WO2012080148A2 - System und verfahren zum schutz vor unberechtigter nutzung einer elektrischen energiespeicheranordnung - Google Patents

System und verfahren zum schutz vor unberechtigter nutzung einer elektrischen energiespeicheranordnung Download PDF

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WO2012080148A2
WO2012080148A2 PCT/EP2011/072402 EP2011072402W WO2012080148A2 WO 2012080148 A2 WO2012080148 A2 WO 2012080148A2 EP 2011072402 W EP2011072402 W EP 2011072402W WO 2012080148 A2 WO2012080148 A2 WO 2012080148A2
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transponder
control unit
storage device
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Daniel Schumann
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries

Definitions

  • the invention relates to a system and a method for protection against unauthorized use of an electrical energy storage device.
  • Electrical energy storage such as electrochemical or electrostatic energy storage, are essential components especially in mobile electronic devices.
  • Electric energy storage systems are gaining in importance as the state of development and thus increasing capacities increase, also in the area of energy technology, where powerful energy storage devices with high capacities are desirable, for example, in energy supply and power generation.
  • electrochemical energy stores for example nickel-zinc, lithium-air, aluminum-air, nickel-metal-hydride, lithium-ion batteries, and others, are used in particular to provide longer, larger outputs
  • Electrostatic Energypei ⁇ books for example, batteries with a plurality of double-layer capacitors ⁇ , are used in power engineering, particularly where short-term or bursty high performance he ⁇ are conducive.
  • Cell energy is stored essentially in the electric field of a capacitor.
  • electrical energy storage are designed as batteries with several single cells.
  • the individual cells can be combined in stacks.
  • high-performance energy storage is, for example, in the field of renewable energies.
  • high-performance energy storage both electrochemical and electrostatic energy storage, also in motor vehicles, for example, in electric or hybrid vehicles installed. They serve there either for additional (hybrid vehicle) or exclusive
  • Electrical energy storage especially for high performance, put in many applications is a critical cost factor. They can be the ⁇ special electric vehicles, even determine the price for the entire vehicle, for example in motor vehicles. Regardless of their specific application, high energy storage is always very expensive. But the cost of stored electrical energy in the amount are not negligible. Therefore, it is desirable electrical energy storage against unauthorized use, especially against theft or
  • the object is achieved by a system for protection against unauthorized use of an electrical energy storage device having at least one arranged in or on the electrical energy storage device, non-destructively non-separable connected, a (data) memory unit having transponder, wherein stored in the memory unit, a first code is and a communicating with the transponder controller, in which a second Code is stored, wherein the control device is adapted to receive the first code from the transponder, to compare this with the second code and to provide a corresponding control signal when both codes do not correspond to each other and / or the transponder is adapted to the second code to receive from the control unit to compare this with the first code and provide a corresponding control signal be ⁇ if both codes do not correspond to each other.
  • the controller is configured to receive the first code from the transponder, compare it to the second code and provide a control signal when both codes do not correspond or the transponder is configured to receive the second code from the controller receive to compare this with the first code and provide a corresponding control signal when both codes do not correspond to each other.
  • both the control unit and the transponder may be adapted to receive the second code from the control device to compare this with the first code and a corresponding control signal be ⁇ riding determine if both codes do not correspond with each other.
  • the object is further achieved by a method for protection against unauthorized use of an electrical energy storage device, in which a transponder is non-destructively connected to the energy storage device, unless prior to connection to the energy storage device, a first code is stored in the transponder, a second code is stored in a control unit, the first code is transmitted to the control unit and / or the second code is transmitted to the transponder, both codes in the control unit and / or in the
  • Transponder are compared with each other and at least one corresponding control signal is generated when both codes do not correspond to each other. So that means that both codes in the control unit or in the
  • Transponder are compared with each other and at least one corresponding control signal can be generated.
  • both codes can be compared with each other both in the control unit and in the transponder and at least one corresponding control signal can be generated.
  • FIGS. It shows :
  • Figure 1 is a block diagram of a first exemplary
  • Figure 2 is a block diagram of a second exemplary
  • Figure 3 is a block diagram of an exemplary electrical
  • Figure 4 is a block diagram of an exemplary electric driveline adapted for use with a system for unauthorized use.
  • FIG. 1 shows an electrical energy storage arrangement 100 (for example a rechargeable battery) to which additional components, for example main components 130, are connected and are supplied with electrical energy from this. It may be at the main components 130 to loads (loads) such as an electric machine and / or compo nents ⁇ a power control, for example, converter or converter and / or generators (torque generators, SO generators, fuel cells, etc.).
  • loads such as an electric machine and / or compo nents ⁇ a power control, for example, converter or converter and / or generators (torque generators, SO generators, fuel cells, etc.).
  • the electrical energy storage arrangement 100 may be an electrochemical or an electrostatic energy storage or a combination of both.
  • an associated operating unit 110 is arranged in or on the electrical energy storage arrangement 100. This operating unit 110 generally includes one or more electronic circuits, for example for monitoring the energy storage arrangement 100 by means of suitable sensors and for controlling charging and discharging operations.
  • the operating unit 110 may also be provided to block the energy storage arrangement when, for example, a corresponding control signal 103 occurs.
  • a transponder 101 is arranged, wherein it is also possible to provide in the energy ⁇ memory arrangement 100 more such transponder.
  • the transponder 101 is configured to transmit or receive signals or both.
  • the transponder 101 has an example non-volatile (data) memory unit 105 (or at least communicates with it) in which a first code can be stored.
  • the first code may be, for example, an identification code (or, in certain applications, a reference code).
  • the transponder 101 may in this case be arranged in or on the energy storage arrangement 100 or on the battery such that it can not be removed or released non-destructively. This is realized for example by a suitable adhesive bond or by inclusion optionally together with the operating unit 110 into the housing, for example by casting.
