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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Authentifizieren, insbesondere eines Nutzers oder eines Fahrzeugs, an einer Ladeinfrastruktur. Außerdem betrifft die Erfindung ein Ladekabel zum Ausführen eines solchen Verfahrens. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Verbinder eines Ladekabels zum Ausführen eines solchen Verfahrens. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode, das eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen und ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Ladekabel bekannt, die eine Verbindung eines Fahrzeugs mit einer Ladeinfrastruktur ermöglichen. Das Fahrzeug weist einen Speicher zum Speichern von elektrischer Energie auf, der durch die Ladeinfrastruktur geladen werden soll. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Plug-In Hybridfahrzeug. Die Ladestation ist beispielsweise eine Wallbox oder Ladesäule oder auch eine Haushaltssteckdose.
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Der Ladevorgang kann auf verschiedene Arten gesteuert oder überwacht werden. So offenbart die
DE 10 2009 059 862 A1 ein Ladekabel, bei dem eine Kommunikationseinheit des Ladekabels Parameter an ein Netzwerk ausgeben kann. Die
WO 2014 / 006096 A2 , beschreibt ein Ladekabel für Elektrofahrzeuge, das erweiterte Kommunikationsmöglichkeiten aufweist. Ein Ladesystem kann ermitteln, ob das Ladekabel diese erweiterte Möglichkeit besitzt. Aus dem Dokument
DE 10 2013 212 219 A1 ist ein Ladekabel bekannt, dass eine Kommunikation zwischen einem Fahrzeug und einem Heimnetz des Benutzers ermöglicht.
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Außerdem ist aus dem Stand der Technik das Dokument
EP 3 616 977 A1 bekannt. Dieses Dokument beschreibt ein Ladekabel, das eine zusätzliche Kommunikationsschnittstelle bereitstellt, um eine Datenverbindung zu einer Ladesäule herstellen zu können.
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Schließlich ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass Fahrzeug und Ladesäule mittels eines Kommunikationsprotokolls nach ISO-15118 kommunizieren können. Auf diese Weise kann eine automatische Autorisierung und Bezahlung eines Ladevorgangs anhand im Fahrzeug hinterlegter Zahlungsdaten erfolgen, was auch Plug & Charge genannt wird.
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Aus der
DE 10 2019 202 886 A1 ist ein Verfahren zum Ausbilden einer elektrischen Verbindung zwischen einer Ladestation und einem Elektrofahrzeug bekannt, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Ladesteckers in Abhängigkeit einer standardisierten elektrischen Ladeschnittstelle des Elektrofahrzeugs, Ankoppeln einer komplementär ausgebildeten vereinheitlichten Kopplungsschnittstelle des bereitgestellten Ladesteckers an eine vereinheitlichte Kopplungsschnittstelle eines mit einer Ladestation verbundenen Ladekabels, Ankoppeln des mit dem Ladekabel verbundenen Ladesteckers über die standardisierte elektrische Ladeschnittstelle an das Elektrofahrzeug.
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Die Erfindung betrifft die Aufgabe, ein Authentifizieren, beispielsweise eines Nutzers oder eines Fahrzeugs, unabhängig von einer entsprechenden Funktionalität eines Fahrzeugs zu ermöglichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein Authentifizieren, beispielsweise eines Nutzers oder eines Fahrzeugs, unabhängig von einer entsprechenden Funktionalität eines Fahrzeugs. Vielmehr erfolgt die Authentifizierung durch das Ladekabel. Somit ist das Ladekabel bevorzugt fähig, Plug & Charge durchzuführen, ohne dass es auf eine entsprechende Fähigkeit des zu ladenden Fahrzeugs ankommt. Eine Authentifikation des Nutzers an der Ladeinfrastruktur über zusätzliche Mittel wie beispielsweise RFID-Karten oder Eingabe von Zugangsdaten ist nicht notwendig. Es versteht sich, dass im Falle bidirektionalen Energieaustauschs die „Plug & Charge“-Funktionalität auch genutzt werden kann, um dem angeschlossenen Stromnetz bzw. einem anderen Fahrzeug oder Verbraucher Energie aus der Batterie bzw. dem Energiespeicher des Fahrzeugs bereitzustellen. Aus Gründen der besseren Lesbarkeit wird im vorliegenden Text nur vom Laden des Fahrzeugs gesprochen. Das Entladen des Fahrzeugs nach einer erfolgten Authentifizierung sowie eine gegebenenfalls daran anknüpfende Abrechnung ist vom vorgeschlagenen Verfahren umfasst.
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Das Verfahren ist vorgesehen zum Authentifizieren an einer Ladeinfrastruktur mittels eines Ladekabels. Authentifiziert wird insbesondere ein Nutzer und/oder ein Fahrzeug. Der Nutzer und/oder das Fahrzeug bzw. dessen Eigner können dann z.B. den Ladevorgang bezahlen (oder für die abgegebene Leistung vergütet werden). Bevorzugt wird durch die Authentifizierung ein Ladevorgang initialisiert bzw. initiiert. Zum Durchführen des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Ladekabel mit einem fahrzeugseitigen Primärverbinder mit dem Fahrzeug verbunden wird und mit einem ladestationsseitigen bzw. ladeinfrastrukturseitigen Sekundärverbinder mit der Ladestation bzw. der Ladeinfrastruktur verbunden wird. Im Falle einer Energieentnahme aus dem Fahrzeug wird der Sekundärverbinder mit dem Verbraucher (z.B. einem anderen Fahrzeug, der Ladeinfrastruktur, z.B. dem Stromnetz, oder einem Verbraucher wie z.B. einem Gartengerät oder einem Fön oder dergleichen) verbunden. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Es erfolgt ein erstes Ermitteln eines Kommunikationsstandards der Ladeinfrastruktur (bzw. des anderen Fahrzeugs oder dem Verbraucher) und ein zweites Ermitteln eines Kommunikationsstandards des Fahrzeugs. Das erste Ermitteln und/oder das zweite Ermitteln erfolgt insbesondere durch eine Recheneinheit des Ladekabels. Die Schritte des ersten Ermittelns und zweiten Ermittelns können in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden. Außerdem erfolgt eine Übertragung einer Kennung des Ladekabels an die Ladeinfrastruktur in Abhängigkeit von dem ersten Ermitteln und zweiten Ermitteln, insbesondere durch die Recheneinheit des Ladekabels.
