DE102020120945A1

DE102020120945A1 - Verfahren zum Kommunizieren, basierend auf einer Distributed-Ledger-Technologie, zwischen einer Vielzahl von Ladestationen für Elektrofahrzeuge

Info

Publication number: DE102020120945A1
Application number: DE102020120945.2A
Authority: DE
Inventors: Torsten Dahmen; Ingo Kledewski
Original assignee: Innogy Innovation GmbH
Current assignee: Future Energy Ventures Management GmbH
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2022-02-10

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Kommunizieren, basierend auf einer Distributed-Ledger-Technologie, zwischen einer Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) für Elektrofahrzeuge (50) in einem privaten Netzwerk (67) beschrieben. Jede Ladestation (10, 20, 30, 40) umfasst eine Recheneinheit (12), ein Speichermedium (14), und eine Kommunikationseinheit (16). Das Verfahren umfasst die Schritte Erfassen einer ersten neu in das Netzwerk (67) eingehenden Transaktion und basierend auf einem Konsensverfahren Überprüfen, Bestätigen, unveränderbar mit bereits in den Speichermedien (14) der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) verteilt gespeicherten verketteten Transaktionen Verketten und danach verteilt Speichern in den Speichermedien (14) der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) der neu verketteten Transaktionen. Das Konsensverfahren basiert auf einem Proof-of-Authority-, PoA, und/oder einem Byzantinische Fehlertoleranz-, BFT, Verfahren. Ferner werden eine Ladestation (10, 20, 30, 40) und ein Ladestationssystem für Elektrofahrzeuge (50) beschrieben.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Distributed-Ledger-Technologie für Ladestationen für Elektrofahrzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Kommunizieren, basierend auf einer Distributed-Ledger-Technologie, zwischen einer Vielzahl von Ladestationen für Elektrofahrzeuge in einem privaten Netzwerk, eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, ein Ladestationssystem für Elektrofahrzeuge umfassend eine Vielzahl von Ladestationen, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Speichermedium.
HINTERGRUND
Distributed-Ledger-Technologien, wie beispielsweise Blockchain, ermöglichen einen manipulationssicheren Aufbau von Datenstrukturen und Systemen zum Werttransfer basierend auf einem elektronischen Register für digitale Datensätze, Ereignisse oder Transaktionen. Verschiedene Distributed-Ledger-Technologien können sich insbesondere hinsichtlich des Kreises der zugangsberechtigten Akteure, den verwendeten Konsensverfahren zur Validierung neuer Daten bzw. Transaktionen sowie der Zusammensetzung und den Aufgaben der beteiligten Akteure unterscheiden. Im Vergleich zu konventionellen Datenbanksystemen liefern Distributed-Ledger-Technologien Vorteile hinsichtlich der Datenintegrität, der Transparenz und der Programmierarbeit von Transaktionen, und werden deshalb in immer mehr technischen Bereichen eingesetzt. Herausforderungen bei Distributed-Ledger-Technologien können sich jedoch hinsichtlich der Skalierbarkeit, dem Rechenaufwand bei der Konsensfindung und dem benötigten Speicherplatz ergeben. Je nach Anwendungsgebiet ist es daher notwendig, eine passende Distributed-Ledger-Technologie bzw. Implementierung auszuwählen und diese an die strukturellen Vorgaben des Anwendungsgebiets anzupassen. Insbesondere ist es notwendig, in Abhängigkeit von dem Anwendungsgebiet eine passende Netzwerkumgebung und ein passendes Konsensverfahren auszuwählen.
Die wohl bekannteste Anwendung von Distributed-Ledger-Technologien ist die auf der Blockchain basierende Digitalwährung Bitcoin, bei der spezialisierte Bitcoin-Mining-Computer das Netzwerk sichern und Bitcoin-Transaktionen abwickeln, indem sie ein rechnerisches Problem lösen, das es ihnen ermöglicht, Blöcke von Transaktionen zu verketten.
Ein neues Anwendungsgebiet von Distributed-Ledger-Technologien sind Cluster, d.h. Gruppen, von Ladestationen für Elektrofahrzeuge. Da die Ladestationen an ein oder mehrere elektrische Versorgungsnetze angeschlossen sind, für welche eine Netzstabilität gewährleistet werden muss, und da über Ladestationen sicherheitskritische Bezahlvorgänge abgewickelt werden, sind Datenintegrität, d.h. die Zuverlässigkeit und Vertrauenswürdigkeit von Daten während ihres gesamten Lebenszyklus, und Systemsicherheit bei Ladestationen für Elektrofahrzeuge von hoher Wichtigkeit. Aus diesem Grund bieten sich Distributed-Ledger-Technologien für den Einsatz in Clustern von Ladestationen für Elektrofahrzeuge an. Entgegen für Bitcoin-Transaktionen optimierte Bitcoin-Mining-Computer sind die üblicherweise in Ladestationen verbauten Recheneinheiten jedoch keine für Distributed-Ledger-Technologien angepasste Spezialrechner. So sind in den Recheneinheiten der Ladestationen die Rechenleistungen beschränkt, d.h. nur für üblicherweise in einer Ladestation anfallende Rechenaufgaben ausgelegt. Auch der Speicherplatz von in den Ladestationen eingebauten Speichermedien ist üblicherweise nicht auf eine Speicherung großer Datenmengen, beispielsweise umfangreicher Blockchains, ausgelegt.
Die Druckschrift US 2017/0358168 A1 betrifft eine Vielzahl von Ladestationen für Elektrofahrzeuge, die über ein Netzwerk miteinander verbunden sind. Als Konsensverfahren schlägt diese Druckschrift ein Proof-of-Work- (PoW) Verfahren vor. Bei dem PoW-Konsensverfahren lösen die Recheneinheiten der Ladestationen komplizierte kryptographische Rechenaufgaben. Die Lösungen dieser Rechenaufgaben werden in einer Blockchain durch die Generierung eines neuen Blocks markiert. Durch die Lösungen der Rechenaufgaben wird bewiesen, dass das Rechenwerk, d.h. die Transaktionen, fehlerfrei durchgeführt wurde. Beim PoW-Konsensverfahren erfordert das Lösen der Rechenaufgaben jedoch eine hohe Rechenleistung, umfangreichen Speicherplatz, viel Zeit und viel elektrische Energie, weshalb es für Ladestation für Elektrofahrzeuge nicht optimal geeignet ist.
Die Druckschrift WO 2019/215437 A1 betrifft ein System zur Kontrolle des Zugangs zu und der Nutzung von Ladestationen für Elektrofahrzeuge, wobei der Zugang zu bzw. die Nutzung der Ladestationen mit Hilfe einer öffentlichen Blockchain erfolgt, die von Netzknoten eines öffentlichen Peer-to-Peer Netzwerks berechnet wird. Nachteilig dabei ist, dass grundsätzlich jeder öffentliche Netzknoten Zugriff auf die in der öffentlichen Blockchain verteilt gespeicherten Transaktionen hat, so dass das in der WO 2019/215437 A1 vorgeschlagene System nur bedingt für Ladestationen geeignet ist.
KURZER ABRISS
Der vorliegenden Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kommunizieren, basierend auf einer Distributed-Ledger-Technologie, zwischen einer Vielzahl von Ladestationen für Elektrofahrzeuge in einem privaten Netzwerk bereitzustellen, wobei jede Ladestation eine Recheneinheit, ein Speichermedium, und eine Kommunikationseinheit umfasst, und das Verfahren Erfassen einer ersten neu in das Netzwerk eingehenden Transaktion und basierend auf einem Konsensverfahren Überprüfen, Bestätigen, unveränderbar mit bereits in den Speichermedien der Vielzahl von Ladestationen verteilt gespeicherten verketteten Transaktionen Verketten und danach verteilt Speichern in den Speichermedien der Vielzahl von Ladestationen der neu verketteten Transaktionen umfasst, wobei das Konsensverfahren auf einem Proof-of-Authority-, PoA, und/oder einem Byzantinische Fehlertoleranz-, BFT, Verfahren basiert.