  • the first transponder 101 in the operation unit 110 of the Energyspei ⁇ cheran Aunt 100 is arranged so that it can not be removed without destruction - it is therefore not interchangeable.
  • the transponder 101 is passive and has an inductive interface via which the transponder 101 communicates wirelessly by means of electromagnetic fields (for example in the frequency range around 125 kHz) and is also supplied with energy.
  • the transponder could
  • a controller 120 disposed in the vicinity of the energy storage device 100 serves to control a powertrain or power supply device (e.g., photovoltaic array), such as within the flow of power flow control
  • a powertrain or power supply device e.g., photovoltaic array
  • the controller 120 is able to wirelessly communicate with the transponder 101 of the Energyspei ⁇ cheranssen 100th
  • the operating unit 110 of the energy storage arrangement 100 can also be configured such that the energy storage arrangement 100 becomes unusable in the event of a manipulation attempt on the transponder 101.
  • control unit 120 may also control at least one of the main components of 130 and even in such a way that the main components blocked, disabled, etc., when an unauthorized Be ⁇ use was detected by the transponder the one hundred and first
  • two main components 130 are shown by way of example, with which the control unit 120 is coupled.
  • additional transponders may additionally be used
  • the control unit 120 may be provided, which, like the energy storage arrangement 100, can also be checked for legitimate operation, in particular in conjunction with the energy storage arrangement 100, by the control unit 120.
  • a second code is present here, in the present case a reference code (also called secret code).
  • the reference code is, for example, specific to the particular constellation of the main components 130 and the energy storage arrangement 100 including the operating unit 120.
  • the energy storage arrangement 100 in the present case in the (data) storage unit of the transponder. ponders 101, a specific identification code for the respective unit is then stored as the first code.
  • the Ides ⁇ t Schemescode as already explained wirelessly from
  • the tax er réelle 120 compares the Identfikationscode with the Refe ⁇ ence code. If the two codes, identification and Refe ⁇ ence code, do not correspond to each other (for example, are identical or can be converted in other ways, such as by an algorithm to each other), the control unit 120 may one or more of the main components 130, for example, via a control signal 103 lock, block, disable and thus immobilize the vehicle as a whole.
  • control device 120 can transmit corresponding control signals 103 to individual or all main components 130 via a wired connection, for example.
  • the control signal 103 can also be transmitted wirelessly to individual or all transponders 101, 102, which then block the energy storage arrangement 100 and / or the main components 130, etc. This makes it possible, for example, for the theft storage of the energy storage arrangement 110 to be operated in interaction with other control devices 120 and main components 130 is not possible because reference and identification code do not match.
  • a cyclic polling 104 of the transponders 101, 102 may be provided by the controller 120 (eg, request by the controller 120 and response of the respective transponder 101, 102), such that each of the transponders 101, 102 always cyclically at certain time intervals is queried. Since the first transponder 101 can not be solved nondestructively, this is then unusable and the associated communication is interrupted. In such a case, for example, the operation unit 110 can make 100 also by itself, that is in addition to control by the control device 120, without useless or Energyspei ⁇ cheran Aunt. For this purpose, for example, the transponder 101 is cyclically checked by the operating unit 110 for its functionality. If the check fails a predetermined number (> 1) of attempts, the destruction of the energy storage device 100 is initiated.
  • identification and reference code are compared cyclically by the operating unit 110. This means that for this purpose the reference code in certain (depending on the application case) time intervals, for example, from the control unit 120 to the
  • Transponder 101 is transmitted and compared with the reference code.
  • the identification codes of the energy storage arrangement 100 and / or the main components 130 can be transmitted to the control unit 120 by means of the transponders 101, 102 wirelessly (alternatively also conducted) and compared there with the respective reference code (s).
  • the respective reference code s
  • the duration of operation and the type of energy storage arrangement 100 it must be replaced from time to time, since it becomes unusable for example due to aging phenomena. If such an unusable energy storage arrangement 100 is replaced by a new or as good as new, it must, so to speak, be "trained" in the existing arrangement.
  • the reference code in the present case the second code
  • the reference code is transmitted to the first transponder 101 and changed in its memory unit 105 (or in the simplest case unchanged) as an identification code (presently the first code) deposited. This happens in ⁇ example via known cryptology algorithms and
  • the first, second and / or third code can be changed if necessary especially when replacing individual components.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of an electrical energy storage arrangement 100 with downstream main components 130.
  • the embodiment shown in FIG. 2 differs essentially from that shown in FIG. 1 in that the control unit 120 is not coupled to the main components 130 via connection lines for protection against unauthorized use, but the communication between the transponders 101, 102 and the controller 120 and the control of the associated units, controller 120 and main components 130, exclusively wirelessly. Proper operation is only possible if all
  • Transponders 101, 102 are intact (is cyclically checked) and the correct codes result from the communication with the controller 120. In all other cases, a blockage of the entire system occurs, for example, activation of the immobilizer or blocking of at least one main component 130 and / or the energy storage device 100, etc.
  • FIG. 3 shows the electrical energy storage arrangement 100 together with the system for protection against unauthorized use in more detail.
  • Electrochemical energy storage devices that are designed to provide high performance include one or more stacks 230.
  • stacks 230 single cells 210 are arranged. These single cells 210 may be interconnected within the stack 230 in parallel or in series or in a combination of series and parallel connection.
  • the stacks 230 may in turn be connected in series, in parallel or in a combination of series and parallel connection. How the respective circuits are each constructed depends in particular on the voltage and current ⁇ demand in the appropriate application. The more power is required, the more advantageous a parallel connection of as many stacks 230 or single cells 210 as possible. The more voltage U BAT the output terminals of the energy storage device 100 is required, the more advantageous is a series connection of as many stacks 230 or single cells 210. In the embodiment shown in Figure 3, for clarity, only a stack 210 with four single cells 230 is shown.
