CN105579919A - 用于自动识别蓄电池管理***中的控制装置的方法 - Google Patents

用于自动识别蓄电池管理***中的控制装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于自动识别控制装置(18、22、26)、尤其是包括主控制装置(14)的蓄电池管理***的控制装置的替换的方法。为控制装置(18、22、26)中的每个控制装置指派有一个单向函数(哈希)f(x,y)→z，其变量y由传感器ID给出，该传感器ID唯一地标识各个控制装置(18、22、26)。由主控制装置(14)生成的随机数在每次***启动时被发送至第一控制装置(18)，其作为第一控制装置(18)的第一单向函数中的变量x，其结果用作后续的第二控制装置(22)的后续单向函数(44)的输入值，直至控制装置(26)中的最后一个控制装置将其结果zN传送至主控制装置(14)。在主控制装置(14)中以所有控制装置(18、22、26)的传感器ID确定所有控制装置(18、22、26)的单向函数。在主控制装置(14)中生成的随机数为所有单向函数赋值。将在主控制装置(14)中生成的最终的ID(54)在比较阶段(56)中与最后一个控制装置(26)的结果zN进行比较。

Description

用于自动识别蓄电池管理***中的控制装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于自动识别蓄电池管理***中的控制装置的方法。
背景技术
在车辆领域中，电子控制装置现今使用的数量越来越多。在现代车辆中其用作发动机控制装置、用于ABS***的、用于释放气囊的控制装置等。在处于研究中的电驱动车辆中对具有从属的蓄电池管理***的蓄电池组的研究是必须的。蓄电池管理***是具有用于监测蓄电池功能的软件的控制装置。根据各个客户的要求或者车辆中已有的结构空间，蓄电池组的拓扑结构关于蓄电池单池、蓄电池模块、传感器或之类的数量是非常多样的。
典型的蓄电池管理***通常确保了蓄电池单池和蓄电池组的安全和可靠的功能。其检测和控制这些蓄电池单池和整个蓄电池组的电流、电压、温度、绝缘电阻和其他量。在这些量的帮助下能够实现管理功能，其能够显著提高蓄电池***的寿命、可靠性和安全性。
通常蓄电池管理***包括若干控制装置，其上运行不同应用的软件功能。根据蓄电池单池的数量、传感器的数量、车辆上不同结构空间中的蓄电池模块的分布得出具有主控制装置(BCU＝蓄电池控制单元)和若干用于获取测量数据的从属的传感器控制装置的控制装置拓扑结构。待获取的测量数据尤其是电压、温度和电流，其直接在对应的蓄电池模块上被测量。这些获取的测量数据通常在各个控制装置，即传感器控制装置和主控制装置之间通过通信总线得以交换，该通信总线尤其能够是CAN总线。
由DE102006048555A1已知了一种控制装置。该控制装置包括第一集成开关电路，该开关电路具有微控制器和可编程存储器，此外还包括至少另一个集成开关电路，其中该另一个集成开关电路具有固定编程的验证信息。第一集成开关电路的可编程存储器包含允许检验该验证信息的控制信息。
因为在不同的方案中使用相同的传感器控制装置，即使根据方案参数设置有涉及取决于所使用的蓄电池单池的功率数据的电压极值和电流极值的其他数据，也将确保通过蓄电池管理***的主控制装置(BCU)能够无需识别就能够替换传感器控制装置。通过安装为性能好的蓄电池设置的新的传感器控制装置，该蓄电池能够以规范以外的不允许的方式运行，这例如可以通过终端用户实现“调整”。出于安全原因且尤其出于保修原因必须识别并阻止这种替换。该蓄电池管理***能够在识别对控制装置、尤其是传感器控制装置的不允许的替换时，停止使用在其内发生替换的相关的蓄电池组。
发明内容
据本发明提出了一种用于识别蓄电池***中至少一个控制装置的替换的方法，其中为所有用在蓄电池管理***中的控制装置均限定单向函数f(x,y)→z，其具有以下特征：
一方面简单地计算单向函数的函数值z，而另一方面能够非常耗费地进行函数求逆。属于根据本发明提出的方法所考虑之列的单向函数处于加密中，如此例如作为哈希函数和用于素数乘法函数或者更多这类函数。
这些单向函数应用在所有用在蓄电池管理之内的控制装置中。其中应用这些单向函数的控制装置由蓄电池管理***的主控制装置控制。单向函数中的值y尤其为唯一的传感器身份(传感器ID)，例如传感器控制装置的32位数。根据参数y确保，不同的控制装置中的相同的单向函数中导向不同的结果。