Bei der Distributed-Ledger-Technologie handelt es sich um eine auf einem Datenbankensystem basierende Technologie, die eine synchronisierte Verifizierung und Speicherung von Daten in einem Netzwerk ermöglicht. Beispielsweise kann es sich bei der Distributed-Ledger-Technologie um eine Blockchain handeln. Vorzugsweise handelt es sich in diesem Fall um eine private Blockchain, bei der die Anzahl der Teilnehmer durch festgelegte Kriterien beschränkt ist und bei der neu generierte, verkettete Blöcke in den Ladestationen verteilt gespeichert werden. Obwohl die nachfolgenden Ausführungsformen auf die Blockchain Bezug nehmen, kann die vorliegende Erfindung beispielsweise auch basierend auf der Tangle-Technologie realisiert werden. Bei Tangle handelt es sich um eine Weiterentwicklung der Blockchain, bei der das Netzwerk nicht mehr auf einzelnen Blöcken, die hintereinander angeordnet werden, sondern auf Transaktionen basiert, wobei jede Transaktion zwei vorhergehende Transaktionen bestätigt.
Bei der Ladestation kann es sich um jede Art von Lademittel handeln, welches ein Laden eines Elektrofahrzeugs mit elektrischer Energie ermöglicht. Insbesondere kann es sich bei der Ladestation um eine kapazitive Ladestation, eine induktive Ladestation oder einen sogenannten „Smart Pole“ handeln. Über einen Ladeanschluss, beispielsweise einen Anschluss für ein Ladekabel, kann das Elektrofahrzeug mit der Ladestation zum Laden des Elektrofahrzeugs mit elektrischer Energie verbunden werden. Die Ladestation kann ferner Mittel zum Abrechnen eines Ladevorgangs, beispielsweise mit Hilfe einer Kreditkarte, umfassen. Eine Gruppe von Ladestationen kann in einem Ladestationssystem in Kommunikationsverbindung stehen.
Im Gegensatz zu einem öffentlich zugänglichen Netzwerk handelt es sich bei dem vorliegenden Netzwerk um ein privates Kommunikationsnetzwerk, auf welches nicht jedermann Zugriff hat. So kann es sich bei dem privaten Netzwerk um ein privates Local Area Network (LAN) und/oder ein privates Wireless Local Area Network (WLAN) handeln. Beispielsweise verbindet das private Netzwerk über eine private Verkabelung und/oder über ein privates Funknetz eine Vielzahl von Ladestationen eines Parkplatzes oder eines Parkhauses, die an einen gemeinsamen Netzanschlusspunkt angeschlossen sind, zu einem Ladestationssystem. Insbesondere kann es sich um ein Mesh-Netzwerk handeln. Das Mesh-Netzwerk kann drahtlos oder drahtgebunden aufgebaut sein. Das Mesh-Netzwerk kann auch aus einer Gruppe drahtgebunden verbundener Teilnehmer und einer Gruppe drahtlos verbundener Teilnehmer gebildet werden. Es kann sich bei dem privaten Netzwerk auch um ein virtuelles privates Netzwerk (VPN) handeln. Das VPN kann beispielsweise eine Vielzahl in verschiedenen Städten (beispielsweise in München, Berlin und Hamburg) installierte Ladestationen umfassen, die über das VPN in Kommunikationsverbindung stehen. Das zugrundeliegende Netzwerk kann beispielsweise das Internet oder ein 5G-Netzwerk sein. Eine Teilnahme am VPN-Netzwerk kann beispielsweise nur aus einem festgelegten Internet-Protokoll- (IP) Adressraum oder über einen passwortgeschützten Zugang möglich sein. Bei dem privaten Netzwerk kann es sich insbesondere um ein Peer-to-Peer-Netzwerk handeln. Vorteilhaft dabei ist, dass Dritte nicht ohne weiteres auf das Netzwerk bzw. die über das Netzwerk basierend auf der Distributed-Ledger-Technologie kommunizierten Daten zugreifen kann.
Die Recheneinheit kann eine zentrale Recheneinheit (CPU), wie einen Mikrocontroller (MCU) oder einen Mikroprozessor umfassen. Die Kommunikationseinheit dient als Kommunikationsschnittstelle um Daten über das Netzwerk zu Senden bzw. zu Empfangen. Beispielsweise handelt es sich bei der Kommunikationseinheit um ein Ethernet- oder eine WLAN-Modul. Bei dem Speichermedium kann es sich um jede Art von Speicherlösung, wie einen Festplattenspeicher handeln. Dabei muss das Speichermedium nicht in der Ladestation angeordnet sein, sondern kann von außerhalb der Ladestation über ein Kommunikationsnetz mit der Kommunikationseinheit kommunizieren.
Zur Realisierung der Distributed-Ledger-Technologie stellt jede Ladestation der Vielzahl von Ladestationen Hardware-Ressourcen zur Verfügung, um Inhalte bzw.
Leistungen des Netzwerks bereitzustellen, und um eine direkte Datenkommunikation zwischen den Ladestationen zu ermöglichen. Die Ladestationen können dabei die Aufgaben eines Teilnehmers, einer Node (Knoten) und/oder einer Authority Node (Berechtigungsknoten) bzw. eines Validierungsknotens in dem Netzwerk übernehmen. Teilnehmer sind transaktionsberechtigte Nutzer des Netzwerks, und Nodes sind Recheneinheiten im Netzwerk, die Prüfaufgaben übernehmen und Transaktionen von Teilnehmern aufnehmen und im Netzwerk verteilen.
Bei der ersten neu in das Netzwerk eingehenden Transaktion kann es sich um jede Art von digital abbildbarer Information, insbesondere um einen digitalen Datensatz oder ein Ereignis handeln. Eine Ausführung einer Transaktion umfasst dabei die Schritte einer Transaktionsdefinition, einer Transaktionsverifikation, einer Block-Validierung und eines Blockchain-Updates.
Mit dem Konsensverfahren wird zwischen den Teilnehmern des Netzwerks, d.h., den Ladestationen, eine Einigung über den Status des Netzwerks erzielt, d.h., sichergestellt, dass alle Teilnehmer des Netzwerks eine identische Kopie der verteilten Datenbank, d.h. der verketteten Transaktionen, in ihren Speichermedien gespeichert haben. Um Nachteile hinsichtlich eines hohen Verbrauchs von Rechenleistung und Speicherplatz beim Ausführen des Konsensverfahrens durch die Ladestationen zu vermeiden, wird ein auf ein Proof-of-Authority-, PoA, und/oder ein Byzantinische Fehlertoleranz-, BFT, Verfahren basierendes Konsensverfahren verwendet. Insbesondere wird ein Konsensverfahren verwendet, dass innerhalb der Ladestationen ausgeführt werden kann und im laufenden Betrieb der Ladestationen, d.h. auch während des Ladens eines Elektrofahrzeugs, eine Kommunikation zwischen den Ladestationen ermöglicht, was durch PoA- und BFT-Konsensverfahren gegeben ist.
