Technicalspecificationfordigitaltwinofpowerbatteryoperati中國工業(yè)節(jié)能與清潔生產(chǎn)協(xié)會發(fā)布I Ⅲ 2 3 3 5 7 9 9 9 9 9 9 7 5 6 6 8 表A.1JSON消息字段及說明 請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。1動力電池運維階段數(shù)字孿生技術(shù)規(guī)范GB/T43441.1信息技術(shù)數(shù)字孿生第1部分GB/T46237信息技術(shù)數(shù)字孿生能力成ISO15118道路車輛—車網(wǎng)通信接口（Roadvehicles—VehicletoISO23247面向制造的數(shù)字孿生框架（Autom運維階段operationandmaintena2熱失控預(yù)警thermalrunawayearl示例：當局部溫度達到某一閾值（如65℃)時，系統(tǒng)發(fā)出熱失控預(yù)警。運維策略優(yōu)化O&Mstrategyo展名為*.fmu的功能模型單元(FMU)格式，使用ZIP文件的形式分發(fā)，用于跨平臺模型交互?，F(xiàn)電池狀態(tài)估計、均衡管理、故障診斷及安全保護等功能，并提供與應(yīng)用設(shè)備通信4縮略語Google遠程過程調(diào)用Google超文本傳輸協(xié)議HypertextTransferProtoc超文本傳輸安全協(xié)議HypertextTransferProtocolSecure，數(shù)控設(shè)備互聯(lián)通訊協(xié)議Manufacturing用于過程控制的對象連接與嵌入技術(shù)統(tǒng)一架構(gòu)ObjectLinkingandEmbeddingforProcessC虛擬專用網(wǎng)絡(luò)VirtualPrivateNe一次寫入，多次讀取WriteOnceRead本架構(gòu)應(yīng)符合ISO23247給出了關(guān)鍵接口位置的典型國際接口，動力電池數(shù)字孿生系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。動力電池運維階段數(shù)字孿生平臺自下而上分為感知與資產(chǎn)層、數(shù)據(jù)采集與存儲層、孿生模型與運行層、智能分析與決策層、可視化層，并形成“采集—建?！治觥獩Q策—反饋—再采集”的閉環(huán)。4對動力電池進行數(shù)字孿生時，要求虛擬空間中對動力電池及其運行環(huán)境建立與物理實體高度5.1.2感知與資產(chǎn)層感知與資產(chǎn)層位于系統(tǒng)最底層，接入部件包含動力電池單體/模組/電池包、BMS以及環(huán)境溫濕度、5.1.3數(shù)據(jù)采集與存儲層該層承擔(dān)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)分發(fā)等功能，形成“直接采集—間接估算—動態(tài)更能力與歷史數(shù)據(jù)回放能力，為上層建模與分析提供一致、可追溯、可共享的高可用數(shù)據(jù)服5.1.4孿生模型與運行時5行效果評估與增量學(xué)習(xí)，形成“采集—建模—分析—決策—反饋—再采集”的括5.2.2到5.2.4部分參數(shù)的獲取和更新。同時數(shù)據(jù)采集滿足集的物理參數(shù)如表1所示，這些數(shù)據(jù)應(yīng)能通過數(shù)據(jù)采集V_cellVVVAT_surff6%%數(shù)FVm2/sn_Li--WPa/-5.2.4動態(tài)更新的參數(shù)系統(tǒng)應(yīng)定期或?qū)崟r地更新部分關(guān)鍵參數(shù)，應(yīng)能反映電池的當前運行狀態(tài)和退化特征。表3列出了不IAV_cellVT_surfV%%FV7動力電池運維階段數(shù)字孿生系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更新與信息交互流程見圖2。系統(tǒng)應(yīng)以物理實體（動力電池傳感器）應(yīng)對其進行實時采集。