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Das Übertragen der Kennung des Ladekabels ist vorgesehen, um das Ladekabel und damit den Nutzer und/oder das dem Ladekabel (z.B. vorab) zugeordnete Fahrzeug bzw. dessen Eigentümer zu authentifizieren und insbesondere den Ladevorgang zu starten. Dazu kann z.B. eine mechanische und/oder elektrische bzw. elektronische Sperre der Ladeinfrastruktur freigegeben werden. Es erfolgt somit insbesondere eine definierte Kommunikation des Ladekabels mit der Ladeinfrastruktur (oder dem anderen Fahrzeug oder dem Verbraucher), bevorzugt zumindest teilweise gemäß des Kommunikationsstandards der Ladeinfrastruktur (oder des anderen Fahrzeugs oder des Verbrauchers), zum Authentifizieren des Ladekabels an der Ladeinfrastruktur (oder dem anderen Fahrzeug oder dem Verbraucher) in Abhängigkeit von dem ersten Ermitteln und dem zweiten Ermitteln. Damit der Ladevorgang durchgeführt werden kann, muss der Ladeinfrastruktur (bzw. dem anderen Fahrzeug bzw. dem Verbraucher) insbesondere bekannt sein, wer für die an das Fahrzeug übertragene Energie bezahlt (bzw. eine Vergütung erhält). Dies wird durch die Authentifizierung, z.B. des Nutzers und/oder des Fahrzeugs, mittels des Ladekabels durchgeführt. Das Verfahren ermöglicht somit, dass mit dem Ladekabel unabhängig von dem zu ladenden Fahrzeug eine Authentifizierung vorgenommen werden kann, z.B. durch den Nutzer und/oder das Fahrzeug. Dazu verwendete Authentifizierungsdaten werden lediglich beispielsweise vorab in dem Ladekabel gespeichert, z.B. in der Recheneinheit des Ladekabels.
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Wird in dem ersten Ermitteln festgestellt, dass die Ladeinfrastruktur keine Kommunikation mit einem Kommunikationsstandard durchführt, der eine Authentifizierung erlaubt, so erfolgt insbesondere keine Übertragung der Kennung des Ladekabels. Dies ist insbesondere der Fall, falls das Ladekabel an einer Haushaltssteckdose angeschlossen ist, wobei in diesem Fall oftmals keine Abrechnung, zumindest keine automatisierte Abrechnung, vorgesehen ist. Ebenso kann sich ergeben, dass das erste Ermitteln ergibt, dass keinerlei Kommunikation durch die Ladeinfrastruktur stattfindet, was insbesondere ebenfalls dazu führt, dass keine Kennung übertragen wird, da eine automatisierte Abrechnung über den Ladevorgang nicht vorgesehen ist. Da durch das erste Ermitteln festgestellt wurde, dass keine Authentifizierung erfolgen kann, ist allerdings unerheblich, ob die Kennung übertragen wird oder nicht. Daher sind beide Varianten möglich, es kann eine Übertragung der Kennung stattfinden oder es kann darauf verzichtet werden. Ebenso ist dies unabhängig von dem Ergebnis des zweiten Ermittelns, sodass die genannten Varianten auch unabhängig von der Möglichkeit des Fahrzeugs, Authentifizierungsdaten an die Ladeinfrastruktur zu senden, vorgesehen sind bzw. vorgesehen sein können.
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Das Authentifizieren bedeutet insbesondere, dass die Ladeinfrastruktur auf einen Unterbau (auch Back-End genannt) zurückgreifen kann, bei dem Daten für die Authentifizierung hinterlegt sind. Dabei kann es sich beispielsweise um Zertifikatsdaten und/oder Schlüsseldaten und/oder gespeicherte Nutzerdaten handeln. Durch die Übertragung der Kennung des Ladekabels kann das Ladekabel durch den Unterbau als vertrauenswürde Instanz erkannt und/oder eindeutig identifiziert werden. Es versteht sich, dass dieser Unterbau (Back-End) an einem von der Ladeinfrastruktur entfernten Ort ausgebildet ist (z.B. auf einem externen Server oder in einer Cloud). Es kann sich bei dem Unterbau auch um einen Abrechnungsprovider handeln, der zwischen den Nutzer bzw. das Fahrzeug und den Betreiber der Ladeinfrastruktur zwischengeschaltet ist.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bevorzugt erfolgt keine Übertragung der Kennung des Ladekabels an die Ladeinfrastruktur, wenn das erste Ermitteln und das zweite Ermitteln ergeben, dass das Fahrzeug und die Ladeinfrastruktur denselben Kommunikationsstandard verwenden. In diesem Fall ist insbesondere ein Eingreifen des Ladekabels nicht nötig. Durch die Verwendung desselben Kommunikationsstandards können Fahrzeug und Ladeinfrastruktur einen Authentifizierungsvorgang starten, um den Ladevorgang zu initialisieren. Die automatisierte Abrechnung erfolgt allein durch Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladeinfrastruktur, wobei bevorzugt in dem Fahrzeug Authentifizierungsdaten hinterlegt sind. Verwenden Fahrzeug und Ladeinfrastruktur einen Kommunikationsstandard, der keine Authentifizierung zulässt, so ist ein automatisiertes Abrechnen nicht, zumindest nicht auf dem Weg der Kommunikation des Fahrzeugs bzw. des Ladekabels mit der Ladeinfrastruktur, möglich und auch das Ladekabel selbst kann auf ein Übertragen der eigenen Kennung zur Authentifizierung verzichten.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Übertragung der Kennung des Ladekabels an die Ladeinfrastruktur erfolgt, wenn das erste Ermitteln ergibt, dass die Ladeinfrastruktur einen Kommunikationsstandard verwendet bzw. aufweist, der eine Authentifizierung des Nutzers und/oder des Fahrzeugs ermöglicht und wenn das zweite Ermitteln ergibt, dass das Fahrzeug einen Kommunikationsstandard verwendet, der keine Übermittlung von Authentifizierungsdaten ermöglicht. Ein solcher Kommunikationsstandard, der ein Übermitteln von Authentifizierungsdaten ermöglicht, kann beispielsweise der ISO-15118-Standard sein. Kann das Fahrzeug nicht mit einem solchen Kommunikationsstandard kommunizieren, so kann über das Fahrzeug keine automatisierte Authentifizierung durch Übermittlung von Signalen an die Ladeinfrastruktur über Leitungen des Ladekabels oder drahtlos erfolgen. In diesem Fall übernimmt das Ladekabel die Kommunikation mit der Ladeinfrastruktur durch das Übertragen der Kennung des Ladekabels. Dadurch wird die Authentifizierung durchgeführt und der Ladevorgang wird initiiert. Beispielsweise kann dadurch eine automatisierte Abrechnung ermöglicht werden, z.B. in der Art von „Plug & Charge“, was den Ladevorgang für den Nutzer und/oder einen Eigner des Fahrzeugs bzw. des Ladekabels einfacher, zuverlässiger und sicherer gestaltet.
