WO2009086937A1 - Schaltungsanordnung zur authentifizierung von ernergieströmen - Google Patents

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Thomas Fischer
Harald Dellian
Helmut Neuhauser
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/66—Structural association with built-in electrical component
    • H01R13/70—Structural association with built-in electrical component with built-in switch
    • H01R13/703—Structural association with built-in electrical component with built-in switch operated by engagement or disengagement of coupling parts, e.g. dual-continuity coupling part
    • H01R13/7036—Structural association with built-in electrical component with built-in switch operated by engagement or disengagement of coupling parts, e.g. dual-continuity coupling part the switch being in series with coupling part, e.g. dead coupling, explosion proof coupling
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R13/64—Means for preventing incorrect coupling
    • H01R13/641—Means for preventing incorrect coupling by indicating incorrect coupling; by indicating correct or full engagement

Definitions

  • the object is achieved according to the invention with a circuit arrangement for the authentication of energy flows, wherein the energy flows are conducted via at least one multi-pole plug system with a first and a second plug, and wherein the circuit processing arrangement at least comprises a first power switch for switching the energy flows, and the first power switch is electrically connected to the first connector and authentication means for switching on ten of the first circuit breaker in case of successful authentication runs Au ⁇ of the second connector are provided.
  • the same plug systems can be used for different applications, without the circuitry connected to the plug systems can take by not suitable for them voltages and currents scha ⁇ the.
  • an authentication signal is generated by an authenticating means, and the first power switch is turned on upon proper reception of the authentication signal in the first connector. This makes an unwanted ⁇ th bypassing the authentication much more difficult.
  • FIG. 4 shows a development of the third embodiment of the circuit arrangement according to the invention for the authentication of energy flows with a bidirectional authentication. signal is received bidirectionally and switches two different energy flows with two circuit breakers.
  • FIG. 4 This is shown in Fig. 4, in which a DIRECT BI ⁇ dimensional authentication is shown.
  • the energy box plug 41, charging plug 43 and discharge plug 45 each contain a square-wave generator 46 and an evaluation circuit 48.
  • the rectangular generator in the charging and discharging connector are here each connected to a specific connector pole which is connected to the evaluation unit 48 in the energy box and which, upon receipt of the signal, includes a first power switch 71 and a second power switch 72, the first power ⁇ switch 71 of the charging voltage and the second power switch 72 is associated with the discharge voltage.

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  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Authentifizierung von Energieströmen, wobei die Energieströme über mindestens ein mehrpoliges Steckersystem mit einem ersten und einem zweiten Stecker geleitet werden, und die Schaltungsanordnung mindestens einen ersten Leistungsschalter zum Schalten der Energieströme aufweist, wobei der erste Leistungsschalter elektrisch an den ersten Stecker angeschlossen ist und Authentifizierungsmittel zum Einschalten des ersten Leistungsschalters bei erfolgreicher Authentifizierung des zweiten Steckers vorgesehen sind.

Description

Be s ehre ibung
[1] Schaltungsanordnung zur Authentifizierung von Energieströmen .
Technisches Gebiet
[2] Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Authentifizierung von Energieströmen.
Stand der Technik
[3] Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Authentifizierung von Energieströmen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bisher sind aus dem Stand der Technik zur Authentifizierung von Energieströmen nur spezielle Stecker bekannt, die in die entsprechenden Buchsen passen um dadurch die Authentifizierung zu gewährleisten. Ein Beispiel hierfür sind die Stromversorgungsstecker in Computern, die je nach Verbraucher verschiedene Größen und Pole aufweisen, so dass nur zusammengehörige Steckerpaare auch zusammenpassen.
Aufgabe
[4] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanord¬ nung zur Authentifizierung von Energieströmen anzugeben, so dass nicht mehr speziell codierte Stecker verwendet werden müssen.