  • Each individual cell 210 is associated, for example, with a switch 220.
  • Such switches 220 may be electronic switches 220, such as MOSFET transistors, and may be used to shut down single cells 210, multiple single cells 210, or entire stacks 230. A shutdown may be necessary, for example, in case of error. It is now possible to provide a system with a plurality of transponders 101, which cooperate, for example, with one of the switches 220 in such a way that they are each blocked for themselves, so that manipulation of the energy storage arrangement 100 becomes even more difficult.
  • an electrical energy storage arrangement 100 in particular an electrochemical energy storage arrangement is, for example, by the temperatures of the individual cells, the pH of the electrolyte of the individual cells, the gas content of the air in the individual cells, the discharge of individual cells and / or characterized the discharge voltage.
  • Diagnostic parameters suitable sensors are provided, the nature and function per se but continue to be of no importance.
  • the data representing the diagnosis parameters recorded by such sensors can be transmitted to the battery operating unit 110 and / or to the control unit 120, for example by means of the first transponder (or a plurality of first transponders 101).
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of an electric drive train 300 with an electrical energy storage arrangement 100 with a system for protection against unauthorized use.
  • the basic principle of the protection system essentially corresponds to that in FIGS. 1 and 2 explained.
  • energy storage arrangement 100 for example, the energy storage arrangement 100 shown in FIG. 3 can be provided.
  • single cells 210 lithium-ion cells can be used, which have proven to be particularly powerful.
  • the powertrain 300 is suitable for use in, for example, electric or hybrid vehicles.
  • Main components 130 are coupled to the energy storage arrangement 100. Such main components 130 may be a DC / DC converter 131 and a downstream DC / AC converter 132. Between
  • the DC / DC converter 131 an intermediate circuit capacitor 310 is connected, which provides for the compensation of power fluctuations and for a common voltage level between the main components 131, 132.
  • An electric machine 133 in particular a three-phase electric motor 133, which can also be operated as a generator, is connected to the DC / AC converter 132.
  • the DC / DC converter 131 and the DC / AC converter 132 are connected to the controller 120.
  • the control unit 120 can execute the functions according to the invention described above.
  • an appropriate system for the illustrated drive train 300, in the control unit 120 also ⁇ additionally be implemented.
  • the control signal 103 may be provided for triggering a warning or alarm signal.
  • a warning or alarm device can additionally be provided which reproduces the warning or alarm signal acoustically and / or optically.
  • the reference code has several main components 130 or optionally several
  • Main components 130 and the controller 120 can be divided. These are watching before ⁇ in the main components 130 and / or in the control unit for example, the second transponder 102nd
  • the reference code (or secret code) results only from all main components 130 or from several main components and the control unit 120 together.
  • the third code can be provided, for example, as a reference code for the main components 130.
  • the transponders 101, 102 can be embodied as passive transponders with memory unit 105. Passive transponders obtain the required energy exclusively from a unit (communicating with them wirelessly), for example a transmitter-receiver unit in the control unit 120 and / or the operating unit 110.
  • the transponders 101, 102 may alternatively also be embodied as active transponders with (data) memory unit. Active transponders have their own power supply, such as a battery, or are suitably connected to an existing power supply. When using active transponders in the system according to the invention, the second transponders 102 can communicate, for example, directly with the first transponders 101 of the energy storage device 100 without the interposition of the control device 120.
  • the code can only be transmitted on request (suggestion).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Schutz vor unberechtigter Nutzung einer elektrischen Energiespeicheranordnung (100), bei dem ein Transponder (101) zerstörungsfrei nicht trennbar mit der Energiespeicheranordnung (100) verbunden wird, sofern vor dem Verbinden mit der Energiespeicheranordnung (100) noch nicht geschehen, in dem Transponder (101) ein erster Code hinterlegt wird, in einem Steuergerät (120) ein zweiter Code hinterlegt wird, der erste Code zum Steuergerät (120) und/oder der zweite Code zum Transponder (101) übertragen wird, beide Codes im Steuergerät (120) und/oder im Transponder (101) miteinander verglichen werden und mindestens ein entsprechendes Steuersignal (103) erzeugt wird, wenn beide Codes nicht miteinander korrespondieren.

Description

Beschreibung
System und Verfahren zum Schutz vor unberechtigter Nutzung einer elektrischen Energiespeicheranordnung
Die Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zum Schutz vor unberechtigter Nutzung einer elektrischen Energiespeicheranordnung . Elektrische Energiespeicher, beispielsweise elektrochemische oder elektrostatische Energiespeicher, sind insbesondere in mobilen elektronischen Geräten essentielle Komponenten.
Elektrische Energiespeicher gewinnen mit fortschreitendem Entwicklungsstand und damit steigenden Kapazitäten zunehmend an Bedeutung auch im Bereich der Energietechnik, wo etwa bei der Energieversorgung und -erzeugung leistungsfähige Energiespeicher mit hohen Kapazitäten wünschenswert sind. In der Energietechnik werden zum Bereitstellen andauernder größerer Leistungen insbesondere elektrochemische Energiespeicher beispielsweise Nickel-Zink-, Lithium-Luft-, Aluminium-Luft-, Nickel-Metall-Hydrid-, Lithium-Ionen-Batterien und
Blei-Akkumulatoren verwendet. Elektrostatische Energiespei¬ cher, beispielsweise Batterien mit mehreren Doppelschicht¬ kondensatoren, werden in der Energietechnik insbesondere dort eingesetzt, wo kurzzeitig bzw. stoßartig hohe Leistungen er¬ forderlich sind.
In einer elektrochemischen Energiespeicherzelle wird Energie in Form chemischer Energie der aktiven (an der Energieumwandlung beteiligten) Stoffe gespeichert. In einer elektrostatischen
Zelle wird Energie im Wesentlichen im elektrischen Feld eines Kondensators gespeichert. Üblicherweise sind elektrische Energiespeicher als Batterien mit mehreren Einzelzellen ausgeführt. Die Einzelzellen können dabei in Stacks zusammengefasst werden.