Bei PoA handelt es sich um ein reputationsbasiertes Konsensverfahren, das einen Wertigkeitsgrad von Identitäten nutzt. Dabei werden Verkettung durch Validierungsknoten gesichert, die als vertrauenswürdige Einheiten ausgewählt wurden. So werden einzelne Teilnehmer, denen die Verwaltung des Netzwerks obliegt, für eine Blockbildung bestimmt. PoA basiert auf einer begrenzten Anzahl von Validierungsknoten, so dass das Netzwerk einfach hochskalierbar ist. Blöcke und Transaktionen werden dabei von zuvor bestimmten Teilnehmern verifiziert, die als Moderatoren des Ladestationssystems fungieren. Beispielsweise sind die Validierungsknoten mit gleichen Identität in einer Notardatenbank wie in dem Ladestationssystem registriert. PoA gewährleistet somit die Sicherheit des Ladestationssystems.
Neben der Reduzierung der Energiemenge, die für die Berechnung des Blockchainnetzwerks erforderlich ist, vereinfacht das PoA-Konsensverfahren auch den Validierungsprozess, so dass keine Hochleistungs-Hardware in den Ladestationen notwendig ist. Insbesondere muss das PoA-Konsensverfahren keine Rätsel lösen, um eine permanente Verbindung zwischen den Ladestationen sicherzustellen. Daher benötigen die Validierungsknoten auch keine spezielle Hardware um das Netzwerk aufrechtzuerhalten. Des Weiteren liefert das PoA-Konsensverfahren verbesserte Transaktionsraten und erhöht die Geschwindigkeit, mit der Transaktionen validiert werden. Blöcke werden in einer vorhersehbaren Sequenz basierend auf der Anzahl der Validierungsknoten generiert, so dass die Blockchain beispielsweise eine höhere Transaktionsrate als PoW aufweist. Das PoA-Konsensverfahren liefert des Weitern eine hohe Sicherheit bei 51% Angriffen, da das Netzwerk von einem Nutzer, der 51% oder mehr der Rechenleistung generiert, nicht beeinträchtigt werden kann. Außerdem werden die Ladestation vorauthentifiziert. Wenn eine Ladestation nicht verfügbar ist, kann das Netzwerk diese Ladestation vom Validierungsprozess ausschließen. Vorteilhafte Beispiele des PoA-Konsensverfahrens sind Aura und Clique.
Vorteilhafte Beispiele des BFT-Konsensverfahrens sind Federated Byzantine Agreements (z.B. das Stellar- oder Ripple-Konsensverfahren), Practical Byzantine Fault Tolerance (z.B. Hyperledger Fabric), PARSEC oder Avalanche.
Um den begrenzten Hardware- und Speicherplatzressourcen in Ladestationen für Elektrofahrzeuge Rechnung zu tragen, kann das Verfahren ferner die Schritte wiederholtes, verteiltes Speichern der verketteten Transaktionen in den Speichermedien der Vielzahl von Ladestationen, und Löschen, in einem Speichermedium einer ersten Ladestation der Vielzahl von Ladestationen, aller in der Vergangenheit gespeicherten, verketteten Transaktionen bis auf die basierend auf einer letzten Konsensfindung gespeicherten, verketteten Transaktionen umfassen. Beispielsweise wird bei jeder Transaktion ein Eintrag in einer Blockchain erstellt, der Informationen wie Sender, Empfänger und Wert bzw. Status umfasst. Diese Informationen sind notwendig, damit die Transaktionen zugeordnet und nachvollzogen werden können. Je mehr Einträge gespeichert werden, umso größer ist das Speichermedium ausgelastet. Theoretisch könnte der Speicherbedarf also ins Unendliche wachsen. Durch den Löschvorgang kann jedoch der Speicherplatzbedarf im Speichermedium reduziert werden, wodurch ein Einsatz von Distributed-Ledger-Technologien in Ladestationen mit üblich verwendeten Speichermedien ermöglicht wird.
Um die erste Ladestationen nach der Speicherplatzoptimierung wieder voll in das Netzwerk zu integrieren, d.h. um insbesondere wieder den aktuellen Netzzustand zu erhalten und die Transaktionen verarbeiten zu können, kann die erste Ladestation nach dem Löschen wieder in dem Netzwerk registriert werden.
Um den Speicherbedarf in der ersten Ladestation weiter zu optimieren, kann das Verfahren ferner die Schritte Bestimmen eines zur Verfügung stehenden Speicherplatzes des Speichermediums der ersten Ladestation, Vergleichen des zur Verfügung stehenden Speicherplatzes mit einem Schwellenwert, und wenn der Vergleich ergibt, dass der zur Verfügung stehende Speicherplatz den Schwellenwert unterschreitet, Löschen aller in dem Speichermedium der ersten Ladestation in der Vergangenheit gespeicherten, verketteten Transaktionen bis auf die basierend auf der letzten Konsensfindung gespeicherten, verketteten Transaktionen umfassen. Beispielsweise kann der Schwellenwert 25% der Gesamtspeicherkapazität des Speichermediums betragen, so dass bei weniger als 25% zur Verfügung stehendem Speicherplatz in einem Speichermedium der Löschvorgang initiiert wird. Die Erfassung des verwendeten Speicherplatzes des Speichermediums und der automatische Löschvorgang können mit Hilfe eines als Programmcode abgebildeten Smart Contracts ausgeführt werden, der basierend auf der Distributed-Ledger-Technologie verteilt in den Speichermedien der Vielzahl von Ladestationen gespeichert ist. Zu diesem Zweck werden durch den Smart Contract „wenn-dann““-Operationen digital abgebildet und überwacht, wobei die Abläufe automatisch erfolgen.
Um zusätzlich oder alternativ zu den vorstehend beschriebenen Verfahrensschritten die Recheneinheiten und die Speichermedien der Ladestationen zur Ausführung der Distributed-Ledger-Technologie zu entlasten, kann das Verfahren ferner die Schritte Überprüfen und Bestätigen der ersten neu in das Netzwerk eingehenden Transaktion durch eine erste Gruppe von Ladestationen der Vielzahl von Ladestationen umfassen. Gemäß dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, nicht alle Ladestationen am Überprüfen und Bestätigen der ersten neu in das Netzwerk eingehenden Transaktion zu beteiligen, wodurch Rechenleistung und Speicherbedarf bei den nicht beteiligten Ladestationen reduziert werden kann.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner die Schritte Überprüfen und Bestätigen einer zweiten neu in das Netzwerk eingehenden Transaktion durch eine zweite Gruppe von Ladestationen der Vielzahl von Ladestationen, wobei sich die erste Gruppe von Ladestationen von der zweiten Gruppe von Ladestationen unterscheidet. So können die Recheneinheiten der Ladestationen entlastet werden, da nicht alle Recheneinheiten alle Transaktionen überprüfen und bestätigen. Insbesondere ist es denkbar, dass verschiedene Gruppen von Ladestationen, die sich überlappen oder keine Überlappungen aufweisen, verschiedene Transaktionen überprüfen und bestätigen.
Beispielsweise betrifft die erste neu in das Netzwerk eingehende Transaktion eine maximal an ein Elektrofahrzeug abgebbare elektrische Leistung einer Ladestation der Vielzahl von Ladestationen und/oder die zweite neu in das Netzwerk eingehende Transaktion einen Bezahlvorgang an einer der Ladestationen der Vielzahl von Ladestationen, so dass verschiedene Ladestation Konsensverfahren für verschiedene Transaktionen ausführen. Es ist auch denkbar, dass die erste oder zweite neu in das Netzwerk eingehende Transaktion eine Nutzerauthentifizierung betrifft, d.h., eine Bestimmung ob ein Elektrofahrzeug an einer Ladestation laden darf.
