CN102971985B - 车辆蓄电池充电的方法和控制单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于通过授权的充电站来给车辆蓄电池充电的方法。首先在由车辆的充电控制单元成功地临时验证了充电站的数字证书之后建立在车辆的充电控制单元和充电站之间的以密码方式受保护的第一通信连接。然后建立在车辆的充电控制单元和充电站的授权服务器之间的第二通信连接。充电控制单元经由所建立的第二通信连接向充电站的授权服务器发送临时验证的充电站数字证书或从中所提取的检验信息，授权服务器借助其来执行各自充电站的授权检验。最终由授权服务器经由第二通信连接向车辆的充电控制单元发送授权检验结果，该充电控制单元根据所接收的授权检验结果控制用于通过充电站来给车辆蓄电池充电的充电过程。充电方法和充电控制单元允许在很大程度上防止操纵地和运行安全地通过充电站来给电动车辆蓄电池充电。

Description

车辆蓄电池充电的方法和控制单元
技术领域
本发明涉及用于通过授权的充电站来给电动车辆的蓄电池充电的方法和控制单元。
背景技术
电动车辆可以具有一个或多个蓄电池，所述蓄电池存储电荷，借助所述电荷驱动电动机。在车辆运行中，电动车辆的蓄电池被排空和必须重新被充电。为此将电动车辆连接到与供电电网相连接的充电柱上，其中，充电柱提供用于对蓄电池充电的所需要的能量。可以经由电缆或借助感应线圈进行车辆的充电。例如充电柱可以位于用于停放车辆的停车场上，或位于路边。其电动车辆需要使在车辆中所装入的蓄电池充电的驾驶员，为了充电而将其电动车辆例如连接到位于路边或加油站处的电充电柱上。与加油站旁的汽油加油塔不同，电充电柱也可以位于大量其它可能的安置地点，尤其是停车楼和停车场。特别在这些情况下，驾驶员可能不知道，谁运营相应的充电柱和该驾驶员从哪家供电商实际上获取所需要的电流。
因此存在以下的危险，由第三方操纵的充电柱被安置，或已有的充电柱***纵，这些充电柱用比由充电柱通知驾驶员的较少的电流量或电荷量来对车辆的蓄电池充电。
发明内容
因此本发明的任务是，提供用于对车辆蓄电池充电的方法和控制设备，其提高了针对这样的操纵的安全性。
根据本发明通过具有在权利要求1中所说明的特征的方法来解决该任务。
本发明提供用于通过授权的充电站来给车辆蓄电池充电的方法，具有以下的步骤：
在由车辆的充电控制单元成功地临时验证了充电站的数字证书之后建立在车辆的充电控制单元和充电站之间的以密码方式受保护的第一通信连接；
建立在车辆的充电控制单元和充电站的授权服务器之间的第二通信连接；
由车辆的充电控制单元经由所建立的第二通信连接向充电站的授权服务器发送临时验证的充电站数字证书或从中所提取的检验信息，授权服务器借助其来执行各自充电站的授权检验；和
由授权服务器经由第二通信连接向车辆的充电控制单元发送授权检验结果，该充电控制单元根据所接收的授权检验结果来控制用于通过充电站来给车辆蓄电池充电的充电过程。
在本发明方法的一种实施形式中，借助TLS，SSL或IPsec以密码方式对第一通信连接进行保护。
在本发明方法的一种可能的实施形式中，经由充电站建立在车辆的充电控制单元和授权服务器之间的第二通信连接。
在该实施形式中利用：充电站通常拥有与数据网、尤其是因特网的数据连接。
在本发明方法的一种可能的实施形式中，经由存在于车辆的充电控制单元和充电站之间的第一通信连接，隧穿地（getunnelt）建立在车辆的充电控制单元和授权服务器之间的第二通信连接。
在本发明方法的一种可能的实施形式中，同样以密码方式对在车辆的充电控制单元和授权服务器之间的第二通信连接进行保护。
在本发明方法的一种可能的实施形式中，由授权服务器向车辆的充电控制单元所发送的授权检验结果具有经由在车辆的充电控制单元和充电站之间的第一通信连接的数据通信用的过滤规则。
