WO2012041656A2 - Verfahren zum nutzerabhängigen gebrauch eines akkumulators - Google Patents

Verfahren zum nutzerabhängigen gebrauch eines akkumulators Download PDF

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Definitions

  • a method of user-dependent use of a battery The present invention relates to a method and a sys tem for ⁇ user-dependent use of an accumulator.
  • Rechargeable batteries are e.g. used in electric vehicles or in portable electrical appliances as energy storage. Different usage models are proposed: A battery may be fixedly mounted in a vehicle or an electrical appliance, which may be e.g. in the event of a defect or too low residual capacity is changed by a workshop.
  • the battery may be fixedly mounted in a vehicle or an electrical appliance, which may be e.g. in the event of a defect or too low residual capacity is changed by a workshop.
  • a battery is used by different users. Since batteries have a significant financial value, there is also a theft risk.
  • the object of the invention is therefore to provide a removable battery that can be used flexibly by different users.
  • the accumulator uses an accumulator to perform the following steps:
  • the invention relates to a rechargeable, electric accumulator or accumulator pack, consisting of one or more cells for storing electrical energy and an electronic circuit, which controls the power transmission or energy transfer between the cells of Akkumu- latos and the contacts of the accumulator and controls.
  • the accumulator or the accumulator pack identifies the respective user and activates a user-dependent accumulator usage policy, ie a discharging and charging is possible only according to the current accumulator usage policy.
  • the accumulator can enforce a use according to the policy, ie, a current output or reception is limited such that it corresponds to the Akkumula ⁇ gate usage policy.
  • the accumulator compares the actual usage with the accumulator usage policy. In the event of a deviation, further use is restricted or blocked.
  • the battery usage policy may include one or more of the following criteria:
  • Useful life, maximum current, maximum permissible power consumption pattern ⁇ (uniformly or irregularly strong / fast the change of load Prompt), amount of available energy / capacity.
  • the user identification may include an identifier of the respective user (e.g., a user name, an email address, a device identifier (e.g., serial number), or a role.
  • an identifier of the respective user e.g., a user name, an email address, a device identifier (e.g., serial number), or a role.
  • the relevant data communication can take place via the current contacts of the rechargeable battery (modulated onto discharge contacts). or charging current), via a separate contact (eg 1-wire interface, I2C) or wirelessly (RFID).
  • I2C 1-wire interface
  • RFID wirelessly
  • the user may be an electric vehicle or the driver or owner of an electric vehicle.
  • the user is authenticated, ie identified manipulati ⁇ onsterrorism.
  • a password of the groove ⁇ dec example can be checked by the accumulator, or the user is authenticated by the accumulator through a challenge-response method. It can
  • symmetric e.g., SHA-1, AES
  • asymmetric e.g., RSA, ECC
  • a user change (i.e., the end of a user session) may be detected by mechanical contact (e.g., removing battery from holder) or by measuring the internal resistance of the connected load.
  • the accumulator can store log data, i. recognized
  • Consumption values or charging processes user-specific capture and save. It can thus be detected which user at what time in the extent actually used the battery, eg for maintenance / diagnostic or billing purposes ⁇ .
  • the battery adapts its behavior depending on which device it is used on or by whom it is used. Since ⁇ through can be achieved, for example, that the battery can only be used battery-friendly by some users, while other users can also use it in a way that by the age of the battery or the cells contained quickly.
  • a universal battery can be marketed according to usage. It can be a theft protection realize by a battery is only usable by authorized users.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an accumulator according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a flow chart of a first variant of the method according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a flowchart of a second variant of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a battery pack 101 with one or more cells (shown are four cells 102, 103, 104, 105) for the physical storage of electrical energy.
  • the battery pack can be charged or discharged via contacts "+” 106 and "-" 107.
  • a contact "D" 108 is shown for data communication.
  • a user ID 109 a user policy enforcement unit NPEE 110 determines from ⁇ dependent on the received user ID 109 from the user- Policy database DP-DB 111 Usage policy associated with the received user ID 109.
  • Power delivery or charging is only possible within the limits set by the Usage Policy, for enforcement the NPEE uses 110 sensors to deliver the delivered Measure current and voltage, actuators (eg FET transistors) to enable or limit the current flowing, memory for detecting the amount of electricity delivered to a user.
  • actuators eg FET transistors
  • Enforcment units are provided in addition to each or each cell. This allows a user-dependent policy at the cell level be enforced.
  • an energy delivery ei ⁇ ner cell can be unlocked by the user policy enforcement unit NPEE, eg by transmitting a control command. This can be cryptographically protected.