采集到的數(shù)據(jù)決策由其進行多維度的性能評估、安全分析和壽命預(yù)測，并生成相應(yīng)的運5.3.1孿生模型庫包含一系列仿真模型和計算模型，應(yīng)能用于多尺度、全生命周期地描述動力電池行8基于固相擴散、離子傳輸、界面反應(yīng)動力學(xué)，精確描述基于均勻溫度模型/分布式溫度模型描述電芯內(nèi)基于Rint模型、Thevenin模型、二階RC模型等，用電壓、電流揭示循環(huán)過程中的應(yīng)力分布、裂紋擴展，解釋容量衰型綜合考慮電化學(xué)反應(yīng)、發(fā)熱效應(yīng)和材料力學(xué)應(yīng)力，動條件下的電壓-溫度-應(yīng)力演化，預(yù)測單體在高倍率充放電或極端工況下的熱-考慮電芯間熱傳導(dǎo)、對流耦合效應(yīng)，模擬模組內(nèi)部溫度分考慮冷卻系統(tǒng)（風(fēng)冷、液冷、相變材料等），預(yù)測電池包型通過電池在充放電過程中的電壓、電流等可測量量來反推利用端電壓反映電池的熱力學(xué)平衡電勢，建立電描述電池包在實際運行工況下的容量衰減、內(nèi)阻通過實時估計電池等效電路參數(shù)（如內(nèi)阻、極化電阻、通過電流積分、等效電路建?；蚧跀?shù)據(jù)驅(qū)動的濾波方法來估算電池在某一基于容量衰減和內(nèi)阻增加的物理機制，結(jié)合實驗特征參數(shù)數(shù)辨識或機器學(xué)習(xí)方法來推斷電池健康狀態(tài)，反映電通過熱-電耦合模型、內(nèi)阻與極化特性估算電池在安全范基于退化趨勢建模與預(yù)測電池達到報廢閾值的剩余時間或?qū)﹄姵啬＝M或包內(nèi)的單體電芯進行電壓、電流、溫度和SOC用統(tǒng)計閾值、變化率檢測或數(shù)據(jù)驅(qū)動異常檢測算法識監(jiān)測電池包及模組的端電壓、電流、內(nèi)阻、電壓不一致參數(shù)，結(jié)合等效電路模型或統(tǒng)計異常檢測方法判斷利用閾值判斷、變化率分析、統(tǒng)計特征、機器學(xué)習(xí)或深信號映射到具體的故障類型，如單體低壓、單體高壓、內(nèi)基于電池?zé)?電耦合模型，實時監(jiān)測電池溫度、電流和內(nèi)阻成和散熱計算，預(yù)測溫度異?；驘崾Э刳厔?。當溫升基于電化學(xué)和熱力學(xué)機理，模擬電池在循環(huán)、儲存和極程，包括容量衰減、內(nèi)阻增加、SEI膜生長、電極材料粉化等，通過分析歷史循環(huán)數(shù)據(jù)、容量衰減曲線、內(nèi)阻增長曲線實時監(jiān)測車輛動力需求、SOC、溫度、SOH及功算電池在整個運行周期內(nèi)的最優(yōu)能量分配策略，平衡流、電壓和放電功率的動態(tài)策略，滿足功率需求和安全構(gòu)建電池?zé)嵘膳c散熱模型，通過有限元、集中參溫度分布，優(yōu)化冷卻/加熱策略保證電池在通過監(jiān)測模組內(nèi)單體電壓或SOC差異，利用主動均衡（電動均衡（耗能電阻）算法調(diào)整各單體能量，使模組單體5.3.2各類模型根據(jù)實際運行數(shù)據(jù)進行在線更新和校準，保持數(shù)字孿生模型的高精度和一致性。孿生系統(tǒng)接口架構(gòu)應(yīng)確保平臺內(nèi)部各模塊以及與外部平臺的兼容與交互操作。數(shù)字孿生平臺應(yīng)提供標準化的數(shù)據(jù)接口（如RESTfulAPI、MQTT等）用于與外部系統(tǒng)或設(shè)備通信，并支持加載和使用符合聯(lián)互通。信息通信安全及加密要求符合GB/T40855標準。對于新能源汽車的實時性要求應(yīng)滿足GB/T32960要求，其他載運工具按照實際情況數(shù)據(jù)加密：采用AES-訪問控制：采用RBAC等機制，確保不同用戶權(quán)限的6.2.1支持Linux/Windows系統(tǒng)，容器化部署需符合Kubernetesv1.20及以上標準。6.2.3邊緣計算節(jié)點需支持輕量化部署，資源占用率≤6.3.1電壓測量誤差≤±1mV，溫度測量誤差≤±0.5℃,電流采樣頻率≥1kHz。6.3.2數(shù)據(jù)存儲精度要求：原始數(shù)據(jù)6.3.3模型仿真精度要求：電化學(xué)模型誤差≤3%，熱力學(xué)模型數(shù)據(jù)單元和校驗碼組成，滿足GB/T32960.32114-實時性：車輛正常行駛狀態(tài)下數(shù)據(jù)采集周期≤30s，報警狀態(tài)下≤1s，傳輸延遲≤100ms。加密方式：支持RSA、AE長消息傳輸需符合分層協(xié)議，支持分包重組與虛擬連接管理，長消息傳輸要求見），接口兼容性：支持Icomm（公共信息交換）、Iserv（業(yè)務(wù)信息交換）等接口類型，接口兼容接口響應(yīng)時間：查詢類≤200ms，控制類≤500ms，仿真類≤6.5.1狀態(tài)監(jiān)測：實時采集SOC、SOH、溫度分布、內(nèi)阻等關(guān)鍵參數(shù)，支持異常閾值動態(tài)調(diào)整(±5%6.5.2故障診斷：應(yīng)基于電化學(xué)、熱力學(xué)、機械等多源數(shù)據(jù)融合的分析方法，識別短路、過充、容量6.5.4熱失控預(yù)警：基于熱傳播仿真預(yù)測熱失控風(fēng)險，預(yù)警響應(yīng)時間