DE102012106499A1

DE102012106499A1 - Verfahren und System zur Authentifizierung an Ladestationen

Info

Publication number: DE102012106499A1
Application number: DE201210106499
Authority: DE
Inventors: Norbert Graf; Thomas Tannhäuser
Original assignee: Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Dresden
Current assignee: Drewag - Stadtwerke Dresden De GmbH; Enso Netz De GmbH; Stadtwerke Leipzig De GmbH
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2032-07-19
Also published as: DE102012106499B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Authentifizierung an Ladestationen das folgende Schritte aufweist: a) Generieren einer ladestations- und ladeparameterspezifischen Anforderungsnummer durch die Ladestation und Bereitstellen der Anforderungsnummer an einen Nutzer; b) Übermitteln der Anforderungsnummer an eine Zentrale durch den Nutzer; c) Generieren einer TAN auf Grundlage der Anforderungsnummer in einer Zentrale; d) Übermitteln der TAN an den Nutzer; e) Bereitstellen der TAN an die Ladestation durch den Nutzer; f) Überprüfen der TAN durch die Ladestation; und g) Ausgeben des Überprüfungsergebnisses an der Ladestation; h) Auslösen einer Schaltfunktion zum Freischalten oder Sperren einer Medienentnahme an der Ladestation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und System zur Authentifizierung an Ladestationen. Die Erfindung betrifft im Besonderen ein Verfahren und System zur Authentifizierung an Ladestationen für elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
Bisherige Zugangsverfahren für Stromtankstellen basieren u. a. auf Lösungen, die eine integrierte Kommunikationsschnittstelle voraussetzen, bspw. IP gebundene Kommunikation oder EC- und Kreditkartentechnologie.
DE 4414008 C2 betrifft eine Stromtankstelle, welche eine Kartenlesegerät aufweist, wobei die zugeordnete Karte Angaben über den Benutzer und das Kraftfahrzeug enthält.
Derartige Lösungen erfordern mit Kommunikationstechnik ausgerüstete Ladestationen, wodurch einmalige Kosten für Kommunikationsmodule und laufende Kosten für die Unterhaltung der Kommunikationsverbindungen anfallen.
Zudem existieren Lösungen, in denen eine Kommunikationsschnittstelle im Fahrzeug zum Transfer relevanter Nutzer- bzw. Abrechnungsinformation eingesetzt wird.
DE 10 2011 101 535 A1 betrifft ein System zum Aufladen von Batterien für Fahrzeuge, mit einer Ladevorrichtung, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, eine in einem Fahrzeug angeordnete Batterie aufzuladen, einer Ladesteuervorrichtung, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, eine Authentifizierung des Fahrzeugs durchzuführen und bei erfolgreicher Authentifizierung die Ladevorrichtung freizuschalten. Des Weiteren ist eine Authentifizierungsvorrichtung vorgesehen, die im Fahrzeug angeordnet und dazu eingerichtet und vorgesehen ist, das Fahrzeug an der Ladesteuervorrichtung zu authentifizieren. Es ist zudem ein Server vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, Authentifizierungsdaten zur Verfügung zu stellen, und die Authentifizierungsvorrichtung ist dazu eingerichtet und vorgesehen, die Authentifizierungsdaten vom Server zu empfangen und an die Ladesteuervorrichtung zu übermitteln.
DE 10 2009 043 306 A1 „Überwachungssystem und Verfahren zum Überwachen einer Energieübertragung zwischen einer ersten Energieeinheit und einer zweiten Energieeinheit” betrifft ein auf RFID-Identifikation basiertes System und Verfahren.
DE 10 2010 009 583 A1 betrifft ein Verfahren zum ortsunabhängigen Strombezug und/oder zur ortsunabhängigen Stromeinspeisung einer mobilen Speicher- und Verbrauchseinheit (Fahrzeug) an einer ortsfesten Stromtankstelle eine beliebigen Stationsbetreibers, wobei eine Vielzahl von Stromtankstellen eines Stromverteilnetzbetreibers mit Strom von einem Stationslieferanten versorgt werden. Hierzu ist eine Kommunikationsverbindung zwischen Stromtankstelle und mobiler Speicher- und Verbrauchseinheit und eine weitere Kommunikationsverbindung zwischen mobiler Speicher- und Verbrauchseinheit und Abrechnungsserver, bei dem die mobile Speicher- und Verbrauchseinheit registriert ist, vorgesehen.
Die Integration dieser Systeme ist zwar für große Elektrofahrzeuge wie Autos und Roller praktikabel, nicht jedoch für kleinere Elektrofahrzeuge wie Fahrräder. Zudem fallen zusätzliche Kosten für die Kommunikationsschnittstelle im Fahrzeug an.
Eine Authentifizierung kann zudem mit Black-/White-Listen der entsprechenden Nutzer bzw. deren Merkmale in der Ladestation erfolgen. Diese Lösung besitzt allerdings einen sehr hohen Wartungsaufwand und ist ausschließlich für ein System mit wenigen Ladestationen praktikabel. Zudem ist die Aktualität der Black-/Whitelisten nicht in ausreichendem Maß zu gewähren.
Bekannt sind des Weiteren TAN-Verfahren. Durch die Abfrage einer TAN, wird die vom Nutzer beabsichtigte Transaktion autorisiert. Eine Nutzerverwaltung in der Ladestation unterliegt jedoch dem gleichen Wartungsproblem wie eine Black-/Whiteliste und ist somit nicht praktikabel. Zudem kann mit einer TAN lediglich eine Autorisierung eines Ladevorgangs erfolgen. Der Nutzer muss jedoch bereits am System authentifiziert sein.
Authentifizierungsverfahren sind zudem in Zusammenhang mit Ticketing-Systemen im öffentlichen Personennahverkehr bekannt. Darunter fallen bspw. SMS Verfahren, Telefonat-Verfahren wie Voice-Menu oder DTMF und Datenkommunikation via Mobiltelefon. Diese Verfahren basieren auf definierten Zeichenketten, die an das Abrechnungssystem über einen Kommunikationskanal übertragen werden. Allerdings lassen sich mit diese Verfahren nicht unmittelbar zur Authentifizierung an Ladestationen verwenden, da die Zeichenketten bekannt sind und somit beliebig oft versendet werden können. An einer Ladestation sollen jedoch solche Replays zur Vermeidung von Manipulationen sowie zum Schutz der Nutzer von Überbuchungen ausgeschlossen werden. Auch lassen sich mit TAN-basierten Verfahren Ladestations- und Tarifinformationen nicht an den Ladestationsbetreiber rückkoppeln.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und System zur Authentifizierung an Ladestationen bereitzustellen, das zuverlässig ist und sicher arbeitet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch und ein System gemäß dem unabhängigen Systemanspruch gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen besondere Ausgestaltungen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Authentifizierung an Ladestationen, das folgende Schritte aufweist:

