基于ESAM安全模块的电动汽车电池管理系统

　　摘 要： 当前国家正在大力推行的智能电网建设，围绕智能电网中正在推行使用的ESAM(Enbedded Secure Access Module)安全模块，与利用RF收发器进行无线传输的手持终端相结合，提出了基于ESAM安全模块的电动汽车电池管理系统。该系统在设备端使用ESAM安全模块与有源射频模块相结合，形成安全性更高的RF收发器；同时，在手持终端侧配套使用与ESAM模块相结合的安全认证体系及读头，保持了系统设备的安全性及便捷性。

　　关键词： 嵌入式安全模块（ESAM）；电动汽车电池管理；加解密；手持终端

0 引言

　　能源紧张和气候变化使具有节能环保优势的电动汽车受到了全球的关注。电动汽车采用清洁能源电能作为动力，是未来交通的长远解决方案[1]。对于个人用户而言，充电时需要到就近的充电站或充电桩进行充电，充电时间较长，如选择电池快充，大电流功率电感制造商则对电池损伤较大。如当前车内电池电量不足且时间较紧，则需常备备用电池随时进行更替。电动汽车电池体积较大，操作不易且成本较高，如个人购买备用电池势必将造成个人基础投入的提高，造成电动汽车在个人用户中难以推广。因此，由充电站或电池租赁公司常备多块电池，由公司统一对电池进行充电和维护，根据需求为使用者进行电池更换。电动汽车的电能补充以换电方式为主。

　　该方式具有以下优点：降低了用户的基础投入；延长电池的使用寿命；提高电池的利用率；有助于解决充电网点外的紧急情况；租赁公司利用峰谷电统一进行充电，有利于整体电网的调配等。由于使用换电模式，电池将在多用户多地域间进行流通，在电池进行更换时根据电池状况进行资费结算，因此电动汽车电池需与不同使用者的信息（如车牌号等）挂钩。一方面，需要保证使用者的个人信息不被泄露;另一方面，又需要保证电池在流通使用时的资产安全。此时，电池资产的所属者（如充电站或电池租赁公司），对于电动汽车电池管理的安全性要求大大提高。

　　本文将ESAM安全模块与射频模块相结合，形成新的安全性更高的电池安全模块RF收发器，将其安装在电动汽车电池中，同时，设置与该ESAM安全模块配套的手持终端。此时，将使用者的个人信息以及电池的资产信息存储在ESAM安全模块中，不仅个人信息被进行加密，同时，在进行充电或换电时，也需首先将电池中ESAM安全模块与智能电网的后台售电系统进行认证，认证通过后才可正常进行充换电，从而保证了电池资产的安全性。

1 系统结构

　　为实现电动汽车电池管理，整套系统共分为以下几部分：电动汽车电池端的电池安全RFID模块、手持机、固定读头、后台管理系统。

　　在电动汽车电池上加装电池安全RFID模块，简称电池模块。该模块用于实现电池信息存储、数据加解密认证、数据交互传输等功能，主要由MCU、ESAM及射频发射RF收发器构成。系统组织结构如图1所示。

2 电池端的电池安全RFID模块

　　2.1 ESAM安全模块

　　ESAM(Enbedded Secure Access Module)嵌入式安全控制模块是以专用高性能安全微处理器为硬件平台，具有内部独立的片上操作系统（Card Operating System，简称COS）的嵌入式安全产品，除了具有防检测、抗攻击、自毁等硬件特性外，还具有安全的文件密钥管理和完善的安全机制，以及标准的加解密运算功能等特性。内部结构包括微处理器、加密协处理器、真随机数发生器、ROM、RAM、EEPROM以及数据I/O口[2]。

　　由于电感厂家ESAM安全模块具有以上安全特性，因此，将电动汽车电池的关键数据存储在ESAM模块中。对于不同的电池数据进行分类管理，按安全性需求设置为透明文件或不透明文件，即数据通信时是否进行加密。

　　2.2 主控MCU作用

　　在电池模块上，选择适当的单片机作为MCU，目前该模块选用STM32芯片作为MCU，包括多个的外设接口，可以同时连接汽车本身的BMS系统、ESAM安全模块以及射频发射RF收发器，可以实现多个模块间的数据交互，同时在进行数据交互时对数据进行协议处理运算。

　　2.3 RF收发器

　　电池模块上的RF收发器与MCU通过SPI接口进行连接，同时，在手持机侧配置相同的RF收发器，两者设置相同的无线通信频率，即可实现无线数据通信。

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