自主研發(fā)新一代電池仿真技術，「易來科得」致力于仿真驅動電池正向設計

工業(yè)仿真軟件可以說是中國制造業(yè)的“阿克琉斯之蹱”。即便是在中國強勢主導的鋰電產業(yè)中，電池企業(yè)在設計仿真環(huán)節(jié)中普遍使用的也多是國外的CAE仿真軟件，如西門子的BDS、ANSYS的Fluent、COMSOLMultiphysics、Gamma TechnologiesGT-Autolion軟件等。

36氪近期接觸到的易來科得是國內一家電池CAE仿真設計工具軟件公司。公司在介觀電極結構、電化學機理模型、數(shù)值求解器、材料本征動力學參數(shù)數(shù)據(jù)庫等方面進行理論和工程創(chuàng)新，自主研發(fā)了新一代電池仿真設計技術，致力于通過仿真技術驅動電池正向設計，為電池企業(yè)和車企提供更為精準、高效的電池設計仿真解決方案。

突破電池介觀尺度上從顆粒到極片的正向設計仿真瓶頸

隨著電池設計對能量密度、功率密度、壽命及安全性的要求越來越高，以人工經驗為指導、實驗試錯的研發(fā)方式將逐漸無法滿足業(yè)界前沿設計需求。國外電池CAE仿真軟件也因自身在電化學仿真上的技術局限性，只能對新一代電池設計提供十分有限的指導。要想突破這些瓶頸就需要結合鋰電池電化學模型的理論和工程創(chuàng)新來實現(xiàn)。

電池仿真可分為多個尺度，微觀上的分子、原子尺度，介觀上的活性材料顆粒到電極極片尺度，宏觀上的電芯及模組再到電池包的尺度。

前述其他軟件目前普遍采用的Newman P2D模型對電極復雜微觀結構進行了極大地簡化，沒有真實反映電極微觀結構，無法刻畫載流子的真實運動，因此無法精確實現(xiàn)介觀上顆粒到電極尺度再到電池單體的電化學仿真，仿真結果與實際差異較大，無法真正指導電芯設計。

易來科得進一步深入電池電化學機理，自主研發(fā)電化學模型，構建更為精準的介觀電極結構模型，以此可以更加精準地研究鋰離子和電子的傳輸過程、指導新一代電池的設計開發(fā)，包括設計新的電極微觀結構和優(yōu)化新的材料體系。

易來科得自主研發(fā)的電極微觀結構構建方法，可以基于電極主材類型、材料配比、顆粒形貌、粒徑分布、孔隙率、涂層厚度等設計參數(shù)來自動批量化地生成趨真的多孔電極幾何模型，相較于通過電鏡掃描、幾何重構的方法，其效率更高。

易來科得仿真技術

同時，易來科得基于材料顆粒尺度自主構建的三維電化學模型，可以更直觀地研究鋰離子的濃度分布等與電極介觀微結構間的關系，進而耦合熱場、力場，優(yōu)化電極和單體設計方案。其仿真結果相較于一維模型和準二維模型更加貼近實際。

可以說易來科得是在突破國外商用電池CAE仿真軟件的技術適用范圍，這一技術發(fā)展不再是單純的國產替代邏輯，而是尋求國際產業(yè)前沿的創(chuàng)新突破。

在構建介觀尺度真實電極結構模型的基礎上，易來科得提出創(chuàng)新的電化學模型，用來描述電池內部發(fā)生的物理化學過程，并開發(fā)了具有全自主知識產權的前處理器、數(shù)值求解器和后處理器，從而實現(xiàn)多物理場耦合仿真求解。

由此，易來科得建立起了電池性能與電極結構以及工藝參數(shù)之間模型化的表達，構建了相應的數(shù)學物理模型及仿真平臺。比如在輸入電池材料配方、正負極材料特征參數(shù)（如顆粒結構、粒徑分布、顆粒形貌等）、極片結構參數(shù)（如極片厚度、孔隙率等）之后，軟件就可以給出電池電性能、熱性能、析鋰快充特性、老化壽命特性等的性能預測。

易來科得仿真技術可預測性能

因此，電池企業(yè)可以使用易來科得仿真軟件來系統(tǒng)地指導材料選型與電極、電芯設計，實現(xiàn)參數(shù)化正向仿真設計。這將顯著提高電池企業(yè)的新產品開發(fā)效率與研發(fā)能力，減少實驗測試次數(shù)，最多可將原本9~36月的研發(fā)周期縮短至3~6個月。

提升電池正向設計能力需要從材料-結構-工藝-性能這個四面體關系出發(fā)。綜合來看，易來科得的仿真軟件可以從材料、結構及工藝上提供電池性能提升方案。

現(xiàn)有電池材料的性能天花板完全沒有在實驗試錯的老舊設計方法下被發(fā)揮出來，易來科得建立了電池正負極、導電劑等材料的本征動力學參數(shù)數(shù)據(jù)庫，在化學體系不發(fā)生重大革新情形下，盡可能在動力學層次發(fā)揮材料的理論上限，為電池材料配方優(yōu)化設計提供指導。