a) Generieren einer ladestations- und ladeparameterspezifischen Anforderungsnummer durch die Ladestation und Bereitstellen der Anforderungsnummer an einen Nutzer;
b) Übermitteln der Anforderungsnummer an eine Zentrale durch den Nutzer;
c) Generieren einer TAN auf Grundlage der Anforderungsnummer in einer Zentrale;
d) Übermitteln der TAN an den Nutzer;
e) Bereitstellen der TAN an die Ladestation durch den Nutzer;
f) Überprüfen der TAN durch die Ladestation;
g) Ausgeben des Überprüfungsergebnisses an der Ladestation;
h) Auslösen einer Schaltfunktion zum Freischalten oder Sperren einer Medienentnahme an der Ladestation.

Die Medienentnahme betrifft Medien als Energieträger, wie Strom, Gas, Benzin, Diesel. Der Begriff Ladestation ist im Sinne einer Medienbezugsstation weit auszulegen.
Vorzugsweise wird die Anforderungsnummer zeitlich begrenzt. Diese ist nur innerhalb eines bestimmten Zeitraumes gültig.
Die Nutzerauthentifizierung gemäß den Schritten a) bis h) kann zur Anmeldung oder zur Abmeldung eines Nutzers an einer Ladestation vorgenommen werden. Eine Abmeldung des Nutzers ist erforderlich, wenn dieser eine bestimmte Zeitdauer zum Bezug von Strom von einem Ladepunkt gebucht hat, sein Energiespeicher jedoch vor Erreichen dieser Zeitdauer voll ist oder der Nutzer erst nach dieser Zeitdauer am Fahrzeug eintrifft.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass für den Fall, dass die Überprüfung eine gültige TAN ergeben hat, ein Ladepunkt zum Bezug von Strom freigeben wird für den Fall, dass sich ein Nutzer zum Bezug von Strom angemeldet hat. In diesem Fall wird vorzugsweise das Ladekabel während des Ladevorgangs an der Ladestation zum Zwecke des Diebstahlschutzes verriegelt werden.
Alternativ wird der Ladepunkt bei positivem Überprüfungsergebnis von der Stromversorgung abgeschaltet für den Fall, dass sich der Nutzer abgemeldet hat. In diesem Fall wird ein zuvor verriegeltes Ladekabel entriegelt.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass zur Generierung der ladestations- und ladeparameterspezifischen Anforderungsnummer ladeparameterspezifische Informationen wie gewünschte Ladedauer und Ladeanschlusspunkt durch den Nutzer bereitgestellt werden. Dies kann durch Eingabe der ladeparameterspezifischen Informationen an der Ladestation erfolgen. Alternativ kann diese Information über eine geeignete Schnittstelle (NFC, Bluetooth) von einem Mobiltelefon an die Ladestation übertragen werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die ladestations- und ladeparameterspezifische Anforderungsnummer zeitschlitzabhängig mit geheimen Parametern kodiert wird. Die Anforderungsnummer kodiert alle relevanten ladestations- und ladeparameterspezifischen Informationen, wie ID der Ladestation, Tarif und Ladeanschlusspunkt. Die ladestations- und ladeparameterspezifischen Parameter, die in der Anforderungsnummer kodiert werden, sind beliebig erweiterbar. Zusätzlich wird die Anforderungsnummer, vor Herausgabe an den Nutzer, mit geheimen Parametern kodiert, so dass Nummerndopplungen nur innerhalb eines Transaktionszeitschlitzes vorkommen können. Auf diese Weise können Manipulationen von Anforderungsnummer an der Ladestation, insbesondere im Gegensatz zu aufgeklebten Transaktionsnummern ausgeschlossen werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Übermitteln der Anforderungsnummer an die Zentrale durch den Nutzer und das Übermitteln der TAN an den Nutzer mittels eines mobilen Endgerätes, vorzugweises eines Handys oder Smartphones erfolgt. Die kodierte Anforderungsnummer kann durch den Nutzer vom Ladestationsdisplay abgelesen und über ein