  • NPEE user policy enforcement unit
  • a particularly high level of protection is achieved as a one ⁇ zelne, eg removed cell is only after being validated or used without restriction.
  • FIG. 2 shows a flow chart of a first variant of the method according to the invention.
  • An accumulator 201 (accumulator pack) receives a user ID 202 of a battery user 203. This is done via a separate data interface of the battery ⁇ mulator, on the example, also data of the accumulator such as type, manufacturer, capacity, charging status can be read , Function of the determined users of the accumulator determines a Usage Policy NP 204 and activates 205. There is ei ⁇ ne restriction (enforcement) of the possible power output (or store) corresponding to the activated Usage Policy. This means that actual energy delivery or actual charging is only possible within the limits defined by the activated usage policy 206.
  • FIG. 3 shows a flowchart of a second variant of the method according to the invention.
  • the user is authenticated by means of a cryptographic challenge-response method.
  • An accumulator 301 (battery pack) receives a user ID 302 of a user's battery 303. Then ⁇ towards determines the battery 301, a challenge and sends it to the user battery 304.
  • the battery 303 users determined depending on the received challenge and a stored secret key a response and transmits it to the battery 305. Only after successful review of the response 306 by the battery 301, the battery user 303 is authenticated and it is determined as in the embodiment of Figure 2, the usage policy by the battery 301.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen wiederaufladbaren, elektrischen Akkumulator zur Speicherung von elektrischer Energie sowie aus einer elektronischen Schaltung, die die Stromübertragung bzw. Energieübertragung zwischen den Zellen des Akkumulatos und den Kontakten des Akkumulators kontrolliert und steuert. Hierbei identifiziert der Akkumulator den jeweiligen Nutzer und aktiviert eine Nutzer-abhängige Akkumulator-Nutzungspolicy. Dadurch ist ein Entladen und Laden nur gemäß der geltenden Akkumulator-Nutzungspolicy möglich.

Description

Beschreibung
Verfahren zum nutzerabhängigen Gebrauch eines Akkumulators Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Sys¬ tem zum nutzerabhängigen Gebrauch eines Akkumulators.
Wiederaufladbare Akkus werden z.B. in Elektrofahrzeugen oder in tragbaren Elektrogeräten als Energiespeicher genutzt. Un- terschiedliche Nutzungsmodelle sind vorgeschlagen: Ein Akku kann fest in ein Fahrzeug oder ein Elektrogerät eingebaut sein, der z.B. bei einem Defekt oder zu niedriger Restkapazität durch eine Werkstatt gewechselt wird. Der Akku
kann auch als im Betrieb wechselbarer Akku ausgestaltet sein, um bei Bedarf einen leeren Akku gegen einen geladenen Akku auszutauschen .
Dabei wird ein Akku durch unterschiedliche Nutzer verwendet. Da Akkus einen erheblichen finanziellen Wert haben, besteht außerdem eine Diebstahlgefahr.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen wechselbaren Akku zu schaffen, der durch unterschiedliche Nutzer flexibel verwendbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, einen Akkumulator und ein System mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 7 und 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum nutzerabhängigen
Gebrauch eines Akkumulators werden durch den Akkumulator folgende Schritte ausgeführt:
Empfangen einer Nutzer-Identifizierung über eine Daten- schnittsteile,
Ermitteln eines Nutzers anhand der Nutzer- Identifizierung, Ermitteln einer Nutzungs-Policy abhängig vom ermittelten Nutzer, Beschränken der erlaubten Energieabgabe oder Energieaufnahme entsprechend der aktivierten Nutzungs-Policy .
Die Erfindung betrifft einen wiederaufladbaren, elektrischen Akkumulator bzw. Akkumulator-Pack, bestehend aus einer oder mehreren Zellen zur Speicherung von elektrischer Energie sowie aus einer elektronischen Schaltung, die die Stromübertragung bzw. Energieübertragung zwischen den Zellen des Akkumu- latos und den Kontakten des Akkumulators kontrolliert und steuert .
Es wird nun vorgeschlagen, dass der Akkumulator bzw. das Akkumulator-Pack den jeweiligen Nutzer identifiziert und eine Nutzer-abhängige Akkumulator-Nutzungspolicy aktiviert, d.h. ein Entladen und Laden ist nur gemäß der geltenden Akkumulator-Nutzungspolicy möglich. Der Akkumulator kann eine Nutzung entsprechend der Policy durchsetzen, d.h. eine Stromabgabe bzw. -aufnähme wird derart begrenzt, dass sie der Akkumula¬ tor-Nutzungs-Policy entspricht.
In einer anderen Variante vergleicht der Akkumulator die tatsächliche Nutzung mit der Akkumulator-Nutzungs-Policy . Bei einer Abweichung wird die weitere Nutzung eingeschränkt oder gesperrt .
