder Fotodetektoranordnung der Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit der Ladestation geleitet, welche das Lichtsignal in ein elektrisches Signal bzw. in entsprechende digitale Daten umwandelt und zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stellt.
  • Die Fotodiodenanordnung oder Fotodetektoranordnung kann ein Infrarotdetektor oder ein Detektor für sichtbares Licht sein.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur drahtlosen Kommunikation zwischen einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation für das Elektrofahrzeug basierend auf einer Datenübertragung über ein Ad-hoc Netzwerk mittels sichtbarer Lichtstrahlen, wobei die am Elektrofahrzeug vorhandenen Beleuchtungselemente so modifiziert sind, dass sie zusätzlich zu ihrer Beleuchtungsfunktion die Übertragung von Daten mittels den von den Beleuchtungselementen abgegebenen sichtbare Lichtstrahlen zur Ladestation bereitstellen. Die Ladestation ist erfindungsgemäß mit wenigstens einer Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit ausgestattet, welche die von den als Sendeeinheiten wirkende Beleuchtungselementen abgegebenen sichtbare Lichtstrahlen des Fahrzeuges empfängt und verarbeitet.
  • Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, dass zur drahtlosen Kommunikation zwischen dem Elektrofahrzeug und der Ladestation basierend auf einer Datenübertragung über ein Ad-hoc Netzwerk, die Informationen/Daten mittels Infrarotstrahlen übermittelbar sind, wobei eine Infrarotlichtquelle des Elektrofahrzeug so modifiziert ist, dass sie die Übertragung von Daten mittels den von der Infrarotlichtquelle abgegebenen Infrarotstrahlen zur Ladestation bereitstellt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die Ladestation mit wenigstens einer Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit ausgestattet, welche die von der als Sendeeinheit wirkende Infrarotlichtquelle abgegebenen Infrarotstrahlen des Fahrzeuges empfängt und verarbeitet.
  • Die Ladestation kann in vorteilhafter Weise mit einem als Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit arbeitenden Kommunikationsempfänger, beispielsweise einem Smartphone mit einer integrierten Anwendung zum Empfang und zur Verarbeitung der vom Elektrofahrzeug gesendeten Lichtstrahlen, verbunden sein.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zur automatisierten Zahlung der von der Ladestation bereitgestellten Energiemenge verwendet werden. Dazu erhält die Ladestation die erforderlichen Informationen zur Identifizierung direkt vom Fahrzeug bzw. aus dem Fahrzeugspeicher. Wenn die Ladestation mit einer Internetplattform bzw. einem zentralen System verbunden ist, kann die Zahlung von einer Kreditkarte abgebucht werden, die über die zuvor übermittelte Identifizierung bzw. Identifizierungskennzeichnung des Fahrzeuges aktiviert wird.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, dass die Kommunikation, welche die Strahlung von sichtbarem Licht oder Infrarotlicht verwendet, eine sehr schnelle drahtlose optische Datenkommunikation bereitstellt und im Vergleich zu anderen drahtlosen Kommunikationstechnologien schon verfügbare Beleuchtungselemente der Fahrzeuge nutzt. Es erweist sich als besonders vorteilhaft, dass die hier beschriebene Kommunikation mittels sichtbarer Licht-strahlen oder Infrarotstrahlen keine Interferenzen mit vorhandenen drahtlosen RF-Netzwerken erzeugt. Auch bietet die optische Datenübertragung eine verbesserte Datensicherheit als herkömmliche abhörbare drahtlose Kommunikationsverbindungen, da sich die Lichtsignale immer nur innerhalb eines begrenzten Bereiches vorhanden sind.
  • Weitere Vorteile gegeben sich daraus, dass das sichtbare Lichtspektrum 10000 mal größer ist als das Funkspektrum und damit eine große Bandbreite bei der Datenübertragung zur Verfügung steht. Weiterhin steht die vorab beschriebene drahtlose optische Datenkommunikation vollkommen lizenzfrei und providerfrei zur Verfügung.
  • Ein besonderer Vorteil der Datenübertragung mittels der von den Beleuchtungselementen der Fahrzeuge ausgesendeten Lichtstrahlen beruht darauf, dass die Lichtstrahlen im sichtbaren Bereich unbedenklich für die Gesundheit sind und das sichtbares Licht bekanntermaßen keine schädlichen Einflüsse auf die Umwelt hat.