mobiles Endgerät an die Zentrale übermittelt werden. Alternativ kann die Anforderungsnummer über eine geeignete Schnittstelle (Bluetooth, NFC, QR-Code) von der Ladestation an das mobile Endgerät des Nutzers übertragen werden und sodann mittels des mobilen Endgerätes die Zentrale übermittelt werden. Die von der Zentrale erzeugte TAN wird ebenso an dieses mobile Endgerät übermittelt. Diese auf den Einsatz eines mobilen Endgerätes gerichteten Verfahrensschritte können vorzugsweise mit einer geeigneten App realisiert werden. Somit ist das Verfahren unabhängig vom Kommunikationskanal. Der Kommunikationskanal wird durch den Nutzer und dessen mobiles Endgerät bereitgestellt. Zusätzliche Kommunikationstechnik an den Ladestationen entfällt somit.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in der Zentrale ein Abgleich von durch den Nutzer kommunizierten Nutzerdaten mit in der Zentrale vorliegenden Nutzerdaten erfolgt und wobei vorzugsweise eine Bonitätsprüfung des Nutzers vorgenommen wird.
Der Zentrale müssen dazu die ladeparameterspezifischen Informationen vorliegen.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die in der Zentrale vorliegenden Nutzerdaten durch offline-Registrierung des Nutzers an der Zentrale vor Beginn der Authentifizierung an der Ladestation bereitgestellt werden, d. h. der Nutzer muss sich vor Benutzung der Ladestation an der Zentrale registrieren. Alternativ können die in der Zentrale vorliegenden Nutzerdaten durch online-Registrierung während der Authentifizierung an der Ladestation bereitgestellt werden, d. h. der Nutzer registriert sich erstmalig während der Authentifizierung an der Zentrale bspw. durch Angabe seiner Kreditkarteninformation.
Der Zentrale müssen zudem für die Abrechnung relevante Informationen vorliegen.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in der Zentrale eine Abrechnung anhand der Anforderungsnummer und in der Zentrale vorliegender Abrechnungsinformation vorgenommen wird.
Nach Abgleich der Nutzerdaten generiert die Zentrale, auf Grundlage der eingegangen Anforderungen eine zeitlich begrenzte TAN. Die erzeugte TAN wird von der Zentrale auf das mobile Endgerät des Nutzers transferiert. Der Nutzer kann die erhaltene TAN auf der Bedieneinheit der Ladestation eingeben und wird anschließend von der Ladestation authentifiziert und autorisiert.
Des Weiteren gelten diverse Auflagen in der Ladestation zum Zeitpunkt der Anforderungsnummernerzeugung und nach Authentifizierung und Autorisierung, um eine für die Ladestation eindeutige Authentifizierung und Autorisierung zu gewährleisten.
Die Erfindung betrifft zudem ein System zur Authentifizierung an Ladestationen, welches eine Ladestation mit mindestens einem Ladepunkt und eine Zentrale aufweist, wobei die Ladestation Mittel zur Generierung einer ladestations- und ladeparameterspezifischen zeitschlitzabhängig kodierten Anforderungsnummer, Mittel zur Überprüfung einer TAN sowie Mittel zum Freischalten/Sperren einer Medienentnahme aufweist und wobei die Zentrale Mittel zur Generierung der TAN aufweist.
In einer Ausgestaltung des Systems ist vorgesehen, dass die Ladestation dieselben Mittel zur Generierung einer internen TAN wie in der Zentrale zur Generierung der TAN aufweist und die Mittel zur Überprüfung der TAN als Mittel zum Vergleichen von TAN und interner TAN ausgebildet sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Figur näher erläutert. Es zeigt 1 einen Programmablaufplan eines Authentifizierungsverfahrens.