在一种可能的实施形式中，代替过滤规则本身，可以传输用于通过车辆的充电控制单元激活这样的过滤规则的控制信号或控制数据。这些过滤规则例如可以存放在车辆的数据存储器中，其中车辆的充电控制单元对所述数据存储器进行访问。
在本发明方法的一种可能的实施形式中，由授权服务器向车辆的充电控制单元所发送的授权检验结果具有用来控制用于通过充电站来给车辆充电的充电过程的充电规则。代替充电规则本身，也可以从授权服务器向车辆的充电控制单元经由第二通信连接传输用于通过车辆的充电控制单元激活这样的充电规则的控制数据或控制信号。这些充电规则同样可以位于车辆的数据存储器中，车辆的充电控制单元对所述数据存储器进行访问。
在本发明方法的一种可能的实施形式中，充电控制单元根据所接收的充电规则或本地激活的充电规则借助从充电站向车辆所传输的电能对在车辆中所含有的蓄电池充电。
在本发明方法的一种可能的实施形式中，充电站经由与车辆的电流端子相连接的充电电缆对车辆的蓄电池充电。
在一种替代的实施形式中，充电站通过借助感应线圈的感应式能量传输对车辆的蓄电池充电。
在本发明方法的一种可能的实施形式中，经由电流充电电缆借助电力线通信（PLC，Power Line Communication）来确立在车辆的充电控制单元和充电站之间的第一通信连接。
在本发明方法的一种替代的实施形式中，经由平行于充电电缆伸展的或集成在充电电缆中的平行于充电线路运行的数据线路来确立在车辆的充电控制单元和充电站之间的第一通信连接。
在本发明方法的一种其它可能的实施形式中，经由例如WLAN的无线电接口来确立在车辆的充电控制单元和充电站之间的第一通信连接。
本发明还提供了具有在权利要求13中所说明的特征的充电控制单元。
本发明提供了用于通过为此所授权的充电站来给车辆蓄电池充电的、用于车辆的充电控制单元，具有
计算单元，用于临时验证由充电站所接收的充电站数字证书，
其中，充电控制单元向授权服务器传输临时验证的证书或从中所提取的检验信息用于确定充电站控制单元从授权服务器接收的授权检验结果，
其中，充电控制单元根据所接收的授权检验结果来控制用于通过充电站来给车辆蓄电池充电的充电过程。
在本发明充电控制单元的一种实施形式中，充电站在由充电控制单元所控制的充电过程中经由充电电缆或借助感应式能量传输根据充电规则对车辆的蓄电池充电，所述充电规则由授权服务器连同授权检验结果向充电控制单元传输，或所述充电规则由充电控制单元通过与授权检验结果一起传输的控制数据来激活。
在本发明充电控制单元的一种可能的实施形式中，经由充电电缆存在在车辆的充电控制单元和充电站之间的第一通信连接，其中，借助电力线通信PLC进行数据传输。
在一种替代的实施形式中，经由平行于充电电缆伸展的或集成在充电电缆中的平行于充电线路运行的数据线路存在在车辆的充电控制单元和充电站之间的第一通信连接。
在本发明充电控制单元的一种其它可能的实施形式中，经由无线电接口，尤其是WLAN，存在在车辆的充电控制单元和充电站之间的第一通信连接。
附图说明
以下参照附图来描述用于通过授权的充电站对车辆充电的本发明方法和本发明控制单元的实施形式。
图1展示了用于描述本发明方法的可能实施形式的流程图；
图2展示了用于描述本发明方法的功能方式的信号图；
图3展示了用于描述本发明充电控制单元的功能方式的框图。
具体实施方式
如可以从图1中识别的那样，用于通过为此所授权的充电站来给车辆充电的本发明方法基本上由四个步骤S1至S4组成。