  • Anhand von dem in den folgenden Figur dargestellten Ausführungsbeispiels sollen die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen, Verbesserungen und weitere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur drahtlosen Kommunikation zwischen einem Elektrofahrzeug 2 und einer Ladestation 1 für das Elektrofahrzeug 2, wobei die am Elektrofahrzeug 2 vorhandenen Beleuchtungselementen 21, beispielsweise die Frontscheinwerfer, so modifiziert werden, dass sie zusätzlich zu ihrer Beleuchtungsfunktion für eine Datenübertragung ID mittels den von den Beleuchtungselementen 21 abgegebenen Lichtstrahlen VL eingesetzt werden. Die Ladestation 1 ist mit einer Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit 11, vorzugsweise einem Mikrocontroller mit einer Lichtdetektoreinheit, ausgestattet. Mit der Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit 11 werden die von den als Sendeeinheiten wirkende Beleuchtungselementen 21 abgegebenen oder ausgesendeten sichtbare Lichtstrahlen VL des Fahrzeuges 2 empfangen und verarbeitet.
  • Das Elektrofahrzeug 2 kann auch mit einer Fotodiodenanordnung 22 ausgestattet sein, welche Daten von der Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit 11 der Ladestation 1 empfängt.
  • Für die Steuerung der Fahrzeugbeleuchtung 21 und/oder der Fotodiodenanordnung 22 werden die im Fahrzeug 2 bereits vorhandenen und mit den Fahrzeugscheinwerfern 21 und/oder der Fotodiodenanordnung 22 gekoppelten Controller 23 des Fahrzeuges 2 verwendet.
  • Zur drahtlosen Kommunikation zwischen dem Elektrofahrzeug 2 und der Ladestation 1 basierend auf der Datenübertragung mittels sichtbaren Lichts VL befindet sich das Fahrzeug 2 vor der Ladestation 1 und das Ladekabel 12 ist mit der Ladestation 1 verbunden. Die Frontscheinwerfer 21 sind nur für eine kurze Zeitspanne zum Datenaustausch ID mit der Ladestation 1 eingeschaltet. Danach wird die Beleuchtung 21 des Fahrzeuges 2 ausgeschaltet. Vom Fahrzeugführer ist nunmehr keinerlei zusätzliche Konfiguration durchzuführen und der Ladevorgang startet. Optional kann die Informationsübertragung ID von der Ladestation 1 zum Fahrzeug 2 zur Aktualisierung für die im Fahrzeugcontroller 23 abgelegte Firmware genutzt werden. Dabei empfängt die Fotodiodenanordnung 22 des Fahrzeuges 2 entsprechende Signale aus der Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit 11 der Ladestation 1. Dabei kann die Fahrzeugbeleuchtung 21 ausgeschaltet bleiben.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine automatisierte Zahlung der von der Ladestation 1 entnommenen Energiemenge vorgesehen. Dazu erhält die Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit 11 der Ladestation 1 die erforderlichen Informationen zur Identifizierung, also die Identifizierungskennzeichnung ID des Fahrzeuges 2 direkt aus dem Speicher des Fahrzeuges, wobei die Identifizierungskennzeichnung mittels der von den Beleuchtungselementen 21 abgegebenen sichtbare Lichtstrahlen VL zur Ladestation 1 übertragen wird.
  • Die Ladestation 1 ist vorteilhafter Weise mit einer Internetplattform 3 verbunden, über welche der Zahlungsverkehr, aber auch Firmware-Aktualisierungen abwickelbar sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Ladestation
    2
    Elektrofahrzeug
    3
    Internetplattform, Remote Server, Remote System
    11
    Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit
    12
    Ladekabel
    21
    Beleuchtungselement, Fahrzeugbeleuchtung, Frontscheinwerfer, LED, Infrarotlichtquelle
    22
    Fotodiodenanordnung
    23
    Fahrzeugcontroller, elektronisches Gerät, Steuergerät des Fahrzeuges
    VL
    Lichtstrahlen (sichtbares Licht oder Infrarotlicht)
    ID
    Datenaustausch mittel sichtbarer Strahlen oder Infrarotstrahlen, Identifizierungskennzeichnung, digitale Daten

Claims (10)

  1. Verfahren zur drahtlosen Kommunikation zwischen einem Elektrofahrzeug (2) und einer Ladestation (1) basierend auf einer Datenübertragung über ein Ad-hoc Netzwerk, wobei die Informationen/Daten mittels sichtbarer Lichtstrahlen (VL) oder Infrarotstrahlen (VL) übermittelt werden, wobei die am Elektrofahrzeug (2) vorhandenen Beleuchtungselemente (21) so modifiziert werden, dass für die Datenübertragung (ID) die mittels den von den Beleuchtungselementen abgegebenen sichtbare Lichtstrahlen (VL) oder Infrarotstrahlen (VL) eingesetzt werden, die Ladestation (1) mit wenigstens einer Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit (11) ausgestattet wird, mit welcher die von den als Sendeeinheiten wirkende Beleuchtungselementen (21) abgegebenen sichtbare Lichtstrahlen (VL) oder Infrarotstrahlen (VL) des Fahrzeuges (2) empfangen und verarbeitet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Beleuchtungselemente (21) zur Datenübertragung bereits am Fahrzeug (2) vorhandene Beleuchtungselemente oder eine Infrarotlichtquelle des Fahrzeuges (2) verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Datenübertragung Beleuchtungselemente (21) genutzt werden, deren Funktion lediglich in der Bereitstellung von Lichtstrahlen (VL) für die Datenübertragung beruht.