Ein typisches Einsatzgebiet von Hochleistungs-Energiespeichern findet sich zum Beispiel im Bereich der regenerativen Energien. Zunehmend werden Hochleistungs-Energiespeicher, sowohl elektrochemische als auch elektrostatische Energiespeicher, auch in Kraftfahrzeugen, beispielsweise in Elektro- oder Hybridfahrzeugen, verbaut. Sie dienen dort entweder zur zusätzlichen (Hybrid-Fahrzeug) oder zur ausschließlichen
(Elektrofahrzeug) Bereitstellung von Energie, wobei derzeit in solchen Kraftfahrzeugen Lithium-Ionen-Batterien Verwendung finden .
Elektrische Energiespeicher, insbesondere für hohe Leistungen, stellen in vielen Anwendungen einen entscheidenden Kostenfaktor dar. So können sie beispielsweise bei Kraftfahrzeugen, ins¬ besondere Elektrofahrzeugen, sogar preisbestimmend für das ganze Fahrzeug sein. Unabhängig von ihrer spezifischen Anwendung sind vor allem Energiespeicher hoher Kapazitäten stets sehr teuer. Aber auch die Kosten für die darin gespeicherte elektrische Energie sind angesichts der Menge nicht vernachlässigbar. Deshalb ist es wünschenswert, elektrische Energiespeicher vor unberechtigter Nutzung, insbesondere vor Diebstahl oder
Fremdentladung, zu schützen.
Es ist demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zum Schutz vor unberechtigter Nutzung eines elektrischen Energiespeichers bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein System gemäß Patentanspruch 1 bzw. ein Verfahren gemäß Patentanspruch 6. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen .
Die Aufgabe wird gelöst durch ein System zum Schutz vor unberechtigter Nutzung einer elektrischen Energiespeicheranordnung mit mindestens einem in oder an der elektrischen Energiespeicheranordnung angeordneten, mit dieser zerstörungsfrei nicht trennbar verbundenen, eine (Daten-) Speichereinheit aufweisenden Transponder, wobei in der Speichereinheit ein erster Code gespeichert ist und einem mit dem Transponder kommunizierendes Steuergerät, in dem ein zweiter Code gespeichert ist, wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, den ersten Code vom Transponder zu empfangen, diesen mit dem zweiten Code zu vergleichen und ein entsprechendes Steuersignal bereitzustellen, wenn beide Codes nicht miteinander korrespondieren und/oder der Transponder dazu ausgebildet ist, den zweiten Code vom Steuergerät zu empfangen, diesen mit dem ersten Code zu vergleichen und ein entsprechendes Steuersignal be¬ reitzustellen, wenn beide Codes nicht miteinander korrespondieren .
Das heißt, dass das Steuergerät dazu ausgebildet ist, den ersten Code vom Transponder zu empfangen, diesen mit dem zweiten Code zu vergleichen und ein Steuersignal bereitzustellen, wenn beide Codes nicht miteinander korrespondieren oder dass der Transponder dazu ausgebildet ist, den zweiten Code vom Steuergerät zu empfangen, diesen mit dem ersten Code zu vergleichen und ein entsprechendes Steuersignal bereitzustellen, wenn beide Codes nicht miteinander korrespondieren. Alternativ kann sowohl das Steuergerät als auch der Transponder dazu ausgebildet sein, den zweiten Code vom Steuergerät zu empfangen, diesen mit dem ersten Code zu vergleichen und ein entsprechendes Steuersignal be¬ reitzustellen, wenn beide Codes nicht miteinander korrespondieren .
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Schutz vor unberechtigter Nutzung einer elektrischen Energiespeicheranordnung, bei dem ein Transponder zerstörungsfrei nicht trennbar mit der Energiespeicheranordnung verbunden wird, sofern vor dem Verbinden mit der Energiespeicheranordnung noch nicht geschehen, in dem Transponder ein erster Code hinterlegt wird, in einem Steuergerät ein zweiter Code hinterlegt wird, der erste Code zum Steuergerät und/oder der zweite Code zum Transponder übertragen wird, beide Codes im Steuergerät und/oder im
Transponder miteinander verglichen werden und mindestens ein entsprechendes Steuersignal erzeugt wird, wenn beide Codes nicht miteinander korrespondieren. Das heißt also, dass beide Codes im Steuergerät oder im
Transponder miteinander verglichen werden und mindestens ein entsprechendes Steuersignal erzeugt werden. Alternativ dazu können beide Codes sowohl im Steuergerät als auch im Transponder miteinander verglichen werden und mindestens ein entsprechendes Steuersignal erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt :
Figur 1 in einem Blockdiagramm ein erstes beispielhaftes
System zum Schutz vor unberechtigter Nutzung einer elektrischen Energiespeicheranordnung mit nachgeschalteten Hauptkomponenten,
Figur 2 in einem Blockdiagramm ein zweites beispielhaftes
System zum Schutz vor unberechtigter Nutzung einer elektrischen Energiespeicheranordnung mit nachgeschalteten Hauptkomponenten,
Figur 3 in einem Blockdiagramm eine beispielhafte elektrische
Energiespeicheranordnung für ein System zum Schutz vor unberechtigter Nutzung und
Figur 4 in einem Blockdiagramm einen beispielhaften elektrischen Triebstrang, der für die Anwendung bei einem System zum Schutz vor unberechtigter Nutzung angepasst ist .
