DE102015208786A1 - Kommunikationsmodul für den Ladevorgang eines Fahrzeugs - Google Patents

Kommunikationsmodul für den Ladevorgang eines Fahrzeugs Download PDF

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Jens Berger
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Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Es wird ein Kommunikationsmodul (400) für einen elektrischen Ladevorgang eines Fahrzeugs (100) an einer Ladestation (110) über ein Ladekabel (112) beschrieben. Das Fahrzeug (100) ist eingerichtet, über das Ladekabel (112) gemäß einem ersten Kommunikations-Protokoll (421) zu kommunizieren. Die Ladestation (110) ist eingerichtet, über das Ladekabel (112) gemäß einem zweiten Kommunikations-Protokoll (422) zu kommunizieren. Dabei ermöglicht das zweite Kommunikations-Protokoll (422) die Übermittlung von Daten, die nicht mit dem ersten Kommunikations-Protokoll (421) übermittelt werden können. Das Kommunikationsmodul (400) ist eingerichtet, Ladestations-Daten gemäß dem zweiten Kommunikations-Protokoll (422) von der Ladestation (110) zu empfangen. Das Kommunikationsmodul (400) ist weiter eingerichtet, den Ladestations-Daten entsprechende Daten gemäß dem ersten Kommunikations-Protokoll (421) an das Fahrzeug (100) zu senden, wenn das erste Kommunikations-Protokoll (421) die Übermittlung der Ladestations-Daten ermöglicht. Desweiteren ist das Kommunikationsmodul (400) eingerichtet, den Ladestations-Daten entsprechende Daten über ein von dem Ladekabel (112) getrenntes Übertragungsmedium an eine Benutzereinheit (410) zu senden, wenn das erste Kommunikations-Protokoll (421) nicht die Übermittlung der Ladestations-Daten ermöglicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung (insbesondere ein entsprechendes Modul) zur Steuerung des Ladevorgangs eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
  • Fahrzeuge mit Elektroantrieb (insbesondere Elektrofahrzeuge oder Plugin-Hybrid Fahrzeuge) umfassen elektrische Energiespeicher (z.B. Batterien), die über eine Ladevorrichtung des Fahrzeugs an eine Ladestation angeschlossen und aufgeladen werden können. Zum Aufladen der elektrischen Speicher solcher Elektro- und/oder Hybrid-Fahrzeuge existieren verschiedene konduktive, d.h. kabelgebundene, Ladetechnologien. Bei dem sogenannten AC-Laden oder Wechselstromladen befindet sich das Ladegerät, welches den Gleichstrom (auch als DC-Strom bezeichnet) zur Aufladung des elektrischen Speichers umwandelt, im Fahrzeug. Auf einem Ladekabel zwischen Ladestation und Fahrzeug wird ein AC- (Alternating Current) oder Wechselstrom übertragen. Bei dem sogenannten DC-Laden oder Gleichstromladen befindet sich das Ladegerät, welches den Gleichstrom zur Aufladung des elektrischen Speichers umwandelt, in der Ladestation. Auf dem Ladekabel wird somit ein DC- (Direct Current) oder Gleichstrom übertragen. Das DC-Laden wird häufig auch als Schnellladen bezeichnet, da die Ladeleistung beim DC-Laden in den meisten Fällen über der Ladeleistung des AC-Ladens liegt.
  • Die Steuerung des Ladevorgangs des Energiespeichers eines Fahrzeugs erfordert typischerweise eine Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation. Im Rahmen der Kommunikation kann z.B. ermittelt werden, welche Ladeleistung für den Ladevorgang von der Ladestation bereitgestellt wird. Desweiteren kann es vorteilhaft sein, Daten über die Identität des Fahrzeugs, Daten über Energiepreise, Daten in Bezug auf die Bezahlung der bezogenen Ladeenergie, etc. auszutauschen, um die Durchführung eines Ladevorgangs zu optimieren.
  • Für die Kommunikation zwischen einem Fahrzeug und einer Ladestation können unterschiedliche Kommunikations-Protokolle verwendet werden, welche den Austausch von unterschiedlichen Umfängen von Information ermöglichen, und somit einen unterschiedlichen Funktionsumfang aufweisen. Dabei kann es insbesondere vorkommen, dass ein Fahrzeug befähigt ist, ein erstes Kommunikations-Protokoll zu verwenden, welches sich von einem zweiten Kommunikations-Protokoll unterscheidet, das von einer Ladestation unterstützt wird. Dabei kann das erste Kommunikations-Protokoll einen im Vergleich zum zweiten Kommunikations-Protokoll beschränkten Funktionsumfang aufweisen.
  • Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, Mittel bereitzustellen, die es dem Nutzer eines Fahrzeug, welches für einen Ladevorgang ein Kommunikations-Protokoll mit beschränktem Funktionsumfang verwendet, ermöglichen, die von einer Ladestation bereitgestellten Funktionen in effizienter und komfortabler Weise zu nutzen.
  • Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt wird ein Kommunikationsmodul für einen Kabelgebundenen elektrischen Ladevorgang eines Fahrzeugs an einer Ladestation beschrieben. Das Kommunikationsmodul kann auch als Konverter, insbesondere als Protokoll-Konverter, bezeichnet werden. Für den Ladevorgang sind das Fahrzeug und die Ladestation über ein Ladekabel miteinander verbunden. Dabei kann das Kommunikationsmodul als Teil des Ladekabels bereitgestellt werden. Insbesondere kann das Kommunikationsmodul über einen ersten Kabelabschnitt des Ladekabels mit dem Fahrzeug und über einen zweiten Kabelabschnitt des Ladekabels mit der Ladestation verbunden werden. Die Ladestation kann z.B. eine öffentliche Ladestation und/oder eine Wallbox umfassen. Das Fahrzeug umfasst einen Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie. Der Energiespeicher kann mit elektrischer Energie aus der Ladestation geladen werden.
