基于NFC的無(wú)線電池管理BMS使用方法

歐盟開始導(dǎo)入電池護(hù)照計(jì)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(wú)線解決方案，提出了一種基于近場(chǎng)通信（NFC）的無(wú)線解決方案，旨在填補(bǔ)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(jìn)行跟蹤。當(dāng)電池存放在倉(cāng)庫(kù)中時(shí)，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(chǎng)景

近場(chǎng)通信（NFC）技術(shù)的三種不同場(chǎng)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(kuò)展中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，提供了三種不同場(chǎng)景的解決方案，如下所示：

● 主動(dòng)讀取內(nèi)部傳感器：通過NFC技術(shù)，BMS能夠主動(dòng)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(chǎng)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(chǔ)

● 主動(dòng)診斷讀?。豪肗FC技術(shù)進(jìn)行主動(dòng)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(jìn)行身份驗(yàn)證。數(shù)據(jù)鏈路通信層由NDEF記錄處理，而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可離線或在線存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。活動(dòng)狀態(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(jìn)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(dòng)組件，中間件進(jìn)行設(shè)備驗(yàn)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(kuò)展。

為了確保安全性，系統(tǒng)采用了安全模型，對(duì)BMS和主動(dòng)診斷讀取情況下的應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化。安全性的考慮因素包括設(shè)備相互驗(yàn)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(yàn)證和使用安全渠道的要求。對(duì)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(duì)其進(jìn)行物理攻擊是不可行或代價(jià)太高的。

對(duì)外部攻擊也很可能是困難的。采用基于對(duì)稱或非對(duì)稱加密技術(shù)的自動(dòng)驗(yàn)證保護(hù)電池組讀數(shù)。安全協(xié)議在身份驗(yàn)證階段和會(huì)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(yàn)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(jì)

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(gè)存儲(chǔ)期間的功耗，同時(shí)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(jì)需要滿足低功耗和快速喚醒時(shí)間的兩個(gè)主要要求。

● 事件檢測(cè)（BD）喚醒

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

◎ 在空閑時(shí)間，NTAG保持待機(jī)狀態(tài)，由主機(jī)BPC持續(xù)供電。在主機(jī)BPC采用超低功耗狀態(tài)（LPS）時(shí)，NTAG仍可在待機(jī)模式下為其供電并響應(yīng)喚醒，實(shí)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(jìn)入VLPS模式，與事件檢測(cè)相似。這可以降低功耗，但可能導(dǎo)致喚醒時(shí)間稍長(zhǎng)，因?yàn)閱拘岩蕾囉谀芰渴占?/p>

◎ NTAG進(jìn)入EH模式，從射頻場(chǎng)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。