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In einer vorteilhaften Ausführung erfolgt eine Übertragung der Kennung des Ladekabels an die Ladeinfrastruktur, wenn das erste Ermitteln ergibt, dass die Ladeinfrastruktur einen Kommunikationsstandard verwendet, der eine Authentifizierung des Nutzers und/oder des Fahrzeugs ermöglicht und wenn ein Vorrang des Ladekabels gesetzt ist. In diesem Fall kann beispielsweise eine Nichtweiterleitung einer Kennung des Fahrzeugs erfolgen bzw. die Weiterleitung der Kennung des Fahrzeugs durch das Ladekabel wird vom Ladekabel blockiert bzw. unterdrückt, wenn in dem zweiten Ermitteln festgestellt wurde, das das Fahrzeug ebenfalls einen Kommunikationsstandard verwendet, der eine Authentifizierung ermöglicht. Ein Kommunikationsstandard, der eine Authentifizierung des Nutzers ermöglicht, ist z.B. der ISO-15118-Standard. Das Setzten des Vorrangs des Ladekabels erfolgt bevorzugt mittels einer Eingabevorrichtung des Ladekabels und/oder einer Kommunikationsschnittstelle des Ladekabels, wobei die Kommunikationsschnittstelle beispielsweise mit einem Benutzerendgerät, insbesondere einem Mobiltelefon oder einem anderen mobilen Endgerät, kommuniziert. Durch die Wahl des Vorrangs des Ladekabels ist es dem Nutzer ermöglicht, die Authentifizierung über das Ladekabel und nicht über das Fahrzeug durchzuführen, selbst wenn das Fahrzeug in der Lage hierzu wäre. Dies erlaubt z.B. eine Authentifizierung für den und/oder eine Abrechnung des Ladevorgangs gezielt zu beeinflussen. Auf diese Weise kann insbesondere eine Abrechnung gegenüber z.B. dem Nutzer bzw. Eigner des Ladekabels und nicht gegenüber einer im Fahrzeug hinterlegten natürlichen oder juristischen Person erfolgen. Dies ist besonders vorteilhaft bei Mietwagen und/oder Fahrzeugflotten und/oder Gemeinschaftsfahrzeugen.
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Bevorzugt wird vor der Übertragung der Kennung des Ladekabels eine verschlüsselte Kommunikation zwischen Ladekabel und Ladeinfrastruktur etabliert. Beispielsweise wird die verschlüsselte Kommunikation zwischen einer Recheneinheit des Ladekabels und der Ladeinfrastruktur etabliert. Die verschlüsselte Kommunikation wird bevorzugt durch einen Austausch und/oder eine Verifikation zumindest eines Verschlüsselungszertifikats hergestellt. Durch die Etablierung der verschlüsselten Kommunikation erfolgt die Übertragung der Kennung des Ladekabels verschlüsselt. Durch die verschlüsselte Kommunikation lassen sich insbesondere auch sensible Daten wie persönliche Daten, Passwörter, Kontonummern und/oder Kreditkartennummern und/oder sonstige Zahlungsdaten sicher übertragen. Somit kann beispielsweise eine Bezahlung des Ladevorgangs durch den Nutzer bzw. des Fahrzeugs bzw. von dessen Eigner (bzw. eine Vergütung des Nutzers und/oder des Fahrzeugs bzw. von dessen Eigner bei Energieentnahme aus dem Fahrzeug) erfolgen, ohne dass entsprechende Daten der Ladeinfrastruktur vorab bekannt sein müssen. Die verschlüsselte Kommunikation erfolgt lediglich beispielsweise gemäß dem Transport Layer Security (TLS) Verschlüsselungsprotokoll.
