用于充电停车场的诊断组件和诊断通信

摘要

本发明涉及一种用于充电停车场的诊断组件，其中充电停车场包括多个部件和网络组件，其中这些部件包括中央网关、至少一个控制器以及布置在中央网关处的诊断数据库，其中诊断数据库提供用于诊断至少一个控制器的文件或数据，其中网络组件提供介于多个部件之间的核心网络，其中至少一个控制器经由核心网络与中央网关连接，其中网络组件此外具有后端服务器，后端服务器包括具有与中央网关的诊断数据库上相同的诊断信息的后端数据库并且同样与中央网关连接，其中数据库摘录提供可供使用的诊断的列表，其中至少一个控制器具有用于诊断和/或传输关于控制器的至少一种状态的至少一个值的器件。此外涉及一种用于对充电停车场的控制器进行诊断通信的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于充电停车场的诊断组件，在该充电停车场中可以对至少一辆电动车辆进行充电。尤其描述了一种诊断组件的通信或软件架构。此外还描述了一种用于对充电停车场进行诊断通信的方法。

背景技术

与用于具有燃烧发动机的汽车的常规石油加油站相当地，充电站提供对电动车辆的至少一个牵引电池进行充电的可能性。大多数情况下，通过相应的充电站的通向能量供应商的具有隔离变压器的低电压电网或中电压电网的接口来提供充电电流，该充电电流被供应给停放在充电站处的电动车辆。如果在这种接口处存在多个充电站，和/或如果同时在这些充电站处对多个电动车辆进行充电，那么需要将接口的有限的电流容量尽可能有效地分配至中电压电网。必要时还重要的是：在此考虑相应的电动车辆的牵引电池的相应的荷电水平。因此在任何情况下都必须互相交换在由充电站和要充电的电动车辆构成的系统中的各种位置处出现的信息，并且为此必须提供通信手段。

必要时，需要与充电停车场的控制器进行数据交换，以便例如在终端处从控制器查询信息或影响该控制器。就这一点而言已知的是，迄今为止这仅可以完全由与后端服务器联网的充电点自身实现，其中在大型HTML文件中提供用于进行评估的数据。

为此，文献DE 10 2016 209 192 A1描述了一种用于电动车辆的充电站，该充电站包含充电站的控制装置和与该控制装置通信的人机界面设备。控制装置提供与远程服务器的无线通信。

在文献DE 10 2016 005 630 A1中公开了一种数据处理单元，该数据处理单元一方面具有通向要充电的机动车辆的第一端口，另一方面具有通向多个充电站的第二端口。与相应的充电站的信息交换借助中央数据处理单元来实现。

在文献DE 10 2014 214 613 A1中为用户提供与单独充电站的通信。用户可以与充电站中的控制单元交换数据，例如以用于识别用户或者用于充电过程。

在现有技术中，无法为用户提供用于查询关于相邻的充电站、即与同一中电压电网络接口连接的充电站的信息的可能性。然而，当在这样的充电站处对多个电动车辆进行充电并且中断与监测这个过程的后端服务器的通信时，这样的信息可能是重要的，原因在于中电压电网接口处的充电电流输出受到限制。此外，对于用户而言可能重要的是，能够在充电过程中查询充电站的控制器的诊断值，迄今为止这仅可以集中地由后端服务器实现。

在此背景下，本发明的目的在于，提供一种用于通信交换的诊断组件，这种通信交换是关于在至少一个充电站处对牵引电池的充电过程而出现的。通信交换应既可以在充电过程期间进行、也可以与此无关地进行(例如针对当前系统状态的测量值或对错误存储器的查询而言)。尤其重要的是，提供结构和通信手段，以便能够在通向供应电网的那个接口处与除至少一个充电站之外的其他充电站进行数据交换。最后，应提供一种方法，利用该方法能够实现与诊断组件的单独控制器的诊断通信。