在第一步骤S1中，在由车辆F的充电控制单元LSE成功地临时验证充电站LS的数字证书Z之后建立在车辆F的充电控制单元LSE和充电站LS之间的以密码方式受保护的第一通信连接KV1。在一种可能的实施形式中，车辆首先用车辆的或车辆持有者的用户ID在充电站LS处登记，并且首先进行充电站LS的单方面的鉴权。车辆为此从充电站LS收到充电站LS的数字证书Z，该数字证书Z在车辆的充电控制单元LSE侧被检验。车辆例如可以借助IKE/IPsec或TLS建立通向充电柱LS的受保护的或以密码方式受保护的通信连接，该充电柱LS在成功地验证证书Z之后借助数字证书相对车辆进行鉴权。在一种替代的变型方案中，当在使用充电站LS的验证的证书Z情况下建立了通向充电站LS的以密码方式受保护的通信连接KV1之后，车辆才传输车辆的或车辆持有者的用户ID。
在此成功地结束通向充电站的以密码方式受保护的连接KV1的建立，即成功地结束IKE协议或TLS协议，并且由车辆将充电站作为成功地鉴权的来对待，尽管充电柱的证书还没有由车辆最后地检验。
在第二步骤S2中，建立在车辆的充电控制单元LSE和充电站的授权服务器AS之间的第二通信连接KV2，如也在图2中所示出的那样。在一种可能的实施形式中，经由充电站LS建立在车辆的充电控制单元LSE和授权服务器AS之间的该第二通信连接KV2。充电站LS在此经由数据网，例如因特网，与授权服务器AS相连接。在一种其它的实施形式中，经由已经在车辆F的充电控制单元LSE和充电站LS之间存在的第一通信连接KV1隧穿地建立在车辆的充电控制单元LSE和授权服务器AS之间的第二通信连接KV2。该隧穿连接因此形成第二通信连接KV2的子区段，如这在图2中所示出的那样。
在一种替代的实施形式中，可将第二通信连接KV2作为通向授权服务器AS的独立的数据连接来建立。如果车辆F例如拥有无线电模块，则可以例如经由移动无线电接入网和通向授权服务器AS的相应的后端（Backend）网络来建立第二通信连接KV2。在该实施形式中，第二通信连接KV2因此不经由充电站LS伸展。该实施形式具有以下优点：它进一步针对充电站LS的操纵提高安全性。在一种可能的实施形式中，同样以密码方式保护在车辆F的充电站LSE和授权服务器AS之间的第二通信连接KV2。
在另一步骤S3中，如在图1中所示出的那样，由车辆F的充电控制单元LSE经由所建立的第二通信连接KV2向充电站的授权服务器AS发送或传输充电站LS的临时验证的数字证书Z或从中所提取的检验信息。在授权服务器AS处，借助所接收的检验信息或所接收的证书Z，执行充电站LS的授权检验。授权检验者因此检验数字证书Z的有效性，并且可以附加地检验，车辆的拥有者是否允许使用该充电站LS。在一种可能的实施形式中，授权服务器AS是供电商的授权服务器。此外，授权服务器AS可以是将不同供电商的客户的电流获取（Strombezug）进行结算的票据交换所（Clearing House）的授权服务器。如果充电站LS的所接收的临时验证的数字证书Z是实际上有效的，并且车辆拥有者受权通过该充电站LS获取电流，则授权服务器AS在步骤S4中向车辆F的充电控制单元LSE发送相应的授权检验结果APE。车辆F的充电控制单元LSE根据所接收的授权检验结果APE来控制用于通过充电站LS来给车辆充电的充电过程。授权检验结果APE受权在该充电站LS处的充电过程。
在本发明方法中，如图1和2中所示出的那样，建立在车辆F的充电控制单元LSE和充电站LS之间的受保护的第一通信连接KV1，其中，随后才最终检验安全参数，也就是说例如数字证书Z。在充电控制单元LSE侧，临时验证充电站LS的数字证书Z，但是所实现的应用、即充电过程的应用策略与最终由授权服务器AS所检验的数字证书Z有关。本发明方法的优点在于，在车辆F的存储器中不必维持信息数据：允许由车辆F使用哪些充电站LS和在此应遵守哪些限制。由此显著地降低用于管理数据的管理耗费。此外，避免存储在车辆F上的数据变陈旧的危险。在本发明方法中，进行充电站LS的时间上错开的鉴权或权利检验和随后的授权或权限分配。通过时间上错开的鉴权/授权，可以经由已有的以密码方式受保护的通信连接、尤其是TLS连接来触发行动。