Figur 1 zeigt eine elektrische Energiespeicheranordnung 100 (z.B. eine wiederaufladbare Batterie), an der zusätzliche Komponenten, beispielsweise Hauptkomponenten 130 angeschlossen sind und von dieser mit elektrischer Energie versorgt werden. Es kann sich bei den Hauptkomponenten 130 um Verbraucher (Lasten) wie beispielsweise eine elektrische Maschine und/oder Kompo¬ nenten einer Leistungssteuerung, beispielsweise Wandler oder Umrichter, und/oder Generatoren (Drehkraftgeneratoren, So- largeneratoren, Brennstoffzellen etc.) handeln. Die elektrische Energiespeicheranordnung 100 kann dabei ein elektrochemischer oder ein elektrostatischer Energiespeicher oder eine Kombination von beidem sein. Üblicherweise ist in oder an der elektrischen Energiespeicheranordnung 100 eine zugehörige Betriebseinheit 110 angeordnet. Diese Betriebseinheit 110 beinhaltet in der Regel eine oder mehrere elektronische Schaltungen, beispielsweise zur Überwachung der Energiespeicheranordnung 100 mittels geeigneter Sensorik und zur Regelung von Lade- und Entladevorgängen. In einer Ausführungs form der Erfindung kann die Betriebseinheit 110 auch dazu vorgesehen sein, die Energiespeicheranordnung zu sperren, wenn beispielsweise ein entsprechendes Steuersignal 103 auftritt . In oder an der Energiespeicheranordnung 100 ist ein Transponder 101 angeordnet, wobei es auch möglich ist, in der Energie¬ speicheranordnung 100 weitere solche Transponder vorzusehen. Der Transponder 101 ist dazu ausgebildet, Signale zu senden oder zu empfangen oder beides. Erfindungsgemäß weist der Transponder 101 eine beispielsweise nichtflüchtige (Daten-) Speichereinheit 105 auf (oder steht zumindest mit einer solchen in Verbindung) , in der ein erster Code gespeichert werden kann. Der erste Code kann beispielsweise ein Identifikationscode (oder in bestimmten Anwendungsfällen ein Referenzcode) sein.
Der Transponder 101 kann dabei so in oder an der Energiespeicheranordnung 100 bzw. an der Batterie angeordnet sein, dass er nicht zerstörungsfrei entfernt oder gelöst werden kann. Dies wird beispielsweise durch eine geeignete Klebeverbindung oder durch Einschluss ggf. zusammen mit der Betriebseinheit 110 in das Gehäuse etwa durch Vergießen realisiert. Somit ist der erste Transponder 101 in der Betriebseinheit 110 der Energiespei¬ cheranordnung 100 so angeordnet, dass er zerstörungsfrei nicht entfernt werden kann - er ist deshalb auch nicht austauschbar. Der Transponder 101 ist im vorliegenden Fall passiv ausgeführt und verfügt über eine induktive Schnittstelle, über die der Transponder 101 drahtlos mittels elektromagnetischer Felder (beispielsweise im Frequenzbereich um 125 kHz) kommuniziert und auch mit Energie versorgt wird. Alternativ könnte der Transponder
101 auch aktiv ausgeführt werden, wobei er dann beispielsweise durch die Energiespeicheranordnung 100 mit Energie versorgt werden könnte.
Ein Steuergerät 120, das beispielsweise in der Umgebung der Energiespeicheranordnung 100 angeordnet ist, dient dazu, einen Triebstrang oder eine Energieversorgungseinrichtung (z.B. Photovoltaikanlage ) zu steuern wie beispielsweise im Rahmen der Regelung des Leistungs- bzw. Energieflusses von bzw. zur
Energiespeicheranordnung 100. Das Steuergerät 120 ist dabei in der Lage, drahtlos mit dem Transponder 101 der Energiespei¬ cheranordnung 100 zu kommunizieren. Die Betriebseinheit 110 der Energiespeicheranordnung 100 kann zudem so ausgestaltet sein, dass bei einem Manipulationsversuch an dem Transponder 101 die Energiespeicheranordnung 100 unbrauchbar wird.
Bei der in der Figur 1 gezeigten Aus führungs form kann das Steuergerät 120 zudem zumindest eine der Hauptkomponenten 130 steuern und zwar auch derart, dass die Hauptkomponenten blockiert, deaktiviert usw. werden, wenn eine unberechtigte Be¬ nutzung mittels des Transponders 101 festgestellt wurde. In der Figur 1 sind exemplarisch zwei Hauptkomponenten 130 gezeigt, mit denen das Steuergerät 120 gekoppelt ist. In einzelnen oder allen Hauptkomponenten 130 können zusätzlich auch weitere Transponder
102 vorgesehen werden, die wie die Energiespeicheranordnung 100 auch auf rechtmäßigen Betrieb insbesondere in Verbindung mit der Energiespeicheranordnung 100 von dem Steuergerät 120 überprüft werden können.
Im Steuergerät 120 und/oder in zumindest einer der Hauptkomponenten 130 (bzw. deren Transponder 102) ist vorliegend ein zweiter Code, im vorliegenden Fall ein Referenzcode (auch Secret Code genannt) hinterlegt. Der Referenzcode ist zum Beispiel spezifisch für die bestimmte Konstellation aus den Hauptkomponenten 130 und der Energiespeicheranordnung 100 einschließlich Betriebseinheit 120. In der Energiespeicheranordnung 100, im vorliegenden Fall in der (Daten-) Speichereinheit des Trans- ponders 101, ist dann ein für die jeweilige Einheit spezifischer Identifikationscode als der erste Code hinterlegt. Der Iden¬ tifikationscode wird wie bereits erläutert drahtlos vom
Transponder 101 an das Steuergerät 120 übertragen. Das Steu- ergerät 120 vergleicht den Identfikationscode mit dem Refe¬ renzcode. Falls die beiden Codes, Identifikations- und Refe¬ renzcode, nicht miteinander korrespondieren (zum Beispiel identisch sind oder sich in anderer Weise wie etwa durch einen Algorithmus in einander überführen lassen) , kann das Steuergerät 120 eine oder mehrere der Hauptkomponenten 130 beispielsweise über ein Steuersignal 103 sperren, blockieren, deaktivieren und damit zum Beispiel das Fahrzeug im Ganzen immobilisieren.
Bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel kann das Steuergerät 120 entsprechende Steuersignale 103 über eine beispielsweise drahtgebundene Verbindung an einzelne oder alle Hauptkomponenten 130 übertragen. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuersignal 103 auch an einzelne oder alle Transponder 101, 102 drahtlos übermittelt werden, die dann die Energiespeicheranordnung 100 und/oder die Hauptkomponenten 130 blockieren etc. Dadurch kann beispielsweise ermöglicht werden, dass etwa bei Diebstahl der Energiespeicheranordnung 110 ein Betrieb derselben im Zusammenspiel mit anderen Steuergeräten 120 und Hauptkomponenten 130 nicht möglich ist, da Referenz- und Identifikationscode nicht zusammen passen. Es kann zusätzlich ein zyklisches Abfragen 104 der Transponder 101, 102 durch das Steuergerät 120 vorgesehen werden (zum Beispiel Anfrage durch das Steuergerät 120 und Antwort des jeweiligen Transponders 101, 102), so dass jeder der Transponder 101, 102 immer in bestimmten zeitlichen Abständen zyklisch abgefragt wird. Da der erste Transponder 101 nicht zerstörungsfrei gelöst werden kann, wird dieser dann unbrauchbar und die zugehörige Kommunikation unterbrochen. In so einem Fall kann beispielsweise die Betriebseinheit 110 die Energiespei¬ cheranordnung 100 auch von selbst, d. h. ohne oder zusätzlich zur Steuerung durch das Steuergerät 120, unbrauchbar machen. Dazu wird beispielsweise der Transponder 101 von der Betriebseinheit 110 zyklisch auf seine Funktionsfähigkeit hin überprüft. Schlägt die Überprüfung eine vorgegebene Anzahl (>1) von Versuchen fehl, wird die Zerstörung der Energiespeicheranordnung 100 eingeleitet .
Es ist weiterhin alternativ oder zusätzlich möglich, dass Identifikations- und Referenzcode von der Betriebseinheit 110 zyklisch verglichen werden. Das bedeutet, dass hierzu der Referenzcode in bestimmten (von dem Anwendungsfall abhängigen) Zeitabständen beispielsweise vom Steuergerät 120 an den
Transponder 101 übertragen und mit dem Referenzcode verglichen wird. Zusätzlich können mittels der Transponder 101, 102 drahtlos (alternativ auch leitungsgebunden) die Identifikationscodes der Energiespeicheranordnung 100 und/oder der Hauptkomponenten 130 an die Steuereinheit 120 übertragen werden und dort mit dem/den jeweiligen Referenzcode ( s ) verglichen werden. Auf diese Weise kann zum Beispiel sichergestellt werden, dass ein Entladen der Energiespeicheranordnung 100 über andere als die zugehörigen Hauptkomponenten 130 und das zugehörige Steuergerät 120 nicht möglich ist. Eine zulässige Entladung ist etwa nur dann möglich, wenn externe Komponenten, wie die beispielsweise als Last fungierenden Hauptkomponenten 130, denselben oder einen individuellen gültigen dritten Code aufweisen. Ein weiterer Aspekt ist, dass dabei auch ein Diebstahlschutz für die Hauptkomponenten 130 implementiert werden kann. Abhängig von Anwendungsfall, Betriebsdauer und der Art der Energiespeicheranordnung 100 muss diese von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden, da diese beispielsweise aufgrund von Alterungserscheinungen unbrauchbar wird. Wird eine solche unbrauchbare Energiespeicheranordnung 100 durch eine neue oder neuwertige ersetzt, so muss diese in der bestehenden Anordnung sozusagen "angelernt" werden. Dazu wird der Referenzcode (vorliegend der zweite Code) an den ersten Transponder 101 übertragen und in dessen Speichereinheit 105 verändert (oder im einfachsten Fall unverändert) als Identifikationscode (vor- liegend der erste Code) hinterlegt. Dies geschieht bei¬ spielsweise über bekannte Kryptologie-Algorithmen und
-Verfahren. Mittels solcher Kryptologie-Algorithmen kann der erste, zweite und/oder dritte Code falls notwendig verändert werden, insbesondere wenn einzelnen Komponenten ausgetauscht werden .
In Figur 2 ist eine weitere beispielhafte Aus führungs form einer elektrischen Energiespeicheranordnung 100 mit nachgeschalteten Hauptkomponenten 130 gezeigt. Die in der Figur 2 dargestellte Aus führungs form unterscheidet sich im Wesentlichen von der in der Figur 1 gezeigten dadurch, dass das Steuergerät 120 zum Schutz vor unerlaubter Nutzung nicht über Verbindungsleitungen mit den Hauptkomponenten 130 gekoppelt ist, sondern die Kommunikation zwischen den Transpondern 101, 102 und dem Steuergerät 120 sowie die Steuerung der zugehörigen Einheiten, Steuergerät 120 und Hauptkomponenten 130, ausschließlich drahtlos erfolgt. Ein ordnungsgemäßer Betrieb ist dann nur möglich, wenn alle
Transponder 101, 102 intakt sind (wird jeweils zyklisch überprüft) und sich aus der Kommunikation mit dem Steuergerät 120 die korrekten Codes ergeben. In allen anderen Fällen tritt eine Blockade des gesamten Systems ein, zum Beispiel Aktivierung der Wegfahrsperre oder Sperrung zumindest einer Hauptkomponente 130 und/oder der Energiespeicheranordnung 100 etc.