接着进行根据本发明提出的方法，例如在车间里唯一地初始化控制装置。这通过以下方式进行，即每个在蓄电池管理***中使用的控制装置在第一次使用时从主控制装置得到各自的传感器ID，例如上述已经提到的32位数。该各自的传感器ID能够例如是随机数。该随机数确定之后执行的验证的单向函数。该过程被理解为初始化控制装置。不管是否通过确定随机数或者通过确定传感器ID由主控制装置产生该传感器ID，其持久地存储在控制装置、尤其是传感器控制装置中。
附加地蓄电池管理***的主控制装置(BCU)存储所有在由多个蓄电池单池构成的蓄电池组内利用多个控制装置分配的传感器ID。因此每个所用的控制装置、尤其是每个传感器控制装置具有各自的传感器ID且所有的控制装置具有不同的单向函数，因为单向函数f(x,y)的参数y随着控制装置的不同而改变。随机数、即传感器ID的分派例如在相同的通信路径上在之后进行对测量数据的替换。该通信路径能够例如是车辆数据总线、尤其是车辆的CAN数据总线。
接着根据本发明提出的方法，通过以下方式对控制装置进行验证，即该蓄电池管理***的主控制装置(BCU)在每次***启动时均产生一个随机数。该随机数通过数据总线、例如通过CAN总线向第一传感器控制装置传送。在此该随机数作为控制装置的单向函数中的输入值来输入，其中该单向函数的结果取决于控制装置的传感器ID。得到的结果向第二传感器控制装置传送。在此通过在第二控制装置上应用的单向函数进行计算。该方法将一个控制装置、尤其是传感器控制装置的结果转发至下一个控制装置，直至最后一个控制装置、尤其是传感器控制装置，在这一转发链中将其结果发送至蓄电池管理***的主控制装置(BCU)。
在蓄电池管理***的主控制装置(BCU)中所有传感器ID都是已知的，因此使得能够在蓄电池管理***的主控制装置(BCU)中确定各个控制装置、尤其是传感器控制装置的所有单向函数。开始产生的随机数在主控制器(BCU)中被连续地输入给所有单向函数中。当蓄电池管理***的主控制装置(BCU)中计算的ID与由最后一个控制装置、尤其是由最后一个传感器控制装置传送的ID一致时，所有原始安装的传感器控制装置、尤其是在这一链中的传感器控制装置。否则传感器控制装置可能被替换。
通过根据本发明提出的方法具有不被滥用的安全性。即如果某人想以不被允许的方式替换控制装置、尤其是蓄电池管理***的传感器控制装置，那么其必须首先知道该替换的控制装置的传感器ID且在新的控制装置中编程，以替换主控制装置(BCU)。接着逐步对新控制装置中的传感器ID的整个值域进行编程和比较，在两个控制装置中，老的、即删除的和新的、待设置的控制装置中是否存在相同的单向函数。虽然通过根据本发明提出的方法不能够完全避免，如此对新设置的控制装置、尤其是新设置的传感器控制装置进行编程，使得在高负荷运行蓄电池管理***时存在验证；但是通过选择单向函数该过程非常昂贵且不值得进行。
本发明的优点
通过根据本发明提出的用于自动识别蓄电池管理***中的控制装置的替换的方法尤其能够识别，何时替换控制装置。通过在每次***启动，即每次蓄电池管理***启动时初始化根据本发明提出的方法，能够相对较快地执行验证。为了执行该方法在验证控制装置时必须相对较少地记录数据，此外通过在执行验证时必须的平衡，仅使得蓄电池管理***的主控制装置(BCU)具有非常轻的负荷。
根据本发明提出的方法的特征在于较高的对抗滥用的安全性，因为每个控制装置通过使用传感器ID作为函数参数具有不同的单向函数。此外能够指出，单向函数能够不通过分析通信求逆。这意味着，能够快速地排除具有用于替换主控制装置的合适的ID的替换的控制装置的配置。
在根据本发明提出的方法中，对蓄电池管理***的高负荷运行不会延迟，因为能够执行与其他的通信并行的ID的均衡，并且仅仅较轻地加载数据总线、尤其是蓄电池管理***的CAN总线。
通过该提出的方法可以简单地使用单向函数。所有的传感器控制装置相同或者相似地实施单向函数，首先参数传感器ID使得用于验证不同的控制装置、尤其是不同的传感器控制装置的单向函数在蓄电池组中是唯一的。因为每个单向函数计算的值从控制装置传递到控制装置并且在接收的控制装置中用作输入值，因此附加地使得单向函数的求逆变难。
附图说明
以下根据附图进一步阐述本发明。其中：