Die Akkumulator-Nutzungs-Policy kann eine oder mehrere der folgenden Kriterien umfassen:
Nutzungsdauer, maximaler Strom, zulässiges Stromverbrauchs¬ muster (gleichmäßig, oder stark unregelmäßig/schnelle Lastän- derung) , verfügbare Energiemenge/Kapazität .
Die Nutzeridentifizierung kann einen Identifizierer des jeweiligen Nutzers erfassen (z.B. einen Benutzernamen, eine Email-Adresse, eine Geräte-Identifizierung (z.B. Seriennummer), oder eine Rolle.
Die diesbezügliche Datenkommunikation kann über die Stromkontakte des Akkumulators erfolgen (aufmoduliert auf Entlade- bzw. Ladestrom), über einen separaten Kontakt (z.B. 1-Wire- Interface, I2C) oder drahtlos (RFID) .
Bei dem Nutzer kann es sich insbesondere um ein Elektrofahr- zeug bzw. den Fahrer bzw. Eigentümer eines Elektrofahrzeugs handeln .
Vorzugsweise wird der Nutzer authentisiert , d.h. manipulati¬ onssicher identifiziert. Dazu kann z.B. ein Passwort des Nut¬ zers durch den Akkumulator geprüft werden, oder der Nutzer wird durch den Akkumulator durch ein Challenge-Response- Verfahren authentisiert. Dabei können
symmetrische (z.B. SHA-1, AES) oder asymmetrische (Diffie- Hellman, RSA, ECC) kryptrographische Verfahren eingesetzt werden .
Ein Nutzer-Wechsel (d.h. das Ende einer Nutzer-Session) kann durch einen mechanischer Kontakt erkannt werden (z.B. Entnehmen Akku aus Halterung) oder durch Messen des Innenwiderstand des verbundenen Ladens.
Weiterhin kann der Akkumulator Logdaten, d.h. erfasste
Verbrauchswerte bzw. Ladevorgänge) nutzerspezifisch erfassen und speichern. Es kann somit erfasst werden, welcher Nutzer den Akku in welchem Zeitraum in welchem Umfang tatsächlich genutzt hat, z.B. für Wartungs-/Diagnose oder Abrechnungs¬ zwecke .
Der Akku passt sein Verhalten an abhängig davon, on welches Gerät er eingesetzt ist bzw. durch wen er genutzt wird. Da¬ durch kann z.B. erreicht werden, dass der Akku durch manche Nutzer nur Akku-schonend genutzt werden kann, wogegen andere Nutzer ihn auch in einer Art nutzen können, durch die der Akku bzw. die enthaltenen Zellen schneller altern.
Es kann die für einen Nutzer verfügbare Kapazität beschränkt werden . So kann ein universeller Akku z.B. nutzungsabhängig vermarktet werden . Es lässt sich ein Diebstahlschutz realisieren, indem ein Akku nur durch berechtigte Nutzer verwendbar ist. Im Folgenden wird die Erfindung mit Ausführungsbeispielen anhand der beigelegten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in einer schematischen Darstellung einen erfindungsgemäßen Akkumulator,
Figur 2 in einer schematischen Darstellung ein Ablaufdiagramm einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 3 in einer schematischen Darstellung ein Ablaufdiagramm einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Figur 1 zeigt ein Akku-Pack 101 mit einer oder mehreren Zellen (dargestellt sind vier Zellen 102, 103, 104, 105) zur physikalischen Speicherung elektrischer Energie. Der Akku- Pack ist über Kontakte „+" 106 und „-" 107 ladbar bzw. entladbar. Außerdem ist ein Kontakt „D" 108 zur Datenkommunikation dargestellt. Über diesen wird eine Nutzer-ID 109 an den Akku übertragen. Eine Nutzer-Policy-Enforcement-Einheit NPEE 110 ermittelt ab¬ hängig von der empfangenen Nutzer-ID 109 aus der Nutzer- Policy-Datenbank DP-DB 111 die der empfangenen Nutzer-ID 109 zugeordnete Nutzungs-Policy . Eine Stromabgabe bzw. ein Laden ist nur im Rahmen der durch die Nutzungs-Policy festgelegten Grenzen möglich. Zur Durchsetzung verwendet die NPEE 110 Sensoren, um die abgegebene Strommenge und Spannung zu messen, Aktoren (z.B. FET-Transistoren) zum Freischalten oder Begrenzen des fließenden Stroms, Speicher zur Erfassung der an einen Nutzer abgegebenen Strommenge.