Die Authentifizierung vor Ladebeginn ist in 1 dargestellt. Ein Nutzer 116, welcher sich an einer Ladestation 117 authentifizieren möchte, löst den Authentifizierungsvorgang durch einen initialen Trigger 101 an der Ladestation 117 aus. Daraufhin generiert die Ladestation eine Abfrage 102 hinsichtlich des Operationsmodus (Laden beginnen/beenden). Der Nutzer 116 wählt den Modus Laden beginnen, Schritt 103. Die Ladestation generiert im Weiteren eine Abfrage 104 hinsichtlich des spezifischen Parameters Ladepunkt. Der Ladepunkt wird durch den Nutzer 116 eingegeben, Schritt 105. Nach Eingabe des Ladepunkts generiert die Ladestation 117 eine weitere Abfrage 106 hinsichtlich der Ladedauer, woraufhin die gewünschte Ladedauer vom Nutzer eingegeben wird, Schritt 107. Daraufhin generiert die Ladestation eine Anforderungsnummer, Schritt 108. Die Anforderungsnummer kodiert alle relevanten, in den vorangegangen Schritten bereitgestellten ladestations- und ladeparameterspezifischen Informationen. Die Anforderungsnummer wird zusätzlich mit geheimen Parametern kodiert. Dem Nutzer 116 wird die so genierte Anforderungsnummer angezeigt, Schritt 109. Die Ladestation wartet sodann auf Eingabe einer TAN, Schritt 110. Der Nutzer 116 übermittelt die Anforderungsnummer an einen externen Dienstleister 118, Schritt 111, bspw. mittels eines Mobiltelefons. Der Nutzer 116 ist bei dem externen Dienstleister 118 registriert. Dem externen Dienstleister 118 liegen die für die Abrechnung relevanten Informationen vor. Der externe Dienstleister 118 generiert auf Grundlage der Anforderungsnummer durch Auswertung der in der Anforderungsnummer kodierten Parameter eine TAN und übermittelt diese an den Nutzer, Schritt 112 Der Nutzer gibt die TAN an der Ladestation 117 ein, Schritt 113. In der Ladestation 117 liegt der gleiche Algorithmus zur Generierung der TAN vor, wie bei dem externen Dienstleister 118. Die eingegebene TAN wird in der Ladestation durch Vergleich mit der intern erzeugten TAN überprüft, Schritt 114. Das Überprüfungsergebnis wird daraufhin dem Nutzer 116 angezeigt, Schritt 115. Im Fall eines positiven Prüfergebnisses wird der Ladepunkt für die gewünschte Ladedauer freigeben. An diesem wird Strom bereitgestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich au auf andere Beladearten, wie z. B. Tankstellen, anwenden. Ein weiterer vorteilhafter Einsatz ist bei Parksäulen zu sehen. Ein besonders vorteilhafter Einsatz liegt in der Kombination von Elektroladestationen mit Parksäulen, da diese im öffentlichen Verkehrsraum bereits vorhanden sind. Die Parksäulen haben in der Regel eine eigene Stromversorgung und sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und System leicht zur Stromtankstelle umrüstbar. Auf diese Weise kann die Zeit während des Parkens, in der das Auto ohnehin nicht in Betrieb ist, sinnvoll zur Stromentnahme genutzt werden. Ein Aufbau einer kostenaufwendigen parallelen Infrastruktur zur Stromversorgung von Elektrofahrzeugen kann somit vermieden werden.
Vorteile der Erfindung sind eine für die Ladestation eindeutige Nutzerauthentifizierung bei Ladebeginn und Ladeende ohne Kommunikationsmodul in der Ladestation. Die Ladestationsnutzung kann somit über weitverbreitete handelsübliche mobile Endgeräte wie Handy oder Smartphone erfolgen. Die Erfindung ermöglicht zudem eine ladeparameterspezifische Abrechnung sowie eine ladestations-, nutzer- und transaktionsspezifische Tarifierung und Ladepunktauswahl. Replays und Manipulationen durch Nutzer oder Außenstehende werden vermieden, unzulässige Buchungen einer Ladestation oder eines Ladepunkts ebenso. Die Erfindung ermöglicht zudem eine statistische Auswertung von Ladevorgängen, u. a. hinsichtlich spezifischer Ladestationen.
Bezugszeichenliste