发明内容

为了实现上述目的，提出一种用于充电停车场的诊断组件，其中该充电停车场包括多个部件和网络组件。这些部件包括中央网关、至少一个控制器、以及布置在该中央网关处的诊断数据库，其中该诊断数据库提供用于诊断该至少一个控制器的至少一个文件。此外，该网络组件提供介于多个部件之间的核心网络，其中至少该至少一个控制器经由该核心网络与该中央网关连接。该网络组件此外具有后端服务器，该后端服务器包括具有与该中央网关的诊断数据库上相同的诊断信息的后端数据库，并且该后端服务器同样与该中央网关连接。数据库摘录提供可供使用的诊断或诊断功能的列表。该至少一个控制器具有用于诊断和/或传输关于该控制器的至少一种状态的至少一个值的器件，其中该至少一种状态被指配给至少一个测量值和/或配置参数和/或程序例程指示和/或控制器指示和/或错误报告。

在后端数据库上为后端服务器以及同样地在诊断数据库上为中央网关各自提供以相同的格式存储的、相同的诊断信息。可设想的是，这些诊断信息作为数据存在于用于由充电停车场和后端服务器构成的整个系统的中央配置文件中。所存储的数据例如可以具有XML格式。在诊断数据库的数据中确定：可以查询或影响通常在充电停车场中的至少一个控制器的哪些状态。因此例如将“更新间隔的时间长度”、所谓的“心跳间隔(heart beatinterval)”作为配置参数存储在诊断数据库中。其他示例是“逾时(Timeout)”(超时或失效时间)、“位置(Location)”。此外，在诊断数据库的数据中确定：哪些识别号各自与相应的、可查询的状态相联系。在这里作为示例将识别号0x10000指定给错误报告“控制器故障”。

可设想的是，充电停车场的经由中央网关与核心网络连接的诊断数据库含有或提供用于查询和/或影响至少一个控制器(在多个控制器的情况下，各控制器)所需的所有文件。借助于这些文件，中央网关或后端服务器可以读出该至少一个控制器的至少一种状态，并且可以为用户转换或展示为“明文”，即对于用户而言是可读的。然而还可设想的是，诊断数据库仅存储了对充电停车场的至少一个控制器而言本地所需的数据，并且与此相关地不与后端服务器进行通信。

在根据本发明的诊断组件的设计方案中，至少一个控制器(该至少一个控制器可以经由核心网络与中央网关和诊断数据库通信和/或在其中本地存储有诊断信息)被指配给选自如下的组的部件中的至少一个部件，该组是由至少一个冷却模块、至少一个功率电子模块、至少一个充电控制设备、具有由至少一个冷却模块冷却的充电线缆连同充电线缆插头的至少一个充电桩构成的，尤其被该至少一个部件包括在内或被集成在其中。

在根据本发明的诊断组件的另一个设计方案中，至少一个控制器包括至少一个传感器，该至少一个传感器被设计为用于确定是否存在可测量的状态，并且随后在肯定的情况下给至少一个控制器的这种可测量的状态指配值，而在否定的情况下生成错误报告。至少一个传感器例如可以由温度传感器构成，该温度传感器例如位于充电桩的充电线缆处。可设想的是，错误报告具有或关于部件不存在、或关于部件不起作用、或关于通信中断、或关于通信错误的信息作为内容。

在根据本发明的诊断组件的再另一个设计方案中，诊断组件此外在中央网关处具有前端模块。指配有数据库摘录的前端模块被设计为用于经由核心网络与充电停车场的部件通信。前端模块借助于数据库摘录例如为用户终端提供多个可调出的菜单项以用于诊断。

在根据本发明的诊断组件的另一个设计方案中，该核心网络是基于以太网的网络，在该网络中该中央网关经由相应的光纤导线和/或铜导线与其他部件连接。

在根据本发明的诊断组件的再另一个设计方案中，该中央网关可以藉由无线电技术(尤其移动无线电)、藉由DSL、藉由以太网和/或藉由WLAN和/或其组合与后端服务器耦联。在此，无线电技术例如可以由GSM、UMTS或LTE构成。

