用于管理参与充电过程的多个测量单元的方法和管理单元与流程

1.本发明涉及一种用于管理参与充电过程的多个测量单元的方法和管理单元。


背景技术：

2.电动车辆或至少部分以电能量驱动的车辆具有至少一个蓄电池，所述至少一个蓄电池在电动车辆的进行中的运行中应定期充电。电动车辆的充电在充电站（在专业领域中也已知为电动车辆供电设备或简称为evse）处进行，其中所述充电站经由充电电缆或者也利用无线感应的耦合而与该电动车辆连接。
3.在经扩展的基础设施中，通常使用所谓的充电点，其中相对于充电站而言充电点的特征在于脱离的组件。该充电站的各个组件、例如变换器分支或变换器级在此并非强制性地被分配给特定的充电点，而是尽可能动态地被分配给这些充电点。在此，根据所要求的充电功率而定，也从多个变换器分支或变换器级给一个充电点馈送电能量。
4.随着更大程度地扩充具有多个充电点的充电基础设施，更高度地关注于保证对传输的电能量的防止操纵的、可追溯的和可检验的结算。用于测量向电动车辆、或者一般而言向能量阱所传输的电能量的经校准的测量设备构成了对此的基础。对这种测量设备的要求的特点总是也通过符合规范的规定来表示。
5.当今，应观察到向着新型测量设备的发展，其中所述新型测量设备除了自身的固有任务“测量电能量”以外还具有经扩展的用于创建测量数据集的功能。在这种测量数据集中例如设有标识数据到所测量的电能量的分配。在下文中，因此也以措辞“测量单元”来谈及这种新的测量设备。现代测量单元发展的特点通过如下要求来表示：给测量值配备由能量阱所提取的电能量的标识数据。
6.在可供用户使用给其电动车辆（即能量阱）充电的公共充电站，为了结算所提取的电功率首先应标识相应的用户。这种要求与对家庭常用的能量计数器或电表的要求相比而言要更广泛，其中在家庭常用的计数器或电表情况下仅仅应标识出能量阱，通常为整个家庭。在家庭常用的能量计数器的情况下，通常通过计数器号码来对能量阱进行标识。在家庭常用的能量计数器的情况下，当今，在技术上并未设置并且在结算技术上也并不需要对用户的进一步的细节化。而在公共的充电站处，为了结算所提取的电功率而应标识出相应用户。
7.在当今的可供用户使用给其电动车辆充电的公共充电站，例如借助于卡来对用户进行标识以及对其进行认证。然后，由当今的测量设备仅仅测量所提取的电功率，而在此期间通过充电站进行测量数据到用户的对于结算所需的分配。于是，这种分配的结果是总测量数据集，在所述总测量数据集中详细地列出关于所提取的电功率的测量数据并且然后将所述测量数据分配给所认证的用户。虽然从现有技术中也已知自主地形成总测量数据集的测量设备，然而在此还是通过充电站进行所述分配，其方式为，所述充电站预先地、也就是说在一开始或者最晚在测量即将结束之前提供所述数据。
8.换言之，当今的公共充电站需要中央控制器，在所述中央控制器中实现用户的标
识、用户的认证以及结算数据集的创建。随着可预见地增多的公共充电站数目而令人值得期望的是，将所述实现方案的一部分从充电站的中央控制器转移到脱离的实体或者远程实体或者转移到在充电站或充电基础设施之内或之外的分布式组件，并且因此减小针对当今的充电基础设施的中央控制器的开发和运行的技术耗费。
9.具有多个充电点的未来充电基础设施此外对于每个充电点而言甚至包括多于一个测量单元，因为为了测量由多个变换器分支所发出的电能量而在未来对于每个变换器分支或变换器级设置测量单元。因为由测量单元所检测的测量数据集是与结算相关的，因此必须确保：可能对用户进行明确分配。
10.然而，这种要求出于多个原因而被证实为在技术上是困难的。一方面在于，在充电点的用户经常变更。因此，必须保证在充电过程和用户之间的明确分配。而另一方面，当多个测量单元应分配给从多个变换器分支馈送的一个充电过程时，也必须明确地保证所述分配。尤其是必须保证：当变换器分支的所馈入的能量从第一用户的充电过程切换到第二用户的充电过程时，撤销所述分配。
11.然而，被认证的用户到来自各个变换器分支的多个测量数据集的分配受到安全技术上的限制。在未来的充电基础设施中，宁可采取技术上和/或组织上的措施，以便恰好防止所认证的用户的这种多重分配。


技术实现要素：

12.本发明的任务在于，提供一种用于管理多个参与充电过程的测量单元的装置，所述装置保证：由多个在充电过程生成的测量数据集创建能分配给用户的总测量数据集。
13.所述任务通过具有专利权利要求1的特征的模块化构造的测量单元以及通过具有专利权利要求5的特征的方法而得以解决。
14.根据本发明的用于管理多个参与充电过程的测量单元的管理单元包括：