Ferner kann das Verfahren die Schritte Überprüfen und Bestätigen einer dritten neu in das Netzwerk eingehenden Transaktion durch alle Ladestationen der Vielzahl von Ladestationen umfassen. Dabei ist es denkbar, dass eine Gewichtung der Transaktionen stattfindet. So können mit einem hohen Wert gewichtete Transaktionen, beispielsweise einen Bezahlvorgang, die Netzstabilität eines Energienetzes oder eine Nutzerauthentifizierung betreffende Transaktionen, durch alle Ladestationen überprüft und bestätigt werden, wohingegen weniger hoch gewichtete Transaktionen, beispielsweise eine Display-Hilfstextanzeige an einer Ladestation betreffende Transaktion, nur von einer geringeren Anzahl von Ladestationen überprüft und bestätigt werden.
Um die Ladestationen bzw. das die Ladestationen mit Energie versorgende Energienetz vor Angriffen bzw. Manipulationen durch Dritte zu sichern, kann das Verfahren ferner die Schritte Erfassen eines Stromaufnahmewertes von an einem gemeinsamen Netzanschlusspunkt angeschlossenen Ladestationen der Vielzahl von Ladestationen an dem Netzanschlusspunkt, und Verarbeiten des Stromaufnahmewertes durch einen einen Smart Contract abbildenden Programmcode, der in den Speichermedien der Vielzahl von Ladestationen verteilt gespeichert ist und der von den Recheneinheiten der Vielzahl von Ladestationen überprüft und bestätigt wird, umfassen. Versucht ein Dritter beispielsweise die maximale Leistung einer Vielzahl von Ladestationen hochzusetzen und dadurch das Energieversorgungsnetz aus seiner Balance zu bringen, so kann dies mit Hilfe von in dem Smart Contract gespeicherten Regeln verhindert werden.
Vorteilsweise umfasst das Verfahren dazu den Schritt eines Vergleichens des Stromaufnahmewertes mit einem in dem Programmcode gespeicherten maximalen Stromaufnahmewert. Dieser Vergleich kann durch den Smart Contract automatisch ausgeführt werden.
Das Verfahren kann ferner die Schritte Erfassen von jeweiligen Stromaufnahmewerten der Vielzahl von Ladestationen und Verarbeiten der jeweiligen Stromaufnahmewerte der Vielzahl von Ladestationen durch den Programmcode umfassen. Die Verarbeitung kann insbesondere eine Addition der jeweiligen Stromaufnahmewerte der Vielzahl von Ladestationen und einen Vergleich mit einem Schwellenwert umfassen.
Um zu verhindern, dass das elektrische Versorgungsnetz instabil wird, kann das Verfahren ferner den Schritt Instruieren einer Reduzierung oder Unterbrechung der Stromaufnahme einer Ladestation der Vielzahl von Ladestationen durch den Programmcode in Abhängigkeit von dem erfassten Stromaufnahmewert umfassen. Dieser Schritt kann ebenfalls durch den Smart Contract automatisch ausgeführt werden.
So kann der Smart Contract beispielsweise bei der Bedingung (d.h. „wenn“), dass der erfasste Stromaufnahmewert über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt alle Ladestationen instruieren (d.h. „dann“), die Stromaufnahme um einen vorbestimmten Prozentsatz, beispielsweise um 25%, zu reduzieren.
Da es sich bei den erfassten Stromaufnahmewerten um extern erfasste Daten handelt, muss sichergestellt werden, dass diese nicht korrumpierbar sind. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer Public-Key-Infrastruktur (PKI) sichergestellt werden. Dabei werden für jeden Netzwerkteilnehmer mit Hilfe von öffentlichen und privaten Schlüsseln Daten bzw. Transaktionen verschlüsselt und entschlüsselt. Während der öffentliche Schlüssel eines Netzwerkteilnehmers, der dem gesamten Netzwerk bekannt ist, von einem Sender zum Verschlüsseln von Daten genutzt wird, kann der private Schlüssel, den nur der Empfänger kennt, zum Entschlüsseln bzw. Lesen der Daten bzw. Transaktionen verwendet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren auf ein Orakel als Wächter zugreifen, welches den erfassten Stromaufnahmewert verifiziert und diesen einer Ladestation bzw. dem Programmcode zuführt. Das auch als „Smart Oracle“ bezeichnete Orakel kann dabei eine verifizierte Datenfolge, beispielsweise von einem Sensor oder einem Messgerät, direkt dem Programmcode, d.h. dem Smart Contract, zuführen. Es kann sich bei dem Orakel insbesondere um ein Software Oracle oder ein Hardware Oracle handeln. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Ladestationen bei der Nutzung von externen Daten nicht korrumpierbar sind. Es ist auch denkbar, mehrere Orakel als Wächter zu nutzen, wobei die mehreren Orakel ein Konsensverfahren zum Finden eines Konsenses ausführen. Orakel ermöglichen es somit, Transaktionen in der Blockchain an den Eintritt von Zuständen und Ereignissen aus der realen Welt zu knüpfen.
Um die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Verfahrens weiter zu erhöhen, kann die erste neu in das Netzwerk eingehende Transaktion durch eine Parachain überprüft und bestätigt werden. Die Parachain kann beispielsweise als Blockchain ausgebildet sein. Dabei werden durch Auslagerung von Rechenleistung an die Parachain Transaktionen parallel verarbeitet, wodurch Rechenoperationen schneller ausgeführt werden können. Eine Parachain ist dabei eine anwendungsspezifische Datenstruktur, die im Netzwerk kohärent ist und durch Validierungsknoten validiert werden kann. Aufgrund ihres parallelen Charakters sind Parachains in der Lage, Transaktionsverarbeitungen zu parallelisieren und die Skalierbarkeit des Gesamtsystems zu erhöhen. Parachains sind ferner in der Lage, Sicherheitsmechanismen einer Relay/Master-Kette mit zu nutzen, wodurch aufwändige Implementierungen und Hardwareanforderungen minimiert werden können. Zudem können Parachains über die Relay/Master-Kette miteinander kommunizieren, ohne die dezentrale Natur des Systems zu korrumpieren. Beispiele für Parachains sind Encrypted Consortium Chains, High Frequency Chains, Privacy Chains und Smart Contract Chains.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, die eine Recheneinheit, ein Speichermedium, und eine Kommunikationseinheit umfasst, wobei die Ladestation dazu eingerichtet ist, über ein privates Netzwerk basierend auf einem der vorstehend beschriebenen Verfahren mit einer Vielzahl von Ladestationen zu kommunizieren.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Ladestationssystem für Elektrofahrzeuge, dass eine Vielzahl von Ladestationen, jeweils umfassend eine Recheneinheit, ein Speichermedium, und eine Kommunikationseinheit, und ein privates Netzwerk, welches die Vielzahl von Ladestationen verbindet, umfasst, wobei die Vielzahl von Ladestationen dazu eingerichtet ist, basierend auf einem der vorstehend beschriebenen Verfahren über das private Netzwerk miteinander zu kommunizieren.
Das Ladestationssystem kann ferner ein Backend umfassen, welches dazu eingerichtet ist, im Rahmen einer Client-Server-Architektur die Vielzahl von Ladestationen zu verbinden, wobei die Vielzahl von Ladestationen dazu eingerichtet ist, durch direkte Kommunikation über das private Netzwerk zwischen der Vielzahl von Ladestationen die Distributed-Ledger-Technologie zu bilden. Vorteilhaft dabei ist, dass zur Bildung der Distributed-Ledger-Technologie (beispielsweise einer Blockchain) nicht auf das Backend zugegriffen werden muss. So kann nur durch lokale und direkte Kommunikation zwischen den Ladestationen die Distributed-Ledger-Technologie gebildet werden.