在根据本发明的诊断组件的设计方案中，诊断组件被配置为用于在不接入该后端服务器的情况下在该核心网络内实现数据交换。在此，基于最终传输的并且在充电停车场中例如为了寻址而转化的值和参数能够实现诊断或诊断问询。为此，将HTML测试器完全安装在中央网关中。在与用户终端连接的情况下，可以显示HTML测试器，从而使得所有诊断功能是可供使用的并且是可选择的。由此，即使在不与后端服务器连接的情况下仍可以实施诊断。

此外，要求保护一种使用前述根据本发明的诊断组件对充电停车场的控制器进行诊断通信的方法，其中由该中央网关或者单独地对每个控制器、或者对控制器的组或控制器的子组进行寻址。通过形成全局识别号来执行寻址。为了该诊断通信，形成诊断识别号，其中该诊断识别号涉及所寻址的控制器、所寻址的控制器的组、或所寻址的控制器的子组的状态。

充电停车场的相应的控制器可以被指配给充电停车场的下列部件中的至少一个部件：至少一个冷却模块、至少一个功率电子模块、至少一个充电控制设备、具有由至少一个冷却模块冷却的充电线缆连同充电线缆插头的至少一个充电桩、包括控制服务器的变压站。控制服务器进而可以由中央网关或充电停车场管理服务器(Ladepark-Management-Server，也被缩写为LMS)构成。在设计方案中，被指配给前述部件中的相应部件的相应控制器被集成到相应控制器中或被相应控制器包括在内。在这个意义上，不仅至少一个控制器是充电停车场的部件，而且此外被指配给至少一个控制器的相应部件也是充电停车场的相应部件。

在对作为充电停车场的部件的单独控制器并且因此还间接地对充电停车场的被指配给各单独的控制器的部件寻址时，通过形成全局识别号给每个控制器分配明确的网络地址。全局识别号由一系列与充电停车场相关的值构成，其中第一值与被指配给相应控制器的部件的组相关；第二值与被指配给相应控制器的部件的类型相关，例如功率电子模块或充电控制设备；第三值与相应控制器的控制器编号或与组编号相关；并且第四值与相应的分配器组相关。这个任务(即形成并且分配相应的全局识别号)由中央网关来实施。此外，充电停车场中的每个控制器以其相应的MAC地址耦联至其相应的IPv6地址。MAC地址与IPv6地址之间的指配关系可以在初始化充电停车场的网络组件时由中央网关告知后端服务器。与此相比，根据应访问哪些部件或其所包括的控制器或部件的组或其所包括的控制器而在中央网关中形成全局识别号。然而，根据这个全局识别号，藉由中央网关可以实现明确地访问专用部件或专用控制器或专用部件的组或其所包括的控制器。

在全局识别号用于对作为充电停车场的部件的单独控制器并且因此还间接地对充电停车场的被指配给各单独控制器的部件进行寻址期间，诊断识别号与单独的诊断功能相关。这些诊断功能涉及至少一个控制器(在多个控制器的情况下，相应的控制器或控制器的组)的至少一种状态，其中，如以上所阐述的，该至少一种状态指配有测量值和/或配置参数和/或程序例程指示和/或控制器指示和/或错误报告。

涉及相应控制器的诊断功能例如可以是针对作为控制环节测试的例如“打开或关闭充电桩上的灯”的功能。如果控制器具有关于可测量的值(例如与充电桩上的充电线缆相关的温度)的状态，那么与此相关的诊断功能包括确定这个温度并且将其传输返回到中央网关以用于进一步处理，即转变成明文并且在用户终端上展示。

控制器的组例如可以具有冷却组或充电点的所有控制器。因此例如可以包括冷却模块的、两个功率电子模块的、两个充电控制设备的和两个充电桩的控制器。在这个示例中，例如这两个充电控制设备的控制器随后可能构成子组。

通过根据本发明的诊断组件的设计方案并且借助于根据本发明的方法的实施方式，每个控制器或其组均与中央网关处于通信连接。在此有利地，能够由控制器的组、控制器的子组或甚至单独控制器来实现受中央网关控制并协调的诊断或测量值诊断。在现有技术中，这仅是对与后端服务器联网的(迄今为止单独地已作为充电点被寻址的)充电站的所有控制器已知的，其中诊断数据在大多数情况下须从单独的大型HTML文件中读出。此外，通过所展示的架构可以限定诊断，而迄今为止从后端服务器方面只能施行整体上的、并不精确地可限定的诊断。