  • Das Fahrzeug ist eingerichtet, über das Ladekabel gemäß einem ersten Kommunikations-Protokoll zu kommunizieren. Das erste Kommunikations-Protokoll kann dazu verwendet werden, den Ladevorgang zu steuern. Insbesondere kann es das erste Kommunikations-Protokoll einer Ladestation ermöglichen, zu ermitteln, ob ein Fahrzeug über ein Ladekabel mit der Ladestation verbunden ist. Dies kann z.B. über einen Pegel auf einer Kommunikationsleitung des Ladekabels kommuniziert werden. Desweiteren kann es das erste Kommunikations-Protokoll einem Fahrzeug ermöglichen, eine Ladeleistung zu ermitteln, die maximal von einer Ladestation, mit der das Fahrzeug über ein Ladekabel verbunden ist, bereitgestellt werden kann. Dies kann z.B. über ein Pulsweiten-moduliertes (PWM) Signal auf der Kommunikationsleitung des Ladekabels kommuniziert werden. Das erste Kommunikations-Protokoll kann auf den Austausch der o.g. Information beschränkt sein.
  • Die Ladestation ist eingerichtet ist, über das Ladekabel gemäß einem zweiten Kommunikations-Protokoll zu kommunizieren, wobei das zweite Kommunikations-Protokoll die Übermittlung von Daten ermöglicht, die nicht mit dem ersten Kommunikations-Protokoll übermittelt werden können. Insbesondere kann das zweite Kommunikations-Protokoll die Übermittlung von Information ermöglichen, die über die o.g. Information in Bezug auf die Ladeleistung und den Anschluss eines Fahrzeugs hinausgeht.
  • Das Kommunikationsmodul ist eingerichtet, Ladestations-Daten gemäß dem zweiten Kommunikations-Protokoll von der Ladestation zu empfangen (z.B. über einen zweiten Kabelabschnitt des Ladekabels). Das Kommunikationsmodul ist weiter eingerichtet, den Ladestations-Daten entsprechende Daten gemäß dem ersten Kommunikations-Protokoll an das Fahrzeug zu senden, wenn das erste Kommunikations-Protokoll die Übermittlung der Ladestations-Daten ermöglicht. Beispielsweise kann die bereitgestellte Ladeleistung an das Fahrzeug kommuniziert werden. Andererseits kann das Kommunikationsmodul eingerichtet sein, den Ladestations-Daten entsprechende Daten über ein von dem Ladekabel getrenntes Übertragungsmedium an eine Benutzereinheit zu senden, wenn das erste Kommunikations-Protokoll nicht die Übermittlung der Ladestations-Daten ermöglicht.
  • Das Kommunikationsmodul ermöglicht es somit, einen Ladevorgang zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation einzuleiten, auch wenn das Fahrzeug ein erstes Kommunikations-Protokoll und die Ladestation ein zweites Kommunikations-Protokoll verwendet, die unterschiedlich sind. Dies geschieht insbesondere durch Weiterleiten von Ladestations-Daten an das Fahrzeug gemäß dem ersten Kommunikations-Protokoll. Desweiteren ermöglicht es das Kommunikationsmodul einem Nutzer des Fahrzeugs, Zusatzdienste zu verwenden, die von der Ladestation angeboten werden. Diese Zusatzdienste können durch Verwendung des zweiten Kommunikations-Protokolls über eine separate Benutzereinheit konfiguriert und gesteuert werden.
  • Das Ladekabel umfasst typischerweise eine Kommunikationsleitung, insbesondere eine Pilotleitung. Das erste Kommunikations-Protokoll kann ein Pulsweiten-moduliertes (PWM) Signal auf der Kommunikationsleitung zur Übermittlung von Daten (z.B. zur Übermittlung der Ladeleistung) verwenden. Insbesondere kann das erste Kommunikations-Protokoll eine Kommunikation gemäß dem IEC61851-1 Standard ermöglichen. Andererseits kann das zweite Kommunikations-Protokoll Power Line Communication zur Übermittlung von Daten auf der Kommunikationsleitung verwenden. Insbesondere kann das zweite Kommunikations-Protokoll eine Kommunikation gemäß dem ISO/IEC 15118 Standard über das Ladekabel ermöglichen. Das Kommunikationsmodul kann somit die Bereitstellung von ISO/IEC 15118 Zusatzdiensten für ein Fahrzeug ermöglichen, welches auf eine Kommunikation gemäß dem IEC61851-1 Standard beschränkt ist. Die Zusatzdienste können dabei über die Benutzereinheit konfiguriert und/oder gesteuert werden.
  • Das von dem Ladekabel getrennte Übertragungsmedium kann ein drahtloses Übertragungsmedium umfassen. Insbesondere kann das Kommunikationsmodul eingerichtet sein, eine WLAN (Wireless Local Area Network) und/oder Bluetooth Verbindung zu der Benutzereinheit aufzubauen. Dies ermöglicht eine flexible Steuerung von Zusatzdiensten durch einen Nutzer.
  • Die Benutzereinheit kann eine Benutzerschnittstelle für einen Nutzer des Fahrzeugs umfassen (insbesondere für die Konfiguration und/oder Steuerung von Zusatzdiensten). Desweiteren kann die Benutzereinheit eine Software-Applikation umfassen. Insbesondere kann die Benutzereinheit mittels einer Software-Applikation implementiert sein, die von einem Prozessor ausgeführt wird. So kann eine kostengünstige und flexible Benutzereinheit bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die Software-Applikation auf einem persönlichen elektronischen Gerät, insbesondere auf einem Smartphone oder einem Tablet-PC, bzw. auf einer Head Unit des Fahrzeugs bereitgestellt werden.
