CN113905923A - 模块化构造的测量单元和用于检测输出的能量的认证装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明提供一种模块化构造的测量单元，其包括测量模块和访问模块。测量模块和访问模块经由测量单元内部接口连接。所定义的接口保证用于确定测量数据的测量模块与用于生成具有标识数据的分配的测量数据记录的访问模块的模块化分离。由于这种模块化分离，访问模块的技术变化或进一步扩展不一定导致测量模块在法定校准许可的丢失，因为其在法定校准情况下的重要核心功能保持不变。根据本发明，提供了模块化构造的测量单元与认证装置的相互作用，该认证装置优选地作为独立于充电站的远程实体来提供，以便通过这种方式进一步减少用于充电站的中央控制器的开发和运行的技术工作。

Description

模块化构造的测量单元和用于检测输出的能量的认证装置

技术领域

本发明涉及一种模块化构造的测量单元，尤其是用于测量从能量汇聚器（Energiesenke）汲取的电能，以及涉及一种认证装置。

背景技术

电动车辆或至少部分由电能驱动的车辆具有至少一个蓄电池，在电动车辆的连续运行中要对所述蓄电池进行定期充电。电动车辆的充电在充电站（在专业领域中也称为电动车辆供电设备（Electric Vehicle Supply Equipment）或简称 EVSE）进行，所述充电站通过充电电缆或也利用无线感应耦合与电动车辆连接。安装在充电站中的一个或多个测量单元用于检测从充电站传输到电动车辆的电能。

随着来自不同充电站的充电基础设施的不断扩建，对保证传输的电能的防篡改、可追溯和可检验的计费越来越受到关注。对此的基础是经过校准的测量设备，用于测量传输到电动车辆或一般来说传输到能量汇聚器的电能。对此类测量设备的要求也始终由法定校准规定来决定。

目前可以观察到新型测量设备的发展，这些新型测量设备不再强制性地构成为一体，而是在独立的组件中实现某些功能，例如测量值的显示。因此，在下文中，这种新的测量设备也被称为测量单元。这样的测量单元不仅由提供在可安装的外壳中的单片测量设备构成，而且必要时还包含多个可通信连接的组件。

然而，测量单元的更高复杂性——即例如在大量独立组件的意义上——导致更高的适配需求。此外，对组件进行进一步扩展的基本可能性也导致对此类进一步扩展的不断需求。上面提及的法定校准规定妨碍了对这样的测量单元的构造自由度，因为更改该测量单元的各个组件可能导致失去许可。

现代测量单元的发展以进一步的要求为特征，根据该要求，所述现代测量单元的测量值配备有从能量汇聚器汲取的电能的用户的标识数据。在可供用户为其电动车辆——能量汇聚器——充电的公共充电站处主要标识相应的用户，以便对所汲取的电功率计费。该要求比对普通家用电能表或“电表”的要求更为广泛，其中只需标识能量汇聚器——通常是整个家庭。能量汇聚器的标识在普通家用电能表中通常通过电表编号来进行。用户的进一步详细信息目前在技术上没有为普通家用电能表提供并且在计费技术上也不是必要的。然而，在公共充电站，必须标识相应的用户才能对所汲取的电功率进行计费。

在当前可供用户为其电动车辆充电的公共充电站出，通过用户登录、例如借助卡来进行对用户的确定及其认证。然后仅通过当前的测量单元测量所汲取的电功率，而为了计费所需的测量数据到用户的分配则由充电站进行。该分配的结果于是是计费数据记录，在其中详细地部署用于所汲取的电功率的测量数据并且然后将这些测量数据分配给经过认证的用户。

换言之，当前的公共充电站需要中央控制器，其中实现用户的确定、用户的认证和计费数据记录的创建。随着公共充电站数量的可预测增加，显得值的期望的是，将这些实现中的一部分从充电站的中央控制器转移到独立实体或远程实体或转移到充电站之内或之外的分布式组件，并且因此减少用于开发的技术工作和对当前充电站的中央控制器的运行。

发明内容

本发明的任务是，说明用于认证用户和将测量数据记录分配给用户的装置，所述装置可由测量单元与独立的认证装置合作来执行，其中测量单元的技术上的进一步扩展不一定导致测量单元的测量模块的许可丢失。

该任务通过具有权利要求1的特征的模块化构造的测量单元以及通过具有权利要求4的特征的认证装置来解决。

根据本发明，提供一种模块化构造的测量单元，所述测量单元包括测量模块和访问模块。测量模块和访问模块经由测量单元内部接口连接。所定义的接口确保用于确定测量数据的测量模块与用于生成具有标识数据分配的测量数据记录的访问模块的模块化分离。由于这种模块化分离，访问模块的技术变化或进一步扩展（例如软件更新）不一定导致测量模块在法定校准许可的丢失，因为其在法定校准情况下的重要核心功能——即对电测量参量的测量——保持不变。