Darstellung der Erfindung
[5] Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einer Schaltungsanordnung zur Authentifizierung von Ener- gieströmen, wobei die Energieströme über mindestens ein mehrpoliges Steckersystem mit einem ersten und einem zweiten Stecker geleitet werden, und wobei die Schal- tungsanordnung mindestens einen ersten Leistungsschalter zum Schalten der Energieströme aufweist, und der erste Leistungsschalter elektrisch an den ersten Stecker angeschlossen ist und Authentifizierungsmittel zum Einschal- ten des ersten Leistungsschalters bei erfolgreicher Au¬ thentifizierung des zweiten Steckers vorgesehen sind. Durch diese Maßnahme können für verschiedene Anwendungen gleiche Steckersysteme verwendet werden, ohne dass die mit den Steckersystemen verbundenen Schaltungsanordnungen durch für sie nicht geeignete Spannungen und Ströme scha¬ den nehmen können.
[6] Das mehrpolige Steckersystem ist dabei zur Energie¬ versorgung mobiler Komponenten vorgesehen. Dies impliziert eine weitreichende Verwendbarkeit für viele Anwen- düngen und Erweiterungen.
[7] Bei einer einfachen und sehr kostengünstigen Variante weist das Authentifizierungsmittel zum Einschalten des ersten Leistungsschalters dabei mindestens einen Strom¬ pfad zwischen zwei Polen des ersten Steckers und/oder des zweiten Steckers auf.
[8] Bei einer anderen Ausführungsform wird im zweiten Stecker ein Authentifizierungssignal durch ein Authenti- fizierungsmittel erzeugt, und der erste Leistungsschalter bei korrektem Empfang des Authentifizierungssignals im ersten Stecker eingeschaltet. Dies macht eine ungewünsch¬ te Umgehung der Authentifizierung deutlich schwieriger.
[9] Wenn das Authentifizierungsmittel ein Fehlersignal empfängt, und bei positivem Fehlersignal das Erzeugen des dem Fehlersignal zugeordnetem Authentifizierungssignals unterbleibt, kann im Fehlerfall einer der angeschlossenen Schaltungsanordnungen ein Zerstören der verbleibenden Schaltungsanordnungen vermieden werden.
[10] Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform erzeugt das Authentifizierungsmittel in beiden Steckern ein Authentifizierungssignal, und der erste Leistungsschalter wird bei korrektem Empfang des Authentifizierungssignals eingeschaltet. Durch die bidirektionale Authentifizierung ist ein noch besserer Schutz gewährleistet.
[11] Zusätzlich kann das Authentifizierungsmittel noch eine Vorrichtung zum Freigeben des Energiestroms aufwei¬ sen. Wenn das Authentifizierungsmittel zusätzlich eine Vorrichtung zum Empfangen eines Fehlersignals beinhaltet, so kann bei Empfang eines Fehlersignals das Erzeugen des dem Fehlersignal zugeordneten Authentifizierungssignals unterbleiben. Diese Maßnahme schützt die angeschlossenen Schaltungsanordnungen noch besser vor Fehlfunktionen
[12] Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Authentifizierungsmittel mindestens einen Strompfad mit mindes¬ tens einem elektrischen Widerstand zwischen mindestens zwei Polen des ersten Steckers und/oder des zweiten Steckers auf, wobei das Authentifizierungsmittel weiterhin eine geeignete Vorrichtung zum Abfragen des Strompfades und Einschalten des Leistungsschalters bei vorhandenem Strompfad beinhaltet. Auch diese Ausführungsform stellt einen angemessenen und kostengünstigen Schutz vor Missbrauch dar. Weist der Strompfad zusätzlich eine Diode auf, so wird die Umgehungsschwierigkeit der Maßnahme noch erhöht .
[13] Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Authenti- fizierungsmittel ein MikroController in jedem Stecker, und die MikroController sind derart programmiert, dass von dem dem zweiten Stecker zugeordnetem MikroController ein Authentifizierungssignal zu einem vorbestimmten ers¬ ten Pol des zweiten Steckers sendbar ist und bei korrek- tem Empfang des Authentifizierungssignals durch den dem ersten Stecker zugeordneten MikroController der erste Leistungsschalter aktivierbar ist. Dies stellt die teuerste, aber mit Abstand auch sicherste Maßnahme gegen Missbrauch dar, da das gesendete Signal eine digitale In- formation sein kann, die in der Software des Mikrocont- rollers eingespeichert ist. Zudem können auch in dieser Variante Fehlereingänge existieren, über die die Gesamt¬ anordnung vor Zerstörung geschützt werden kann. Da auf jeder Seite ein MikroController vorhanden ist können zwi- sehen den MikroControllern auch Fehlerinformationen ausgetauscht werden.