結構方面，易來科得基于顆粒尺度的真實電化學模型可以輔助不同材料體系下活性顆粒和電極層的結構設計，極大地優(yōu)化載流子的傳輸效率，全面提升電芯性能。

易來科得仿真軟件可以輸入接近70多種電池設計及工藝參數(shù)，仿真模型描述將更為精準，可以實現(xiàn)高保真度的電芯設計仿真。BOL測試狀態(tài)下，易來科得電芯性能預測仿真誤差在5%以內。

基于豐富的電化學機理模型庫，滿足不同領域電池設計需求

針對不同領域的電池設計需求，易來科得可以提供更為精準的設計優(yōu)化方案。比如儲能領域對于電池循環(huán)次數(shù)提出了更高的要求，但電池壽命預測與優(yōu)化一直是業(yè)界難題。

易來科得在機理上綜合考慮析鋰、SEI成膜、產氣、界面阻抗增加等老化機理，建立電化學-熱耦合的老化機理模型，并建立一系列電化學偏微分方程組進行求解，可以在多孔電極模型中定位發(fā)生老化過程的微觀位置，從而獲取影響電池循環(huán)壽命的關鍵因素，提供電極與電芯尺度上的設計優(yōu)化方案。

電池壽命預測中的主要機理

易來科得電化學-熱耦合模型

未來，易來科得將持續(xù)豐富電化學機理模型，比如針對不同材料如高硅負極、高鎳正極開發(fā)新的多物理場耦合機理模型，包括針對下一代電池技術如固態(tài)電池、燃料電池等提供配套的電化學機理模型。

易來科得創(chuàng)始人兼CEO陳新虹博士向36氪表示，通過在多孔電極模型、電化學機理模型、求解器、材料本征動力學參數(shù)測定等方面的自主創(chuàng)新研發(fā)，易來科得已解決電池介觀尺度上從顆粒到極片的正向設計仿真瓶頸問題。

談及AI未來在電池設計仿真環(huán)節(jié)的作用時，陳新虹博士表示，未來以AI技術為核心的尋優(yōu)算法將快速找到設計參數(shù)邊界范圍內的最優(yōu)設計參數(shù)組合，快速實現(xiàn)既定電池型號的智能設計，不必耗費大量人力來進行設計優(yōu)化。

在軟件部署方式上，公司采取了SaaS模式，這樣可以為電池企業(yè)節(jié)省下昂貴的高性能計算硬件初始費用，客戶可隨時使用最新的軟件版本。而且SaaS模式也有利于電池企業(yè)內部設計、仿真、測試團隊之間的研發(fā)協(xié)同。

電池設計日益多元化，電池設計仿真軟件需求將持續(xù)增長

從市場發(fā)展角度來看，隨著全面電動化從新能源汽車開始延伸，未來不同場景、不同規(guī)格對于電池性能的設計目標存在差異，各類電池內部“載流子傳輸通道圖”的設計構造也會不同。因此，電池未來的設計需求會更為多元。這也就意味著企業(yè)對于第三方電池設計仿真軟件的需求將會持續(xù)增長。

此外，車企和其他新玩家不斷涌入動力電池產業(yè)。特別是車企在介入電池研發(fā)環(huán)節(jié)后，迫切需要通過電池技術創(chuàng)新來帶動整車性能提升，進而實現(xiàn)品牌差異化，因而對電池材料、結構和工藝的創(chuàng)新設計需求十分迫切。

車企又因為不具備電池企業(yè)日積月累的深厚設計和工藝經驗，所以需要通過新一代仿真軟件來實現(xiàn)電池型號的快速設計，減少實驗試錯方法帶來的長周期高成本投入，建立更為高效的研發(fā)能力體系。

總的來說，電池仿真軟件無論是在理論創(chuàng)新上還是數(shù)值模擬方法上都存在拓展的空間，國內電池全產業(yè)鏈的龐大制造規(guī)模優(yōu)勢，以及潛在的測試、制造數(shù)據(jù)規(guī)模優(yōu)勢也都是國外所不具備的。此外，下游市場主體持續(xù)增加，需求日益多元化。這些有利因素為易來科得這樣的電池CAE軟件公司提供了技術創(chuàng)新的空間和豐厚的發(fā)展土壤。

業(yè)務進展方面，易來科得已與國內頭部電芯廠、整車廠開展業(yè)務合作，并在歐洲設立子公司，開展相關業(yè)務活動。公司曾為歐洲地區(qū)的一家電池超級工廠交付了一套完整的電芯設計方案。

商業(yè)模式上，易來科得可以為客戶交付仿真研發(fā)軟件平臺或者完整的電池設計方案，類似于半導體行業(yè)中EDA軟件公司同時掌握軟件和IP。

未來產品規(guī)劃方面，易來科得還會將仿真與測試融合起來，打造電芯研發(fā)全流程數(shù)字化平臺。

易來科得核心團隊成員來自清華大學、康奈爾大學、南京理工大學等，在電化學理論、多物理場仿真等領域具有豐富經驗，多數(shù)成員在國內外相關領域從業(yè)10年以上。

易來科得在今年8月已宣布完成數(shù)千萬元A輪融資，該輪融資由隸屬于博世集團的博世創(chuàng)投領投，老股東創(chuàng)新工場跟投。