安装在充电站中的根据本发明的测量单元本身——在与认证装置合作的情况下——负责确定授权用户以及产生测量数据记录，该测量数据记录具有标识用户的标识数据分配。因此，根据本发明的测量单元有利地使充电站的中央控制器减轻了创建用户个别化的测量数据记录的负担。

根据本发明，提供了模块化构造的测量单元与认证装置的共同作用，该认证装置优选地作为独立于充电站的实体或远程实体来提供，以便通过这种方式进一步减少用于充电站的中央控制器的开发和运行的技术工作。

根据本发明的模块化构造的测量单元具体地包括用于测量至少一个电测量参量并且用于从测量参量中确定至少一个测量数据的测量模块以及访问模块。访问模块包括用于从测量模块接收至少一个测量数据的测量单元内部接口、用于接收认证数据和用于发送至少一个测量数据记录的手密码保护的测量设备外部接口、以及控制单元，该控制单元用于从认证数据中提取认证数据所基于的标识数据并且用于产生至少一个测量数据记录。所述测量数据记录包含认证数据和至少一个测量数据。

根据本发明的认证装置具体地包括用于根据标识数据检测用户的用户管理模块、用于基于标识数据的认证生成认证数据的认证模块、用于传输认证数据并且用于接收至少一个测量数据记录的受密码保护的外部接口、以及用于为由用户管理模块根据其标识数据确定的用户创建计费数据记录的处理模块，所述测量数据记录包含标识数据和至少一个测量数据。计费数据记录包括测量数据记录的价格权重。

根据本发明的两个装置——即根据本发明的模块化构造的测量单元和根据本发明的验证装置——在将授权用户分配给测量数据记录的任务时一起工作并且在创建用户个别的计费数据记录时相互补充，其中模块化构造的测量单元以及认证装置还为解决所基于的任务做出了个体创造性贡献。

本发明的进一步构型是从属权利要求的主题。

根据本发明的模块化构造测量单元的一个构型规定，在测量单元内的访问模块和测量模块之间提供结构上的分离。这种结构上的分离确保了用于确定测量数据的测量模块与用于生成具有标识数据分配的测量数据记录的访问模块的模块化分离，使得访问模块的变化不一定导致丢失测量模块的法定校准许可，所述测量模块的在法定校准方面重要的核心功能保持不变。

根据本发明的模块化构造的测量单元的一个构型规定，设置在访问模块和测量模块之间的测量单元内部接口由可松脱的插接连接构成。该措施通过技术上不复杂的更换来简化访问模块的功能的改变，所述更换是由所更换的新结构类型的访问模块来更换要发生改变的访问模块。

根据本发明的模块化构造的测量单元的一个构型规定，附加地测量数据记录包含测量单元的标识数据、测量模块的标识数据、访问模块的标识数据和/或分配给测量数据的时间信息。

根据本发明的认证装置的一个构型规定，为了检测和认证标识数据提供应用接口，所述应用接口具有服务应用或者通向服务应用。这样的应用接口在技术领域中也称为应用编程接口（Application Programming Interface）或API。例如，绑定支付业务的远程服务应用，以便认证用户的给定标识数据，使得在给定标识数据下有在支付业务情况下的账户。然后经由应用接口确认用户已被授权。

根据本发明的认证装置的一个构型规定，提供与认证装置分离的输入设备用于检测和认证标识数据。这种输入装置——如也在现有技术中已经已知的那样——也可以位于充电站处。然后，在应用根据该构型的根据本发明的手段时，顺带提一下，该位于充电站处的输入装置不连接到充电站内的中央控制器，而是由——优选独立的——认证装置例如经由共同的网络连接来控制。因此有利地进一步减轻了充电站内的中央控制器的负担。

根据本发明的认证装置的一个构型规定，经由手动用户输入、经由检测生物统计用户数据和/或经由非接触式或基于接触地读取用户卡来检测标识数据。

根据另一构型提出一种用于对从能量汇聚器汲取的电能进行计费的计费***，其提供多个根据本发明的模块化构造的测量单元以及与该模块化构造的测量单元通信的认证装置。模块化构造的测量单元在测量技术上至少间接地分配给相应的能量汇聚器。在此，测量单元与能量汇聚器的间接的测量技术上的分配意味着，例如，测量不是直接在电功率的传输点处进行，而是例如在充电站侧的连接点处进行。相比之下，测量单元与能量汇聚器的直接的测量技术上的分配意味着在传输点处的测量，也即在车辆侧端部或在车辆侧充电线缆的插接装置处进行测量，所述插接装置被***到车辆处的对应插座中。然而，尤其由于插接装置的大小和重量限制，在该位置处提供测量单元的直接的测量技术上的分配通常是不切实际的。