在本公开范围内，通信连接应理解为如下连接：藉由该连接可以发送和/或接收信号/数据。在此，通信连接包括至少一个物理端口、电子端口或数据端口，其中通信连接还可以包括这些端口的组合。经由通信端口可以在彼此连接的单元之间(例如在这里在中央网关与相应的控制器之间)直接地或间接地藉由一个或多个中间连接的单元(例如处理器等)来传输信号/数据。在通信连接中可以使用逻辑信道和/或物理信道。

在根据本发明的方法的一个实施方式中，为了进行诊断通信，基于开放式充电点协议标准或基于统一诊断服务标准来形成数据传输消息。从现有技术中已知的开放式充电点协议标准是自由的、通用的应用协议，该应用协议使用于电动车辆的充电站与中央管理系统之间的通信标准化。作为根据本发明的方法的一部分，数据传输消息由(包含诊断请求的)消息识别号、诊断识别号以及全局识别号构成。更详细的内容在下面结合图3进行描述。

在根据本发明的方法的另一个实施方式中，借助于相应的部件、尤其被指配给相应控制器的WebSocket(即基于网站的编程端口)来实现诊断通信。中央网关使用第一WebSocket来与后端服务器通信，并且随后进一步针对与充电停车场的与中央网关处于通信连接的每个部件使用独立的、被指配给该部件的WebSocket。虽然在充电停车场的每个部件、尤其每个控制器上运行独立的逻辑，但是与后端服务器的连接必须强制性地藉由中央网关或在那里存储的相应WebSocket来实现。因此，中央网关几乎充当后端服务器的路由器，以用于后端服务器与充电停车场的单独部件的通信。存储在中央网关中的用于充电停车场的单独部件的WebSocket近似地提供对充电停车场的相应部件相对于后端服务器的模拟或虚拟展示。因此，在这里针对各种虚拟WebSocket实现与后端服务器的通信，其中后端服务器仅访问一个IP地址，即中央网关的IP地址。

附图说明

本发明的其他优点和设计方案从说明书和附图得出。

不言而喻，在不脱离本发明范围的情况下，以上提到的这些特征以及仍将在以下说明的特征不仅能够在相应给出的组合中使用，而且还可以在其他组合中或者单独地使用。

图1示出根据本发明的诊断组件的一个设计方案的充电停车场的示意性概览图。

图2示意性地示出根据本发明的方法的一个实施方式的诊断通信，在根据本发明的诊断组件的设计方案中实施该方法。

图3示意性地示出根据本发明的方法的一个实施方式的数据传输OCPP消息的结构。

图4示意性地示出根据本发明的方法的一个实施方式的诊断通信的另一个示例。

图5借助流程图示意性地示出根据本发明的方法的一个实施方式来对服务识别号进行确定。

图6借助流程图示意性地示出根据本发明的方法的一个实施方式来对充电停车场的部件进行类型确定。

具体实施方式

在图1中示出了根据本发明的诊断组件的一个设计方案的充电停车场100的示意性概览图。中央网关与被指配给其的诊断数据库一起存在于变电站106中并且从那里藉由数据连接与后端服务器102通信。变电站106藉由电力线路108与供应电网、例如能量供应商的供应电网连接。作为树形拓扑进行描述：树枝118形成为从变电站106中的网关(对应于树根)起始通向部件“电源箱112(在这里示例性地存在三个)和冷却箱110”。相应地，给各个电源箱112指配有各两个充电桩114作为树叶，这些充电桩各自具有充电线缆。此外，存在从冷却箱110至产生热量的电源箱112并且至充电桩114的、具有要冷却的充电线缆的树枝。