In der Figur 3 ist die elektrische Energiespeicheranordnung 100 samt System zum Schutz vor unberechtigter Benutzung detaillierter gezeigt. Insbesondere elektrische Energiespeicheran- Ordnungen bzw . elektrochemische Energiespeicheranordnungen, die hohe Leistungen bereitstellen sollen, weisen einen oder mehrere Stacks 230 auf. In diesen Stacks 230 sind Einzelzellen 210 angeordnet. Diese Einzelzellen 210 können innerhalb des Stacks 230 miteinander parallel oder in Reihe oder in einer Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung verschaltet sein.
Die Stacks 230 können wiederum entsprechend in Reihe, parallel oder in einer Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung verschaltet sein. Wie die entsprechenden Schaltungen jeweils aufgebaut sind, hängt insbesondere vom Spannungs- und Strom¬ bedarf in der entsprechenden Anwendung ab. Je mehr Strom benötigt wird, desto vorteilhafter ist eine Parallelschaltung möglichst vieler Stacks 230 bzw. Einzelzellen 210. Je mehr Spannung UBAT an den Ausgangsklemmen der Energiespeicheranordnung 100 benötigt wird, desto vorteilhafter ist eine Reihenschaltung möglichst vieler Stacks 230 bzw. Einzelzellen 210. In dem in der Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Übersichtlichkeit halber lediglich ein Stack 210 mit vier Einzelzellen 230 gezeigt.
Jeder Einzelzelle 210 ist beispielsweise ein Schalter 220 zugeordnet. Solche Schalter 220 können elektronische Schalter 220, beispielsweise MOSFET-Transistoren, sein und können zur Abschaltung von Einzelzellen 210, mehrerer Einzelzellen 210 oder ganzer Stacks 230 verwendet werden. Eine Abschaltung kann beispielsweise im Fehlerfall notwendig werden. Es kann nun ein System vorgesehen werden mit mehreren Transpondern 101, die beispielsweise jeweils mit einem der Schalter 220 zusammenwirken derart, dass diese jeweils für sich gesperrt werden, so dass eine Manipulation der Energiespeicheranordnung 100 noch schwieriger wird .
Der Alterungs- und/oder der Betriebszustand einer elektrischen Energiespeicheranordnung 100, insbesondere einer elektrochemischen Energiespeicheranordnung, wird beispielsweise durch die Temperaturen der Einzelzellen, den PH-Wert der Elektrolyten der Einzelzellen, dem Gasgehalt der Luft in den Einzelzellen, dem Entladestrom der Einzelzellen und/oder der Entladespannung charakterisiert. Für die Aufnahme solcher
Diagnoseparameter sind geeignete Sensoren vorgesehen, deren Art und Funktion per se aber weiter nicht von Bedeutung sind. Die von solchen Sensoren aufgenommenen, Diagnoseparameter repräsentierende Daten können erfindungsgemäß beispielsweise mittels des ersten Transponders (oder mehrerer erster Transponder 101 ) an die Batteriebetriebseinheit 110 und/oder an das Steuergerät 120 übertragen werden.
In Figur 4 ist eine beispielhafte Aus führungs form eines elektrischen Triebstrangs 300 mit einer elektrischen Energiespeicheranordnung 100 mit einem System zum Schutz vor unberechtigter Nutzung dargestellt. Das grundlegende Prinzip des Schutzsystems entspricht im Wesentlichen dem in den Figuren 1 und 2 erläuterten. Als Energiespeicheranordnung 100 kann beispielsweise die in der Figur 3 gezeigte Energiespeicheranordnung 100 vorgesehen werden. Als Einzelzellen 210 können Lithium- Ionen-Zellen verwendet werden, die sich als besonders leistungsfähig erwiesen haben. Der Triebstrang 300 ist zur Anwendung beispielsweise in Elektro- oder Hybridfahrzeugen geeignet. An die Energiespeicheranordnung 100 sind Hauptkomponenten 130 gekoppelt. Solche Hauptkomponenten 130 können ein DC/DC-Wandler 131 sowie ein nachgeschalteter DC/AC-Umrichter 132 sein. Zwischen
DC/DC-Wandler 131 ist ein Zwischenkreiskondensator 310 geschaltet, der für den Ausgleich von Leistungsschwankungen und für eine gemeinsame Spannungsebene zwischen den Hauptkomponenten 131, 132 sorgt. An den DC/AC-Umrichter 132 ist eine elektrische Maschine 133, insbesondere ein dreiphasiger Elektromotor 133, der auch als Generator betrieben werden kann, geschaltet. Der DC/DC-Wandler 131 sowie der DC/AC-Umrichter 132 sind mit dem Steuergerät 120 verbunden. Das Steuergerät 120 kann einerseits die vorangehend beschriebenen erfindungsgemäßen Funktionen ausführen. Andererseits kann in dem Steuergerät 120 auch zu¬ sätzlich eine geeignete Regelung für den abgebildeten Triebstrang 300 implementiert sein. Das Steuersignal 103 kann zusätzlich zu den bereits erläuterten Funktionen dafür vorgesehen sein, ein Warn- bzw. Alarmsignal auszulösen. Hierzu kann zusätzlich eine Warn- bzw. Alarmvorrichtung vorgesehen sein, die das Warn- bzw. Alarmsignal akustisch und/oder optisch wiedergibt.
Es kann auch vorgesehen werden, dass der Referenzcode über mehrere Hauptkomponenten 130 oder optional über mehrere
Hauptkomponenten 130 und das Steuergerät 120 aufgeteilt werden kann. Hierfür sind in den Hauptkomponenten 130 und/oder im Steuergerät beispielsweise die zweiten Transponder 102 vor¬ zusehen. Der Referenzcode (oder Secret Code) ergibt sich nur aus allen Hauptkomponenten 130 oder aus mehreren Hauptkomponenten und dem Steuergerät 120 zusammen. In einer weiteren Ausfüh- rungsform kann der dritte Code beispielsweise als Referenzcode für die Hauptkomponenten 130 vorgesehen werden.
