自主研發(fā)新一代電池仿真技術(shù)，「易來科得」致力于仿真驅(qū)動電池正向設(shè)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(dǎo)的鋰電產(chǎn)業(yè)中，電池企業(yè)在設(shè)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(nèi)一家電池CAE仿真設(shè)計工具軟件公司。公司在介觀電極結(jié)構(gòu)、電化學(xué)機理模型、數(shù)值求解器、材料本征動力學(xué)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(shè)計技術(shù)，致力于通過仿真技術(shù)驅(qū)動電池正向設(shè)計，為電池企業(yè)和車企提供更為精準(zhǔn)、高效的電池設(shè)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(shè)計仿真瓶頸

隨著電池設(shè)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(jīng)驗為指導(dǎo)、實驗試錯的研發(fā)方式將逐漸無法滿足業(yè)界前沿設(shè)計需求。國外電池CAE仿真軟件也因自身在電化學(xué)仿真上的技術(shù)局限性，只能對新一代電池設(shè)計提供十分有限的指導(dǎo)。要想突破這些瓶頸就需要結(jié)合鋰電池電化學(xué)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(fù)雜微觀結(jié)構(gòu)進行了極大地簡化，沒有真實反映電極微觀結(jié)構(gòu)，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(xué)仿真，仿真結(jié)果與實際差異較大，無法真正指導(dǎo)電芯設(shè)計。

易來科得進一步深入電池電化學(xué)機理，自主研發(fā)電化學(xué)模型，構(gòu)建更為精準(zhǔn)的介觀電極結(jié)構(gòu)模型，以此可以更加精準(zhǔn)地研究鋰離子和電子的傳輸過程、指導(dǎo)新一代電池的設(shè)計開發(fā)，包括設(shè)計新的電極微觀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)構(gòu)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(shè)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(gòu)的方法，其效率更高。

易來科得仿真技術(shù)

同時，易來科得基于材料顆粒尺度自主構(gòu)建的三維電化學(xué)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(jié)構(gòu)間的關(guān)系，進而耦合熱場、力場，優(yōu)化電極和單體設(shè)計方案。其仿真結(jié)果相較于一維模型和準(zhǔn)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(shù)適用范圍，這一技術(shù)發(fā)展不再是單純的國產(chǎn)替代邏輯，而是尋求國際產(chǎn)業(yè)前沿的創(chuàng)新突破。

在構(gòu)建介觀尺度真實電極結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，易來科得提出創(chuàng)新的電化學(xué)模型，用來描述電池內(nèi)部發(fā)生的物理化學(xué)過程，并開發(fā)了具有全自主知識產(chǎn)權(quán)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(jié)構(gòu)以及工藝參數(shù)之間模型化的表達，構(gòu)建了相應(yīng)的數(shù)學(xué)物理模型及仿真平臺。比如在輸入電池材料配方、正負(fù)極材料特征參數(shù)（如顆粒結(jié)構(gòu)、粒徑分布、顆粒形貌等）、極片結(jié)構(gòu)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(yù)測。

易來科得仿真技術(shù)可預(yù)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(dǎo)材料選型與電極、電芯設(shè)計，實現(xiàn)參數(shù)化正向仿真設(shè)計。這將顯著提高電池企業(yè)的新產(chǎn)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(shè)計能力需要從材料-結(jié)構(gòu)-工藝-性能這個四面體關(guān)系出發(fā)。綜合來看，易來科得的仿真軟件可以從材料、結(jié)構(gòu)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(shè)計方法下被發(fā)揮出來，易來科得建立了電池正負(fù)極、導(dǎo)電劑等材料的本征動力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)庫，在化學(xué)體系不發(fā)生重大革新情形下，盡可能在動力學(xué)層次發(fā)揮材料的理論上限，為電池材料配方優(yōu)化設(shè)計提供指導(dǎo)。

結(jié)構(gòu)方面，易來科得基于顆粒尺度的真實電化學(xué)模型可以輔助不同材料體系下活性顆粒和電極層的結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計及工藝參數(shù)，仿真模型描述將更為精準(zhǔn)，可以實現(xiàn)高保真度的電芯設(shè)計仿真。BOL測試狀態(tài)下，易來科得電芯性能預(yù)測仿真誤差在5%以內(nèi)。

基于豐富的電化學(xué)機理模型庫，滿足不同領(lǐng)域電池設(shè)計需求

針對不同領(lǐng)域的電池設(shè)計需求，易來科得可以提供更為精準(zhǔn)的設(shè)計優(yōu)化方案。比如儲能領(lǐng)域?qū)τ陔姵匮h(huán)次數(shù)提出了更高的要求，但電池壽命預(yù)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(chǎn)氣、界面阻抗增加等老化機理，建立電化學(xué)-熱耦合的老化機理模型，并建立一系列電化學(xué)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(guān)鍵因素，提供電極與電芯尺度上的設(shè)計優(yōu)化方案。

電池壽命預(yù)測中的主要機理

易來科得電化學(xué)-熱耦合模型

未來，易來科得將持續(xù)豐富電化學(xué)機理模型，比如針對不同材料如高硅負(fù)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(shù)如固態(tài)電池、燃料電池等提供配套的電化學(xué)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(xué)機理模型、求解器、材料本征動力學(xué)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(shè)計仿真瓶頸問題。

談及AI未來在電池設(shè)計仿真環(huán)節(jié)的作用時，陳新虹博士表示，未來以AI技術(shù)為核心的尋優(yōu)算法將快速找到設(shè)計參數(shù)邊界范圍內(nèi)的最優(yōu)設(shè)計參數(shù)組合，快速實現(xiàn)既定電池型號的智能設(shè)計，不必耗費大量人力來進行設(shè)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(nèi)部設(shè)計、仿真、測試團隊之間的研發(fā)協(xié)同。

電池設(shè)計日益多元化，電池設(shè)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(shè)計目標(biāo)存在差異，各類電池內(nèi)部“載流子傳輸通道圖”的設(shè)計構(gòu)造也會不同。因此，電池未來的設(shè)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(shè)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(chǎn)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(shù)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(jié)構(gòu)和工藝的創(chuàng)新設(shè)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(shè)計和工藝經(jīng)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(shè)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(nèi)電池全產(chǎn)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(shù)創(chuàng)新的空間和豐厚的發(fā)展土壤。

業(yè)務(wù)進展方面，易來科得已與國內(nèi)頭部電芯廠、整車廠開展業(yè)務(wù)合作，并在歐洲設(shè)立子公司，開展相關(guān)業(yè)務(wù)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(shè)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(shè)計方案，類似于半導(dǎo)體行業(yè)中EDA軟件公司同時掌握軟件和IP。

未來產(chǎn)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(xué)、康奈爾大學(xué)、南京理工大學(xué)等，在電化學(xué)理論、多物理場仿真等領(lǐng)域具有豐富經(jīng)驗，多數(shù)成員在國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)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(lǐng)投，老股東創(chuàng)新工場跟投。