数字孪生：双碳目标推动下的汽车动力电池发展

据中汽协统计，2022年我国新能源汽车持续爆发式增长，销量超680万辆，已连续8年位居世界第一，保持“快车道”发展态势，引起西方发达国家的高度重视。相当一部分国家以产品全生命周期碳排放为基础，试图建立新的国际贸易壁垒：欧盟规定境内新乘用车碳排放不得高于95g/km；出台了专门针对出口到欧盟的汽车零部件及整车的碳足迹现值法规。汽车低碳化水平与产品碳排放强度将是未来车企的核心竞争力。

为应对挑战，我国制定了一系列发展规划，为智能新能源汽车发展指明了方向：“十四五”新能源汽车国家重点研发专项深化“三纵三横”研发布局，提出整车平台、能源动力、电驱系统、智能驾驶、车网融合和支撑技术六大攻关领域。其中，动力电池成为未来智能网联新能源汽车领域的竞争焦点，如何在“双碳”目标下确保新能源汽车动力电池全生命周期范围内的安全、高效和环保应用成为我国汽车产业低碳转型过程的重要课题。

01.数字孪生

随着数字化技术的蓬勃发展，数字孪生、物联网等技术在工业领域得到了广泛应用，也为动力电池的升级提供了新策略、新途径等前沿技术支持。数字孪生通过数字化的方式创建真实环境下物理实体的数字模型，为开发团队提供数据虚实交融、双向反馈、实时交互、决策分析和快速迭代优化的能力，使动力电池全生命周期物理空间和信息空间的高效协同成为可能。宁德时代、比亚迪等车企已对此开展前瞻技术研究，通过数字孪生技术来提高电池管理能力已逐步成为动力电池行业的发展趋势。

电池管理系统（Battery Management System，以下简称BMS）是动力电池储能系统的核心子系统之一，负责监控电池储能单元内各电池运行状态，保障储能单元安全可靠运行。BMS能够实时监控、采集储能电池的状态参数，并通过接口与其他设备进行信息交互，保证新能源汽车动力电池的使用安全。

在全数字虚拟仿真领域，可基于国产自主的天目全数字实时仿真软件SkyEye搭建汽车BMS虚拟模型：

基于SkyEye的虚拟电池管理系统有着如下优势：

• 无需关心真实线缆繁琐的连接关系，工程一次搭建，持续可复用；
• 仿真真实CAN总线和BMS控制器硬件，支持几乎无限数量的仿真硬件；
• 支持符合AUTOSAR协议的OS及应用程序的运行；
• 集成原有CANoe上位机软件，可通过SkyEye GUI界面模拟注入真实数据。

基于数字孪生技术的虚拟电池管理系统，可极大节约新能源汽车动力电池的开发时间与成本，降低物理部署和维护成本，其灵活性与可拓展性能够适应不同类型、规模和配置的电池系统，还可根据不断变化的电池技术和应用需求进行适应性调整，以适应未来拓展与升级。虚拟BMS系统可供用户直观了解电池状态、性能和健康状况，实现最佳的电池使用与性能。

02.动力电池全生命周期管理架构

由于动力电池全生命周期的各阶段都有着不同的问题和特点，结合各阶段间的交互和联系，可搭建数字孪生驱动的动力电池全生命周期管理架构，如下图所示：

通过各模块间的信息交互，动力电池全生命周期管理可形成协同运行的整体，主要涉及数据实时感知与采集、建模与仿真、数据管理与服务技术，能够有效支撑动力电池绿色低碳与安全高效的全局设计，通过提高设计质量形成动力电池全生命周期的良性循环。

参考文献

*张煜.孙逢春：双碳战略引领汽车绿色革命[J].中国工业和信息化,2022(1):54-57.

*范伟军，潘建新，汪雅丽.数字孪生驱动的动力电池全生命周期管理研究[J]. 汽车文摘，2023(5): 38-44.