  • Das zweite Kommunikations-Protokoll kann es einer Ladestation und einem Fahrzeug, die über ein Ladekabel miteinander verbunden sind, ermöglichen, Zusatz-Daten in Bezug auf eine Identität des Fahrzeugs, in Bezug auf eine Dauer des Ladevorgangs, in Bezug auf eine Eigenschaft (z.B. die Kosten oder den Energiemix) der von der Ladestation bereitgestellten elektrischen Energie, und/oder in Bezug auf die Abrechnung der von der Ladestation in dem Ladevorgang bereitgestellten elektrischen Energie zu versenden bzw. zu empfangen. Die Zusatz-Daten können dazu verwendet werden, Zusatzdienste wie Smart Charging und/oder Plug&Charge bereitzustellen. Die o.g. Ladestations-Daten können z.B. Zusatz-Daten umfassen.
  • Die Zusatz-Daten können typischerweise nicht über das erste Kommunikations-Protokoll versendet bzw. empfangen werden. Das Kommunikationsmodul kann jedoch eingerichtet sein, die Zusatz-Daten von der Ladestation an die Benutzereinheit zu senden, und/oder umgekehrt. So können in effizienter Weise Zusatzdienste anhand der Benutzereinheit gesteuert und konfiguriert werden, obwohl diese durch das vom Fahrzeug unterstützte erste Kommunikations-Protokoll nicht bereitgestellt werden können.
  • Das Kommunikationsmodul kann eine erste Kommunikationseinheit umfassen, die eingerichtet ist, über einen ersten Kabelabschnitt des Ladekabels eine erste Kommunikationsverbindung gemäß dem ersten Kommunikations-Protokoll mit dem Fahrzeug aufzubauen. Desweiteren kann das Kommunikationsmodul eine zweite Kommunikationseinheit umfassen, die eingerichtet ist, über einen zweiten Kabelabschnitt des Ladekabels eine zweite Kommunikationsverbindung gemäß dem zweiten Kommunikations-Protokoll mit der Ladestation aufzubauen. Außerdem kann das Kommunikationsmodul eine dritte Kommunikationseinheit umfassen, die eingerichtet ist, über das von dem Ladekabel getrennte Übertragungsmedium eine dritte Kommunikationsverbindung (z.B. eine WLAN Verbindung) mit der Benutzereinheit aufzubauen.
  • Außerdem kann das Kommunikationsmodul eine Steuereinheit umfassen, die eingerichtet ist, zu ermitteln, ob die Ladestations-Daten über das erste Kommunikations-Protokoll an das Fahrzeug übermittelt werden können. Die Steuereinheit kann weiter eingerichtet sein, ggf. die erste Kommunikationseinheit zu veranlassen, die den Ladestations-Daten entsprechenden Daten gemäß dem ersten Kommunikations-Protokoll an das Fahrzeug zu senden. Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, ggf. die dritte Kommunikationseinheit zu veranlassen, die den Ladestations-Daten entsprechenden Daten an die Benutzereinheit zu senden.
  • Das Kommunikationsmodul kann weiter eingerichtet sein, Benutzereinheit-Daten von der Benutzereinheit zu empfangen, und zu ermitteln, ob die Benutzereinheit-Daten an die Ladestation weitergeleitet werden sollen. Außerdem kann das Kommunikationsmodul eingerichtet sein, ggf. den Benutzereinheit-Daten entsprechende Daten gemäß dem zweiten Kommunikations-Protokoll an die Ladestation zu senden. Es können somit Daten zwischen der Benutzereinheit und der Ladestation ausgetauscht werden, insbesondere um Zusatzdienste für den Ladevorgang bereitzustellen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Ladekabel für einen elektrischen Ladevorgang eines Fahrzeugs an einer Ladestation beschrieben. Das Ladekabel umfasst eine Fahrzeug-seitige Schnittstelle (z.B. einen Ladestecker), die eingerichtet ist, eine elektrisch leitende Verbindung zu einer entsprechenden Schnittstelle (z.B. zu einer Ladedose) des Fahrzeugs zu bilden. Desweiteren umfasst das Ladekabel das in diesem Dokument beschriebene Kommunikationsmodul. Außerdem umfasst das Ladekabel einen ersten Kabelabschnitt, der die Fahrzeug-seitige Schnittstelle mit dem Kommunikationsmodul verbindet. Das Ladekabel umfasst weiter eine Ladestations-seitige Schnittstelle (z.B. einen Stecker), die eingerichtet ist, eine elektrisch leitende Verbindung zu einer entsprechenden Schnittstelle der Ladestation zu bilden. Desweiteren umfasst das Ladekabel einen zweiten Kabelabschnitt, der die Ladestations-seitige Schnittstelle mit dem Kommunikationsmodul verbindet. Ein derartiges Ladekabel ermöglicht es, in flexibler und effizienter Weise, Zusatzdienste für einen Ladevorgang bereitzustellen, auch wenn das Fahrzeug beschränkte Kommunikationsfähigkeiten aufweist.
  • Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
  • 1 ein beispielhaftes Ladesystem für ein Fahrzeug;
  • 2 eine beispielhafte Belegung von Pins oder Kontaktteilen einer Ladedose eines Fahrzeugs;
  • 3 beispielhafte Komponenten einer Fahrzeug-seitigen Ladevorrichtung;
  • 4 ein beispielhaftes Kommunikationsmodul;
  • 5 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Steuerung eines Ladevorgangs; und
  • 6 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Austausch von Information bzgl. eines Ladevorgangs.
  • 1 zeigt ein Blockdiagram eines beispielhaften Ladesystems mit einer Ladestation 110 und einem Fahrzeug 100. Das Fahrzeug 100 umfasst einen elektrischen Speicher (nicht dargestellt), der mit elektrischer Energie aus der Ladestation 110 aufgeladen werden kann. Das Fahrzeug 100 umfasst eine Ladedose 101 an der ein entsprechender Stecker 111 eines Ladekabels 112 angesteckt werden kann. Die Ladedose 101 und der Stecker 111 bilden ein Stecksystem. Das Ladekabel (112) kann fest mit der Ladestation 110 verbunden sein (wie dargestellt). Andererseits kann das Ladekabel (112) über eine Steckverbindung mit der Ladestation 110 verbunden sein (z.B. beim AC-Laden).