图1示出了蓄电池管理***的结构；
图2示出了通过蓄电池管理***的主控制装置(BCU)初始化控制装置、尤其是传感器控制装置；以及
图3示出了通过蓄电池管理***的主控制装置(BCU)执行已接通的控制装置，尤其是传感器控制装置的验证。
具体实施方式
图1示出了具有其最重要的构件的蓄电池管理***10。根据图1中的示意图的蓄电池管理***10包括数据总线12，其中汽车中的应用通常为CAN-Bus。该蓄电池管理10包括主控制装置14(BCU＝蓄电池控制单元)，其控制若干传感器控制装置18、22、26。
主控制装置14(BCU)和第一传感器控制装置18、第二传感器控制装置22以及第n传感器控制装置26通过数据总线12相互通信。第一传感器控制装置18控制和/或监测包括若干相互电性连接的蓄电池单池的第一蓄电池模块16。同样第二传感器控制装置22控制和/或监测同样包括若干相互电性连接的蓄电池单池的第二蓄电池模块20。第n传感器控制装置26控制和/或监测同样包括若干相互电性连接的蓄电池单池的第n蓄电池模块24。在此所述的1至n个蓄电池模块16、20、24表示蓄电池组，其能够用作混合动力车辆或者电动车辆的牵引蓄电池。
图2示出了蓄电池管理***的传感器控制装置14、18、26，其借助于初始的传感器ID由蓄电池管理***的主控制装置进行初始化。
图2示出，在蓄电池管理***的主控制装置14中设置多个发生器28，它们产生用于各个传感器控制装置18、26的传感器ID。其中优选的为n个传感器控制装置18、22、26设置n个发生器28。因此主控制装置14包括n个发生器28，它们分别与传感器控制装置18、22、26连接。通过主控制装置14和第二传感器控制装置18之间的通信连接30确定用于第二传感器控制装置18的传感器ID且其设别为唯一的。为第二传感器控制装置18确定的传感器ID保存在存储器32的第二传感器控制装置18中，在此持久地保存并不允许改变。
设置在主控制装置14中的发生器28产生如蓄电池组中构建的传感器控制装置18、22、26一样多的传感器ID。接着第n个发生器28产生用于第n个传感器控制装置26的传感器ID。通过第n个发生器28和第n个传感器控制装置26之间的通信连接34将用于第n传感器控制装置26的传感器ID向用于第n个传感器控制装置26的传感器ID的存储器36传送，且持久地保存在第n个传感器控制装置26的存储器36中。传感器ID例如是32位数。
根据图2的示意图中示出了用于各个传感器控制装置18、22、26的传感器ID的初始化。由主控制装置14在每个传感器控制装置18、22、26上分别指派的传感器ID确定单向函数f(x,y)→z。这些单向函数不仅应用于主控制装置14中，而且分别应用于各个传感器控制装置18、22和26中，其以相对应的数量，即根据待监测的蓄电池模块的数量，设置在蓄电池管理***10中。
图3示出了一种验证过程，该验证过程由根据本发明所提出的方法执行并且紧随着图2中提出的根据依据本发明提出的用于传感器控制装置18、22、26的方法所示的初始化。
从根据图2所示出发，在传感器控制装置18、22、26的初始化过程中所示，每个传感器控制装置18、22、26在第一次使用时从主控制装置14获得各自的传感器ID，其中该传感器ID例如是32位数。该随机数确定单向函数f(x,y)→z，其应用在传感器控制装置18、22、26的单元42、44、46中。这些单向函数应用在参与的传感器控制装置18、22、26的单元42、44、46中。单向函数f(x,y)→z中的变量y表示对应的传感器控制装置18、22、26的唯一的传感器ID。通过变量y，即通过该唯一的传感器ID确保，虽然相同但是应用在传感器控制装置18、22、26的不同的单元42、44、46中的单向函数对应地传输不同的结果。
图2中所示的各个传感器控制装置18、22、26的初始化过程仅仅在蓄电池组的首次运行时在工厂实施。主控制装置14为各个传感器控制装置18、22、26生成传感器ID并且将其通过数据总线12传送到对应的传感器控制装置18、22、26中，该数据总线12尤其构造为CAN总线。其中持久地保存这些传感器ID并且将其用作应用在对应的传感器控制装置18、22、26中的单向函数的变量。附加地将这些传感器ID存储在主控制装置14中。初始化过程是唯一的过程，其在工厂中在确定的环境下进行。需要确保的是，该过程不被未被授权的人记录。该初始化过程表示唯一的可能，即得到关于每个单向函数的准确的知识。