Das Ladestationssystem für Elektrofahrzeuge kann ferner einen Stromzähler umfassen, der dazu eingerichtet ist, einen Stromaufnahmewert von an einem gemeinsamen Netzanschlusspunkt angeschlossenen Ladestationen der Vielzahl von Ladestationen an dem Netzanschlusspunkt zu erfassen, und den erfassten Stromaufnahmewert an eine Ladestation der Vielzahl von Ladestationen zu senden. Bei dem Stromzähler handelt es sich insbesondere um ein Strommessgerät, welches den aus einem elektrischen Versorgungsnetz bezogenen Strom misst.
Ferner kann das Ladestationssystem ein Orakel umfassen, welches den erfassten Stromaufnahmewert verifiziert und an die Ladestationen sendet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Recheneinheit einer Ladestation für Elektrofahrzeuge diese veranlasst, eines der vorstehend beschriebenen Verfahren auszuführen. Bei dem Computerprogrammprodukt kann es sich insbesondere um ein eine Distributed-Ledger-Technologie abbildendes Computerprogrammprodukt oder ein einen Smart Contract abbildendes Computerprogrammprodukt handeln.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Recheneinheit einer Ladestation für Elektrofahrzeuge diese veranlasst, eines der vorstehend beschriebenen Verfahren auszuführen. Das computerlesbare Speichermedium kann insbesondere dazu eingerichtet sein, eines der vorstehend beschriebenen Computerprogrammprodukte zu speichern.
Figurenliste
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der hier beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen, Systeme, Computerprogrammprodukte und computerlesbaren Speichermedien ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den Figuren.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Clusters von Ladestationen für Elektrofahrzeuge, die mit Hilfe einer Distributed-Ledger-Technologie miteinander kommunizieren;
2 zeigt ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Kommunizieren, basierend auf einer Distributed-Ledger-Technologie, zwischen einer Vielzahl von Ladestationen für Elektrofahrzeuge in einem privaten Netzwerk;
3 zeigt ein Flussdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Kommunizieren, basierend auf einer Distributed-Ledger-Technologie, zwischen einer Vielzahl von Ladestationen für Elektrofahrzeuge in einem privaten Netzwerk; und
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Schützen von Ladestationen vor einem unberechtigten Zugriff durch Dritte.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Clusters von Ladestationen für Elektrofahrzeuge, die mit Hilfe einer Distributed-Ledger-Technologie miteinander kommunizieren. In diesem Ausführungsbeispiel wird als Distributed-Ledger-Technologie auf die Blockchain Bezug genommen. Es können jedoch auch andere Distributed-Ledger-Technologien, wie beispielsweise Tangle, verwendet werden.
Das Cluster von Ladestationen umfasst eine Vielzahl von Ladestationen, wobei beispielhaft die Ladestationen 10, 20, 30, 40 in der 1 gezeigt sind. Die Ladestationen 10, 20, 30, 40 sind in einem Parkhaus angeordnet (in 1 nicht gezeigt). Alle Ladestationen 10, 20, 30, 40 sind über elektrische Leitungen 75 an einem gemeinsamen Netzanschlusspunkt 70 angeschlossen und werden über diesen mit elektrischer Energie versorgt. Der Netzanschlusspunkt 70 stellt eine Verbindung in ein elektrisches Versorgungsnetz (in 1 nicht gezeigt) her. Zwischen dem Netzanschlusspunkt 70 und den Ladestationen 10, 20, 30, 40 ist ein Stromzähler 80 vorgesehen, der den von allen Ladestationen 10, 20, 30, 40 bezogenen Gesamtstrom misst. Die Messdaten werden von einem Orakel 90 verifiziert und in das Netzwerk 67 gespeist, von wo sie den Ladestationen 10, 20, 30, 40 zugeführt werden.
Jede der Ladestationen 10, 20, 30, 40 umfasst eine Recheneinheit 12, ein Speichermedium 14, eine Kommunikationseinheit 16, einen Stromzähler 18 und einen Ladeanschluss 19. Weitere ladestationsspezifische Vorrichtungen, wie beispielsweise Wechselrichter, Steuerung, usw., sind in der schematischen Zeichnung der 1 nicht gezeigt.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 sind die Ladestationen 10, 20, 30, 40 in einer Client-Server-Architektur mit einem Backend 60 verbunden. Bei dem Backend 60 handelt es sich um einen Server, beispielsweise einen Mainframe-Rechner oder eine Workstation, der die Ladestationen 10, 20, 30, 40 als Clients untereinander verbindet. Des Weiteren können die Ladestationen 10, 20, 30, 40 über ein privates Netzwerk 67 direkt miteinander kommunizieren. Dies wird durch die Kommunikationseinheiten 16 ermöglicht. Das private Netzwerk 67 kann insbesondere als LAN, WLAN oder VPN ausgebildet sein. Auch die gesamte in 1 gezeigte Client-Server-Architektur kann als LAN, WLAN oder VPN ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, dass entgegen der in der 1 gezeigten Client-Server-Architektur die Ladestationen 10, 20, 30, 40 in einem privaten Peer-to-Peer-Netzwerk ohne Backend 60 miteinander kommunizieren.
Die 1 zeigt ferner beispielhaft ein Elektrofahrzeug 50 mit einem Ladeanschluss 51. Mit Hilfe eines Ladekabels 55, welches in dem Elektrofahrzeug 50 in den Ladeanschluss 51 und in der Ladestation 10 in den Ladeanschluss 19 gesteckt ist, kann die Ladestation 10 das Elektrofahrzeug 50 mit elektrischer Energie laden.
Über das die Ladestationen 10, 20, 30, 40 verbindende private Netzwerk 67 wird eine Blockchain gebildet. Dazu speichert jedes Speichermedien 14 der Ladestationen 10, 20, 30, 40 eine Kopie der gesamten Blockchain.
Im Folgenden wird beispielhaft eine Bildung einer Blockchain durch die Ladestationen 10, 20, 30, 40 beschrieben:
Die in den Speichermedien 14 der Ladestationen 10, 20, 30, 40 verteilt gespeicherte Blockchain ist eine als ein Computerprogrammprodukt ausgebildete Aneinanderreihung bzw. Verkettung von Blöcken, welche über eine kryptographische Signatur miteinander verknüpft sind. Die Blöcke bestehen aus einer Zusammenfassung von bereits getätigten Transaktionen, d.h. aus Hashes, wobei jeder Block den Hash des vorherigen Blocks kennt. Neue Blöcke werden mit Hilfe eines Konsensverfahrens geschaffen und anschließend an die Blockchain angehängt. Zur Sicherstellung, dass bei allen Ladestationen 10, 20, 30, 40 eine identische Kette entsteht, werden durch die als Validierungsknoten agierenden Ladestationen 10, 20, 30, 40 neue Blöcke erarbeitet. Mit Hilfe des Konsensverfahrens einigen sich die Ladestationen 10, 20, 30, 40 darauf, welcher erarbeitete Block tatsächlich in die Kette eingefügt und in den Speichermedien 14 der Ladestationen 10, 20, 30, 40 verteilt gespeichert wird. Durch kryptographische Verfahren kann ferner sichergestellt werden, dass die Blockchain nicht nachträglich geändert werden kann. Die Berechnungen werden dabei durch die Recheneinheiten 12 der Ladestationen 10, 20, 30, 40 ausgeführt.
Wird nun eine neu in das Netzwerk 67 eingehenden Transaktion erfasst, so erfolgt, basierend auf dem Konsensverfahren, ein Überprüfen, Bestätigen, unveränderbar mit bereits in den Speichermedien 14 der Vielzahl von Ladestationen 10, 20, 30, 40 verteilt gespeicherten, verketteten Transaktionen Verketten und danach verteilt Speichern in den Speichermedien 14 der Vielzahl von Ladestationen 10, 20, 30, 40 der neu verketteten Transaktionen. Insbesondere überprüft und bestätigt jede Recheneinheit 14, basierend auf dem Konsensverfahren, die neu eingehende Transaktion. Ist die Überprüfung und Bestätigung erfolgreich, so wird die Transaktion mit bereits in den Speichermedien 14 verteilt gespeicherten, verketteten Transaktionen verkettet und danach in den Speichermedien 14 verteilt gespeichert.