101–115: Verfahrensschritte
116: Nutzer
117: Ladestation
118: externer Dienstleister, Zentrale

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 Patentliteratur

DE 4414008 C2 [0003]
DE 102011101535 A1 [0006]
DE 102009043306 A1 [0007]
DE 102010009583 A1 [0008]

Claims

Verfahren zur Authentifizierung an Ladestationen das folgende Schritte aufweist: a) Generieren (108) einer ladestations- und ladeparameterspezifischen Anforderungsnummer durch eine Ladestation (117) und Bereitstellen (109) der Anforderungsnummer an einen Nutzer (116); b) Übermitteln (111) der Anforderungsnummer an eine Zentrale (118) durch den Nutzer (116); c) Generieren einer TAN auf Grundlage der Anforderungsnummer in einer Zentrale (118); d) Übermitteln (112) der TAN an den Nutzer (116); e) Bereitstellen (113) der TAN an die Ladestation (117) durch den Nutzer (116); f) Überprüfen (114) der TAN durch die Ladestation (117); g) Ausgeben (115) des Überprüfungsergebnisses an der Ladestation (117); und h) Auslösen einer Schaltfunktion zum Freischalten oder Sperren einer Medienentnahme an der Ladestation.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Nutzerauthentifizierung gemäß den Schritten a) bis h) zur Anmeldung oder zur Abmeldung eines Nutzers an einer Ladestation vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei für den Fall, dass die Überprüfung eine gültige TAN ergeben hat, ein Ladepunkt zum Bezug von Strom freigeben wird im Falle einer Anmeldung des Nutzers oder ein Ladepunkt von der Stromversorgung abgeschaltet wird im Fall einer Abmeldung des Nutzers (116).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zur Generierung (108) der ladestations- und ladeparameterspezifischen Anforderungsnummer ladeparameterspezifische Informationen wie gewünschte Ladedauer und Ladeanschlusspunkt durch den Nutzer bereitgestellt (105, 107) werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die ladestations- und ladeparameterspezifische Anforderungsnummer zeitschlitzabhängig mit geheimen Parametern kodiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Übermitteln (111) der Anforderungsnummer an die Zentrale durch den Nutzer (116) und das Übermitteln (112) der TAN an den Nutzer (116) mittels eines mobilen Endgerätes, vorzugweises eines Handys oder Smartphones erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in der Zentrale ein Abgleich von durch den Nutzer (116) kommunizierten Nutzerdaten mit in der Zentrale (118) vorliegenden Nutzerdaten erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Bonitätsprüfung des Nutzers vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die in der Zentrale (118) vorliegenden Nutzerdaten durch offline-Registrierung des Nutzers an der Zentrale (118) vor Beginn der Authentifizierung oder durch online-Registrierung während der Authentifizierung bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei in der Zentrale (118) eine Abrechnung anhand der Anforderungsnummer und in der Zentrale vorliegender Abrechnungsinformation vorgenommen wird.
System zur Authentifizierung an Ladestationen, welches eine Ladestation (117) mit mindestens einem Ladepunkt und eine Zentrale (118) aufweist, wobei die Ladestation (117) Mittel zur Generierung einer ladestations- und ladeparameterspezifischen zeitschlitzabhängig kodierten Anforderungsnummer, Mittel zur Überprüfung einer TAN sowie Mittel zum Freischalten/Sperren einer Medienentnahme aufweist und wobei die Zentrale (118) Mittel zur Generierung der TAN aufweist.
System nach Anspruch 11, wobei die Ladestation (117) dieselben Mittel zur Generierung einer internen TAN wie in der Zentrale (118) zur Generierung der TAN aufweist und die Mittel zur Überprüfung der TAN als Mittel zum Vergleichen von TAN und interner TAN ausgebildet sind.