在本发明方法的一种优选的实施形式中，在步骤S3中由授权服务器AS向车辆F的充电控制单元LSE所发送的授权检验结果APE具有经由在车辆F的充电控制单元LSE和充电站LS之间的第一通信连接KV1的数据通信用的过滤规则FR。代替过滤规则本身，在授权服务器AS侧也可以经由第二通信连接KV2来传输用于通过车辆F内的充电控制单元LSE激活这样的过滤规则FR的控制信号或控制数据。在此情况下，车辆F的充电控制单元LSE于是从车辆F的本地数据存储器中读出数据通信用的所激活的过滤规则FR。过滤规则FR例如可以说明，是否许可或阻止通信连接。其它可能的过滤规则FR可以涉及地址、协议或端口。此外，过滤规则FR可以含有应用协议过滤规则，例如许可的http命令或网络服务命令。
在本发明方法的一种其它可能的实施形式中，由授权服务器AS向车辆F的充电控制单元LSE所发送的授权检验结果APE具有用于控制用来通过充电站LS给车辆F充电的充电过程的充电规则LR。代替充电规则LR本身，授权服务器AS也可以经由第二通信连接KV2向车辆F的充电控制单元LSE传输用于激活这样的充电规则LR的控制信号或控制数据。在此情况下，由充电控制单元LSE根据所接收的控制信号在本地激活相应的充电规则LR，其方式是例如从本地数据存储器中读出它们。在该实施形式中，充电控制单元LSE根据所接收的或所激活的充电规则LR对在车辆F中所含有的蓄电池AK充电。充电规则LR例如可以说明，用何种充电特性对车辆F的蓄电池AK充电。例如通过充电规则LR可以预先给定充电过程的时间走向。通过充电规则LR可以在充电过程时考虑车辆蓄电池AK的种类或类型，以便例如尤其是在过快的充电时防止车辆蓄电池AK的损害或破坏。在车辆F的充电控制单元LSE在步骤S4中已收到包括数据通信用的过滤规则FR和用于控制充电过程的充电规则LR的授权检验结果APE之后，它可以根据所接收的授权检验结果APE有针对性地控制车辆F通过充电站LS的充电过程。如图2中所示出的那样，车辆F的充电控制单元LSE经由第一通信连接KV1向充电站LS发送请求信号，以便引入充电周期LZ。在该充电周期LZ中，由充电站LS以电流I或电荷Q对蓄电池AK充电。在一种可能的实施形式中，可以借助由授权服务器AS所提供的令牌来说明所获取的电流量。
在一种可能的实施形式中，充电控制单元LSE以签过名的形式确认从充电站LS所接收的能量量。在一种可能的实施形式中，由充电站LS向授权服务器AS报告由充电站LS在充电周期中所提供的能量量，以便进行结算。
图3展示了用于阐述位于车辆F内的本发明充电控制单元LSE的功能方式的框图。充电控制单元LSE拥有用于临时验证从充电站LS所接收的数字证书Z的计算单元。充电控制单元LSE连接到经由其可以建立通向充电站LS的数据连接的通信接口或接口电路上。经由该接口，充电控制单元LSE经由第一通信连接KV1接收充电站LS的数字证书Z。在临时验证了该数字证书Z之后，充电控制单元LSE在建立了通向授权服务器AS的第二通信连接KV2之后经由相同的或另外的接口发送该临时验证的数字证书Z。在经由接口接收了授权检验结果APE之后，充电控制单元LFE控制用于通过充电站LS对车辆F的蓄电池AK充电的充电过程。充电控制单元LSE为此例如可以操控在车辆F中存在的、设置在电流端子A和待充电的蓄电池AK之间的充电调节器R。在所示出的实施例中， 充电站LS的电流充电电缆LK的插头S***在车辆F的电流端子A中。由充电站LS经由电流充电电缆LK所提供的电流I经由电流端子A和电流线路到达电流调节器或充电调节器R，并且根据充电控制信号CRTL对车辆F的蓄电池AK充电。可以在考虑由充电控制单元LSE从车辆F的本地数据存储器中所读出的充电规则LR的情况下进行充电。如图3中所示出的那样，经由在车辆F的充电控制单元LSE和充电站LS之间的第一通信连接KV1的数据通信的过滤用的过滤规则FR也可以位于该数据存储器中。充电控制单元LSE可以具有一个或多个用于实施相应的充电程序的微处理器。充电程序可以位于程序存储器中。