Um Rechenleistung der Recheneinheiten 12 und Speicherbedarf in den Speichermedien 14 zu reduzieren, wird von den Ladestationen 10, 20, 30, 40 nicht das oft (z.B. bei der Digitalwährung Bitcoin) verwendete Proof-of-Work- (PoW) Konsensverfahren, sondern ein PoA-, und/oder ein BFT-Konsensverfahren verwendet, wodurch neue Blöcke bestimmt werden und sichergestellt wird, dass in allen Ladestationen 10, 20, 30, 40 die gleichen Blöcke gespeichert werden. PoA und ein BFT liefern dabei den Vorteil, dass sie relativ schnell zu einem Konsensergebnis führen, für die Konsensfindung jedoch nur einen relativ geringen Bedarf an Rechenleistung und Speicherplatz benötigt wird. Beispielsweise werden beim PoA-Konsensverfahren nicht alle der Ladestationen 10, 20, 30, 40 des Netzwerks 60 für die Blockbildung verwendet.
Zur Konsensfindung kann das Konsensverfahren kryptographische Funktionen, wie Public-Key-Kryptographie oder kryptographische Hash-Funktionen nutzen. Bei der Public-Key-Kryptographie wird durch einen Algorithmus ein mathematisch verbundenes Schlüsselpaar generiert, dass aus einem privaten und einem öffentlichen Schlüssel besteht. Der private Schlüssel muss vom jeweiligen Nutzer geheim gehalten werden. Der öffentliche Schlüssel ist dagegen allen Mitgliedern im Netzwerk bekannt und wird dazu verwendet, den einzelnen Nutzer im Netzwerk zu identifizieren. Mit Hilfe des privaten Schlüssels kann ein Nutzer einen beliebigen Datensatz signieren und diesen Datensatz an einen Empfänger im Netzwerk senden. Der Empfänger kann den an ihn gerichteten Datensatz mit Hilfe des öffentlichen Schlüssels des Versenders überprüfen und die Authentizität des Datensatzes verifizieren. Bei den Hash-Funktionen handelt es sich um Algorithmen, die eine Zeichenfolge von beliebiger Länge in eine Zeichenfolge von fester Länge, einen sogenannten Hash-Wert, umwandeln.
Da die Speichermedien 14 der Ladestationen 10, 20, 30, 40 nicht auf Speicherung von Blockchains ausgelegt sind, muss sichergestellt werden, dass bei den regelmäßigen Speicherungen der neuen Versionen der Blockchains die Speicherkapazitäten der Speichermedien 14 nicht voll ausgelastet werden. Zu diesem Zweck prüfen die Recheneinheiten 12 der Ladestationen 10, 20, 30, 40 in Echtzeit den zur Verfügung stehenden Speicherplatz der Speichermedien 14 und vergleichen diese Werte mit einem Schwellenwert.
In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Schwellenwert 25% der maximalen Speicherkapazität jedes Speichermediums 14. Die Recheneinheit 12 vergleicht sodann den zur Verfügung stehenden Speicherplatz der Speichermedien 14 mit dem Schwellenwert. Unterschreitet der zur Verfügung stehende Speicherplatz eines Speichermediums 14 den Schwellenwert, so instruiert die Recheneinheit 12 das jeweilige Speichermedium 14, alle in der Vergangenheit gespeicherten, verketteten Transaktionen, bis auf die basierend auf der letzten Konsensfindung gespeicherten, verketteten Transaktionen zu löschen. Nach diesem Löschvorgang wird die jeweilige Ladestationen wieder in dem Netzwerk 67 registriert, so dass die Ladestationen wieder an der Blockchainbildung teilnehmen kann. Insbesondere kann die Erfassung des zur Verfügung stehenden Speicherplatzes im Speichermedium 14, der Vergleich mit dem Schwellenwert durch die Recheneinheit 12 und das Instruieren des Löschvorgangs durch die Recheneinheit 12 automatisch mit Hilfe eines Smart Contracts ausgeführt werden.
Um die benötigte Rechenleistung für die Blockchainbildung, insbesondere für das Konsensverfahren, weiter zu verringern, müssen nicht alle Ladestationen 10, 20, 30, 40 an allen Konsensfindungen beteiligt sein. So kann festgelegt sein, für welche Transaktionen welche der Ladestationen 10, 20, 30, 40 an den Konsensfindungen beteiligt sind. Insbesondere findet eine Gewichtung der Transaktionen statt. So ist vorgesehen, dass Transaktionen mit einer hohen Relevanz, beispielsweise einen Bezahlvorgang in einer der Ladestationen 10, 20, 30, 40 betreffende Transaktionen, hoch gewichtet werden, so dass bei entsprechenden neu in das Netzwerk 67 eingehenden Transaktionen alle Ladestationen 10, 20, 30, 40 an dem Konsensverfahren beteiligt sind. Geht jedoch eine weniger hoch gewichtete Transaktion in das Netzwerk 67 ein, beispielsweise eine Transaktion, die nur eine Anzeige auf einem Display einer der Ladestationen 10, 20, 30, 40 betrifft, so werden nicht alle Ladestationen 10, 20, 30, 40 an dem Konsensverfahren beteiligt. Beispielsweise führen nur die Ladestationen 10, 20, 30 das Konsensverfahren aus. Da nicht alle Ladestationen 10, 20, 30, 40 immer alle Konsensverfahren ausführen, kann Rechenleistung in den Ladestationen 10, 20, 30, 40 eingespart werden.
Des Weiteren ist es möglich, den gesamten Zustand des Blockchainnetzwerks in eine Reihe von Partitionen, sogenannte Shards aufzuteilen, die ein eigenes, unabhängiges Stück Transaktionsgeschichte enthalten. So ist es möglich, das bestimmte Ladestationen 10, 20, 30, 40 nur für bestimmte Shards Transaktionen verarbeiten. Dadurch ist der Durchsatz von Transaktionen, die insgesamt über alle Shards hinweg verarbeitet werden, höher, als wenn ein einziger Shard die gesamten Berechnungen ausführt. Dazu werden einige der Ladestationen 10, 20, 30, 40 als Kollatoren festgelegt, d.h., Netzknoten, die Transaktionen von bestimmten Shards akzeptieren und Korrelationen erstellen. Für jeden Shard enthält ein Block einen Korrelationskopf. Beim Sharding ist ein Block gültig, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind: (1) Die in jeder Sortierung angegebene Wurzel stimmt mit der aktuellen Zustandswurzel des zugehörigen Shards überein. (2) Alle Transaktionen in allen Sortierungen sind gültig. (3) Die in der Sortierung angegebene Post-State-Wurzel entspricht im Ergebnis der Ausführung der Transaktionen in der Sortierung über dem angegebenen Vorzustand. (4) Die Korrelation wird von mindestens zwei Dritteln der für diesen Splitter registrierten Kollatoren unterzeichnet.
Ferner können beim Sharding die Ladestationen 10, 20, 30, 40 als folgende Netzwerkknoten festgelegt werden: Ein Super-Full-Knoten, der alle Transaktionen in allen Sortierungen verarbeitet und den vollen Status für alle Shards beibehält. Ein Top-Level-Knoten, der alle Top-Level-Blöcke verarbeitet, aber nicht versucht, die Transaktionen in jeder Sortierung herunterzuladen. Ein Single-Shared- Knoten, der als oberster Knoten fungiert, alle Transaktionen verarbeitet und den vollen Status für einen bestimmten Shard beibehält. Ein Light-Knoten, der nur die Block-Header der Top-Level-Blöcke lädt und verifiziert. Der Light-Knoten verarbeitet dabei keine Kollations-Header oder Transaktionen, es sei denn, es muss ein bestimmter Eintrag im Zustand eines bestimmten Shards gelesen werden. In diesem Fall lädt der Light-Knoten einen Merkle-Zweig in den neuesten Kollations-Header für diesen Shard und lädt von dort den Merkle-Nachweis des gewünschten Wertes im Zustand herunter.