  • Wie in 1 dargestellt, ist die Ladedose 101 am Fahrzeug 100 angebracht. Der Ladestecker 111 (engl. Coupler) ist insbesondere beim DC-Laden fest mit der Ladestation 110 über das Ladekabel 112 verbunden. Es existieren verschiedene Steckervarianten gemäß der Steckernorm IEC 62196-3: Combo 1,Combo 2, DC-Typ1, DC-Typ 2. Sowohl Combo-1 als auch Combo-2 sind über die gleiche Steckarchitektur mit dem Fahrzeug verbunden. Bei DC-Typ1 und DC-Typ 2 werden teilweise dieselben Pins (d.h. dieselben elektrischen Kontaktteile) des Stecksystems für AC- und DC-Laden verwendet. Insbesondere werden bei DC-Typ2 Stecksystemen die Kontaktteile für L2/ DC– und L3/ DC+ gemeinsam für AC-Laden und DC-Laden genutzt.
  • 2 zeigt eine beispielhafte Ladedose 101 mit einer Vielzahl von Kontaktteilen 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207. Je nach Steckernorm und/oder je nach Ladetyp (d.h. DC-Laden oder AC-Laden) können die Kontaktteile eine andere Funktion aufweisen. Beispielsweise kann das Kontaktteil (auch als Pin bezeichnet) 202 für die Übertragung eines Pilotsignals verwendet werden (und mit einer Pilotleitung des Ladekabels 112 verbunden werden). Das Kontaktteil 201 kann für die Übertragung eines Proxy Signals verwendet werden. Die Kontaktteile 201, 202 können auch als Kommunikations-Kontaktteile bezeichnet werden, da sie eingerichtet sind, Kommunikationssignale für eine Kommunikation zwischen der Ladestation 110 und dem Fahrzeug 100 in Bezug auf den Ladevorgang zu ermöglichen. Das Kontaktteil 205 kann für den N-Leiter eines AC-Stroms verwendet werden und das Kontaktteil 203 kann für eine erste Phase L1 des AC-Stroms verwendet werden. Das Kontaktteil 207 kann beim AC-Laden für eine zweite Phase L2 des AC-Stroms und beim DC-Laden für DC– (DC Minus) verwendet werden. In analoger Weise kann das Kontaktteil 206 beim AC-Laden für eine dritte Phase L3 des AC-Stroms und beim DC-Laden für DC+ (DC Plus) verwendet werden. Die Kontaktteile 203, 205, 206, 207 können als Leistungs-Kontaktteile bezeichnet werden, da sie eingerichtet sind, elektrischen Strom zum Laden des elektrischen Speichers des Fahrzeugs 100 zu übertragen. Das Kontaktteil 204 kann eine Verbindung zur Masse bereitstellen. Es sei darauf hingewiesen, dass die oben genannte Belegung der Kontaktteile einer Ladedose 101 beispielhaft ist, und andere Belegungen möglich sind. Das Ladekabel 112 umfasst zu den Kontaktteilen 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207 entsprechende Leitungen (bzw. für einen Teil der Kontaktteile 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207).
  • 3 zeigt ein Blockdiagram beispielhafter Komponenten eines Fahrzeugs 100 zum Laden eines elektrischen Speichers 308 des Fahrzeugs 100. Die Komponenten können Teil einer Ladevorrichtung des Fahrzeugs 100 sein. Das Fahrzeug 100 umfasst die Ladedose 101, ein AC-Ladegerät 303, eine Kommunikationseinheit 301, eine Ladesteuerungseinheit 302, die HV-Batterie 308, ein DC-Schütz 305, 306, 307 und eine Spannungsmessung 304. Das AC-Ladegerät 303 wird typischerweise nur für das AC-Laden verwendet. Der DC-Schütz 305, 306, 307 kann dazu verwendet werden, bei DC-Laden die Kontaktteile 206, 207 direkt mit dem Energiespeicher 308 zu koppeln. Das AC-Ladegerät 303 kann einphasig (1ph) betrieben werden (wie in 3 dargestellt) oder auch dreiphasig (3ph). Für den dreiphasigen Betrieb werden zusätzlich das Kontaktteil 207 (für die zweite Phase L2) und das Kontaktteil 206 (für die dritte Phase L3) mit dem AC-Ladegerät 303 verbunden.
  • Die Ladevorrichtung des Fahrzeugs 100 kann eingerichtet sein, mit einer Ladestation 110 gemäß einem ersten Kommunikations-Protokoll zu kommunizieren. Wie in Zusammenhang mit 2 dargelegt, kann insbesondere über das Kontaktteil 202 und über eine entsprechende Pilotleitung des Ladekabels 112 ein Pilotsignal mit der Ladestation 110 ausgetauscht werden. Insbesondere kann über das Kontaktteil 202 und die entsprechende Leitung im Ladekabel 112 ein Pilotstromkreis ermöglicht werden, der zum Austausch des Pilotsignals zwischen einer Steuereinheit der Ladestation und der Kommunikationseinheit 301 bzw. der Ladesteuerungseinheit 302 des Fahrzeugs 100 dient. Die Ladesteuerungseinheit 302 des Fahrzeugs 100 kann eingerichtet sein, durch Einstellung eines vordefinierten Pegels des Pilotsignals einen ladebezogenen Zustand des Fahrzeugs 100 mitzuteilen. Die Steuereinheit der Ladestation 110 kann eingerichtet sein, durch Puls-Weiten Modulation (z.B. zwischen 7% und 97% Duty Cycle) des Pilotsignals dem Fahrzeug 100 mitzuteilen, welche Stromstärke bzw. Ladeleistung maximal von der Ladestation 110 bereitgestellt werden kann. Das Pilotsignal kann dabei mit einer vordefinierten Frequenz (z.B. 1kHz) zwischen zwei vordefinierten Pegeln oszillieren.