附图说明

下面参照附图更详细地解释本发明的其他实施例和优点。在此：

图1示出根据本发明的模块化构造的测量单元的原理图；

图2示出根据本发明的认证装置的原理图；和

图3示出根据实施例的计费***的原理图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的模块化构造的测量单元的原理图。测量单元包括用于测量至少一个电测量参量的测量模块MM。为此，例如提供测量设备WTM，其在测量技术上至少间接地分配给（未示出的）能量汇聚器。在此，同时、可能在使用其他（未示出的）测量设备的情况下测量电测量参量，诸如电压、电流强度、电功率或电能。

电功率既可以直接测量——其中将测量设备WTM 实施为功率测量设备，或者也可以通过两个电测量参量（即电压和电流强度）的乘积间接确定。

电能既可以直接测量——其中将测量设备WTM 实施为电能表，或者也可以间接地通过对所测量或所确定的电功率的时间积分来测量。

优选地，在特定时间段内从能量汇聚器提取的恒定电功率与在该持续时间期间恒定的电功率的持续时间一起被检测。该措施允许以后追溯由充电站输出的电功率在哪些时间和在哪些时间段中发生变化，例如在涓流充电阶段之前的快速充电期间。

在测量模块MM内的测量数据生成单元MDU中处理至少一个电测量参量。作为该处理的结果，至少一个数字测量数据被输出到测量单元内部接口 IIF，其中一个或多个数字输出的测量数据除了所确定的或所测量的电功率的值以外还包括相应的持续时间，在所述相应的持续时间在持续时间期间所检测的电功率基本保持不变。代替或附加于持续时间，也可以在至少一个测量数据中提供时间戳的说明。

在模块化构造的测量单元中提供了在访问模块AM和测量模块MM之间的结构上的分离，其中两个模块AM、MM通过测量单元内部接口IIF连接。该接口IIF的物理层优选地由具有可在两侧松脱的插接连接的数据线缆形成。

访问模块AM包括用于将访问模块AM的功能单元连接到测量单元内部接口IIF的内部接口单元IFU、控制单元CTR以及用于将访问模块AM的功能单元连接到受密码保护的测量设备外部接口EIF的外部接口模块EFU。

控制单元CTR处理经由受密码保护的测量设备外部接口EIF从外部接口单元EFU接收的认证数据，其方式是从认证数据中汲取认证数据所基于的标识数据。简单构造的认证数据包括标识数据连同关于标识数据是否被认证的信息。

在对标识数据的给定认证的情况下——所述标识数据在模块化构造的测量单元之外、也即在认证装置中被分配给用户，通过控制单元CTR生成包含所述标识数据和至少一个测量数据的测量数据记录。

在完成充电过程后，测量数据记录由控制单元 CTR 完成，并且然后由外部接口单元 EFU 经由受密码保护的测量设备外部接口 EIF 发送。

图2示出了根据本发明的认证装置的原理图。该认证装置包括用户管理模块 UAM，用于根据标识数据检测用户。作为标识数据可以通过领域常见方式使用账户名称，例如电子邮件地址或用户识别码，所述账户名称例如与认证装置分离的（未示出的）输入设备传输到认证装置。除了这种手动用户输入之外，还可以提供检测生物统计用户数据，或者可以提供非接触式或基于接触地读取用户卡以用于输入标识数据。所提到的用于输入或传输标识数据的功能单元例如经由认证装置的应用接口API连接。也可以经由该应用接口 API 提供与服务应用的数据交换，用于传输标识数据。

认证模块AUM被提供用于根据分配给或可分配给用户的标识数据来认证用户。在标识数据被肯定认证的情况下，认证模块AUM生成认证数据，该认证数据从认证装置的外部接口单元EFU经由受密码保护的外部接口EIF传输到模块化构造的测量单元。

由模块化构造的测量单元运行的测量设备外部接口EIF以及由认证装置运行的外部接口EIF的相同附图标记可知，两个外部接口EIF形成由两者共享的公共接口EIF。

由模块化构造的测量单元运行的外部接口单元EFU和由认证装置运行的外部接口单元EFU的相同附图标记可知，两个接口单元基本上以相同方式构造或运行，但通常是分开构成的。