In der in den Ladestationen 10, 20, 30, 40 gespeicherten Blockchain ist ferner ein einen Smart Contract abbildender Programmcode gespeichert, der verhindert, dass ein Dritter das die Ladestationen 10, 20, 30, 40 mit Strom speisende Versorgungsnetz aus der Balance bringen kann, beispielsweise indem der Dritte versucht, die Ladestationen 10, 20, 30, 40 zu manipulieren. Wenn beispielsweise ein Dritter versucht, bei einer Vielzahl oder allen Ladestationen 10, 20, 30, 40 die maximale Energieabgabe der Ladestationen 10, 20, 30, 40 an die Elektrofahrzeuge 50 hoch zu setzen, kann dies dazu führen, dass die Netzstabilität des elektrischen Versorgungsnetzes in ein Ungleichgewicht kommt. Des Weiteren kann dies zu Beschädigungen an den Elektrofahrzeugen 50 führen.
Um dies zu vermeiden erfasst der Stromzähler 80 den von den Ladestationen 10, 20, 30, 40 an dem Netzanschlusspunkt 70 bezogenen Gesamtstrom. Da es sich bei diesem Strommesswert aus Sicht des Smart Contracts um einen externen Wert handelt, wird dieser Wert durch das Orakel 90 verifiziert und nach erfolgreicher Verifikation in Echtzeit an das Netzwerk 67 weitergeleitet, wo er dem Smart Contract zugeführt wird. Der Smart Contract vergleicht den Messwert mit einem in dem Smart Contract gespeicherten Schwellenwert. Überschreitet der Messwert diesen Schwellenwert, so kann der Smart Contract automatisch in die maximale Stromaufnahme der Ladestationen 10, 20, 30, 40 von dem elektrischen Versorgungsnetz und/oder die maximale Stromabgabe der Ladestation 10, 20, 30, 40 an die Elektrofahrzeuge 50 eingreifen. Insbesondere kann der Smart Contract die jeweiligen Stromaufnahmen bzw. -abgaben reduzieren oder zeitweise ganz stoppen.
Für diese Entscheidungen kann der Smart Contract ferner auf jeweilige Stromaufnahmewerte der einzelnen Ladestationen 10, 20, 30, 40 zurückgreifen, die durch die Stromzähler 18 gemessen werden. Diese Teilstrommesswerte können durch den Smart Contract addiert und mit dem von dem Stromzähler 80 gemessenen Gesamtstromwert verglichen werden. Insbesondere kann der Smart Contract automatisch eine oder eine Vielzahl der Ladestationen 10, 20, 30, 40 instruierten, die Stromaufnahme aus dem Versorgungsnetz bzw. die Stromabgabe an ein oder mehrere Elektrofahrzeuge 50 zu reduzieren oder zu unterbrechen. Folglich kann durch eine unveränderbare Hinterlegung einer physikalischen Grenze, d.h. in diesem Ausführungsbeispiel die maximale Stromaufnahme der Ladestationen 10, 20, 30, 40 an dem Netzanschlusspunkt 70, sichergestellt werden, dass eine Manipulation durch Dritte erkannt und ein daraus resultierender Schaden am elektrischen Versorgungsnetz und/oder den Elektrofahrzeugen 50 abgewendet wird. So kann der in der Blockchain in den Ladestationen 10, 20, 30, 40 gespeicherte Smart Contract über einen Echtzeit-Abgleich der Gesamtstromaufnahme der Ladestationen 10, 20, 30, 40 und der Summe der einzelnen Stromaufnahmen der Ladestationen 10, 20, 30, 40, und basierend auf den in dem Smart Contract hinterlegten Regeln eine Aktion ausführen, wie beispielsweise die Stromaufnahme einer oder mehrerer der Vielzahl von Ladestationen 10, 20, 30, 40 reduzieren oder ganz stoppen.
Um den Bedarf an Rechenleistung in den Ladestationen weiter zu reduzieren, kann ferner eine mit dem Netzwerk 65, 67 verbundene Parachain vorgesehen sein (in 1 nicht gezeigt), die ebenfalls als Blockchain ausgebildet ist und in das Netzwerk neu eingehende Transaktionen überprüft und bestätigt.
Die 2 zeigt ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens S100 zum Kommunizieren, basierend auf einer Distributed-Ledger-Technologie, zwischen einer Vielzahl von Ladestationen für Elektrofahrzeuge in einem privaten Netzwerk. Das Verfahren S100 kann insbesondere von einer oder mehreren der in der 1 gezeigten Ladestationen 10, 20, 30, 40 ausgeführt werden.
Das Verfahren S100 umfasst die Schritte S10 Erfassen einer ersten neu in ein Netzwerk 67 eingehenden Transaktion, und S12 basierend auf einem Konsensverfahren Überprüfen, Bestätigen, unveränderbar mit bereits in den Speichermedien 14 der Vielzahl von Ladestationen 10, 20, 30, 40 verteilt gespeicherten verketteten Transaktionen Verketten und danach verteilt Speichern in den Speichermedien 14 der Vielzahl von Ladestationen 10, 20, 30, 40 der neu verketteten Transaktionen. Das Konsensverfahren basiert dabei auf einem PoA- und/oder einem BFT-Verfahren. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte S14 wiederholtes, verteiltes Speichern der verketteten Transaktionen in den Speichermedien 14 der Vielzahl von Ladestationen 10, 20, 30, 40, und S16 Löschen, in einem Speichermedium 14 einer ersten Ladestation 10 der Vielzahl von Ladestationen 10, 20, 30, 40, aller in der Vergangenheit gespeicherten verketteten Transaktionen bis auf die basierend auf einer letzten Konsensfindung gespeicherten verketteten Transaktionen.
Die 3 zeigt ein Flussdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens S200 zum Kommunizieren, basierend auf einer Distributed-Ledger-Technologie, zwischen einer Vielzahl von Ladestationen für Elektrofahrzeuge in einem privaten Netzwerk. Das Verfahren S200 kann insbesondere von einer oder mehreren der in der 1 gezeigten Ladestationen 10, 20, 30, 40 ausgeführt werden.
Das Verfahren S200 umfasst die Schritte S20 Erfassen einer ersten neu in ein Netzwerk 67 eingehenden Transaktion, und S22 basierend auf einem Konsensverfahren Überprüfen, Bestätigen, unveränderbar mit bereits in den Speichermedien 14 der Vielzahl von Ladestationen 10, 20, 30, 40 verteilt gespeicherten verketteten Transaktionen Verketten und danach verteilt Speichern in den Speichermedien 14 der Vielzahl von Ladestationen 10, 20, 30, 40 der neu verketteten Transaktionen. Das Konsensverfahren basiert dabei auf einem PoA- und/oder einem BFT-Verfahren. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte S24 Überprüfen und Bestätigen der ersten neu in das Netzwerk 67 eingehenden Transaktion durch eine erste Gruppe von Ladestationen der Vielzahl von Ladestationen 10, 20, 30, 40, und S26 Überprüfen und Bestätigen einer zweiten neu in das Netzwerk 67 eingehenden Transaktion durch eine zweite Gruppe von Ladestationen der Vielzahl von Ladestationen 10, 20, 30, 40, wobei sich die erste Gruppe von Ladestationen 10, 20, 30, 40 von der zweiten Gruppe von Ladestationen 10, 20, 30, 40 unterscheidet.