[14] Wenn ein zweiter Energiefluss über einen zweiten Leistungsschalter geschaltet werden soll, der mit dem ersten Stecker und dem ersten MikroController im ersten Stecker verbunden ist, ist es von Vorteil, wenn der erste MikroController den zweiten Leistungsschalter einschaltet, sobald er ein Authentifizierungssignal vom zweiten MikroController im zweiten Stecker auf einem vorbestimmten zweiten Pol empfängt. Durch diese Maßnahme können zwei verschiedene Energieflüsse über einen Stecker ge¬ führt und authentifiziert werden, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen.
[15] Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird für die Authentifizierung zur Ladung und Entladung von sogenannten Energieboxen verwendet. Diese Energieboxen enthalten primär einen Energiespeicher wie z.B. einen Ak- kumulator oder einen Speicherkondensator, um die elektrische Stromversorgung in Gebieten ohne Stromnetz sicherzustellen. Da die Energiespeicher spezielle Ladeprogramme benötigen ist eine Authentifizierung bei Ladung unumgäng- lieh. Auch die Entladeparameter können kritisch für die Lebensdauer des Energiespeichers sein, daher ist auch hier eine Authentifizierung des Verbrauchers sinnvoll.
Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)
[16] Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausfüh- rungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
[17] Fig. 1 Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Authentifizierung von Energieströmen mit mindestens einer Drahtbrücke .
[18] Fig. 2 Eine zweite Ausführungsform der erfindungs¬ gemäßen Schaltungsanordnung zur Authentifizierung von Energieströmen mit einem Strompfad zum Schalteingang eines ersten Leistungsschalters .
[19] Fig. 3 Eine dritte Ausführungsform der erfindungs¬ gemäßen Schaltungsanordnung zur Authentifizierung von Energieströmen mit einem Authen- tifizierungssignal das bei korrektem Empfang zum Einschalten des ersten Leistungsschal- ters führt.
[20] Fig. 4 Eine Weiterbildung der dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Authentifizierung von Energieströmen mit einem bidirektionalem Authentifizie- rungssignal das bidirektional empfangen wird und mit zwei Leistungsschaltern zwei verschiedene Energieströme schaltet.
[21] Fig. 5 Eine vierte Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Schaltungsanordnung zur Authentifizierung von Energieströmen mit einem widerstandsbehaftetem Strompfad, der abgefragt wird und aufgrund des Ergebnisses der Leis¬ tungsschalter geschaltet wird.
[22] Fig. 6 Eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Authentifizierung von Energieströmen mit je einem Mik- rocontroller in jedem Stecker, wobei ein Au- thentifizierungssignal auf einem vorbestimm- ten Pol gesendet wird, das bei korrektem
Empfang zum Einschalten des ersten oder eines zweiten Leistungsschalters führt.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
[23] Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfin- dungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Authentifizierung von Energieströmen mit mindestens einer Drahtbrücke. Hier wird also der Energiestrom, z.B. die Ladeleistung, über einen mehr als 2-poligen Stecker geführt, wobei die Ein- und Ausgänge jeweils verschiedenen Steckerpolen zugeord- net werden. Damit der Energiestrom dennoch fließen kann, ist mindestens eine Brücke 17 zwischen zwei Steckerpolen vorgesehen, um den Stromkreis zu schließen. Auf der rechten Seite ist das Steckersystem 11 der Energiebox zu se¬ hen, links oben ist der Ladestecker 13 abgebildet. An ihm liegt der Ladestrom 12 an, der über je eine Drahtbrücke 17 in jedem Stecker in die Energiebox geleitet wird. Die linke untere Abbildung zeigt den Entladestecker 15, bei dem der Entladestrom 14 über eine ähnliche Konfiguration in die Energiebox geführt wird.