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用于依据至少一个分配给用户的认证数据来认证所述用户的认证模块；
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用于接收需求请求消息的需求接收模块，其中所述需求请求消息由多个参与充电过程的测量单元之一发送并且通过测量单元标识符对所述测量单元进行标识；
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用于生成基于认证数据所创建并且针对每个需求请求消息而言可区分的过程标识符的过程标识符模块；
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用于传输过程标识符到通过测量单元标识符所确定的测量单元的接口模块，
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所述接口模块还被设立用于，接收至少一个测量数据集，其中所述测量数据集包含所述过程标识符和至少一个测量数据；和
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用于通过合并针对至少一个过程标识符所收集的至少一个测量数据集而创建能分配给该用户的总测量数据集的分配模块。
15.根据本发明的管理单元规定：由用户的认证数据生成多个可区分的过程标识符。相应的过程标识符被传输给参与充电过程的相应测量单元并且由该测量单元将其此后纳入在测量数据集中。这种充电过程尤其是也包括充电过程的不同阶段，其中在每个阶段中都有加入的电流分支或退出的电流分支、例如变换器分支的参与，其中这些电流分支在其方面包括加入充电过程或退出充电过程的测量单元。针对加入充电过程的测量单元而规定：该测量单元将需求请求消息发送到管理单元，该测量单元作为应答而从该管理单元获
得如下过程标识符，其中所述过程标识符基于认证数据而创建并且对于每个需求请求消息而言是可区分的。要么由测量单元自身触发将需求请求消息发送到管理单元，要么由管理单元请求将需求请求消息发送到管理单元。前一种情况相应于“pushing（推送）”，在这种情况下测量单元作为数据提供者评判以事件或数据变化的形式的需求并且必要时将需求请求消息发送到管理单元。第二种情况则相应于“polling（轮询）”，在这种情况下管理单元以周期性的询问或者也可以以受事件控制的询问（例如以在此未进一步探讨的用于询问所管理的测量单元的协议的形式）监控所述需求并且请求在一个或多个测量单元侧发送需求请求消息。
16.基于认证数据而设置不同过程标识符有利地保证了：在充电过程和用户之间的明确分配。此外，设置不同的过程标识符保证了：即便是在充电过程期间不同测量单元由于在电流分支的变化的开关级中所控制的充电功率而变换、加入或退出的情况下，由这些测量单元所生成的多个测量数据集也明确分配到该用户的该充电过程。
17.通过根据本发明而将所认证的用户明确地交替地分配到多个可区分的过程标识符，有利地避免了认证数据的多重分配并且因此也在未来的实现中并没有受到安全技术的限制。
18.本发明的其他构型方案是从属专利权利要求的主题。
附图说明
19.在下文中，依照附图对本发明的其他实施例和优点进一步予以阐述。在此，唯一的附图示出了与根据本发明的管理单元的实施方式通信连接的充电基础设施的示意图。
具体实施方式
20.充电基础设施chp用于对电动车辆ev或至少部分电驱动的车辆进行充电。对此，该充电基础设施chp包括两个充电点，电动车辆ev能够经由相对应的充电电缆cc被连接在这些充电点上。所述充电基础设施chp通常包括多个未示出的变换器分支。利用相应的变换器分支，例如三相的交流电流被变换成直流电流。利用所述直流电流于是能够在相应的充电点对这些电动车辆ev的电蓄能器充电。
21.此外，该充电基础设施chp包括多个测量单元m1、m2、m3、m4，这些测量单元例如测量在各个变换器分支中发出的或者也在充电电缆发出的电能量。此外，可以通过相应的测量单元m1、m2、m3、m4确定例如从供电网输送给相应的变换器分支的电能量。另外的测量单元m1、m2、m3、m4可以被设置用于测量被输送给充电电缆cc或从该充电电缆提取的电能量。在第一种情况下，所述测量单元m1、m2、m3、m4可以被定位在充电基础设施chp那侧，在第二种情况下被定位在车辆附近，例如定位在充电电缆cc的末端或插头上。