In einer nicht dargestellten Variante sind zusätzlich an einzelnen oder jeder Zelle Enforcment-Einheiten vorgesehen. Dadurch kann eine Nutzer-abhängige Policy auf Zellen-Ebene durchgesetzt werden. Insbesondere kann eine Energieabgabe ei¬ ner Zelle durch die Nutzer-Policy-Enforcement-Einheit NPEE freigeschaltet werden, z.B. durch Übertragen eines Steuerkommandos. Dieses kann kryptographisch geschützt sein. Dadurch wird ein besonders hoher Schutz erreicht, da auch eine ein¬ zelne, z.B. ausgebaute Zelle, nur nach Freischaltung nutzbar oder uneingeschränkt nutzbar ist.
Die Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Akkumulator 201 (Akku- Pack) empfängt eine Nutzer-ID 202 eines Akku- Nutzers 203. Dies erfolgt über eine separate Daten-Schnittstelle des Akku¬ mulators, über die z.B. auch Daten des Akkumulators wie Typ, Hersteller, Kapazität, Ladestatus auslesbar sind. Abhängig vom ermittelten Nutzer bestimmt der Akkumulator eine Nut- zungs-Policy N-P 204 und aktiviert diese 205. Es erfolgt ei¬ ne Beschränkung (Enforcement ) der möglichen Energieabgabe (bzw. Laden) entsprechend der aktivierten Nutzungs-Policy . D.h. eine tatsächliche Energieabgabe bzw. ein tatsächliches Laden ist nur innerhalb der durch die aktivierten Nutzungs- Policy festgelegten Grenzen möglich 206.
Die Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. In dieser Variante wird der Nutzer mittels eines kryptographischen Challenge-Response- Verfahrens authentisiert . Ein Akkumulator 301 (Akku-Pack) empfängt eine Nutzer-ID 302 eines Akku- Nutzers 303. Darauf¬ hin ermittelt der Akku 301 eine Challenge und übermittelt diese an den Akku Nutzer 304. Der Akku Nutzer 303 ermittelt abhängig von der empfangenen Challenge und eines gespeicherten geheimen Schlüssels eine Response und übermittelt diese an den Akku 305. Erst nach erfolgreicher Überprüfung der Response 306 durch den Akku 301 ist der Akku Nutzer 303 authentisiert und es wird wie im Ausführungsbeispiel aus Figur 2 die Nutzungs Policy durch den Akku 301 ermittelt.
Im Gegensatz zu den bekannten Battery-Authentication Lösungen (z.B. Infineon ORIGA, Maxim SHA-1) wird hier nicht der Akku authentisiert, sonder der Akku authentisiert den Nutzer des Akkus. Dadurch ist der Nutzer manipulationsgeschützt durch den Akkumulator ermittelt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum nutzerabhängigen Gebrauch eines Akkumulators, bei dem durch den Akkumulator folgende Schritte ausge¬ führt werden:
Empfangen einer Nutzer-Identifizierung über eine Datenschnittstelle,
Ermitteln eines Nutzers anhand der Nutzer- Identifizierung, Ermitteln einer Nutzungs-Policy abhängig vom ermittelten Nutzer,
Beschränken der erlaubten Energieabgabe oder Energieaufnahme entsprechend der aktivierten Nutzungs-Policy .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
der ermittelte Nutzer mittels eines kryptographischen Chal- lenge-Response-Verfahrens durch den Akkumulator authentisiert wird .
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei
Die Nutzungs-Policy eine oder mehrere der folgenden Kriterien umfasset: Nutzungsdauer, maximaler Strom, zulässiges Stromverbrauchsmuster, verfügbare Energiemenge/Kapazität.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Nutzer-Wechsel durch ein mechanisches Auslösen eines Schalters beim Entnehmen des Akkumulators erkannt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Nutzer-Wechsel durch Messen des Innenwiderstands eines angeschlossenen Nutzers erkannt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Akkumulator erfasste Verbrauchswerte und Ladevorgänge nutzerspezifisch erfasst und speichert.
7. Akkumulator zum nutzerabhängigen Gebrauch nach einem Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, aufwei¬ send eine Datenschnittstelle zur Datenkommunikation, einer Nutzer-Policy-Durchsetzungs -Einheit
8. Akkumulator nach Anspruch 7,
mit mehreren Akkumulator Zellen, welche jeweils eine Nutzer- Policy-Durchsetzungs -Einheit aufweisen.
9. System mit
zumindest einem Akkumulator nach einem der Ansprüche 7 bis 8 und einer Nutzer-Policy-Datenbank, welche Nutzer Identifizie rungen und jeweils zugeordnete Nutzungs-Policy umfasst.
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