在图2中示意性地示出了根据本发明的方法的一个实施方式的诊断通信，在根据本发明的诊断组件200的设计方案中实施这种诊断通信。在第一步骤201中，(作为诊断数据库290的子集的)数据库摘录220为中央网关270的前端模块250提供具有诊断问询的可选菜单项的列表，该前端模块在用户终端上为用户240可视化该列表。在这里，前端模块250应被理解为相对于在后台运行的复杂软件(在这里是在中央网关270上运行的充电停车场控制装置)的靠近用户的处理模块。在第二步骤202中，用户240选择菜单项，该菜单项在第三步骤203中由前端模块250告知后端模块260。在这里，后端模块260应被理解为相对于在后台运行的复杂软件的靠近中央网关270或充电停车场管理服务器的处理模块。现在在第四步骤204中，后端模块260根据数据库摘录220来得出关于由用户240所选择的诊断问询的诊断识别号。在第五步骤205中，由诊断问询、诊断识别号、以及全局识别号构成开放式充电点协议消息(简称OCPP消息)并且将其从后端模块260传输至中央网关270。在第六步骤206中，中央网关270在被指配给中央网关270的诊断数据库290中请求在诊断识别号项下存储的文件，并且由此在第七步骤207中将其汇编成向控制器280的诊断请求。在第八步骤208中，控制器280将诊断回答返回到中央网关270。在第九步骤209中，中央网关270从诊断数据库290获得用于将诊断回答转化成明文的信息，并且在第十步骤210中将该明文作为OCPP消息的一部分传输至后端模块260。在第十一步骤211中，后端模块260将关于最初所选择的诊断问询的最新状态传输至前端模块250，该前端模块在终端处为用户240显示结果。

在图3中示意性地示出了根据本发明的方法的一个实施方式的数据传输OCPP消息410的结构400。数据传输OCPP消息410是由三个块411、412和413、414以及415、416构建成的。第一块411、412包含名称“消息识别号”411与值412。第二块413、414包含“数据”列表413与至少一个问询到的测量414。第三块415、416包含“全局识别号”415与值416。

借助示例“在控制器处测量温度0xF01”，可能的数据传输OCPP消息410组合如下：在420中给消息识别号或服务识别号411分配值412“9”，该值对应于菜单项“读入所选择的测量”。基于统一诊断服务标准(UDS)，这应对应于必须从中央网关发送到相应控制器的诊断服务0x22。在第二块413、414中，应在430中从问询到的测量414的可能的“数据”列表413确定“温度”，该“温度”的诊断识别号须由中央网关确定并且获得为0x1001。从420和430中获得的这两个值在450中准备诊断问询，针对由服务识别号0x22和诊断识别号0x1001构成的示例，该诊断问询产生要作为诊断问询发送的号0x22 10 01。最后，第三块415、416包含全局识别号，该全局识别号确定将诊断问询发送到哪些控制器。为此，准备协议数据单元识别号(也简称为PDUID)，该协议数据单元识别号具有必要的信息并且在这里示例性地具有值0x0aaaaF01，其中“aaaa”根据相应控制器的类型和特征码来确定。在此，在460中借助于传输控制协议(简称TCP)401来以如下方式发送诊断问询：PDUID：0x0aaaaF01，长度3，消息0x22 10 01。

图4示意性地示出根据本发明的方法的一个实施方式的诊断通信的另一个示例700。中央网关720借助于开放式充电点协议与后端模块730处于后端通信723，其中含有测量值的诊断回答仅作为物理值、即明文进行交换。给中央网关720指配有诊断数据库710，中央网关720与该诊断数据库直接通信721。最后，中央网关720借助于传输控制协议与相应的控制器740进行诊断通信724，其中该诊断通信仅包含编码值。

作为示例，展示了关于控制器处的温度的诊断问询：首先，后端服务器730请求“温度测量”。基于UDS标准，中央网关720将诊断问询“温度测量”转换成消息识别号0x22(针对“在控制器处测量”的服务)和诊断识别号，例如0x1001(针对“温度”)，随后从中央网关720将“0x22 10 01”传输至控制器740。控制器740处理问询并且例如发送回答“0x62 10 00 0343”。这对应于编码值835(0x343＝3*256+4*16+3＝768+64+3＝835)。中央网关720获得数据(0x343)并且将其转换成明文值。在这个示例中，可能借助公式y＝x*0.1-50来对温度进行转换，其中x是由控制器740传输的原始值，并且y是明文值，该明文值随后由中央网关720进一步发送至后端模块730。因此得到：y＝835*0.1-50＝23.5摄氏度。因此，中央网关720将“23.5℃”作为字符串发送至后端模块730，必要时，该后端模块藉由从图2已知的前端模块(在那里附图标记为250)使其在显示单元上对用户可视。

