数字孪生赋能 BMS：开启电池管理新纪元

这几天，全世界的媒体几乎都在报道黎巴嫩爆炸案。原本此类地缘冲突的影响力是较为有限的，但是这次的事件不太一样：这次爆炸的，是几千个传呼机。

这一事件迅速引发了全球范围内对于电子设备安全性的广泛关注：随着社会日益依赖各种高科技产品，从日常通信到交通出行，人们开始重新评估这些设备在日常生活中的作用及其潜在风险。特别是对于那些与个人生活紧密相连的电子设备，如手机、电脑乃至新能源汽车等，公众对于其安全性与稳定性的要求也达到了前所未有的高度。

在对科技安全的深刻思考中，伴随着当下新能源汽车发展的大趋势，汽车电池管理系统（Battery Management System，BMS）作为现代新能源汽车的核心组成部分，自然而然成为了讨论焦点。

根据中国汽车工业协会统计数据，2023 年我国新能源汽车产销分别完成 958.7 万辆和 949.5 万辆，同比分别增长 35.8%、37.9%，实现了产销两旺。作为新能源汽车的“心脏”，BMS 不仅与动力电池的性能与寿命息息相关，更直接影响车辆行驶的安全性，对每一位道路使用者而言显得尤为重要。

BMS 是作为连接电池组与整车的纽带，承担着监测电池状态、预警安全隐患、优化能量管理等重任，是现有电池本体技术下提升电池系统“四高”性能的不可替代方案。

高能量密度：提升电池存储能量的能力，以减少体积和重量。

高功率密度：增强电池在短时间内释放能量的能力，以满足高性能需求。

高安全性：提高电池的安全防护，降低爆炸、起火等风险。

高循环寿命：延长电池的使用寿命，以减少更换频率和成本。

在商业应用领域，宁德时代、比亚迪等企业正不断升级其电池管理技术以提高系统能量密度、运行效率和系统安全性，如单体到电池包集成（Cell to Pack，CTP）和单体到底盘集成（Cell to Chassis/Car，CTC），以及结合大数据的智能管理技术。国内外研究人员从电池建模、BMS 设计、在线管控等方面开展了大量探索工作，为先进电池管理技术的发展提供了有益推动和参考。

▲宁德时代乘用车 NCM CTP Pack 技术演变

在新能源汽车功能与性能日益复杂的大背景下，BMS 需要实时监控、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，涉及多个功能模块和高度集成的 BMS 系统发展成为保障车辆安全、提升整体性能的关键技术。

近年来，随着人工智能、物联网、大数据等相关技术的成熟，数字孪生、数字样机技术得到了长足的发展和进步，学术界开展了广泛深入的研究，提出了一系列理论成果，极大丰富了数字孪生技术框架。

现有的 BMS 在对电池运行数据的获取、处理、存储能力上有所欠缺，导致了数据实时性差、利用率低的问题，极大阻碍了电池管理技术的进一步发展。将数字孪生与数字样机技术引入电池管理领域，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，有助于实现电池全生命周期的实时管控。

天目全数字实时仿真软件 SkyEye，是一款由迪捷软件研发的基于可视化建模的硬件行为级仿真平台，支持用户通过拖拽的方式对硬件进行行为级别的仿真和建模，是数字样机与数字孪生应用“降本增效”的有效解决方案。

基于 SkyEye 搭建虚拟汽车 BMS 模型，可被用于模拟电池的极端使用场景，如长期高负荷运行、大功率放电等，帮助开发者提前发现电池的热失控风险和性能衰减问题，从而优化系统设计，提升电池的安全性和寿命。

▲基于 SkyEye 的虚拟汽车 BMS 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。

2024 年 9 月，工业和信息化部发布了《工业重点行业领域设备更新和技术改造指南》，进一步推动了工业软件和设备的升级与改造。这一指南针对工业软件和工业网络设备设定了明确的更新目标，尤其是到 2027 年，计划完成约 200 万套工业软件和 80 万台套工业操作系统的更新任务。这一政策不仅为传统工业领域的技术升级提供了清晰的方向，也为 BMS 等关键领域的技术改造带来了新机遇。

展望未来，在数字孪生与数字样机技术的帮助下，汽车电池管理系统必将实现更精准的监控和管理，提升汽车电池系统的整体性能与安全性，推动汽车产业的高质量发展。

参考文献

[1]邱伟.新能源汽车动力电池结构及成组技术综述[J].时代汽车,2024,(05):107-111.

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/-IgAtqbuV-PFZvyCXdm-BQ