  • Ein Beispiel für ein derartiges Pegel- und/oder PWM-basiertes Kommunikations-Protokoll ist der IEC 61851-1 Standard. Dieser Standard definierte verschiedene Modi, wobei insbesondere der Mode 3 und der Mode 4 in Zusammenhang mit dem Laden an einer Ladestation 110 relevant sind. Insbesondere sind der Mode 3 für das AC-Laden und der Mode 4 für das DC-Laden an einer Ladestation 110 relevant. Das Kommunikations-Protokoll gemäß dem IEC 61851-1 Standard ist weitestgehend begrenzt auf die Übertragung des Status des Fahrzeugs 100 (besteht eine Ladeverbindung zu der Ladestation 110 oder nicht) und auf die Übertragung der maximalen Ladeleistung (mittels PWM) beschränkt.
  • Durch die unidirektionale Ladekommunikation gemäß dem IEC 61851-1 Standard können keine Fahrzeugdaten an die Ladestation 110 kommuniziert werden. Insbesondere ermöglicht der IEC 61851-1 Standard keine Funktionen wie anreizbasiertes Smart Charging und Plug&Charge.
  • Um einen erweiterten Austausch von Information zwischen Fahrzeug 100 und Ladestation 110 zu ermöglichen, kann ein Kommunikations-Protokoll verwendet werden, welches den Austausch von Nachrichten zwischen dem Fahrzeug 100 und der Ladestation 110 erlaubt. Ein Beispiel für ein solches Kommunikations-Protokoll ist in dem ISO/IEC 15118 Standard spezifiziert. Der ISO/IEC 15118 Standard verwendet Power Line Communication (PLC) zur Übertragung von Daten über die Pilotleitung. Insbesondere können auf Basis von PLC Datenpakete zwischen der Steuereinheit der Ladestation 110 und der Ladesteuerungseinheit 302 des Fahrzeugs 100 ausgetauscht werden.
  • Das Kommunikations-Protokoll gemäß dem ISO/IEC 15118 Standard ermöglicht es, Nachrichten zwischen Fahrzeug 100 und Ladestation 110 auszutauschen, mit denen sich das Fahrzeug 100 bei der Ladestation 110 identifizieren und ggf. authentifizieren kann. Desweiteren kann die Ladestation 110 das Fahrzeug 100 über die Kosten für elektrische Energie informieren. Desweiteren können Informationen bzgl. der zeitlichen Dauer eines Ladevorgangs und/oder bzgl. der Abrechnung der Kosten eines Ladevorgangs ausgetauscht werden. Das Kommunikations-Protokoll gemäß dem ISO/IEC 15118 Standard ermöglicht somit die Bereitstellung von Zusatzfunktionen, wie z.B. die zeitversetzte (ggf. Kosten-optimierte) Durchführung eines Ladevorgangs.
  • Ein Fahrzeug 100 und eine Ladestation 110 können eingerichtet sein, unterschiedliche Kommunikations-Protokolle zu verwenden. Beispielsweise kann das Fahrzeug 100 ein erstes Kommunikations-Protokoll (z.B. gemäß dem IEC 61851-1 Standard) verwenden und die Ladestation 110 kann ein zweites Kommunikations-Protokoll (z.B. gemäß dem ISO/IEC 15118 Standard) verwenden. Dabei kann das erste Kommunikations-Protokoll einen gegenüber dem zweiten Kommunikations-Protokoll reduzierten Funktionsumfang aufweisen.
  • 4 zeigt ein Kommunikationsmodul 400, welches es einem Nutzer des Fahrzeugs 100 mit dem ersten Kommunikations-Protokoll ermöglicht, beim Laden an der Ladestation 110, welche das zweite Kommunikations-Protokoll verwendet, den erweiterten Funktionsumfang des zweiten Kommunikations-Protokolls zu nutzen. Das Kommunikationsmodul 400 ist eingerichtet, mit der Ladestation 110 über das zweite Kommunikations-Protokoll 422 und mit dem Fahrzeug 100 über das erste Kommunikations-Protokoll 421 zu kommunizieren. Insbesondere umfasst das Kommunikationsmodul 400 eine erste Kommunikationseinheit 401, die eingerichtet ist, mit der Kommunikationseinheit 301 des Fahrzeugs 100 eine erste Kommunikationsverbindung gemäß dem ersten Kommunikations-Protokoll 421 aufzubauen und zu unterhalten. Desweiteren umfasst das Kommunikationsmodul 400 eine zweite Kommunikationseinheit 402, die eingerichtet ist, mit der Ladestation 110 (insbesondere mit einer Kommunikationseinheit der Ladestation 110) eine zweite Kommunikationsverbindung gemäß dem zweiten Kommunikations-Protokoll 422 aufzubauen und zu unterhalten.
  • Das Kommunikationsmodul 400 kann Teil des Ladekabels 112 sein. Insbesondere kann das Kommunikationsmodul 400 über einen ersten Kabelabschnitt des Ladekabels 112 mit einem Fahrzeug-seitigen Ladestecker 111 verbunden sein. Desweiteren kann das Kommunikationsmodul 400 über einen zweiten Kabelabschnitt des Ladekabels 112 mit der Ladestation 110 bzw. mit einem Ladestations-seitigen Ladestecker 411 verbunden sein. Bei den Ladesteckern 111, 411 kann es sich z.B. um IEC 62196-3 Typ 1/2 Stecker handeln. Bei dem Ladekabel 112 kann es sich um ein IEC 61851 Mode 3 Ladekabel (für AC-Laden) handeln. Es kann somit ein Ladevorgang für AC-Laden ermöglicht werden. Das Kommunikationsmodul 400 kann als Hardware/Software-Einheit in einem Gehäuse auf dem Ladekabel 112 zwischen Fahrzeug 100 und Ladestation 110 angeordnet sein.