[24] Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Authentifizierung von Energieströmen. In dieser Ausführungsform beinhaltet die Energiebox einen ersten Leistungsschalter 71, der bei erfolgreicher Authentifizierung den Energiestrom, in die- sem Falle die Ladespannung 22 freigibt. Die Authentifi¬ zierung ist in diesem Falle ein Strompfad im Ladestecker 23 zu dem Steckerpol des Energieboxsteckers 21, der den Leistungsschalter einschaltet. Der Entladestecker 25 hat in diesem Falle keine Authentifizierung implementiert, es ist aber eine analoge Maßnahme möglich.
[25] Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Authentifizierung von Energieströmen mit einem Authentifizierungssignal das bei korrektem Empfang zum Einschalten des ersten Leis- tungsschalters führt. Das Authentifizierungssignal wird von einem Rechteckgenerator 36 generiert, der seine Stromversorgung aus der Energiebox über das Stecksystem 31, 33 bezieht. Das Rechtecksignal wird ebenfalls über das Steckersystem 33, 31 in die Energiebox eingegeben, wo es von einer Auswerteeinheit 38 empfangen wird. Diese be¬ sitzt einen Koppelkondensator zur Gleichspannungsunterdrückung und Glättet das Signal durch eine Diode und ei¬ nen Kondensator und gibt es in einen Operationsverstärker ein, der bei korrektem Empfang den Leistungsschalter schließt. Der Entladestecker hat auch in diesem Beispiel keine Authentifizierung implementiert, es ist aber auch hier eine analoge Maßnahme möglich.
[26] Diese ist in Fig. 4 gezeigt, in der eine bidirektio¬ nale Authentifizierung dargestellt ist. Im Energieboxste- cker 41, Ladestecker 43 und Entladestecker 45 sind jeweils ein Rechteckgenerator 46 und eine Auswerteschaltung 48 enthalten. Der Rechteckgenerator im Lade- und Entladestecker sind hier jeweils mit einem spezifischem Steckerpol verbunden, der mit der Auswerteeinheit 48 in der E- nergiebox verbunden ist, und die bei Empfang des Signals einen ersten Leistungsschalter 71 und einen zweiten Leistungsschalter 72 schließt, wobei der erste Leistungs¬ schalter 71 der Ladespannung und der zweite Leistungsschalter 72 der Entladespannung zugeordnet ist. Da bei korrektem Empfang des Authentifizierungssignals beide Schalter 71, 72 eingeschaltet werden, ist im Entladeste¬ cker noch ein dritter Leistungsschalter 73 eingebaut, der das vom Rechteckgenerator 46 der Energiebox gesendete Signal empfängt und bei korrektem Empfang den dritten Leistungsschalter einschaltet. In dieser Ausführungsform ist auch noch ein Schutz vor Fehlerzuständen der angeschlossenen Schaltungen implementiert. Jeder der Rechteckgeneratoren 46 besitzt einen Fehlermeldungseingang 47, der den Generator bei einem Fehlerzustand abschalten kann und somit die anderen Schaltungsteile bei einem Fehler eines Schaltungsteils schützt. Die Auswerteschaltung 48 im Ladestecker 43 weist zusätzlich noch einen Fehlerausgang 44 auf, der bei ausbleibenden Signal von der Energiebox aktiviert wird und eine angeschlossene Ladeschal- tung (nicht gezeigt) vom aktivieren der Ladespannung abhält. [27] Fig. 5 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Authentifizierung von Energieströmen mit einem widerstandsbehaftetem Strompfad, der abgefragt wird und aufgrund des Ergebnisses der Leistungsschalter geschaltet wird. In den Strompfad im Ladestecker 53 sind ein Widerstand 56 und eine Diode 57 eingebracht, deren Vorhandensein von einer Auswerteschal¬ tung 58 abgefragt wird und bei positiver Abfrage der ers¬ te Leistungsschalter 71 eingeschaltet wird. Die Auswerte- Schaltung ist in diesem Fall ein Fensterkomparator .