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Bevorzugt werden vor der Übertragung der Kennung des Ladekabels Schlüsseldaten und/oder Zertifikatsdaten für eine verschlüsselte Verbindung von dem Ladekabel empfangen, bevorzugt von einem externen Server. Das Empfangen der Schlüsseldaten und/oder Zertifikatsdaten erfolgt insbesondere über ein Datenübertragungsmodul des Ladekabels. Das Datenübertragungsmodul ist bevorzugt ein Mobilfunkmodul, das beispielsweise eine Internetverbindung für das Ladekabel ermöglicht. Es kann sich jedoch auch um ein Bluetooth-Modul oder ein WLAN-Modul oder ein Power-Lane-Modul oder dergleichen handeln. Die Schlüsseldaten und/oder Zertifikatsdaten dienen dem Herstellen einer verschlüsselten Kommunikation mit der Ladeinfrastruktur und werden bevorzugt mit Daten auf dem externen Server abgeglichen und/oder aktualisiert. Das Ladekabel, insbesondere ein Verbinder des Ladekabels zum Verbinden mit dem Fahrzeug oder der Ladeinfrastruktur, ist bevorzugt außerdem zur Strommessung und/oder Spannungsmessung ausgebildet, insbesondere um eine über das Ladekabel fließende Leistung zu erfassen. Über das Datenübertragungsmodul ist es dem Ladekabel somit ermöglicht, diese Daten an einen externen Server zu übertragen, bevorzugt um eine bezogene Energie zu erfassen und abzurechnen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Kennung des Ladekabels mittels einer auf eine Leitung des Ladekabels aufmodulierten Netzwerkkommunikation, insbesondere Ethernetkommunikation, übertragen. Die Leitung ist insbesondere zum Datenaustausch zwischen Fahrzeug und Ladeinfrastruktur vorgesehen und besonders vorteilhaft eine Kontroll-/Datenleitung oder auch Control Pilot (abgekürzt CP) Leitung, die bevorzugt zum Einstellen einer Ladestromstärke dient. Die aufmodulierte Netzwerkkommunikation verwendet bevorzugt das Internet Protokoll (abgekürzt IP), besonders bevorzugt die in IPv6 benutzte Stateless Address Autoconfiguration (abgekürzt SLAAC). Bevorzugt wird außerdem das Dynamic Host Configuration Protocol (abgekürzt DHCP) und die Powerline Communication (abgekürzt PLC) verwendet. Weiter bevorzugt erfolgt der Datentransport mit dem Transmission Control Protocol (abgekürzt TCP) und/oder mit dem User Datagram Protocol (abgekürzt UDP). Die Recheneinheit des Ladekabels ist bevorzugt ausgebildet, die Netzwerkkommunikation auf die CP Leitung und eine weitere Leitung des Ladekabels, insbesondere eine Erdungsleitung, aufzumodulieren. Das Ladekabel kann somit insbesondere selbstständiger Teilnehmer in einem Heimnetz sein und/oder eine Kommunikation mit dem Internet vornehmen.
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Zusätzlich zu der Kennung des Ladekabels wird bevorzugt eine Lademenge-Vorgabe an die Ladeinfrastruktur übertragen. Die Lademenge-Vorgabe wurde bevorzugt mittels einer Eingabevorrichtung des Ladekabels und/oder einer Kommunikationsschnittstelle des Ladekabels, beispielsweise durch den Nutzer, eingegeben. Bevorzugt wird als Lademengen-Vorgabe ein vordefinierten Wert ausgegeben, wenn kein anderer Wert durch einen Nutzer eingegeben wurde. Der Nutzer kann somit bereits am Ladekabel die Lademenge einstellen und insbesondere begrenzen. Dies ist insbesondere unabhängig von einer Einstellung, die im Fahrzeug vorgenommen wurde oder werden kann. Es versteht sich, dass die Lademenge z.B. in einer Energieeinheit wie z.B. Kilowattstunden angegeben werden kann (z.B. 20 kWh). Alternativ oder zusätzlich kann unter Lademengen-Vorgabe auch eine Zeitvorgabe verstanden werden, wie lange also der Ladevorgang dauern darf (z.B. 2 Stunden). Alternativ oder zusätzlich kann die Lademenge-Vorgabe auch ein Geldbetrag sein (z.B. 20 Euro), so dass in Abhängigkeit von dem Preis an der Ladeinfrastruktur nur Energie in Höhe des vorgegebenen Geldbetrags ins Fahrzeug geladen wird. Für die Entnahme von Energie aus dem Fahrzeug gilt dies analog. So kann z.B. vorgegeben werden, wieviel Energie maximal aus dem Energiespeicher des Fahrzeugs entladen werden soll bzw. wie lange ein Entnahmevorgang dauern darf bzw. für wieviel Geld Energie entnommen werden darf.
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Vorteilhafterweise erfolgt das Übertragen der Kennung des Ladekabels im Rahmen einer Kommunikation nach dem Standard ISO-15118 zwischen Ladekabel und Ladeinfrastruktur. Das Ladekabel, insbesondere die Recheneinheit des Ladekabels, ist somit bevorzugt ausgebildet, selbstständig nach dem Standard ISO-15118 zu kommunizieren. Somit lassen sich die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte zuverlässig ausführen. Insbesondere lässt sich eine Kommunikation zwischen Ladeinfrastruktur und Ladekabel etablieren, die unabhängig von einem angeschlossenen Fahrzeug ist.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm. Das Computerprogramm ist eingerichtet, das Verfahren wie zuvor beschrieben auszuführen. Dazu läuft das Computerprogramm bevorzugt auf einer Rechenvorrichtung, die insbesondere der zuvor beschriebenen Recheneinheit entspricht. Besonders vorteilhaft ist die Rechenvorrichtung zum Ausführen des Computerprogramms Teil des Ladekabels, insbesondere Teil des Primärverbinders des Ladekabels zum Verbinden des Fahrzeugs oder Sekundärverbinders des Ladekabels zum Verbinden der Ladeinfrastruktur.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein maschinenlesbares Speichermedium. Auf diesem ist das beschriebene Computerprogramm gespeichert. Bei dem Speichermedium handelt es sich bevorzugt um einen Datenträger, auf dem das Computerprogramm optisch und/oder magnetisch und/oder magneto-optisch gespeichert ist. Bevorzugt ist außerdem vorgesehen, dass es sich bei dem Speichermedium um einen Speicherchip handelt, der insbesondere Teil eines Computers oder eines Steuergeräts ist oder der mobil bereitgestellt werden kann, z.B. in Form eines USB-Sticks oder eines SD-Karte oder dergleichen.