22.在其余方面，测量单元m1、m2、m3、m4并不限于电能量的测量，根据实现方案而定，测量单元m1、m2、m3、m4也可以用于测量电压、电流、电功率、无功电功率、电阻或者也可以用于测量温度。此外，测量单元m1、m2、m3、m4也可以用于确定时间或用于测量时间段。
23.这些测量单元m1、m2、m3、m4优选地包括未示出的用于测量至少一个测量参量和用于由所述测量参量确定至少一个测量数据的测量模块以及未示出的接口模块。在测量单元m1、m2、m3、m4中的所述接口模块与充电基础设施chp的接口mif共同作用以双向地交换消息
msg。经由充电基础设施chp的接口mif与管理单元amu的接口模块ifc以密码保护的方式交换消息msg。所述接口mif关于其空间大小方面并不受限。作为接口mif，例如可以使用本地的或全球的数据网络，所述数据网络以已知的面向包的方式将多个空间上分布的充电基础设施连接。所述数据接口mif与在附图中所示的布置不同地也可以包括多个充电基础设施单元。
24.用于管理多个参与充电过程的测量单元m1、m2、m3、m4的管理单元amu的实施方式包括：用于依据至少一个分配给用户usr的认证数据来认证所述用户的认证模块aut。该管理单元amu还包括用于接收需求请求消息的需求接收模块rqm以及用于生成基于认证数据所创建并且针对每个需求请求消息而言可区分的过程标识符的过程标识符模块pid，其中所述需求请求消息由多个参与充电过程的测量单元m1、m2、m3、m4之一发送并且通过测量单元标识符对所述测量单元进行标识。
25.通过管理单元amu的接口模块ifc，例如将过程标识符传输到通过测量单元标识符所确定的测量单元m1、m2、m3、m4。此外，该接口模块ifc被设立用于从测量单元m1、m2、m3、m4接收测量数据集。这些测量数据集包含相应的过程标识符和至少一个测量数据并且优选被密码保护。
26.该管理单元amu还包括分配模块ass，所述分配模块用于通过合并针对至少一个过程标识符所收集的至少一个测量数据集而创建能分配给该用户的总测量数据集。
27.根据本发明的一种实施方式，管理单元amu的上述模块ifc、rqm、pid、ass、aut作为分开的硬件模块而存在，这些模块在管理单元amu之内与中央控制器ctr通信。在本发明的替代性的实施方式中，上述模块ifc、rqm、pid、ass、aut其中的一些或所有模块至少部分地作为软件模块而存在，所述软件模块的程序代码在管理单元amu的中央控制器ctr中被加载并且被执行。可以使上述模块ifc、rqm、pid、ass、aut作为中央服务器上的独立进程运行或者作为在分布式环境或云中的分布式网络服务而运行。
28.在下文中，在此处示出的实施方式中对根据本发明的方法进一步予以阐述。根据本发明的第一步骤规定：依据至少一个被分配给该用户usr的认证数据来对该用户usr进行认证。在此情况下，能够设想不同的实施方式。例如从结合输入个人标识号码（简称pin）而对储值卡的使用或者从与移动终端设备上运行的应用相结合的用户usr的移动终端设备来确定认证数据。在通过所述认证而确认身份之后，为了认证而可选地进行用户usr的授权、也即确定是否所标识的用户usr有权限使用，接下来选择该用户usr所期望的充电点并且对其释放充电，其中所述认证可选地伴随有附加的认证特征、如密码输入，人体特征配准、如脸部识别等。所述授权优选地在将远程询问的（未示出的）用户账户包括在内的情况下通过检验所述用户usr的凭证或认证而进行。
29.在开始充电过程之前或者充电过程期间，在需求接收模块rqm规定：接收由参与充电过程的测量单元m1、m2、m3、m4其中的一个或多个所发送的需求请求消息。当发生测量单元m1、m2、m3、m4参与充电过程这一事件时，参与充电过程的测量单元m1、m2、m3、m4例如发送需求请求消息给管理单元amu。这样的需求请求消息作为面向包的消息msg而在充电基础设施chp的接口mif与管理单元amu的接口模块ifc之间被交换。在需求请求消息中，测量单元m1、m2、m3、m4通过单独的测量单元标识符来标识自身。当发生测量单元m1、m2、m3、m4停止参与充电过程或者终止参与充电过程这一事件时，那么也发送与需求请求消息同类的消息。
30.在接收需求请求消息时，在管理单元amu侧接着通过过程标识符模块pid进行：生成可区分的过程标识符。这种过程标识符以一定相似度相应于用户usr的认证数据、也相应于认证数据或标识数据，然而具有如下区别：现在起对于用户身份设立了多个不同的、也即也可区分的过程标识符，而由于基于认证数据而生成了过程标识符这一事实又能随时将所述过程标识符分配给用户usr。然而，通过过程标识符的不同的性质而有利地避免了认证数据的多重分配。
