歐盟《新電池法》創(chuàng)造新需求，基于NFC的無線BMS受關(guān)注

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）傳統(tǒng)BMS普遍采用菊花鏈的拓撲結(jié)構(gòu)，對于汽車電池包而言，繁雜的線束和接口給電池包帶來了較大的重量負擔，同時復(fù)雜的系統(tǒng)導(dǎo)致單個模塊失效造成的影響較大。因此，無線BMS在電動汽車上受到關(guān)注，通用在奧特能平臺電池包上率先采用了這種技術(shù)。

而隨著歐盟《新電池法》的落地，2027年2月開始所有>2kWh的電動汽車、LMT和可充電工業(yè)電池必須有碳足跡聲明和標簽，也就是所謂的“電池護照”，于是基于NFC的無線BMS也有了更大的應(yīng)用空間。

主流的無線BMS

BMS作為包括電池在內(nèi)的整套系統(tǒng)，主要有三類玩家參與。一些整車廠選擇自主研發(fā)BMS，例如特斯拉、比亞迪、零跑和長安等。這些企業(yè)不僅自行設(shè)計BMS的主板和模塊等硬件，還開發(fā)相關(guān)的軟件和算法。整車廠由于擁有豐富的動力電池運行數(shù)據(jù)，因此在開發(fā)狀態(tài)估計（SOC）算法、電池保護和控制等軟件方面具有明顯優(yōu)勢。

二是電池供應(yīng)商，包括寧德時代、LG、松下、豐巢能源、欣旺達和國軒高科等。這些企業(yè)不僅具備電池包PACK的制造能力，還對電池特性和電化學(xué)有深入的理解和長期的研究積累。因此，在BMS技術(shù)方面，他們擁有一定的技術(shù)優(yōu)勢。通過自主研發(fā)BMS，這些電池供應(yīng)商能夠為客戶提供更全面的電池包解決方案，同時利用自身優(yōu)勢進一步擴大業(yè)務(wù)范圍。

三是汽車零部件供應(yīng)商，比如偉世通、聯(lián)合電子、緯湃科技、均勝電子、華為等。

而無線BMS的芯片方案也十分多樣，尤其是關(guān)鍵的無線協(xié)議上。綜合現(xiàn)階段無線BMS芯片廠商的選擇，主流賽道有三種無線傳輸協(xié)議的陣容，藍牙BLE、私有2.4GHz協(xié)議和星閃。

ADI使用的是私有的SmartMesh無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，這種技術(shù)專門應(yīng)用于復(fù)雜、嚴苛的射頻環(huán)境中，在工業(yè)領(lǐng)域也有一些應(yīng)用。主要的特點是支持時間同步通道跳頻技術(shù)，TSCH網(wǎng)絡(luò)中的每個數(shù)據(jù)包交換通道都會跳頻以避開RF干擾和多路徑衰落。另一方面不同設(shè)備之間的多次數(shù)據(jù)傳送可以在不同通道上同時發(fā)生，增大了網(wǎng)絡(luò)帶寬。此外，TSCH網(wǎng)絡(luò)高可用性的占空比基本不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)包碰撞問題，網(wǎng)絡(luò)十分密集且可以拓展，而不會產(chǎn)生削弱RF信號的自干擾。據(jù)官方介紹，在無線BMS復(fù)雜的射頻環(huán)境下，SmartMesh可靠度超99.99%。

TI同樣是采用私有的無線協(xié)議SimpleLink，據(jù)官方介紹，這是一種基于2.4GHz頻段的BLE，經(jīng)過編制后的專有無線BMS協(xié)議，每個中央單元可支持多達32個節(jié)點的星形網(wǎng)絡(luò)配置，能夠提高吞吐量，以及降低數(shù)據(jù)延遲；數(shù)據(jù)存儲量可以做到1.2Mbps，每個節(jié)點的延遲會控制在2ms以下，網(wǎng)絡(luò)可用性更是高達99.999%。