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Die Erfindung betrifft zusätzlich ein Ladekabel. Das Ladekabel ist ausgebildet zur Übertragung elektrischer Energie zwischen einem Fahrzeug und einer Ladeinfrastruktur, insbesondere um einen Energiespeicher des Fahrzeugs zu laden oder um Energie aus dem Energiespeicher des Fahrzeugs zu entnehmen und an ein anderes Fahrzeug, einen Verbraucher oder an die Ladeinfrastruktur zu leiten. Das Ladekabel weist einen Primärverbinder zur Verbindung des Ladekabels mit dem Fahrzeug auf. Außerdem weist das Ladekabel einen Sekundärverbinder zum Verbinden des Ladekabels mit der Ladeinfrastruktur (oder einem Verbraucher oder einem anderen Fahrzeug) auf. Weiterhin weist das Ladekabel eine Recheneinheit auf. Die Recheneinheit ist ausgebildet, ein Verfahren wie zuvor beschrieben auszuführen. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Recheneinheit in dem Primärverbinder oder dem Sekundärverbinder angeordnet ist. Alternativ ist die Recheneinheit auf verschiedene Module im Ladekabel verteilt und insbesondere räumlich getrennt an oder in dem Primärverbinder und/oder im Sekundärverbinder und/oder in einer Verbindungsleitung (zwischen Primärverbinder und Sekundärverbinder) des Ladekabels angeordnet. So ist insbesondere vorgesehen, dass die Recheneinheit auf zwei Module aufgeteilt ist, wobei jeweils ein Modul im Primärverbinder und im Sekundärverbinder angeordnet ist, wobei die beiden Module über eine Leitung elektrisch verbunden sind. Der Primärverbinder ist bevorzugt ein Typ2 Stecker. Der Sekundärverbinder ist vorteilhafterweise ein Typ2 Stecker zur Verbindung mit dedizierter Ladeinfrastruktur wie Ladesäulen oder Wallboxen, oder alternativ ein Haushaltsstecker, beispielsweise Schukostecker oder ein CEE-Stecker, zur Verbindung mit einer Haushaltssteckdose oder einer CEE-Steckdose, oder der Sekundärverbinder ist z.B. eine Haushaltssteckdose. Bevorzugt weisen der Primärverbinder und/oder der Sekundärverbinder ein Gehäuse auf, in dem die Recheneinheit angeordnet ist. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Recheneinheit verschiedene Module in dem Gehäuse des Primärverbinders bzw. im Gehäuse des Sekundärverbinders aufweist. Es kann sich bei den Modulen z.B. um ein Energieerfassungsmodul und/oder um ein Sensormodul und/oder um ein Kommunikationsmodul und/oder um ein Verschlüsselungsmodul und/oder um ein Rechenmodul z.B. mit einem ASIC und einem Speicher handeln. Alle diese Module können einzeln und räumlich getrennt in dem Gehäuse oder in beiden Gehäusen angeordnet sein. Sie können jedoch auch zu mehreren in einer einzigen integrierten Schaltung oder auf einer einzigen Leiterplatte angeordnet sein. Bevorzugt ist das Ladekabel ohne eine sogenannte „In-Cable-Control-Box“ ausgebildet, die in der Verbindungsleitung angeordnet ist. Dadurch wird das Kabel besonders einfach handhabbar, vom Gewicht her leicht, kostengünstig herstellbar und stellt eine geringere (Stolper)Gefahr z.B. für Passanten dar. Bevorzugt sind der Primärverbinder und/oder der Sekundärverbinder von der Verbindungsleitung abkoppelbar in der Art von Adaptern. Dazu kann an zumindest einem Ende der Verbindungsleitung eine Kupplung bzw. eine Schnittstelle vorgesehen sein.
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Weiterhin betrifft die Erfindung einen Verbinder. Der Verbinder ist ausgebildet zum Verbinden eines Ladekabels mit einem Fahrzeug oder einer Ladeinfrastruktur bzw. einem anderen Fahrzeug bzw. einem Verbraucher. Der Verbinder weist eine Recheneinheit auf, die ausgebildet ist, ein Verfahren wie zuvor beschrieben auszuführen. Bei dem Verbinder handelt es sich vorteilhafterweise um einen Primärverbinder oder Sekundärverbinder wie zuvor beschrieben. Der Verbinder weist bevorzugt eine Schnittstelle auf, an der eine Leitung des Ladekabels anbindbar ist. Auf diese Weise kann insbesondere der Verbinder des Ladekabels ausgetauscht werden, beispielsweise um das Ladekabel sowohl für den Anwendungsfall „Laden an einer Haushaltssteckdose“ als auch für den Anwendungsfall „Laden an einer Ladesäule oder Wallbox“ oder für das Anschließen eines anderen Fahrzeugs oder für das Anschließen eines Verbrauches zu verwenden. Für die unterschiedlichen Anwendungsfälle ist dann lediglich ein Austausch der entsprechenden Verbinder, insbesondere Sekundärverbinder, vorzunehmen. Die Recheneinheit ist insbesondere in dem Verbinder bzw. in dessen Gehäuse angeordnet. Dies erlaubt einen kompakten Aufbau des Ladekabels und den Verzicht einer In-Cable Control Box (abgekürzt ICCB), auch „Ladeziegel“ genannt, die eine Handhabung des Ladekabels einschränkt.