在图5中借助流程图800示意性地示出了根据本发明的方法的一个实施方式来对服务识别号进行确定。在开始时，在810中进行确定服务识别号的请求。在820中，现在在数据库中搜索条目，该条目最终应在全局数据库中找到。根据820中的搜索结果，在801中进行分支。如果没能找到其他条目831，那么在830中确定参数长度并且由此得到编码值。随后在840中从数据库中获取参数类型。在802中，根据其是否涉及恒定值882进行分支，由此将编码值用作进行确定的结果880(并且再次到达801，或者参数是参考简单的类型还是复杂的类型852，并且在850中得出参数的参考类型)。在803中决定，所得出的参考类型是否涉及复杂的类型873，即表格、结构或分格；或者是否涉及简单的类型863，即整数、字符串、文本格或字节行。针对复杂的类型873的情况，在870中使用编码值，以确定子类型并且随后藉由875重新在850中得出参数的参考类型。这个过程804应一直实施直到参数的所有子参数均被确定为简单的类型。如果这最终如此，那么在860中将编码值转化成物理值。由此，经由861转到下一个参数并且在801中根据是否存在其他参数进行分支。如果不再存在其他参数891，那么就在890中结束服务确定。

在图6中借助流程图1100示意性地示出了根据本发明的方法的一个实施方式来对用于充电停车场的控制器的诊断参数进行类型确定。在用户已经做出了菜单选择并且应为由用户或菜单选择所期望的部件类型和/或功能类型(尤其控制器类型)制定任务之后，在中央网关上运行流程图1100。在此，控制器类型例如可以是通过将控制器指配给特定的上级部件(例如冷却模块、功率电子模块或充电控制设备)来定义或规定的。在开始1101之后，进行从参数或复杂的类型获得类型名称的请求1110。随后在专用于控制器的数据库1120中搜索类型并且根据搜索结果在1102中进行分支。如果未找到该类型1123，那么在全局控制器数据库1130中重新搜索。但是，如果在1120中找到了该类型1124，那么该类型作为编码值而存在。随后在1140中确定：是否可以解释编码值，即，对于编码值而言是否存在解释细节，也就是说例如是否找到了诊断识别号。如果不存在解释细节并且应在全局控制器数据库1130中搜索该类型，那么在1103中分支至1143。根据全局控制器数据库1130中的类型搜索的结果，在1104中进行分支。如果未找到该类型1135，那么在全局诊断数据库1150中搜索该类型。如果在1130中找到了该类型1136(并且作为编码值而存在)，那么在1160中搜索：是否可以解释编码值，即，对于编码值而言是否存在解释细节(例如是否找到了诊断识别号)。如果不存在解释细节并且应在全局诊断数据库1150中搜索该类型，那么在1105中分支至1165。根据全局诊断数据库1150中的类型搜索的结果，在1106中进行分支。如果未找到该类型1157，那么在1170中报告：存在解释错误。但是，如果找到了该类型1158，那么在1180中搜索：是否可以解释编码值，即，对于编码值而言是否存在解释细节(例如是否找到了诊断识别号)。如果这并非如此，那么在1107中分支至1187，并且在1170中报告编码类型(无解释细节)。然而，如果在1140或1160或1180中已经可以解释编码值，那么相应地经由1149、1169或1189来确定1190：在相应的数据库中已经可以解释类型以及类型的编码值。流程图在1108中结束。在小的简图1199中展示了各数据库的等级：专用于控制器的数据库1120构成全局控制器数据库1130的子集，该全局控制器数据库1130进而构成全局诊断数据库1150的子集。