在图3中所示出的实施例中，经由电流充电电缆LK进行从充电站LS向蓄电池AK的能量传输。替代地也可以借助感应线圈从充电站LS向充电调节器R感应地传输电流I。
在图3中所示出的实施形式中，经由相同的接口建立两个通信连接KV1和KV2。在一种替代的实施形式中，经由分开的不同的数据接口来建立两个通信连接。在一种其它可能的实施形式中，如图3中所示出的那样，不经由数据接口，而是经由充电电缆LK借助电力线通信PLC建立第一通信连接KV1。可以经由无线的接口或经由有线的接口建立第一和第二通信连接。
在一种可能的实施形式中，图3中所示出的车辆F的蓄电池AK是可以替换的。在一种可能的实施形式中，车辆F的充电控制单元LSE例如借助设置在蓄电池AK处的电子标记，可以识别所装入的蓄电池AK的类型。可以向授权服务器AS报告蓄电池AK的该识别的类型，用于选择充电规则LR。充电规则LR要么由授权服务器AS连同授权检验结果APE经由第二通信连接KV2向车辆F传输，要么由充电控制单元LSE在接收了相应的选择指令之后从本地数据存储器中读出。
在本发明充电控制单元LSE的一种可能的实施形式中，该充电控制单元LSE集成在车辆F的可替换的蓄电池AK中。在一种可能的实施形式中，该车辆蓄电池除了存储单元之外，还具有充电调节器R和拥有数据接口的充电控制单元LSE。本发明因此也提供智能的车辆蓄电池AK，其具有用于通过为此所授权的充电站LS对车辆蓄电池AK充电的集成的充电控制单元LSE。该车辆蓄电池AK可以装入不同类型的车辆F中，例如机动车，尤其是小客车（PKW）、载重汽车（LKW）或公共汽车。电动车辆F例如也可以是高尔夫车。此外，车辆F也可以是电动水上车辆，或有轨电动车。本发明方法和本发明充电控制单元LSE因此可以在多方面被使用。

Claims (16)

1.用于通过授权的充电站（LS）对车辆（F）的蓄电池（AK）充电的方法，具有以下的步骤：
a）在由车辆（F）的充电控制单元（LSE）成功地临时验证充电站（LS）的数字证书（Z）之后，建立（S1）在车辆（F）的充电控制单元（LSE）和充电站（LS）之间的以密码方式受保护的第一通信连接（KV1）；
b）建立（S2）在车辆（F）的充电控制单元（LSE）和充电站的授权服务器（AS）之间的第二通信连接（KV2）；
c）由车辆（F）的充电控制单元（LSE）经由所建立的第二通信连接（KV2）向充电站的授权服务器（AS）发送（S3）充电站（LS）的临时验证的数字证书（Z）或从中所提取的检验信息，其中授权服务器（AS）借助其来执行各自充电站（LS）的授权检验；和
d）由授权服务器（AS）经由第二通信连接（KV2）向车辆（F）的充电控制单元（LSE）发送（S4）授权检验结果（APE），该充电控制单元（LSE）根据所接收的授权检验结果（APE）控制用于通过充电站（LS）来给车辆（F）的蓄电池（AK）充电的充电过程。
2.按照权利要求1的方法，其中，借助TLS，SSL或IPsec对第一通信连接（KV1）以密码方式进行保护。
3.按照权利要求1的方法，其中，经由充电站（LS）建立在车辆（F）的充电控制单元（LSE）和授权服务器（AS）之间的第二通信连接（KV2）。
