2023年6月22日，據日本電子巨頭東芝公司公布，該公司已經開發出了一種可以通過BLE（藍牙低功耗）無線監控充電狀態的技術，此技術主要應用于監控工廠及各類基礎設施中的蓄電池系統，實時掌握每個蓄電池模塊的充電狀態。在一系列的演示實驗和理論研究之后，這個基于特定蓄電池系統規格的方案已被證明可行。

值得注意的是，東芝公司此次采用的是被稱為BLE的通用無線通信標準，據稱，他們是全球首個運用此項技術實現充電狀態監控的公司。他們將不斷進行相關研究和開發，以期在2025年實現這項技術的實際應用。

蓄電池系統無線監控圖片

用于基礎設施的蓄電池系統通常由嵌入金屬外殼內的20個或更多蓄電池模塊組成，金屬外殼是一個封閉的空間。蓄電池模塊本身也是組合了多個電池單元的組合電池。

蓄電池系統配置

蓄電池系統配備了BMU（Battery Management Unit），對各個蓄電池模塊的電壓和溫度進行監控和控制，蓄電池模塊還配備了CMU（Cell Monitoring Unit），對電壓和溫度進行監控每個電池單元的。BMU利用從CMU獲取的各個蓄電池模塊的電壓和溫度數據來監控充電狀態，控制過放、過充、溫升等問題的原因，防止出現以下問題：過放、過充、溫升，操作安全。

監控蓄電池系統中蓄電池模塊的 BMU

監控蓄電池模塊電池單元的 CMU

如何用無線監控代替有線監控并應對高通訊錯誤率

目前，蓄電池系統的充電狀態監測一般采用“有線監測”的方式，即BMU和CMU之間通過有線連接進行數據通信。此次開發的技術最大的特點是，BMU和CMU之間的數據通信可以被使用BLE的“無線監控”取代，BLE是一種通用無線通信標準，也用于智能手機。

然而，當通過無線通信連接蓄電池系統金屬外殼內的BMU和內置于20多個蓄電池模塊的CMU時，由于相互干擾以及外殼內無線電波反射的影響，變得不穩定。此外，當組合多個蓄電池系統以擴大規模時，蓄電池系統之間可能會發生相互干擾。實施無線監控的最大問題是由于這種不穩定性而導致的高通信錯誤率。

無線監控因相互干擾，通信誤碼率較高

對于采用有線監控的蓄電池系統，需要進行設計，使得在10年的使用期內（即鋰離子電池的產品壽命）內不會出現超過一次通信錯誤。有線監控一般監控周期為300～600ms，在該監控周期內BMU與CMU之間進行一次通信。如果在10年的使用期間發生一次或更少的通信錯誤，則每個監測周期的通信錯誤率是10-10數量級的極小值。

利用新開發的技術，為了在無線監控中實現相當于每個監控周期10-10個數量級的通信錯誤率，需要設計一種允許單一延遲并防止連續延遲的系統。該設計采用“跳頻”，通過在 2.4 GHz 頻段（BLE 使用的頻率）內高速切換頻率來盡可能減少相互干擾的影響。

如何利用BLE實現無線監控有線監控所需的通信誤碼率

具體地，將有線監控的300～600ms的監控周期分為100～200ms的三個子周期，如果這三個子周期中的每一個子周期中出現3次通信錯誤，則判定發生了通信錯誤。其目的是停止對存儲模塊的充電和放電。通過這種設計，無線電監測每個子周期所需的通信錯誤率大大降低，約為10-4 。

在演示實驗中，在兩個相鄰的蓄電池系統中安裝了兩組BMU和11個蓄電池模塊，并連續測量了96小時（4天）通過BLE連接BMU和CMU進行無線監控的通信延遲。 。結果發現，如果監視周期為160ms或更小(小于最大子周期200ms)，則可以將通信錯誤率抑制到10-4或更小。這意味著使用BLE的無線監控可以實現與有線監控相同的通信錯誤率，低于每10年一次。

進行演示實驗的蓄電池系統的配置

演示實驗中通信延遲的測量結果

適用于80個蓄電池模塊的蓄電池系統

隨著基礎設施用蓄電池系統應用于可再生能源穩定供電、鐵路、船舶、VPP（虛擬發電廠）等廣泛領域，未來基礎設施用蓄電池系統的市場規模預計將擴大。根據調查結果，到2035年，全球固定式蓄電池市場（容量基礎）將擴大至2020年水平的約4.3倍。

市場規模基于蓄電池容量。到 2035 年，與 2020 年相比，固定電池將增長約 4.3 倍，汽車電池將增長約 14.2 倍。

在這個日益繁榮的市場環境下，對基礎設施電池存儲系統進行無線監控有諸多好處。不再需要用于有線監控的通信電纜，這無疑降低了組裝成本，并且在組裝過程中也可以避免因接線錯誤而產生的問題。該技術還能簡化系統維護，強化絕緣措施，提高安裝靈活性。另外，由于它采用了廣泛應用于消費產品中的BLE技術，因此可以很有效地降低無線監控系統的成本。

在本次的演示實驗中，采用了由兩組BMU和11個蓄電池模塊組成的蓄電池系統，據悉，這種方案完全適用于由80個蓄電池模塊組成的系統。

值得一提的是，盡管這次公開的是基礎設施用蓄電池系統的技術開發，但這種技術在汽車電池領域也具有很大的應用潛力。預計到2035年，汽車電池的市場規模將擴大到2020年的約14.2倍，其潛在市場巨大。然而，汽車電池可能會有更高的要求，這意味著在未來需要更進一步的開發和優化。

這次的詳細開發成果將在2023年6月22日（當地時間）在意大利佛羅倫薩舉行的通信技術國際會議VTC2023-Spring上公開。