Bei den vorgestellten Ausführungsbeispielen können die Transponder 101, 102 als passive Transponder mit Speichereinheit 105 ausgeführt sein. Passive Transponder beziehen die benötigte Energie ausschließlich von einer mit ihnen (drahtlos) kommunizierenden Einheit, beispielsweise eine Sender-Empfängereinheit in dem Steuergerät 120 und/oder der Betriebseinheit 110.
Die Transponder 101, 102 können alternativ auch als aktive Transponder mit (Daten-) Speichereinheit ausgeführt sein. Aktive Transponder verfügen über eine eigene Energieversorgung, beispielsweise eine Batterie, oder sind auf geeignete Weise an eine vorhandene Stromversorgung angeschlossen. Bei der Verwendung von aktiven Transpondern im erfindungsgemäßen System können die zweiten Transponder 102 beispielsweise auch direkt mit den ersten Transpondern 101 der Energiespeicheranordnung 100 ohne Zwischenschaltung des Steuergeräts 120 kommunizieren.
Bei beiden Arten von Transpondern kann eine Übersendung des Codes erst auf Anfrage (Anregung) erfolgen.
Obwohl die Erfindung vielfältig einsetzbar ist, eignet sie sich insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, vor allem in Hybrid- und Elektrofahrzeugen, in Verbindung mit bestehenden oder als eigenständigen Systemen zum Schutz vor unberechtigter Nutzung der Kraftfahrzeuge, insbesondere von deren Energie¬ speicher . Bezugs zeichenliste
100 elektrische Energiespei¬ cheranordnung
101 erste (r) Transponder
102 zweite (r) Transponder
103 Steuersignal (e)
104 drahtlose Schnittstelle
105 Speichereinheit mit Iden- tifikationscode
110 Batteriebetriebseinheit
120 Steuergerät
130 Hauptkomponenten 131 DC/DC-Wandler
132 DC/AC-Wandler bzw.
-Umrichter
133 elektrische Maschine 210 Einzelzelle
220 (elektronische) Schalter
230 Stack
300 Triebstrang
310 Zwischenkreiskondensator UBAT Batteriespannung
Klemmenspannung an der elektrischen Energiespei¬ cheranordnung

Claims

Patentansprüche
1. System zum Schutz vor unberechtigter Nutzung einer elektrischen Energiespeicheranordnung (100) mit mindestens einem in oder an der elektrischen Energiespeicheranordnung (100) angeordneten, mit dieser zerstörungsfrei nicht trennbar verbundenen, eine Speichereinheit (105) auf¬ weisenden Transponder (101), wobei in der Speichereinheit (105) ein erster Code gespeichert ist, und einem mit dem Transponder (101) kommunizierenden Steuergerät (120), in dem ein zweiter Code gespeichert ist, wobei das Steuergerät (120) dazu ausgebildet ist, den ersten Code vom Transponder (101) zu empfangen, diesen mit dem zweiten Code zu vergleichen und ein entsprechendes Steuersignal (103) be¬ reitzustellen, wenn beide Codes nicht miteinander korrespondieren und/oder der Transponder (101) dazu ausgebildet ist, den zweiten Code vom Steuergerät (120) zu empfangen, diesen mit dem ersten Code zu vergleichen und ein entsprechendes Steuersignal (103) be¬ reitzustellen, wenn beide Codes nicht miteinander korrespon- dieren.
2. System gemäß Anspruch 1, bei dem an die Energiespeicheranordnung (100) eine Hauptkomponente (130) elektrisch angekoppelt ist, wobei die Hauptkomponente (130) einen zweiten Transponder (102) aufweist, der dazu ausgebildet ist, mit dem Steuergerät (120) zu kommunizieren.
3. System gemäß Anspruch 2, bei dem der erste, der zweite und/oder ein dritter Code in der Hauptkomponente (130) und/oder dem Steuergerät (120) gespeichert sind.
4. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste, zweite und/oder der dritte Code mittels geeigneter Algorithmen verändert werden kann.
5. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Energiespeicheranordnung (100) eine Batteriebetriebseinheit (110) aufweist, wobei die Batteriebetriebseinheit (110) dazu ausgebildet ist, die Energiespeicheranordnung (100) bei Auftreten eines Steuersignals (103) zu sperren.
6. Verfahren zum Schutz vor unberechtigter Nutzung einer elektrischen Energiespeicheranordnung (100), bei dem ein Transponder (101) zerstörungsfrei nicht trennbar mit der Energiespeicheranordnung (100) verbunden wird, sofern vor dem Verbinden mit der Energiespeicheranordnung (100) noch nicht geschehen, in dem Transponder (101) ein erster Code hinterlegt wird, in einem Steuergerät (120) ein zweiter Code hinterlegt wird, der erste Code zum Steuergerät (120) und/oder der zweite Code zum Transponder (101) übertragen wird, beide Codes im Steuergerät (120) und/oder im Transponder (101) miteinander verglichen werden und mindestens ein entsprechendes Steuersignal (103) erzeugt wird, wenn beide Codes nicht miteinander korrespondieren.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem eine Hauptkomponente (130) an die Energiespeicheranordnung (130) elektrisch angekoppelt wird und bei dem bei Auftreten des mindestens einen Steuersignals (103) die Energiespeicheranordnung (100) und/oder eine
Hauptkomponente gesperrt werden.
8. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, bei dem der Transponder (101) ein Steuersignal (103) erzeugt, durch das die Energie¬ speicheranordnung (100) gesperrt wird.
9. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem der erste, der zweite und/oder ein dritter Code zyklisch in bestimmten zeitlichen Abständen zum Steuergerät (120) und/oder zum Transponder (101) übertragen wird/werden.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem der eine Transponder (101) Diagnoseparameter (106) der Energiespeicheranordnung (100) an das Steuergerät (120) überträgt.
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