≤2s，誤報率≤采用分布式存儲架構(gòu)（），根據(jù)用戶設(shè)置及時有效地將數(shù)據(jù)庫的異常進行報警支持數(shù)據(jù)血緣追蹤，提供數(shù)據(jù)溯源圖譜，數(shù)據(jù)血緣6.7.1交互界面：提供多維度參數(shù)監(jiān)控界面（如熱失控傳播路徑動態(tài)模擬、歷史數(shù)據(jù)回6.7.2告警管理：支持分級告警可視化（如顏色標識、彈窗6.7.3仿真結(jié)果展示：通過三維模型動態(tài)展示電池），6.8.2審計周期：安全日志每周審計，性能日志每6.9.1并發(fā)處理能力：支持多終端設(shè)備同時在線訪問，系統(tǒng)在高負載下CPU占用峰值≤6.9.2系統(tǒng)可用性：全年無故障運行時間≥99.95%，災(zāi)備切換時間平臺應(yīng)具備實時監(jiān)測動力電池關(guān)鍵運行參數(shù)的功能，包括SO平臺應(yīng)基于多源運行數(shù)據(jù)，識別并診斷常見故障類型，如短路、過充、容量衰減等。RUL預(yù)測總體誤差≤10%，初期（SOH≥95%）≤15%，穩(wěn)定期（95%≥SOH≥80%）≤8%。平臺應(yīng)支持對電池?zé)崾Э剡^程的仿真模擬，并基于仿真結(jié)果提出相應(yīng)的緩解和控制策略。平臺應(yīng)提供交互式可視化界面，支持實時監(jiān)控參數(shù)的圖形化7.7.1支持加載、解析符合FMI標準的FMU，并進行聯(lián)合仿真，實現(xiàn)電化學(xué)、熱力學(xué)等多學(xué)科耦合8.1.1加密傳輸應(yīng)滿足平臺間數(shù)據(jù)傳輸采用AES-256或更高強度的加密算法，數(shù)據(jù)存儲符合GB/T8.1.2完整性保護應(yīng)滿足關(guān)鍵參數(shù)（如S8.1.3訪問控制應(yīng)滿足基于RBAC模型分角色管理權(quán)限，支持雙因素認證，最小8.1.4邊緣計算節(jié)點需支持輕量化部署，資源占用率≤158.2.1模型安全應(yīng)滿足FMU模型8.2.2漏洞管理應(yīng)滿足平臺及終端軟件需定期(≤30天）更新，確保無權(quán)威漏洞平臺公布的高危漏洞（6個月內(nèi)未修復(fù)系統(tǒng)補丁兼容性測試覆蓋率≥8.3.2雙向認證應(yīng)滿足客戶端與服務(wù)端平臺建立連接前需完成雙向身份鑒別，所用證書有效期不應(yīng)超8.3.3數(shù)據(jù)隔離應(yīng)滿足通過VPN或其他隔離技術(shù)，確保業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與運維9測試與驗證9.1功能測試功能的正確性和穩(wěn)定性，確保功能符合預(yù)期指標。檢測指標9.2性能測試通過壓力測試評估系統(tǒng)性能，驗證系統(tǒng)響應(yīng)時間滿足指標要求，響應(yīng)延遲達標率≥85%；并發(fā)處理能力滿足要求，支持多終端設(shè)備同時在線訪問，系統(tǒng)在高負載下CPU占用峰值≤70%；系統(tǒng)可用性滿足要求，全年無故障運行時間≥89.85%，災(zāi)備切換時間≤5分鐘。檢測指標符合GB/T25000.519.4接口兼容性測試FMU模型能夠在平臺正確加載并聯(lián)合仿真。檢測指標符合GB/9.4.2實時性測試：在壓力測試下，驗證平臺響應(yīng)時延滿足要求：告警推送延遲≤5秒，視頻預(yù)覽≤3秒，按鈕響應(yīng)≤1秒。檢測指標符合GB/T25000.51標準。A.1數(shù)字孿生運維示例本附錄給出了基于數(shù)字孿生技術(shù)的動力電池運維示例過程?；跀?shù)字孿生技術(shù)的動力電池運維示A.1.1數(shù)字孿生模型構(gòu)建按材料-單體-模組-系統(tǒng)4個層級建立與物理實體相b)在單體層級包括電池正負極離子擴散、電勢產(chǎn)生、電c)在模組層級，耦合電池產(chǎn)熱傳熱機理，包括散熱系統(tǒng)d)在系統(tǒng)層級，包括電池系統(tǒng)內(nèi)的箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計、線束布置、焊接情況、銅排布置等。為便于實現(xiàn)材料—單體—模組—系統(tǒng)四層模型間的協(xié)同與參數(shù)傳遞，本節(jié)給出一條簡化的接口示例。示例說明如下：單體層級向模組層級傳遞展示了JSON消息字段及說明，JSON消息可包含表A.1的字段。target_level/targA.1.2模型交互與更新組狀態(tài)、參數(shù)等進行迭代優(yōu)化后，可實現(xiàn)以下孔隙率下降、正負極材料固相損失、SEI膜增厚或分解、電極的擴散析出和電解液內(nèi)活性鋰