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Die Recheneinheit ist bevorzugt ausgebildet, Abrechnungsdaten mit der Ladeinfrastruktur auszutauschen. Die Abrechnungsdaten erlauben insbesondere eine Abrechnung über die von der Ladeinfrastruktur gelieferte elektrische Energie. Bevorzugt ist das Ladekabel ausgebildet, eine über das Ladekabel fließende elektrische Leistung zu erfassen und eine von der Ladeinfrastruktur an das Fahrzeug gelieferte elektrische Energiemenge zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich umfassen die Abrechnungsdaten Bezahlungsinformationen wie beispielsweise eine Kreditkartennummer und/oder Bankkontonummer und/oder Rechnungsadresse und/oder Nutzer-Account und/oder Passwort. Weiter alternativ oder zusätzlich umfassen die Abrechnungsdaten von der Ladeinfrastruktur und/oder von dem Fahrzeug ermittelte Energiemengen, die über das Ladekabel an das Fahrzeug übertragen wurden (bzw. vom Fahrzeug abgegeben wurde).
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Das Ladekabel weist bevorzugt eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem Benutzerendgerät auf, wobei die Steuereinheit z.B. über die Kommunikationsschnittstelle durch einen Nutzer konfigurierbar und/oder wartbar ist. Die Kommunikationsschnittstelle kann mit anderen Worten insbesondere zum Konfigurieren und/oder zum Warten der Recheneinheit dienen. Der Nutzer kann somit über das Benutzerendgerät und über die Kommunikationsschnittstelle eine Konfiguration und/oder Wartung, wie beispielsweise das Einspielen von Updates, einfach und komfortabel vornehmen.
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Die Recheneinheit ist bevorzugt (z.B. vollständig) innerhalb eines ersten Gehäuses eines Primärverbinders des Ladekabels zur Verbindung mit dem Fahrzeug und/oder innerhalb eines zweiten Gehäuses eines Sekundärverbinders des Ladekabels zur Verbindung mit der Ladeinfrastruktur angeordnet. Die Recheneinheit ist damit platzsparend angeordnet. Insbesondere kann die Recheneinheit nur in solchen Verbindern vorgesehen sein, die zur Verbindung mit entsprechender Ladeinfrastruktur ausgebildet sind, beispielsweise einem Sekundärverbinder für Typ2 Ladeanschlüsse. In diesem Fall ist die Recheneinheit nur dann in dem Ladekabel vorhanden, wenn diese benötigt wird oder werden könnte, wobei die Recheneinheit nicht vorhanden ist, wenn diese nicht benötigt wird, beispielsweise beim Laden über Haushaltssteckdosen. Vorteilhaft kann die Recheneinheit somit besonders nahe an der Ladeinfrastruktur (also in dem Sekundärverbinder) angeordnet sein. Dies ist besonders vorteilhaft bei einem langen Ladekabel (z.B. mehr als 3m lang), da es bei langen Ladekabeln und/oder externen elektromagnetischen Störungen zu einer Beeinträchtigung eines übertragenen Signals (z.B. eines Authentifizierungssignals) kommen kann. Mit anderen Worten: gerade bei langen Ladekabeln kann das Übertragen der Kennung aus einer im Sekundärverbinder angeordneten Recheneinheit vorteilhaft sein gegenüber einer Übertragung einer Kennung des Fahrzeugs, da das Signal der Fahrzeugkennung gestört sein kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Kennung des Ladekabels übertragen wird, falls das zweite Ermitteln ergibt, dass der Kommunikationsstandard des Fahrzeugs nicht sicher bzw. nicht zuverlässig feststellbar ist bzw. er gestört ist oder fehlerbehaftet ist. In einer weiteren Alternative ist die Recheneinheit zumindest zweigeteilt, wobei ein Teil vollständig innerhalb des ersten Gehäuses und ein anderer Teil vollständig innerhalb des zweiten Gehäuses angeordnet ist.
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Die beiden Teile sind über zumindest eine Leitung des Ladekabels elektrisch verbunden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Ansicht eines Ladekabels gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 2 eine weitere schematische Ansicht eines Teilbereichs eines Ladekabels gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt schematisch ein Ladekabel 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei mit dem Ladekabel 1 ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchführbar ist. Das Ladekabel 1 dient zum elektrischen Verbinden eines Fahrzeugs 2 mit einer Ladeinfrastruktur 3. Das Fahrzeug 2 ist insbesondere ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug und die Ladeinfrastruktur 3 ist bevorzugt eine Ladesäule oder Wallbox, kann aber auch eine Haushaltssteckdose oder eine sonstige Schnittstelle für den Bezug elektrischer Energie sein.
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Das Ladekabel 1 weist einen Primärverbinder 8 und einen Sekundärverbinder 9 auf. Der Primärverbinder 8 dient zur elektrischen Verbindung mit dem Fahrzeug 2. Der Sekundärverbinder 9 dient zur elektrischen Verbindung mit der Ladeinfrastruktur 3. Der Primärverbinder 8 und der Sekundärverbinder 9 sind über einen elektrischen Leitungsabschnitt 11 bzw. eine Verbindungsleitung des Ladekabels 1 elektrisch verbunden, wobei der Leitungsabschnitt 11 trennbar oder nicht zerstörungsfrei lösbar mit dem Primärverbinder 8 und dem Sekundärverbinder 9 verbunden ist.
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2 zeigt schematisch einen Verbinder 8, 9 des Ladekabels 1, wobei der Verbinder 8, 9 der Primärverbinder 8 oder der Sekundärverbinder 9 sein kann. Der Verbinder 8, 9 ist, wie zuvor beschrieben, einerseits fest oder lösbar mit dem Leitungsabschnitt 11 verbunden und dient andererseits zur elektrischen Kontaktierung von Fahrzeug 2 oder Ladeinfrastruktur 3.