4.按照权利要求3的方法，其中，经由在车辆（F）的充电控制单元（LSE）和充电站（LS）之间存在的第一通信连接（KV1）隧穿地建立在车辆（F）的充电控制单元（LSE）和授权服务器（AS）之间的第二通信连接（KV2）。
5.按照权利要求1至4中任一项的方法，其中，以密码方式保护在车辆（F）的充电控制单元（LSE）和授权服务器（AS）之间的第二通信连接（KV2）。
6.按照权利要求1至4中任一项的方法，其中，由授权服务器（AS）向车辆（F）的充电控制单元（LSE）所发送的授权检验结果（APE）具有经由在车辆（F）的充电控制单元（LSE）和充电站（LS）之间的第一通信连接（KV1）的数据通信用的过滤规则（FR）或用于由车辆（F）的充电控制单元（LSE）激活这样的过滤规则（FR）的控制数据。
7.按照权利要求1至4中任一项的方法，其中，由授权服务器（AS）向车辆（F）的充电控制单元（LSE）所发送的授权检验结果（APE）具有用于控制用来通过充电站（LS）对车辆（F）充电的充电过程的充电规则（LR）或用于通过车辆（F）的充电控制单元（LSE）激活这样的充电规则（LR）的控制充电。
8.按照权利要求1至4中任一项的方法，其中，充电控制单元（LSE）根据所接收的或所激活的充电规则（LR）借助由充电站（LS）向车辆（F）所传输的电能对在车辆（F）中所含有的蓄电池（AK）充电。
9.按照权利要求8的方法，其中，充电站（LS）经由充电电缆（LK）或通过感应式能量传输对车辆（F）的蓄电池（AK）充电。
10.按照权利要求9的方法，其中，经由充电电缆（LK）借助电力线通信来确立在车辆（F）的充电控制单元（LSE）和充电站（LS）之间的第一通信连接（KV1）。
11.按照权利要求9的方法，其中，经由平行于充电电缆（LK）伸展的数据线路或在集成在充电电缆（LK）中的数据线路来确立在车辆（F）的充电控制单元（LSE）和充电站（LS）之间的第一通信连接（KV1）。
12.按照权利要求9的方法，其中，经由无线电接口来确立在车辆（F）的充电控制单元（LSE）和充电控制单元（LSE）之间的第一通信连接（KV1）。
13.用于通过为此所授权的充电站（LS）对车辆（F）的蓄电池（AK）充电的用于车辆（F）的充电控制单元（LSE），具有
计算单元，用于临时验证充电站（LS）的从充电站（LS）经由以密码方式受保护的第一通信连接（KV1）所接收的数字证书（Z），
其中，充电控制单元（LSE）经由第二通信连接（KV2）向授权服务器（AS）传输临时验证的数字证书（Z）或从中所提取的检验信息用于确定充电站控制单元（LSE）经由第二通信连接（KV2）从授权服务器（AS）所接收的授权检验结果（APE），
其中，充电控制单元（LSE）根据所接收的授权检验结果（APE）控制用于通过充电站（LS）来给车辆（F）的蓄电池（AK）充电的充电过程。
14.按照权利要求13的充电控制单元，其中，充电站（LS）在由充电控制单元（LSE）所控制的充电过程中，经由充电电缆（LK）或借助感应式能量传输根据充电规则（LR）对车辆（F）的蓄电池（AK）充电，所述充电规则（LR）由授权服务器（AS）连同授权检验结果（APE）向充电站（LS）来传输，或所述充电规则（LR）由充电控制单元（LSE）通过与授权检验结果（APE）一起传输的控制数据来激活。
15.按照权利要求13或14的充电控制单元，其中，经由充电电缆（LK）借助电力线通信或经由平行于充电电缆（LK）伸展的数据线路或经由无线电接口来确立充电控制单元（LSE）和充电站（LS）之间的第一通信连接（KV1）。
16.电动车辆蓄电池，具有集成在其中的按照权利要求13至15之一的充电控制单元。
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