31.参与充电过程的测量单元m1、m2、m3、m4响应于前面提及的需求请求消息而接收由管理单元amu所发送的过程标识符，其中所述过程标识符同样能够被包含在消息msg中。从管理单元amu向通过事先获得的需求请求消息的测量单元标识符所确定的测量单元m1、m2、m3、m4发出包含所述过程标识符的消息msg。
32.参与充电过程的测量单元m1、m2、m3、m4现在起以规律的时间间隔或者基于事件地通过参考所述过程标识符而将测量数据集发送到管理单元amu。测量数据集除了所述过程标识符之外还包含至少一个测量数据。
33.在充电过程终止之后，最后在分配模块ass中进行：通过合并针对该过程标识符所收集的所有测量数据集而创建能分配给该用户usr的总测量数据集acd。为了结算电能量而将该总测量数据集acd发送给结算中心acc。总测量数据集acd的发送要么像是在附图中所示的那样经由分配模块ass自己的外部接口来进行要么经由该接口模块ifc来进行。在这两种情况下，总测量数据集acd的发送以及与结算中心acc的进一步数据交换都经由以密码保护方式的消息交换来进行。所述总测量数据集acd优选地配备有时间戳并且然后以数字的方式被签名。为了签名例如通过分配模块ass借助于与该总测量数据集acd相对应的签名密钥而计算如下值，所述值也可以被称为签名或数字签名。通过该签名而实现：借助于公共验证密钥而检验总测量数据集acd的完整性和作者身份。
34.根据一种构型方案，该管理单元包括时间服务器，被管理的测量单元m1、m2、m3、m4通过该时间服务器而调用当前时间。
35.在本发明的另一种构型方案中规定：过程标识符的生成已经在用户usr的认证过程中开始。如果用户为了驶入停车区域中（例如通过检测权限卡或信用卡）而开始自身的认证那么这种措施例如是有利的。然后，可以不仅针对停车时间的结算而且也针对在驶入停车区域之后开始的充电过程再次使用该过程标识符。为了检测停车时间而有利的是：在认证过程中针对所生成的过程标识符启动计时器或定时器。例如在驶出时所读取的计时器的值于是表示如下停车时间，除了针对充电过程所消耗的电能量之外还能够将该停车时间记在账上。
36.在下文中对根据本发明的方法的该实施方式的相对应的应用示例予以描述。用户usr以其电动车辆ev驶入到停车楼中。为了打开栏杆该用户必须对自身进行认证。所述认证信息被传送到管理单元amu。在该管理单元amu中，接着开始持续时间测量。用户usr行驶到空闲的充电点并且将自身的车辆ev与充电点连接。被分配给该充电点的控制器依据由该车辆ev所请求的功率或所请求的电流而确定：需要三个变换器级以提供所请求的功率或所请求的电流，然而当前提供仅两个变换器级。以相对应的需求请求消息通知该管理单元amu，并且该管理单元amu生成两个过程标识符，这些过程标识符被传送到被分配给这两个功率级的测量单元。接着开始该充电过程。该管理单元amu基于该充电过程而开始进一步的持续
时间测量或者形成关于已经进行中的以及继续进行的第一持续时间测量的中间值。
37.在充电过程期间，现在有另一个第三变换器级空闲。被发出的功率或被发出的电流在使用第三变换器级的情况下被增大。对此，该管理单元amu将另外的过程标识符传送到被分配给第三变换器级的第三支路的测量单元，终止第二持续时间测量并且开始进一步的第三持续时间测量。
38.在进一步的过程中，该电动车辆由于达到足够的充电状态从现在起仅还需要更小的充电电流。
39.于是，第三支路被从充电过程中再次移除。与此相对应地，终止关于被分配给第三变换器级的第三支路的测量单元的测量过程。被分配给第三支路的测量单元将测量数据集传送给管理单元amu并且可选地显示出：测量过程被终止。管理单元amu又开始新的持续时间测量。相应的过程也在如下情况下进行：由于另一用户的优先的充电过程而从在此被观察的用户usr的充电过程中抽走一个支路或者功率级并且为了所述另一用户的优先的充电过程而将其输送给所述另一用户。
40.以更小的充电功率继续进行针对在此进一步被观察的用户usr的充电过程。该管理单元amu可选地从不再需要的测量单元接收测量数据集，将新的或现有的过程标识符发送给附加的测量单元或者重新参与的测量单元并且在每个事件中开始新的持续时间测量，直至该用户usr最终离开停车楼。
41.通过分配模块ass而将所有测量数据集汇集到总测量数据集，对其配备时间戳、签名并且针对收费而提供所述测量数据集。