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In 2 ist beispielhaft das Steckergesicht einer Typ2-Steckverbindung gezeigt. Neben einem Schutzleiter PE, einem ersten Außenleiter L1, einem zweiten Außenleiter L2, einem dritten Außenleiter L3 und einem Neutralleiter N ist außerdem ein Control Pilot CP und ein Proximity Pilot PP vorgesehen. Insbesondere der Control Pilot CP dient zum Vereinbaren einer Ladestromstärke zwischen Fahrzeug 2 und Ladeinfrastruktur 3. Bevorzugt ist vorgesehen, dass von dem Fahrzeug 2 und/oder der Ladeinfrastruktur 3 auf den Control Pilot oder auf eine andere der genannten Leitungen eine Netzwerkkommunikation aufmoduliert wird, um eine erweitere Kommunikation zwischen Fahrzeug 2 und Ladeinfrastruktur 3 zu ermöglichen. Diese Kommunikation folgt insbesondere dem Kommunikationsstandard ISO-15118.
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Durch die Netzwerkkommunikation lassen sich erweiterte Informationen zwischen Fahrzeug 2 und Ladeinfrastruktur 3 austauschen. So kann insbesondere ein Smart Charge oder ein Plug & Charge realisiert werden, bei dem ein Ladevorgang automatisiert initiiert wird. Auch kann dadurch eine Abrechnung des Ladevorgangs anhand von im Fahrzeug 2 hinterlegten Daten erfolgen. Auch lassen sich Lademengen einstellen.
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Das Ladekabel 1 weist eine Recheneinheit 4 auf. Die Recheneinheit 4 ist in einem ersten Gehäuse 8a des Primärverbinders oder in einem zweiten Gehäuse 9a des Sekundärverbinders angeordnet. Ebenso kann die Recheneinheit 4 verteilt auf das erste Gehäuse 8a und das zweite Gehäuse 9a ausgebildet sein. Die Recheneinheit 4 ist ausgebildet, eine Kommunikation mit der Ladeinfrastruktur 3 und/oder dem Fahrzeug 2 vorzunehmen, wobei ebenfalls die zuvor genannte Netzwerkkommunikation verwendet wird, insbesondere gemäß ISO-15118. Dazu ist die Recheneinheit 4 ausgebildet, das nachfolgend beschriebene Verfahren auszuführen.
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Es erfolgt sowohl ein erstes Ermitteln eines Kommunikationsstandards der Ladeinfrastruktur 3 als auch ein zweites Ermitteln eines Kommunikationsstandards des Fahrzeugs 2 durch die Recheneinheit 4 des Ladekabels 1. Es versteht sich, dass das erste und zweite Ermitteln grundsätzlich auch durch eine außerhalb des Ladekabels angeordnete Recheneinheit erfolgen kann. Weiterhin erfolgt eine Übertragung einer Kennung des Ladekabels 1 an die Ladeinfrastruktur 3 in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Schritts des ersten Ermittelns und dem Ergebnis des Schritts des zweiten Ermittelns, hier beispielhaft durch die Recheneinheit 4 des Ladekabels 1. Hieraus ergeben sich mehrere Fallgestaltungen:
- So erfolgt keine Übertragung der Kennung des Ladekabels 1 an die Ladeinfrastruktur 3, wenn das erste Ermitteln und das zweite Ermitteln ergeben, dass das Fahrzeug 2 und die Ladeinfrastruktur 3 denselben Kommunikationsstandard verwenden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn Fahrzeug 2 und Ladeinfrastruktur 3 gemäß ISO15118 kommunizieren, insbesondere, wenn das erste und/oder das zweite Ermitteln ergeben, dass die Kommunikation gemäß desselben Kommunikationsstandards fehlerfrei und/oder ungestört erfolgt. Ein Eingreifen des Ladekabels 1, d.h. der Recheneinheit 4, in diese Kommunikation ist dann nicht notwendig. Derselbe Fall gilt auch dann, wenn Fahrzeug 2 und Ladeinfrastruktur 3 nicht miteinander kommunizieren können, weil zumindest die Ladeinfrastruktur 3 über keinerlei Kommunikationsmöglichkeit verfügt.
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Dahingegen erfolgt eine Übertragung der Kennung des Ladekabels 1 an die Ladeinfrastruktur 3, wenn das erste Ermitteln ergibt, dass die Ladeinfrastruktur 3 einen Kommunikationsstandard verwendet, der eine Authentifizierung des Nutzers ermöglicht und wenn das zweite Ermitteln ergibt, dass das Fahrzeug 2 einen Kommunikationsstandard verwendet, der keine Übermittlung von Authentifizierungsdaten ermöglicht oder das zweite Ermitteln ergibt, dass die versendeten Signale gestört oder fehlerbehaftet sind (dies kann z.B. bei sehr langen Kabeln (z.B. länger als 2 m bis 3m) auftreten oder bei elektromagnetischen Störsignalen in der Umgebung des Ladekabels, insbesondere in der Umgebung der Verbindungsleitung bzw. des Leitungsabschnitts 11. In diesem Fall ist die Ladeinfrastruktur 3 eingerichtet, den Ladevorgang automatisiert zu starten und abzurechnen, das Fahrzeug 2 hingegen nicht bzw. das Fahrzeug ist dazu eingerichtet, die Übermittlung erfolgt jedoch fehlerbehaftet und/oder ungenügend. Beispielsweise beherrscht die Ladeinfrastruktur 3 eine Kommunikation nach ISO-15118, das Fahrzeug 2 jedoch nicht (oder die vom Fahrzeug übermittelten Signale lassen sich nicht mehr dem entsprechenden Standard zuordnen oder sind zu stark gedämpft oder fehlerbehaftet oder dergleichen). In diesem Fall wird die Recheneinheit 4 aktiv und übermittelt eine Kennung des Ladekabels 1 an die Ladeinfrastruktur 3. Somit nimmt die Recheneinheit 4 die Rolle des Fahrzeugs 2 in der Kommunikation mit der Ladeinfrastruktur 3 ein und ermöglicht damit ein automatisiertes Starten und Abrechnen eines Ladevorgangs unabhängig von der Funktion des Fahrzeugs 2.