  • Das Kommunikationsmodul 400 umfasst eine Steuereinheit 404, die eingerichtet ist, eine interne Kommunikationsverbindung zwischen der ersten und zweiten Kommunikationseinheit 401, 402 zu ermöglichen. Insbesondere kann eine von der Ladestation 110 empfangene Nachricht ausgewertet werden, und wenn es das erste Kommunikations-Protokoll 421 ermöglicht, über das Ladekabel 112 an das Fahrzeug 100 weiterleitet werden. Dazu kann das jeweilige Kommunikationsformat verwendet werden (d.h. z.B. PLC im Falle des zweiten Kommunikations-Protokolls 422 bzw. PWM im Falle des ersten Kommunikations-Protokolls 421). In analoger Weise kann eine von dem Fahrzeug 100 empfangene Nachricht / Information über das Ladekabel 112 an die Ladestation 110 weitergeleitet werden.
  • Die Steuereinheit 404 ist weiter eingerichtet, über eine dritte Kommunikationseinheit 403 eine dritte Kommunikationsverbindung (z.B. eine drahtlose Kommunikationsverbindung, wie etwa WLAN oder Bluetooth) mit einer Benutzereinheit 410 aufzubauen. Die Benutzereinheit 410 kann eine Benutzerschnittstelle für einen Nutzer des Fahrzeugs 100 bereitstellen. Die Benutzereinheit 410 kann insbesondere eine Software-Applikation umfassen, die z.B. auf einem persönlichen elektronischen Gerät (z.B. auf einem Smartphone) des Nutzers und/oder auf einer Head Unit des Fahrzeugs 100 installiert ist. Die Benutzereinheit 410 kann es einem Nutzer ermöglichen, Daten einzugeben, die an die Ladestation 110 übermittelt werden sollen, und/oder Daten von der Ladestation 110 zu empfangen und einzusehen.
  • Die Steuereinheit 404 des Kommunikationsmoduls 400 ist eingerichtet, eine über das zweite Kommunikations-Protokoll 422 empfangene Nachricht der Ladestation 110 an die Benutzereinheit 410 weiterzuleiten. Insbesondere kann eine Nachricht, die nicht über das erste Kommunikations-Protokoll 421 direkt an das Fahrzeug 100 gesendet werden kann, an die Benutzereinheit 410 gesendet werden. Beispielsweise können Informationen in Bezug auf Zusatzdienste der Ladestation an die Benutzereinheit 410 weitergeleitet werden.
  • In umgekehrter Richtung ist die Steuereinheit 404 eingerichtet, von der Benutzereinheit 410 empfangene Daten über das zweite Kommunikations-Protokoll 422 an die Ladestation 110 zu senden. Beispielsweise können Daten, die die Identifikation/Authentisierung des Fahrzeugs 100 an der Ladestation 110 ermöglichen, über die Benutzereinheit 410 an die Ladestation 110 gesendet werden.
  • Die Steuereinheit 404 kann eingerichtet sein, insoweit eine direkte Kommunikation zwischen Ladestation 110 und Fahrzeug 100 zu ermöglichen, wie es die Schnittmenge der Funktionen aus dem ersten Kommunikations-Protokoll 421 und dem zweiten Kommunikations-Protokoll 422 ermöglicht. Andererseits können Funktionen, die nur über das zweite Kommunikations-Protokoll 422 möglich sind, durch eine Verbindung zwischen der Benutzereinheit 410 und der Ladestation 110 bereitgestellt werden.
  • In einem konkreten Beispiel entsprechen das erste Kommunikations-Protokoll 421 dem IEC 61851-1 Standard und das zweite Kommunikations-Protokoll dem ISO/IEC 15118 Standard. Die erste Kommunikationseinheit 401 ist dann eingerichtet, ein PWM Signal auf die Pilotleistung des Ladekabels 112 zu legen, um die maximale Ladeleistung der Ladestation 110 an das Fahrzeug 100 zu kommunizieren. Diese Information kann zuvor von der Ladestation 110 über eine entsprechende ISO/IEC 15118 – Nachricht an das Kommunikationsmodul 400 übermittelt worden sein. Die zweite Kommunikationseinheit 402 ist zu diesem Zweck eingerichtet, eine PLC Datenverbindung mit der Ladestation 110 aufzubauen.
  • Nachrichten aus dem ISO/IEC 15118 Standard, die nicht gemäß dem IEC 61851-1 Standard an das Fahrzeug 100 gesendet werden können bzw. die nicht gemäß dem IEC 61851-1 Standard von dem Fahrzeug 100 bereitgestellt werden können, können an die Benutzereinheit 410 gesendet bzw. von der Benutzereinheit 410 bereitgestellt werden. So wird, trotz begrenzter Kommunikationsfähigkeiten des Fahrzeugs 100, die Umsetzung von Funktionen wie Smart Charging und/oder Plug&Charge ermöglicht.
  • Durch das Kommunikationsmodul 400 wird somit ein nachzurüstender fahrzeuginterner Konverter bzw. ein fahrzeugexterner Mode 3 Cable Konverter bereitgestellt, der eine einfache Nachrüstung von Ladefunktionen ermöglicht. Das Kommunikationsmodul 400 kann eingerichtet sein, ISO 15118 Nachrichten, insbesondere in Bezug auf Smart Charging und/oder Plug&Charge, zu interpretieren. Andererseits kann das Kommunikationsmodul 400 eingerichtet sein, einen AC-Ladevorgang gemäß IEC61851-1 zu steuern. Die Konfiguration und Steuerung des Kommunikationsmoduls 400 kann über die Benutzereinheit 410 erfolgen.
  • Das Kommunikationsmodul 400 ermöglicht eine effiziente Funktionserweiterung von Fahrzeugen 100, die eine Ladekommunikation gemäß dem IEC61851-1 Standard umsetzen. Insbesondere können Funktionen wie Plug&Charge und/oder Smart Charging bereitgestellt werden.
  • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 500 zur Steuerung eines elektrischen Ladevorgangs eines Fahrzeugs 100 an einer Ladestation 110 über ein Ladekabel 112. Insbesondere kann ein AC-Ladevorgang gesteuert werden. Das Fahrzeug 100 ist eingerichtet, über das Ladekabel 112 gemäß einem ersten Kommunikations-Protokoll 421 zu kommunizieren. Die Ladestation 110 ist eingerichtet, über das Ladekabel 112 gemäß einem zweiten Kommunikations-Protokoll 422 zu kommunizieren. Das zweite Kommunikations-Protokoll 422 ermöglicht dabei die Übermittlung von Daten bzw. von Information, die nicht mit dem ersten Kommunikations-Protokoll 421 übermittelt werden können bzw. kann.
