欧盟《新电池法》创造新需求，基于NFC的无线BMS受关注

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）传统BMS普遍采用菊花链的拓扑结构，对于汽车电池包而言，繁杂的线束和接口给电池包带来了较大的重量负担，同时复杂的系统导致单个模块失效造成的影响较大。因此，无线BMS在电动汽车上受到关注，通用在奥特能平台电池包上率先采用了这种技术。
 
而随着欧盟《新电池法》的落地，2027年2月开始所有>2kWh的电动汽车、LMT和可充电工业电池必须有碳足迹声明和标签，也就是所谓的“电池护照”，于是基于NFC的无线BMS也有了更大的应用空间。
 
主流的无线BMS
 
BMS作为包括电池在内的整套系统，主要有三类玩家参与。一些整车厂选择自主研发BMS，例如特斯拉、比亚迪、零跑和长安等。这些企业不仅自行设计BMS的主板和模块等硬件，还开发相关的软件和算法。整车厂由于拥有丰富的动力电池运行数据，因此在开发状态估计（SOC）算法、电池保护和控制等软件方面具有明显优势。
 
二是电池供应商，包括宁德时代、LG、松下、丰巢能源、欣旺达和国轩高科等。这些企业不仅具备电池包PACK的制造能力，还对电池特性和电化学有深入的理解和长期的研究积累。因此，在BMS技术方面，他们拥有一定的技术优势。通过自主研发BMS，这些电池供应商能够为客户提供更全面的电池包解决方案，同时利用自身优势进一步扩大业务范围。
 
三是汽车零部件供应商，比如伟世通、联合电子、纬湃科技、均胜电子、华为等。
 
而无线BMS的芯片方案也十分多样，尤其是关键的无线协议上。综合现阶段无线BMS芯片厂商的选择，主流赛道有三种无线传输协议的阵容，蓝牙BLE、私有2.4GHz协议和星闪。
 
ADI使用的是私有的SmartMesh无线传感器网络，这种技术专门应用于复杂、严苛的射频环境中，在工业领域也有一些应用。主要的特点是支持时间同步通道跳频技术，TSCH网络中的每个数据包交换通道都会跳频以避开RF干扰和多路径衰落。另一方面不同设备之间的多次数据传送可以在不同通道上同时发生，增大了网络带宽。此外，TSCH网络高可用性的占空比基本不会出现数据包碰撞问题，网络十分密集且可以拓展，而不会产生削弱RF信号的自干扰。据官方介绍，在无线BMS复杂的射频环境下，SmartMesh可靠度超99.99%。
 
TI同样是采用私有的无线协议SimpleLink，据官方介绍，这是一种基于2.4GHz频段的BLE，经过编制后的专有无线BMS协议，每个中央单元可支持多达32个节点的星形网络配置，能够提高吞吐量，以及降低数据延迟；数据存储量可以做到1.2Mbps，每个节点的延迟会控制在2ms以下，网络可用性更是高达99.999%。
 
而瑞萨、英飞凌、NXP等厂商则选择了低功耗蓝牙BLE用于无线BMS。NXP在2022年12月推出了基于BLE 5.3的无线MCU KW45，通过了AEC-Q100 Grade 2车规认证，可用于无线BMS。
 
2020年工信部牵头制定的近距离无线通信标准星闪也被应用到无线BMS中，华为和宁德时代都基于星闪开发了无线BMS。根据华为此前的介绍，采用星闪技术的无线BMS是业界唯一支持从模组级到电芯级监测的标准化方案，并支持对百量级单元进行独立监测，同时支持车载、梯次利用、储能、仓储等场景。
 
低功耗的NFC成为无线BMS新选择
 
在欧盟的“电池护照”政策下，电池的生命周期管理就变得十分重要，需要对每一块电池进行追踪，从生产到应用，以及梯度回收等。所以电池就会面临多种情况，比如在车载电池包中使用的时候，刚下产线到运输的阶段，回收拆解的阶段等，这都需要BMS具备更低的功耗来监测电池状况，实现对电池的全生命周期管理。
 
为了解决这些问题，奥地利的格拉茨技术大学和恩智浦研究人员在去年11月发表了一篇论文，研究了基于安全NFC的无线BMS。
 
这套BMS系统中，采用了NFC标签进行通信和数据传输，主要有两种使用场景。在电池活跃的场景时，BMS可以通过NFC来提取当前工作状态等诊断数据。对于在仓储状态和不活跃的电池，也可以通过外部的读取器，比如带有NFC功能的手机提取电池的生命周期等各项数据。
 
在两种场景中，通信设计保持不变，安全协议相同。主要区别在于NFC标签组件的使用，特别是在能量收集和唤醒过程中。
 
作为电池生命周期管理中的一环，无线BMS设计需要遵循常见的BMS威胁研究和一般安全设计中的保密性、完整性和可用性（CIA）原则。需要保护传输的敏感BMS数据不被窃听或篡改，并防止重放攻击、中间人攻击（MitM）和对硬件及软件完整性的恶意行为。
 
研究人员为此提出了一种名为Secure-NDEF的消息结构，用于安全消息交换。这种结构包括加密规范、初始化向量（IV）、加密的数据负载和用于完整性检查的标签（如消息认证码MAC）。在通讯开始前需要BMS模块和便携式NFC读取器相互认证，使用对称挑战/响应机制和预嵌入的密钥。认证后，使用密钥派生函数（KDF）生成会话密钥。最后BMS模块和便携式NFC读取器通过NFC使用SNDEF结构进行通信，通过加密、数据完整性和认证检查提供安全。
 
因此采用这种基于NFC的无线BMS，好处是BMS本身可以通过NFC对电池进行实时监测，在储能系统、电动汽车上正常使用的同时，在电池在闲置状态时，也能用最低的功耗保持对电池的监测，同时可以通过外部简单的设备，比如有NFC功能的智能手机等直接读取电池信息，方便后续的跟踪和管理。
 
写在最后：
 
无线BMS在储能和电动汽车等多种场景都有很大的应用空间，能够显著降低线束数量，同时便于系统维护，单个失效不会对其他电池造成影响。同时欧盟的《新电池法》对电池生命周期管理的严格要求，给BMS带来了新的需求，对未来无线BMS的技术发展方向可能会产生一定的影响，我们也会持续跟进。