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Bevorzugt weist das Ladekabel 1 eine Eingabevorrichtung 6 und/oder eine Kommunikationsschnittstelle 5 auf. Diese kann z.B. mittels eines Mobilfunkstandards wie z.B. 3G, 4G, 5G, 6G oder dergleichen kommunizieren und/oder mittels WLAN und/oder mittels Bluetooth und/oder mittels Power-Line-Communication und/oder mittels NFC, etc. Die Eingabevorrichtung 6 ermöglicht z.B. ein Einstellen eines Vorrangs des Ladekabels 1. Der Vorrang kann alternativ auch mittels der Kommunikationsschnittstelle 5 über ein Benutzerendgerät 10 eingestellt werden. Ist der Vorrang des Ladekabels 1 gesetzt, so erfolgt eine Übertragung der Kennung des Ladekabels 1 an die Ladeinfrastruktur 3, wenn das erste Ermitteln ergibt, dass die Ladeinfrastruktur 3 einen Kommunikationsstandard verwendet, der eine Authentifizierung des Nutzers ermöglicht, beispielsweise ISO-15118. Dabei erfolgt insbesondere eine Nichtweiterleitung einer Kennung des Fahrzeugs 2 bzw. eine Blockierung der Kennungs-Signale des Fahrzeugs 2. Somit kann das Abrechnen des Ladevorgangs über das Ladekabel 1 und mit den im Ladekabel 1 hinterlegten Zahlungsdaten erfolgen. Es ist dabei unerheblich, ob das Fahrzeug 2 ebenfalls mit der Ladeinfrastruktur 3 kommunizieren könnte. Selbst wenn dies der Fall ist, wird eine solche Kommunikation durch das Ladekabel 1 nicht zugelassen oder beschränkt, wobei das Ladekabel 1 stattdessen die Rolle des Fahrzeugs 2 in der Kommunikation mit der Ladeinfrastruktur 3 einnimmt.
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Die Eingabevorrichtung 6 dient bevorzugt außerdem zum Einstellen einer gewünschten Lademenge, die von der Ladeinfrastruktur 3 bezogen werden soll (oder derjenigen Energiemenge, die aus dem Fahrzeug 2 entnommen werden soll). Das Einstellen der Lademenge kann alternativ auch über das Benutzerendgerät 10 und die Kommunikationsschnittstelle 5 erfolgen. Die Kommunikationsschnittstelle 5 dient insbesondere außerdem zur Konfiguration und/oder Wartung der Recheneinheit 4 über das Benutzerendgerät 10. Die Lademenge bzw. die Vorgabe der Lademenge bzw. die Lademenge-Vorgabe kann beispielsweise in Einheiten wie z.B. Kilowattstunde erfolgen (z.B. 25 kWh). Es kann sich jedoch alternativ oder zusätzlich auch um eine Angabe in Zeit (z.B. 1,5 Stunden oder 120 Minuten oder 180 Minuten) handeln und/oder um eine Angabe in Geldwert (z.B. 20 EUR), insbesondere, falls der Preis pro Energieeinheit bekannt ist.
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Das Übertragen der Kennung des Ladekabels 1 dient insbesondere zum Initiieren des Ladevorgangs. Neben der Kennung werden bevorzugt weitere Informationen übertragen, wie beispielsweise Zahlungsdaten und/oder Rechnungsdaten. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Kommunikation zwischen Ladekabel 1 und Ladeinfrastruktur 3 verschlüsselt erfolgt. Die verschlüsselte Kommunikation wird insbesondere etabliert, bevor die Kennung des Ladekabels 1 übertragen wird. Die verschlüsselte Kommunikation wird bevorzugt durch einen Austausch und/oder eine Verifikation zumindest eines Verschlüsselungszertifikats hergestellt.
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Dazu werden von der Recheneinheit 4 vor der Übertragung der Kennung des Ladekabels 1 Schlüsseldaten und/oder Zertifikatsdaten für eine verschlüsselte Verbindung von einem externen Server empfangen, insbesondere über ein Datenübertragungsmodul 7. Das Datenübertragungsmodul 7 und die Kommunikationsschnittstelle 5 können bevorzugt identisch sein. Das Datenübertragungsmodul ist beispielsweise ein Mobilfunkmodul für eine Internetverbindung. Die Schlüsseldaten und/oder Zertifikatsdaten dienen dem Herstellen einer verschlüsselten Kommunikation zwischen Recheneinheit 4 und Ladeinfrastruktur 3 und werden bevorzugt mit Daten auf dem externen Server abgeglichen und/oder aktualisiert.
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Durch die Etablierung der verschlüsselten Kommunikation erfolgt die Übertragung der Kennung des Ladekabels 1 verschlüsselt. Auch weitere Daten wie persönliche Daten, wie Nutzername, Nutzer-Account, ein oder mehrere Passwörter, die Lademengen-Vorgabe, Kontonummern und/oder Kreditkartennummern und/oder sonstige Zahlungsdaten lassen sich durch die Verschlüsselung sicher übertragen. Somit kann eine Bezahlung des Ladevorgangs durch den Nutzer einfach und zuverlässig erfolgen, wobei ein größtmöglicher Schutz für sensible Daten gewährleistet ist.
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Das Ladekabel 1, insbesondere der Primärverbinder 8 und/oder der Sekundärverbinder 9, ist bevorzugt zur Strommessung und/oder Spannungsmessung bzw. insgesamt zur Energiemengenmessung ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich die über das Ladekabel 1 fließende Leistung erfassen und eine übertragene Lademenge bzw. Entlademenge ermitteln. Über das Datenübertragungsmodul 7 ist es dem Ladekabel 1 somit ermöglicht, diese Daten z.B. zu Abrechnungszwecken an den externen Server zu übertragen.