  • Das Verfahren 500 umfasst das Empfangen 501 von Ladestations-Daten gemäß dem zweiten Kommunikations-Protokoll 422 von der Ladestation 110. Die Ladestations-Daten können dabei insbesondere von dem in diesem Dokument beschriebenen Kommunikationsmodul 400 empfangen werden. Desweiteren umfasst das Verfahren 500 das Ermitteln 502, ob das erste Kommunikations-Protokoll 421 die Übermittlung der Ladestations-Daten ermöglicht. Außerdem umfasst das Verfahren 500 das Senden 503 der Ladestations-Daten (bzw. entsprechender Daten) gemäß dem ersten Kommunikations-Protokoll 421 an das Fahrzeug 100, wenn ermittelt wird, dass das erste Kommunikations-Protokoll 421 die Übermittlung der Ladestations-Daten ermöglicht. Somit kann der Ladevorgang direkt zwischen Fahrzeug 100 und Ladestation 110 gesteuert werden. Desweiteren kann das Verfahren 500 umfassen, das Senden 503 der Ladestations-Daten (bzw. entsprechender Daten) über ein von dem Ladekabel 112 getrenntes Übertragungsmedium (z.B. über eine WLAN Verbindung) an eine Benutzereinheit 410, insbesondere wenn ermittelt wird, dass das erste Kommunikations-Protokoll 421 nicht die Übermittlung der Ladestations-Daten ermöglicht. So können ggf. über die Benutzereinheit 410 Zusatzdienste für den Ladevorgang bereitgestellt werden.
  • 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 600 zum Austausch von Information bzgl. eines Ladevorgangs. Wie oben dargelegt, können Daten (insbesondere Zusatz-Daten) von der Ladestation 110 über das Kommunikationsmodul 400 an die Benutzereinheit 410 gesendet werden. In umgekehrter Richtung (und ggf. in Reaktion auf den Empfang von Daten von der Ladestation 110) kann die Benutzereinheit 410 über das Kommunikationsmodul 400 Daten (z.B. eine bestimmte Auswahl) an die Ladestation 110 senden. Das Verfahren 600 umfasst daher das Empfangen 601 von Daten von der Benutzereinheit 410 an dem Kommunikationsmodul 400. Desweiteren umfasst das Verfahren 600 das Weiterleiten 602 dieser Daten (typischerweise in einem Format, das dem zweiten Kommunikations-Protokoll 422 entspricht) an die Ladestation 110. Dazu kann das Kommunikationsmodul 400 ggf. die Daten in das zweite Kommunikations-Protokoll 422 konvertieren. Es kann somit mittels der Verfahren 500, 600 eine zweiseitige Kommunikation zwischen der Ladestation 110 und der Benutzereinheit 410 erfolgen.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • IEC61851-1 Standard [0012]
    • ISO/IEC 15118 Standard [0012]
    • ISO/IEC 15118 [0012]
    • IEC61851-1 Standard [0012]
    • IEC 62196-3 [0030]
    • IEC 61851-1 Standard [0034]
    • IEC 61851-1 Standard [0034]
    • IEC 61851-1 Standard [0035]
    • IEC 61851-1 Standard [0035]
    • ISO/IEC 15118 Standard [0036]
    • ISO/IEC 15118 Standard [0036]
    • ISO/IEC 15118 Standard [0037]
    • ISO/IEC 15118 Standard [0037]
    • IEC 61851-1 Standard [0038]
    • ISO/IEC 15118 Standard [0038]
    • IEC 62196-3 Typ 1/2 [0040]
    • IEC 61851 [0040]
    • IEC 61851-1 Standard [0046]
    • ISO/IEC 15118 Standard [0046]
    • ISO/IEC 15118 [0046]
    • ISO/IEC 15118 Standard [0047]
    • IEC 61851-1 Standard [0047]
    • IEC 61851-1 Standard [0047]
    • ISO 15118 [0048]
    • IEC61851-1 [0048]
    • IEC61851-1 Standard [0049]

Claims (10)

  1. Kommunikationsmodul (400) geeignet zur Anwendung bei einem elektrischen Ladevorgang eines Fahrzeugs (100) an einer Ladestation (110) über ein Ladekabel (112), wobei das Fahrzeug (100) eingerichtet ist, über das Ladekabel (112) gemäß einem ersten Kommunikations-Protokoll (421) zu kommunizieren, wobei die Ladestation (110) eingerichtet ist, über das Ladekabel (112) gemäß einem zweiten Kommunikations-Protokoll (422) zu kommunizieren, wobei das zweite Kommunikations-Protokoll (422) die Übermittlung von Daten ermöglicht, die nicht mit dem ersten Kommunikations-Protokoll (421) übermittelt werden können, wobei das Kommunikationsmodul (400) eingerichtet ist, – Ladestations-Daten gemäß dem zweiten Kommunikations-Protokoll (422) von der Ladestation (110) zu empfangen; – den Ladestations-Daten entsprechende Daten gemäß dem ersten Kommunikations-Protokoll (421) an das Fahrzeug (100) zu senden, wenn das erste Kommunikations-Protokoll (421) die Übermittlung der Ladestations-Daten ermöglicht; und – den Ladestations-Daten entsprechende Daten über ein von dem Ladekabel (112) getrenntes Übertragungsmedium an eine Benutzereinheit (410) zu senden, wenn das erste Kommunikations-Protokoll (421) nicht die Übermittlung der Ladestations-Daten ermöglicht.
