自主研发新一代电池仿真技术,「易来科得」致力于仿真驱动电池正向设计

工业仿真软件可以说是中国制造业的“阿克琉斯之蹱” 。 即便是在中国强势主导的锂电产业中 , 电池企业在设计仿真环节中普遍使用的也多是国外的CAE仿真软件 , 如西门子的BDS、ANSYS的Fluent、COMSOLMultiphysics、GammaTechnologiesGT-Autolion软件等 。
36氪近期接触到的易来科得是国内一家电池CAE仿真设计工具软件公司 。 公司在介观电极结构、电化学机理模型、数值求解器、材料本征动力学参数数据库等方面进行理论和工程创新 , 自主研发了新一代电池仿真设计技术 , 致力于通过仿真技术驱动电池正向设计 , 为电池企业和车企提供更为精准、高效的电池设计仿真解决方案 。
突破电池介观尺度上从颗粒到极片的正向设计仿真瓶颈
随着电池设计对能量密度、功率密度、寿命及安全性的要求越来越高 , 以人工经验为指导、实验试错的研发方式将逐渐无法满足业界前沿设计需求 。 国外电池CAE仿真软件也因自身在电化学仿真上的技术局限性 , 只能对新一代电池设计提供十分有限的指导 。 要想突破这些瓶颈就需要结合锂电池电化学模型的理论和工程创新来实现 。
电池仿真可分为多个尺度 , 微观上的分子、原子尺度 , 介观上的活性材料颗粒到电极极片尺度 , 宏观上的电芯及模组再到电池包的尺度 。
前述其他软件目前普遍采用的NewmanP2D模型对电极复杂微观结构进行了极大地简化 , 没有真实反映电极微观结构 , 无法刻画载流子的真实运动 , 因此无法精确实现介观上颗粒到电极尺度再到电池单体的电化学仿真 , 仿真结果与实际差异较大 , 无法真正指导电芯设计 。
易来科得进一步深入电池电化学机理 , 自主研发电化学模型 , 构建更为精准的介观电极结构模型 , 以此可以更加精准地研究锂离子和电子的传输过程、指导新一代电池的设计开发 , 包括设计新的电极微观结构和优化新的材料体系 。
自主研发新一代电池仿真技术,「易来科得」致力于仿真驱动电池正向设计】易来科得自主研发的电极微观结构构建方法 , 可以基于电极主材类型、材料配比、颗粒形貌、粒径分布、孔隙率、涂层厚度等设计参数来自动批量化地生成趋真的多孔电极几何模型 , 相较于通过电镜扫描、几何重构的方法 , 其效率更高 。
自主研发新一代电池仿真技术,「易来科得」致力于仿真驱动电池正向设计
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易来科得仿真技术
同时 , 易来科得基于材料颗粒尺度自主构建的三维电化学模型 , 可以更直观地研究锂离子的浓度分布等与电极介观微结构间的关系 , 进而耦合热场、力场 , 优化电极和单体设计方案 。 其仿真结果相较于一维模型和准二维模型更加贴近实际 。
可以说易来科得是在突破国外商用电池CAE仿真软件的技术适用范围 , 这一技术发展不再是单纯的国产替代逻辑 , 而是寻求国际产业前沿的创新突破 。
在构建介观尺度真实电极结构模型的基础上 , 易来科得提出创新的电化学模型 , 用来描述电池内部发生的物理化学过程 , 并开发了具有全自主知识产权的前处理器、数值求解器和后处理器 , 从而实现多物理场耦合仿真求解 。
由此 , 易来科得建立起了电池性能与电极结构以及工艺参数之间模型化的表达 , 构建了相应的数学物理模型及仿真平台 。 比如在输入电池材料配方、正负极材料特征参数(如颗粒结构、粒径分布、颗粒形貌等)、极片结构参数(如极片厚度、孔隙率等)之后 , 软件就可以给出电池电性能、热性能、析锂快充特性、老化寿命特性等的性能预测 。