  4. Verfahren nach Anspruch einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungselemente (21) so modifiziert werden, dass mittels der von den Beleuchtungselementen (21) abgegebenen Lichtstrahlen (VL) eine Identifizierungskennzeichnung (ID) des Fahrzeuges (2) zur Ladestation (1) übertragen wird, die beispielsweise zur automatisierten Zahlung der von der Ladestation (1) bereitgestellten Energiemenge verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungselemente (21) oder die Infrarotlichtquelle so modifiziert werden, dass mittels der von den Beleuchtungselementen (21) oder der Infrarotlichtquelle abgegebenen Lichtstrahlen (VL) digitale Daten, wie Diagnosedaten und/oder Konfigurierungsdaten (ID) des Fahrzeuges (2) zur Ladestation (1) übertragen werden.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine bidirektionale Kommunikation mittels sichtbaren Lichtes (VL) oder Infrarotlicht (VL) zwischen dem Elektrofahrzeug (2) und der Ladestation (1) erst gestartet wird, wenn die in der Ladestation (1) integrierte Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit (11) ein Startsignal von wenigstens einer im oder am Elektrofahrzeug (2) befindlichen lichtemittierenden Halbleiterbauelementeanordnung erhält.
  7. Vorrichtung zur drahtlosen Kommunikation zwischen einem Elektrofahrzeug (2) und einer Ladestation (1) basierend auf einer Datenübertragung über ein Ad-hoc Netzwerk mittels sichtbarer Lichtstrahlen (VL) oder Infrarotstrahlen (VL), wobei die am Elektrofahrzeug (2) vorhandenen Beleuchtungselemente (21) so modifiziert sind, dass sie die Übertragung von Informationen/Daten mittels den von den Beleuchtungselementen (21) abgegebenen sichtbare Lichtstrahlen (VL) oder Infrarotstrahlen (VL) ermöglichen und die Ladestation (1) mit wenigstens einer Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit (11) ausgestattet ist, welche die von den als Sendeeinheiten wirkende Beleuchtungselementen (21) abgegebenen sichtbare Lichtstrahlen (VL) oder Infrarotstrahlen (VL) des Fahrzeuges (2) empfängt und verarbeitet.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrofahrzeug (2) der Ladestation (1) Daten zur Identifizierung des Fahrzeuges (2), den aktuellen Ladezustand der Batterie des Fahrzeuges (2), die Zeit, welche erforderlich ist, um das Auto aufzuladen, die gewünschte Ladekonfiguration, Diagnosedaten und/oder Informationen bezüglich des Fahrzeugführers aus einem Fahrzeugspeicher mittels der Lichtstrahlen (VL) an die Ladestation (1) übermittelt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (1) mit einer Internetschnittstelle ausgestattet ist, welche einen Datenaustauch mit einer Internetplattform oder Internetoberfläche (3) ermöglicht.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (1) dem Fahrzeug (2) mittels einer am Fahrzeug (2) befindlichen Fotodiodenanordnung (22) Firmware-Aktualisierungen für die im Fahrzeug (2) befindlichen elektronischen Geräte, Verkehrsinformationen, Informationen über Notfallsituationen, Gefahrenhinweise, Unwetterwarnungen und/oder Ortangaben zur nächstgelegenen Werkstatt für Elektroautos zur Verfügung stellt.
DE102013021099.2A 2013-12-18 2013-12-18 Verfahren und Vorrichtung zur Datenübertragung zwischen einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation Pending DE102013021099A1 (de)

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