[28] Fig. 6 zeigt eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Authentifizierung von Energieströmen mit je einem MikroController 66 in jedem der Stecker 61, 63, 65 wobei ein Authentifizierungs- signal von den Steckern 63 und 65 auf einem vorbestimmten Pol gesendet wird, das bei korrektem Empfang im Stecker 61 zum Einschalten des ersten Leistungsschalters 71 oder des zweiten Leistungsschalters 72 führt. Auch hier kann ein Fehlersignal implementiert werden, um andere Schal- tungsteile zu schützen. Zusätzlich können in dieser Ausführungsform Fehlerinformationen zwischen den Mikrocont- rollern ausgetauscht werden, um unter Umständen präzisere Maßnahmen ergreifen zu können.

Claims

Ansprüche
1. Schaltungsanordnung zur Authentifizierung von Energieströmen, wobei die Energieströme über mindestens ein mehrpoliges Steckersystem mit einem ersten und einem zweiten Stecker geleitet werden, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Schaltungsanordnung mindestens ei¬ nen ersten Leistungsschalter (71) zum Schalten der Energieströme aufweist, wobei der erste Leistungs¬ schalter (71) elektrisch an den ersten Stecker angeschlossen ist und Authentifizierungsmittel (36, 38) zum Einschalten des ersten Leistungsschalters bei er¬ folgreicher Authentifizierung des zweiten Steckers vorgesehen sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrpolige Steckersystem zur Ener- gieversorgung mobiler Komponenten vorgesehen ist.
3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Authentifizie¬ rungsmittel zum Einschalten des ersten Leistungsschal¬ ters mindestens einen Strompfad (22) zwischen zwei Po- len des ersten Steckers (21) und/oder des zweiten Steckers (23) aufweist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Stecker (33) ein Authentifizierungssignal durch ein Authenti- fizierungsmittel (36) erzeugbar ist, und der erste Leistungsschalter (71) bei korrektem Empfang des Authentifizierungssignals im ersten Stecker (31) schalt¬ bar ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in beiden Steckern (41, 43) ein Authentifizierungssignal durch ein Au- thentifizierungsmittel (46) erzeugbar ist, und der erste Leistungsschalter (71) bei korrektem Empfang des
Authentifizierungssignals in beiden Steckern schaltbar ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Authentifizierungsmittel eine Vor- richtung zum Freigeben des Energiestroms aufweist.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Authentifizie¬ rungsmittel mindestens eine Vorrichtung (46) zum Emp¬ fangen eines Fehlersignals (47) aufweist, die derart aufgebaut ist, dass bei Empfang eines Fehlersignals (47) das Erzeugen des dem Fehlersignal (47) zugeordne¬ ten Authentifizierungssignals unterbleibt.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Authentifizie- rungsmittel mindestens einen Strompfad mit mindestens einem elektrischen Widerstand (56) zwischen min- destents zwei Polen des ersten Steckers (51) und/oder des zweiten Steckers (53) aufweist, wobei das Authen¬ tifizierungsmittel weiterhin eine geeignete Vorrich- tung (58) zum Abfragen des Strompfades und Einschalten des Leistungsschalters (71) bei vorhandenem Strompfad aufweist .
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strompfad mindestens eine Diode (57) aufweist.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Authentifizie- rungsmittel einen MikroController (66) für jeden Stecker (61, 63) aufweist, und die MikroController (66) derart programmiert sind, dass von dem dem zweiten Stecker (63) zugordneten MikroController (66) ein Au- thentifizierungssignal zu einem vorbestimmten ersten Pol des zweiten Steckers (63) sendbar ist und bei korrektem Empfang des Authentifizierungssignals durch den dem ersten Stecker (61) zugeordneten Mikrocont- roller (66) der erste Leistungsschalter (71) akti- vierbar ist.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Authentifizierungsmittel weiterhin einen zweiten Leistungsschalter (72) zum Schalten eines zweiten Energieflusses aufweist, wobei der zweite Leistungsschalter (72) mit dem ersten Stecker (61) und dem ersten MikroController (66) im ersten Stecker (61) verbunden ist, und über den ersten Mikrocontrol- ler (66) schaltbar ist, sobald ein Authentifizie¬ rungssignal vom zweiten MikroController (66) im zwei- ten Stecker (63) auf einem vorbestimmten zweiten Pol vorliegt .
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrocontroller (66) Fehlereingänge aufweisen.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den MikroControllern (66) Fehlerinformationen übertragbar sind.
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