NFC也可以嗎？

芝能智芯出品

歐盟開始導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（BMS）的重要性不斷凸顯，研究人員開始關注無線解決方案，提出了一種基于近場通信（NFC）的無線解決方案，旨在填補現有研究的空白，并提供統一的架構。通過NFC技術，系統能夠將電池組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（SoH）、充電狀態（SoC）等信息必須在其生命周期內進行跟蹤。當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）技術的三種不同場景下的解決方案，探討系統架構、安全模型以及軟件架構等方面的關鍵信息。NFC技術在BMS功能擴展中發揮了關鍵作用，提供了三種不同場景的解決方案，如下所示：

●主動讀取內部傳感器：通過NFC技術，BMS能夠主動讀取內部傳感器的數據[

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

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

二）系統架構

系統架構如圖所示，在建立安全通道之前，設備需要進行身份驗證。數據鏈路通信層由NDEF記錄處理，而數據存儲可離線或在線存儲在數據庫中。活動狀態和空閑狀態的診斷讀數取決于設備和數據方向，需要與外部NFC閱讀器進行通信。軟件架構分為三層，包括硬件抽象層（HAL）、中間層（中間件）和應用層。HAL處理硬件驅動組件，中間件進行設備驗證，而應用層由開發人員自由定義，考慮了安全漏洞和格式擴展。

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

考慮到不同的BMS拓撲結構，包括集中式、調制式、分布式和分散式，系統需滿足設備相互驗證和使用安全渠道的要求。對于每種拓撲結構，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的自動驗證保護電池組讀數。安全協議在身份驗證階段和會話密鑰確認階段采用了雙密鑰加密，以抵御攻擊。中間件在數據格式驗證、確認和處理方面發揮關鍵作用，確保數據的安全傳輸。

三）喚醒模型設計

在空閑狀態用例中，喚醒應用顯得尤為重要。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。提出的喚醒系統設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。當檢測到射頻場時，ED引腳設置為邏輯高電平。

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

●能量收集（EH）喚醒

◎NTAG可以完全關閉，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在能量收集觸發喚醒后必須保持供電狀態，從電池單元中獲取電能以維持正常工作模式。