图3所示的在蓄电池管理***10内对接通至主控制装置14的传感器控制装置18、22、26的验证，在蓄电池管理***10的每次启动时执行。为此主控制装置14产生随机数。该随机数在主控制装置14(BCU)的至少一个发生器40内产生。此外根据图3的示意图该主控制装置14包括存储器48、50、52。在第一存储器48中存储用于第一传感器控制装置18的传感器ID，同时在第二存储器50中存储用于第二传感器控制装置22的传感器ID。最后主控制装置14包括第n存储器52，其中存储用于第n传感器控制装置26的传感器ID。此外在蓄电池管理***10的主控制装置14中所有分别的传感器控制装置18、22、26的在单元42、44、46中应用的单向函数是已知的。此外传感器控制装置包括计算电容，其确定最终的ID、参考位置54以及比较阶段56。在下文中还阐述比较阶段56的功能。
为了验证各个传感器控制装置18、22、26将在发生器40中产生的随机数向第一传感器控制装置18的输入端62并向单元42传送，单元42根据单向函数(f(x,y1)＝z1)变换变量x和y1。第一传感器控制装置18从主控制装置14接收随机数。该随机数表示在单元42的传感器控制装置中应用的(f(x,y1)＝z1)的变量x。在根据图2中的示意图的初始化过程向第一传感器控制装置18传送的传感器ID在第一传感器控制装置18的存储器32中是已知的且表示第一传感器控制装置18的变量y1。根据单向函数f(x1,y1)＝z1算出结果z1。这在计算阶段64中进行。从其开始将算得的结果z1向后续的传感器控制装置26的输入端66传送。
图3中通过在图3中所示的第一传感器控制装置18和第n传感器控制装置26之间的虚线箭头表示，其能够是若干个与主控制装置14连接的传感器控制装置。
图3中未示出的其他的传感器控制装置的情况是这样的，即其得到第一传感器控制装置18的结果并且根据该结果、即表示第二传感器控制装置的单向函数44的变量x的数z1，计算各传感器ID、y2和结果z2的单向函数f(x(x＝z1,y2＝传感器控制装置2的传感器ID))。该结果z2将向图3中同样未示出的第三传感器控制装置发送并且在此被处理。图3中所示的第n传感器控制装置26接收前述传感器控制装置n-1的结果并且根据该结果z(n-1)计算，用于第n传感器控制装置26的第n单向函数46的变量x构成各个传感器IDyN的输入值并且发送该结果zN。根据图3所示该计算在第n传感器控制装置26的计算阶段68中进行。
根据图3所示得知，将该结果zN再发送回主控制装置14的输出端70且将该结果zN向比较阶段56的第二输入端60发送。
与接通至主控制装置14上的传感器控制装置18、22、26的验证过程并行地进行，在主控制装置14(BCU)中并行地执行相同的计算：
根据在发生器40中产生的随机数和用于第一传感器控制装置18的传感器ID通过单元42得到结果z1，在单元42中应用第一单向函数。z1表示后续第二传感器控制装置的第二单向函数44的x变量，其根据函数f(x＝z1,用于第二传感器控制装置的传感器ID＝y2)计算结果z2。第二传感器控制装置的结果z2又表示后续第三传感器控制装置的输入值，该第三传感器控制装置的单向函数根据关系f(第三传感器控制装置y3的z2传感器ID)计算结果z3，以此类推。最终第n传感器控制装置中根据关系f(n1，传感器ID，yN)确定结果zN。
根据通过第n传感器控制装置26的输出端70出来的结果zN，该结果zN在第n传感器控制装置26的计算阶段68中确定并且作用在主控制装置14的第二输入端60上并根据在主控制装置14中计算的最后的ID54，在比较阶段56中进行比较。如果所得到的数一致，那么蓄电池管理***10中的传感器控制装置18、22、26不被替换。反之如果这些数不一致，那么传感器控制装置18、22、26中至少一个被替换。
在以下情况，即传感器控制装置18、22、26中的一个被非法替换的情况下，可能存在以下反应：
主控制装置14停止包括蓄电池模块16、20、24的蓄电池组的运行，因为不再是所有的传感器控制装置18、22和26均处于初始状态。
此外还能够如此配置主控制装置14，即其在上述情形下仅允许限制的运行，因为不再是所有的传感器控制装置18、22、26都处于初始状态。