  2. Kommunikationsmodul (400) gemäß Anspruch 1, wobei – das Ladekabel eine Kommunikationsleitung, insbesondere eine Pilotleitung, umfasst; – das erste Kommunikations-Protokoll (421) ein Pulsweiten-moduliertes Signal auf der Kommunikationsleitung zur Übermittlung von Daten verwendet; und – das zweite Kommunikations-Protokoll (422) Power Line Communication zur Übermittlung von Daten auf der Kommunikationsleitung verwendet.
  3. Kommunikationsmodul (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – das erste Kommunikations-Protokoll (421) eine Kommunikation gemäß dem IEC61851-1 Standard ermöglicht; und/oder – das zweite Kommunikations-Protokoll (422) eine Kommunikation gemäß dem ISO/IEC 15118 Standard ermöglicht.
  4. Kommunikationsmodul (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – das von dem Ladekabel (112) getrennte Übertragungsmedium ein drahtloses Übertragungsmedium umfasst; und/oder – das Kommunikationsmodul (400) eingerichtet ist, eine WLAN und/oder Bluetooth Verbindung zu der Benutzereinheit (410) aufzubauen.
  5. Kommunikationsmodul (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Benutzereinheit (410), – eine Benutzerschnittstelle für einen Nutzer des Fahrzeugs (100) umfasst; – eine Software-Applikation umfasst; – ein persönliches elektronisches Gerät, insbesondere ein Smartphone oder einen Tablet-PC, des Nutzers des Fahrzeugs (100) umfasst; und/oder – eine Head Unit des Fahrzeugs (100) umfasst.
  6. Kommunikationsmodul (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es das erste Kommunikations-Protokoll (421) – einer Ladestation (110) ermöglicht, zu ermitteln, ob ein Fahrzeug (100) über ein Ladekabel (112) mit der Ladestation (110) verbunden ist; und/oder – einem Fahrzeug (100) ermöglicht, eine Ladeleistung zu ermitteln, die maximal von einer Ladestation (110), mit der das Fahrzeug (100) über ein Ladekabel (112) verbunden ist, bereitgestellt werden kann.
  7. Kommunikationsmodul (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – es das zweite Kommunikations-Protokoll (422) einer Ladestation (110) und einem Fahrzeug (100), die über ein Ladekabel (112) miteinander verbunden sind, ermöglicht, Zusatz-Daten in Bezug auf eine Identität des Fahrzeugs (100), in Bezug auf eine Dauer des Ladevorgangs, in Bezug auf eine Eigenschaft der von der Ladestation (110) bereitgestellten elektrischen Energie, und/oder in Bezug auf die Abrechnung der von der Ladestation (110) in dem Ladevorgang bereitgestellten elektrischen Energie zu versenden bzw. zu empfangen; – die Zusatz-Daten nicht über das erste Kommunikations-Protokoll (421) versendet bzw. empfangen werden können; und – das Kommunikationsmodul (400) eingerichtet ist, die Zusatz-Daten von der Ladestation (110) an die Benutzereinheit (410) zu senden, und/oder umgekehrt.
  8. Kommunikationsmodul (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kommunikationsmodul (400) umfasst, – eine erste Kommunikationseinheit (401), die eingerichtet ist, über einen ersten Kabelabschnitt des Ladekabels (112) eine erste Kommunikationsverbindung gemäß dem ersten Kommunikations-Protokoll (421) mit dem Fahrzeug (100) aufzubauen; – eine zweite Kommunikationseinheit (402), die eingerichtet ist, über einen zweiten Kabelabschnitt des Ladekabels (112) eine zweite Kommunikationsverbindung gemäß dem zweiten Kommunikations-Protokoll (422) mit der Ladestation (110) aufzubauen; – eine dritte Kommunikationseinheit (403), die eingerichtet ist, über das von dem Ladekabel (112) getrennte Übertragungsmedium eine dritte Kommunikationsverbindung mit der Benutzereinheit (410) aufzubauen; und – eine Steuereinheit (404), die eingerichtet ist, – zu ermitteln, ob die Ladestations-Daten über das erste Kommunikations-Protokoll (421) an das Fahrzeug (100) übermittelt werden können; – wenn dies der Fall ist, die erste Kommunikationseinheit (401) zu veranlassen, die den Ladestations-Daten entsprechenden Daten gemäß dem ersten Kommunikations-Protokoll (421) an das Fahrzeug (100) zu senden; und – wenn dies nicht der Fall ist, die dritte Kommunikationseinheit (403) zu veranlassen, die den Ladestations-Daten entsprechenden Daten an die Benutzereinheit (410) zu senden.
  9. Kommunikationsmodul (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kommunikationsmodul (400) eingerichtet ist, – Benutzereinheit-Daten von der Benutzereinheit (410) zu empfangen; – zu ermitteln, ob die Benutzereinheit-Daten an die Ladestation (110) weitergeleitet werden sollen; und – wenn dies der Fall ist, den Benutzereinheit-Daten entsprechende Daten gemäß dem zweiten Kommunikations-Protokoll (422) an die Ladestation (110) zu senden.
  10. Ladekabel (112) für einen elektrischen Ladevorgang eines Fahrzeugs (100) an einer Ladestation (110), wobei das Ladekabel (112) umfasst, – eine Fahrzeug-seitige Schnittstelle (111), die eingerichtet ist, eine elektrisch leitende Verbindung zu einer entsprechenden Schnittstelle (101) des Fahrzeugs (100) zu bilden; – ein Kommunikationsmodul (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; – einen ersten Kabelabschnitt, der die Fahrzeug-seitige Schnittstelle (111) mit dem Kommunikationsmodul (400) verbindet; – eine Ladestations-seitige Schnittstelle (411), die eingerichtet ist, eine elektrisch leitende Verbindung zu einer entsprechenden Schnittstelle der Ladestation (110) zu bilden; und – einen zweiten Kabelabschnitt, der die Ladestations-seitige Schnittstelle (411) mit dem Kommunikationsmodul (400) verbindet.
DE102015208786.7A 2015-05-12 2015-05-12 Kommunikationsmodul für den Ladevorgang eines Fahrzeugs Pending DE102015208786A1 (de)

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