Die 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens S300 zum Schützen von Ladestationen vor einem unberechtigten Zugriff durch Dritte. Das Verfahren S300 kann von einem Smart Contract ausgeführt werden. Insbesondere kann das Verfahren von einem als Programmcode abgebildeten Smart Contract ausgeführt werden, der in den in der 1 gezeigten Ladestationen 10, 20, 30, 40 verteilt gespeichert ist.
Das Verfahren S300 umfasst die Schritte S30 Erfassen eines Stromaufnahmewertes von an einem gemeinsamen Netzanschlusspunkt 70 angeschlossenen Ladestationen 10, 20, 30, 40, S32 Vergleichen des Stromaufnahmewertes mit einem in dem Smart Contract gespeicherten maximalen Stromaufnahmewert, und S34 Instruieren einer Reduzierung oder Unterbrechung der Stromaufnahme einer Ladestation 10 der an dem Netzanschlusspunkt 70 angeschlossenen Ladestationen 10, 20, 30, 40 durch den Smart Contract in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis.
In den vorgestellten Beispielen sind unterschiedliche Merkmale und Funktionen der vorliegenden Offenbarung getrennt voneinander sowie in bestimmten Kombinationen beschrieben worden. Es versteht sich jedoch, dass viele dieser Merkmale und Funktionen, wo dies nicht explizit ausgeschlossen ist, miteinander frei kombinierbar sind.
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

US 2017/0358168 A1 [0005]
WO 2019/215437 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Kommunizieren, basierend auf einer Distributed-Ledger-Technologie, zwischen einer Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) für Elektrofahrzeuge (50) in einem privaten Netzwerk (67), wobei jede Ladestation (10, 20, 30, 40) eine Recheneinheit (12), ein Speichermedium (14), und eine Kommunikationseinheit (16) umfasst, und das Verfahren umfasst Erfassen einer ersten neu in das Netzwerk (67) eingehenden Transaktion; und basierend auf einem Konsensverfahren Überprüfen, Bestätigen, unveränderbar mit bereits in den Speichermedien (14) der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) verteilt gespeicherten verketteten Transaktionen Verketten und danach verteilt Speichern in den Speichermedien (14) der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) der neu verketteten Transaktionen, wobei das Konsensverfahren auf einem Proof-of-Authority-, PoA, und/oder einem Byzantinische Fehlertoleranz-, BFT, Verfahren basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend wiederholtes, verteiltes Speichern der verketteten Transaktionen in den Speichermedien (14) der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40); und Löschen, in einem Speichermedium (14) einer ersten Ladestation (10) der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40), aller in der Vergangenheit gespeicherten verketteten Transaktionen bis auf die basierend auf einer letzten Konsensfindung gespeicherten verketteten Transaktionen.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend nach dem Löschen, Registrieren der ersten Ladestation (10) in dem Netzwerk (67).
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, ferner umfassend Bestimmen eines zur Verfügung stehenden Speicherplatzes des Speichermediums (14) der ersten Ladestation (10); Vergleichen des zur Verfügung stehenden Speicherplatzes mit einem Schwellenwert; und wenn der Vergleich ergibt, dass der zur Verfügung stehende Speicherplatz den Schwellenwert unterschreitet, Löschen aller in dem Speichermedium (14) der ersten Ladestation (10) in der Vergangenheit gespeicherten, verketteten Transaktionen bis auf die basierend auf der letzten Konsensfindung gespeicherten, verketteten Transaktionen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend Überprüfen und Bestätigen der ersten neu in das Netzwerk (67) eingehenden Transaktion durch eine erste Gruppe von Ladestationen der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40).
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend Überprüfen und Bestätigen einer zweiten neu in das Netzwerk (67) eingehenden Transaktion durch eine zweite Gruppe von Ladestationen der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40), wobei sich die erste Gruppe von Ladestationen von der zweiten Gruppe von Ladestationen unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erste neu in das Netzwerk eingehende Transaktion eine maximal an ein Elektrofahrzeug (50) abgebbare elektrische Leistung einer Ladestation (10) der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) betrifft und/oder die zweite neu in das Netzwerk eingehende Transaktion einen Bezahlvorgang an einer der Ladestationen (10) der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) betrifft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, ferner umfassend Überprüfen und Bestätigen einer dritten neu in das Netzwerk (67) eingehenden Transaktion durch alle Ladestationen (10, 20, 30, 40) der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend Erfassen eines Stromaufnahmewertes von an einem gemeinsamen Netzanschlusspunkt (70) angeschlossenen Ladestationen der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) an dem Netzanschlusspunkt (70); und Verarbeiten des Stromaufnahmewertes durch einen einen Smart Contract abbildenden Programmcode, der in den Speichermedien (14) der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) verteilt gespeichert ist und der von den Recheneinheiten (12) der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) überprüft und bestätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend Vergleichen des Stromaufnahmewertes mit einem in dem Programmcode gespeicherten maximalen Stromaufnahmewert.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, ferner umfassend Erfassen von jeweiligen Stromaufnahmewerten der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40); und Verarbeiten der jeweiligen Stromaufnahmewerte der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) durch den Programmcode.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner umfassend Instruieren einer Reduzierung oder Unterbrechung der Stromaufnahme einer Ladestation (10) der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) durch den Programmcode in Abhängigkeit von dem erfassten Stromaufnahmewert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, ferner umfassend Verifizieren des erfassten Stromaufnahmewertes durch ein Orakel (90).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend Überprüfen und Bestätigen der ersten neu in das Netzwerk (67) eingehenden Transaktion durch eine Parachain.
Ladestation (10, 20, 30, 40) für Elektrofahrzeuge (50) umfassend eine Recheneinheit (12), ein Speichermedium (14), und eine Kommunikationseinheit (16), wobei die Ladestation (10, 20, 30, 40) dazu eingerichtet ist, über ein privates Netzwerk (67) basierend auf dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) zu kommunizieren.
Ladestationssystem für Elektrofahrzeuge (50) umfassend eine Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40), jeweils umfassend eine Recheneinheit (12), ein Speichermedium (14) und eine Kommunikationseinheit (16), und ein privates Netzwerk (67), welches die Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) verbindet, wobei die Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) dazu eingerichtet ist, basierend auf dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 über das private Netzwerk (67) miteinander zu kommunizieren.
Ladestationssystem für Elektrofahrzeuge (50) nach Anspruch 16, ferner umfassend ein Backend (60), welches dazu eingerichtet ist, im Rahmen einer Client-Server-Architektur die Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) zu verbinden, wobei die Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) dazu eingerichtet ist, durch direkte Kommunikationen über das private Netzwerk (67) zwischen der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) die Distributed-Ledger-Technologie zu bilden.
Ladestationssystem für Elektrofahrzeuge (50) nach Anspruch 16 oder 17, ferner umfassend einen Stromzähler (80), der dazu eingerichtet ist, einen Stromaufnahmewert von an einem gemeinsamen Netzanschlusspunkt (70) angeschlossenen Ladestationen (10, 20, 30, 40) der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) an dem Netzanschlusspunkt (70) zu erfassen und den erfassten Stromaufnahmewert an eine Ladestation der Vielzahl von Ladestationen (10, 20, 30, 40) zu senden.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Recheneinheit (12) einer Ladestation (10, 20, 30, 40) für Elektrofahrzeuge (50) diese veranlasst, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 auszuführen.
Computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Recheneinheit (12) einer Ladestation (10, 20, 30, 40) für Elektrofahrzeuge (50) diese veranlasst, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 auszuführen.