此外可能的是，在主控制装置14中在监测到故障的情况下进行对各个传感器控制装置18、22和26的访问。该访问能够例如集中在，询问传感器控制装置18、22、26中的哪个为替换的传感器控制装置。由于以下情况，即各个传感器控制装置18、22、26的各自的传感器ID(在初始状态下)存储在主控制装置14中，因此能够通过以连续的方式进行的对单向函数的调整，如其在传感器控制装置18、22、26的单元42、44、46中所应用的那样，辨识传感器控制装置18、22、26的替换。
此外可能的是，在替换一个故障的传感器控制装置18、22、26的情况下训练新的传感器控制装置。该初始化过程，比较根据前文对图2的显示和阐述，应当例如仅可能在车间并单独进行保护，例如通过已经存在的加密方法。
反之如果替换主控制装置14(BCU)，那么可能存在以下反应：
能够对所有传感器控制装置(对比根据图2所示)进行新的初始化过程，该初始化过程能够由已经存在的加密方法保护。替代技术方案可能是，如果该验收可以以安全的方式，存储在故障的主控制装置14中的传感器ID在集成在蓄电池管理***中的主控制装置中得以验收。

Claims (9)

1.一种用于自动识别蓄电池管理***(10)的控制装置(18、22、26)的替换的方法，所述蓄电池管理***(10)包括主控制装置(14)，所述方法包括以下步骤：
a)为每个控制装置(18、22、26)指派单向函数f(x,y)→z，所述单向函数的变量y由唯一地标识各个控制装置(18、22、26)的传感器ID给出；
b)在每次***启动时，将由所述主控制装置(14)产生的随机数发送至第一控制装置(18)，所述随机数作为所述第一控制装置(18)的单向函数中的变量x，所述单向函数的结果用作后续第二控制装置(22)的后续单向函数(44)的输入值；
c)直至第n控制装置(26)将其结果zN传送至所述主控制装置(14)；
d)在所述主控制装置(14)中以所有控制装置(18、22、26)的传感器ID确定所有控制装置(18、22、26)的单向函数；
e)根据方法步骤b)产生的所述随机数在所述主控制装置(14)中为所有的单向函数赋值；
f)将在所述主控制装置(14)中产生的最终ID(54)与根据所述步骤c)的结果zN进行比较。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据方法步骤a)每个控制装置(18、22、26)在第一次使用时从所述主控制装置(14)获取各自的传感器ID、尤其是32位数。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，分配至所述控制装置(18、22、26)的传感器ID存储在所述控制装置(18、22、26)的存储器(48、50、52)中并且存储在主控制装置(14)中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述主控制装置(14)中存储所有分配至单个控制装置(18、22、26)的传感器ID。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过用作所述单向函数f(x,y)→z的变量y的传感器ID，多个控制装置(18、22、26)中的每个控制装置具有不同的单向函数。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述数据传输在数据总线(12)、尤其是CAN总线上进行，在所述数据总线上也传输测量数据、尤其是蓄电池单池电压、电流和温度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据步骤e)生成的随机数在所述主控制装置(14)中依次地被赋值给所有单向函数。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单向函数从加密函数、哈希函数和素数乘法函数的组中选取。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据步骤f)在主控制装置(14)中确定的所述最终ID(54)与第n个控制装置(26)传送的结果zN一致时能够得出结论，即所有原始的控制装置(18、22、26)都位于所述蓄电池管理***中。
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