还可以为了认证绑定支付业务的远程服务应用，以便认证用户的给定标识数据，使得在给定标识数据下有在支付业务情况下的账户。然后经由应用接口确认用户已被认证或已被授权。

认证装置还包括账目报告模块 ACM，用于基于由模块化构造的测量单元产生的测量数据记录来创建计费数据记录，所述测量数据记录由所述测量单元经由受密码保护的外部接口EIF发送并且由认证装置的外部接口单元 EFU 接收。

接收到的测量数据记录涉及由用户管理模块 UAM 根据其标识数据确定的用户。计费数据记录包括测量数据记录的价格权重。

图3示出了根据实施例用于对从能量汇聚器汲取的电能进行计费的计费***的原理图。

计费***包括——如图所示——一个或多个在测量技术上至少间接分配给（未示出的）能量汇聚器的模块化构造的测量单元以及根据前面的实施与测量单元通信的认证装置。

根据本发明的贡献首先表现在认证的简化中。尽管在使用先前已知手段的情况下能在充电站中实现大量不同的认证变体——例如利用预付卡的注册、利用***的注册、利用PIN的注册等，但根据本发明提供了将认证转移到中央认证装置中。

有利地，对认证的检查进一步减轻了充电站的中央控制器的负担，所述认证根据本发明被分配给与认证装置合作的模块化构造的测量单元。

通过模块化构造的测量单元，其中包含的测量模块本身相对于在模块化构造的测量单元的其他模块中的变化保持“稳定”。在所述其他模块发生变化的情况下，保证未发生变化的测量模块的法定校准许可。

通过将测量功能与认证功能分离，可以由分别专门的部件设计师解决相应的子任务。通过这种方式，可以简单地将经检查的认证解决方案引入到新型测量设备中，并重新用于大量不同的测量设备。

另一个优点是，由于模块化结构，如果由于作为基础的密码方法中发现的弱点而不再认为认证方法安全时，可以简单地去激活这些认证方法。这样就可以避免许可丢失。

Claims (9)

1.模块化构造的测量单元，尤其是用于测量从能量汇聚器汲取的电能，

其中模块化构造的测量单元包括用于测量至少一个电测量参量和用于从至少一个测量参量确定至少一个测量数据的测量模块（MM），并且其中模块化构造的测量单元还包括访问模块（AM），所述访问模块具有以下组件：

- 测量单元内部接口（IIF），用于从测量模块接收至少一个测量数据；

- 受密码保护的测量设备外部接口（EIF），用于接收认证数据和用于发送至少一个测量数据记录；

- 控制单元（CTR），用于从认证数据中提取认证数据所基于的标识数据并且用于产生至少一个测量数据记录，所述至少一个测量数据记录包含认证数据和至少一个测量数据。

2.根据前述权利要求1所述的模块化构造的测量单元，其特征在于所述测量单元内的访问模块（AM）和测量模块（MM）之间的结构分离。

3.根据前述权利要求中任一项所述的模块化构造的测量单元，其特征在于，设置在访问模块（AM）和测量模块（MM）之间的测量单元内部接口（IIF）由可松脱的插接连接构成。

4.根据前述权利要求中任一项所述的模块化构造的测量单元，其特征在于，测量数据记录包含

- 测量单元的标识数据；

- 测量模块的标识数据；

- 访问模块的标识数据；和或

- 分配给测量数据的时间信息。

5.认证装置，包括：

- 用户管理模块（UAM），用于根据标识数据检测用户；

- 认证模块（AUM），用于基于标识数据的认证生成认证数据；

- 受密码保护的外部接口（EIF），用于传输认证数据和用于接收至少一个测量数据记录，所述至少一个测量数据记录包含标识数据和至少一个测量数据；和

- 账目报告模块（ACM），用于为由用户管理模块（UAM）根据其标识数据所确定的用户来创建计费数据记录，其中计费数据记录包括测量数据记录的价格权重。

6.根据前述权利要求5所述的认证装置，包括应用接口（API），所述应用接口具有用于检测和认证标识数据的服务应用。

7.根据前述权利要求5至6中任一项所述的认证装置，包括与所述认证装置分离的用于检测和认证所述标识数据的输入装置。

8.根据前述权利要求7所述的认证装置，其中经由手动用户输入、经由检测生物统计用户数据和/或经由非接触式或基于接触地读取用户卡来检测标识数据。

9.计费***，尤其是对从能量汇聚器所汲取的电能进行计费，所述计费***包括：

- 至少一个根据前述权利要求1至4中任一项所述的模块化构造的测量单元，所述测量单元在测量技术上至少间接地分配给所述能量汇聚器；

- 与至少一个模块化构造的测量单元通信的根据前述权利要求5至8中任一项所述的认证装置。

Images