而瑞薩、英飛凌、NXP等廠商則選擇了低功耗藍牙BLE用于無線BMS。NXP在2022年12月推出了基于BLE 5.3的無線MCU KW45，通過了AEC-Q100 Grade 2車規(guī)認證，可用于無線BMS。

2020年工信部牽頭制定的近距離無線通信標準星閃也被應(yīng)用到無線BMS中，華為和寧德時代都基于星閃開發(fā)了無線BMS。根據(jù)華為此前的介紹，采用星閃技術(shù)的無線BMS是業(yè)界唯一支持從模組級到電芯級監(jiān)測的標準化方案，并支持對百量級單元進行獨立監(jiān)測，同時支持車載、梯次利用、儲能、倉儲等場景。

低功耗的NFC成為無線BMS新選擇

在歐盟的“電池護照”政策下，電池的生命周期管理就變得十分重要，需要對每一塊電池進行追蹤，從生產(chǎn)到應(yīng)用，以及梯度回收等。所以電池就會面臨多種情況，比如在車載電池包中使用的時候，剛下產(chǎn)線到運輸?shù)碾A段，回收拆解的階段等，這都需要BMS具備更低的功耗來監(jiān)測電池狀況，實現(xiàn)對電池的全生命周期管理。

為了解決這些問題，奧地利的格拉茨技術(shù)大學(xué)和恩智浦研究人員在去年11月發(fā)表了一篇論文，研究了基于安全NFC的無線BMS。

這套BMS系統(tǒng)中，采用了NFC標簽進行通信和數(shù)據(jù)傳輸，主要有兩種使用場景。在電池活躍的場景時，BMS可以通過NFC來提取當前工作狀態(tài)等診斷數(shù)據(jù)。對于在倉儲狀態(tài)和不活躍的電池，也可以通過外部的讀取器，比如帶有NFC功能的手機提取電池的生命周期等各項數(shù)據(jù)。

在兩種場景中，通信設(shè)計保持不變，安全協(xié)議相同。主要區(qū)別在于NFC標簽組件的使用，特別是在能量收集和喚醒過程中。

作為電池生命周期管理中的一環(huán)，無線BMS設(shè)計需要遵循常見的BMS威脅研究和一般安全設(shè)計中的保密性、完整性和可用性（CIA）原則。需要保護傳輸?shù)拿舾蠦MS數(shù)據(jù)不被竊聽或篡改，并防止重放攻擊、中間人攻擊（MitM）和對硬件及軟件完整性的惡意行為。

研究人員為此提出了一種名為Secure-NDEF的消息結(jié)構(gòu)，用于安全消息交換。這種結(jié)構(gòu)包括加密規(guī)范、初始化向量（IV）、加密的數(shù)據(jù)負載和用于完整性檢查的標簽（如消息認證碼MAC）。在通訊開始前需要BMS模塊和便攜式NFC讀取器相互認證，使用對稱挑戰(zhàn)/響應(yīng)機制和預(yù)嵌入的密鑰。認證后，使用密鑰派生函數(shù)（KDF）生成會話密鑰。最后BMS模塊和便攜式NFC讀取器通過NFC使用SNDEF結(jié)構(gòu)進行通信，通過加密、數(shù)據(jù)完整性和認證檢查提供安全。

因此采用這種基于NFC的無線BMS，好處是BMS本身可以通過NFC對電池進行實時監(jiān)測，在儲能系統(tǒng)、電動汽車上正常使用的同時，在電池在閑置狀態(tài)時，也能用最低的功耗保持對電池的監(jiān)測，同時可以通過外部簡單的設(shè)備，比如有NFC功能的智能手機等直接讀取電池信息，方便后續(xù)的跟蹤和管理。

寫在最后：

無線BMS在儲能和電動汽車等多種場景都有很大的應(yīng)用空間，能夠顯著降低線束數(shù)量，同時便于系統(tǒng)維護，單個失效不會對其他電池造成影響。同時歐盟的《新電池法》對電池生命周期管理的嚴格要求，給BMS帶來了新的需求，對未來無線BMS的技術(shù)發(fā)展方向可能會產(chǎn)生一定的影響，我們也會持續(xù)跟進。