基于NFC的無線電池管理BMS使用方法

歐盟開始導(dǎo)入電池護照計劃以后，需要跟蹤電池的使用情況。電池管理系統(tǒng)（BMS）的重要性不斷凸顯，研究人員開始關(guān)注無線解決方案，提出了一種基于近場通信（NFC）的無線解決方案，旨在填補現(xiàn)有研究的空白，并提供統(tǒng)一的架構(gòu)。

通過NFC技術(shù)，系統(tǒng)能夠?qū)㈦姵亟M的日耗電量從毫瓦降低到微瓦，有效提高了電池組的使用效率。電池壽命管理變得越來越重要，即使電池不再滿足車輛需求，仍可用于其他用途。電池的健康狀態(tài)（SoH）、充電狀態(tài)（SoC）等信息必須在其生命周期內(nèi)進行跟蹤。當(dāng)電池存放在倉庫中時，只能通過使用外部讀取器與BPC連接來訪問電池組。

一）使用場景

近場通信（NFC）技術(shù)的三種不同場景下的解決方案，探討系統(tǒng)架構(gòu)、安全模型以及軟件架構(gòu)等方面的關(guān)鍵信息。NFC技術(shù)在BMS功能擴展中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，提供了三種不同場景的解決方案，如下所示：

● 主動讀取內(nèi)部傳感器：通過NFC技術(shù)，BMS能夠主動讀取內(nèi)部傳感器的數(shù)據(jù)

● 考慮用于車外使用案例的空閑狀態(tài)場景：NFC技術(shù)可用于處理電池組在空閑狀態(tài)下的讀取，例如在第二次生命轉(zhuǎn)移期間的存儲

● 主動診斷讀取：利用NFC技術(shù)進行主動診斷讀取，適用于BMS已部署在鄰近系統(tǒng)中的情況

二）系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)如圖所示，在建立安全通道之前，設(shè)備需要進行身份驗證。數(shù)據(jù)鏈路通信層由NDEF記錄處理，而數(shù)據(jù)存儲可離線或在線存儲在數(shù)據(jù)庫中?；顒訝顟B(tài)和空閑狀態(tài)的診斷讀數(shù)取決于設(shè)備和數(shù)據(jù)方向，需要與外部NFC閱讀器進行通信。軟件架構(gòu)分為三層，包括硬件抽象層（HAL）、中間層（中間件）和應(yīng)用層。HAL處理硬件驅(qū)動組件，中間件進行設(shè)備驗證，而應(yīng)用層由開發(fā)人員自由定義，考慮了安全漏洞和格式擴展。

為了確保安全性，系統(tǒng)采用了安全模型，對BMS和主動診斷讀取情況下的應(yīng)用數(shù)據(jù)進行格式化。安全性的考慮因素包括設(shè)備相互驗證、使用安全渠道（加密和防篡改）以及確保電池組內(nèi)部讀數(shù)的安全。

考慮到不同的BMS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括集中式、調(diào)制式、分布式和分散式，系統(tǒng)需滿足設(shè)備相互驗證和使用安全渠道的要求。對于每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，必須考慮性能開銷的最小化。電池組是封閉的，對其進行物理攻擊是不可行或代價太高的。

對外部攻擊也很可能是困難的。采用基于對稱或非對稱加密技術(shù)的自動驗證保護電池組讀數(shù)。安全協(xié)議在身份驗證階段和會話密鑰確認(rèn)階段采用了雙密鑰加密，以抵御攻擊。中間件在數(shù)據(jù)格式驗證、確認(rèn)和處理方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，確保數(shù)據(jù)的安全傳輸。

三）喚醒模型設(shè)計

在空閑狀態(tài)用例中，喚醒應(yīng)用顯得尤為重要。通過控制電池組控制器（BPC）的喚醒，可以最大限度地降低電池單元在整個存儲期間的功耗，同時在與外部NFC閱讀器通信期間提供電源。提出的喚醒系統(tǒng)設(shè)計需要滿足低功耗和快速喚醒時間的兩個主要要求。

● 事件檢測（BD）喚醒

◎ 利用NTAG板上的事件檢測（ED）功能，通過ED引腳對NFC場的存在做出響應(yīng)。當(dāng)檢測到射頻場時，ED引腳設(shè)置為邏輯高電平。

◎ 在空閑時間，NTAG保持待機狀態(tài)，由主機BPC持續(xù)供電。在主機BPC采用超低功耗狀態(tài)（LPS）時，NTAG仍可在待機模式下為其供電并響應(yīng)喚醒，實現(xiàn)最低理論功耗。

● 能量收集（EH）喚醒

◎ NTAG可以完全關(guān)閉，BPC進入VLPS模式，與事件檢測相似。這可以降低功耗，但可能導(dǎo)致喚醒時間稍長，因為喚醒依賴于能量收集。

◎ NTAG進入EH模式，從射頻場中采集能量。BPC在睡眠階段不為NTAG供電，因此NTAG在能量收集觸發(fā)喚醒后必須保持供電狀態(tài)，從電池單元中獲取電能以維持正常工作模式。