锂离子(Li-ion)电池广泛用于为各种设备供电，涉及玩具、无人机、手机和笔记本电脑，以及医疗设备和电动汽车。为了有效地为这类设备供电，需要控制工作时的锂离子电池内部的温度分布，因为偏离最佳运行温度可能会导致它性能下降或失效。锂电池仿真软件不仅仅担负着仿真驱动正向设计的功能，也是推动整体锂电池领域研发数字化进程的重要力量。

　　2022锂电池仿真软件合集

　　01.COMSOL Multiphysics

　　根据不同的仿真目的，电池建模需要不同程度的细节。“电池模块”是COMSOL Multiphysics软件的一个附加产品，从电池多孔电极的详细结构到包括热管理系统在内的电池组，其中涵盖各种尺度的广泛描述。这些描述涉及带电和电中性物质的传递、电荷平衡、化学和电化学反应、焦耳热和电化学反应引起的热效应、传热、流体流动等各种物理现象，以及对于理解电池系统非常重要的其他物理现象。

　　特点：

　　简化电池建模

　　为了更快地对三维电池组进行热分析，您可以对电池组中的每个电池使用经过验证的集总（简化）模型。集总模型一旦经过验证，便可以在特定的工作范围内提供极高的精度。“电池模块”包含基于物理场的集总模型，可以求解多个空间维度的电化学方程。

　　单颗粒电池接口分别使用一个单独的单颗粒模型来表征电池的正负极，从而对电池中的电荷分布进行建模。集总电池接口利用一小组集总参数来增加电池中所有电压损失的总和，这些电压损失源于欧姆电阻和（可选的）电荷转移和扩散过程。此外，您还可以使用电池等效电路接口根据任意数量的电路元件来定义电池模型。

　　高保真电池建模

　　锂离子电池接口用于计算锂离子电池的电位和电流分布，支持使用多种插层电极材料，还包含SEI层引起的电压损失。

　　二元电解质电池接口用于计算普通电池的电位和电流分布，支持使用多种插层电极材料，此外，还可以包含由于在多孔电极上形成膜而引起的电压损失。

　　02.ANSYS Fluent

　　Ansys Fluent的电池模块可以自动探测电池连接模式（串/并联），流动、热和电化学完全耦合在一起进行计算，具有非常好的计算精度和稳健性。该模块内置三个电化学模型，既有基于经验的模型又有基于物理的模型，而且支持用户使用UDF自定义电化学模型。ANSYS在流体仿真用于热管理方面，ANSYS可以提供ROM降阶模型以缩短仿真计算时间，精度与经典的三维CFD方法接近，对于设计控制策略和开发BMS系统有较大帮助。

　　03.Simcenter BDS电池设计软

　　Simcenter Battery Design Studio（以下简称BDS）是一款专业的锂电池设计及计算软件，通过详细的几何电芯规格和电芯性能仿真，支持工程师对锂离子电芯设计进行数字验证，内置大量的电池材料数据库，同时，还能与CAE软件无缝连接，这些功能对电池和电池组的设计至关重要。

　　特点：

　　物理单元描述：无缝GUI提供参数化模板；

　　整体耦合单元设计与模型：模拟设计变更对单元性能的影响；

　　设计探索：自动优化电池的设计和性能；

　　CAE软件接口：通过TBM文件将模型导出到Simcenter STAR-CCM+；

　　系统级仿真接口：单元模型特征可以导出到Simcenter Amesim。

　　04.GT-AutoLion

　　GT-AutoLion可用于预测各种锂离子电池化学和电池设计在锂离子电池原型化甚至可用于测试之前的性能。使用GT-AutoLion，可以在任何负载下预测锂离子电池的性能，包括恒定电流（左侧显示的电压降和温升）和更多动态负载。GT-AutoLion使用Doyle，Fuller和Newman开创的物理化学伪2D模型来预测性能。

　　除了伪2D模型之外，GT-AutoLion还包括一个膨胀模型，该模型能够预测活性材料在锂化过程中膨胀时电池中的应力，应变和压力。最后，每个安装都包括一个全面的电化学材料数据库，减轻了实验室测试电化学性能的负担。

　　特点：

　　从锂离子电池的0D、P2D和P3D建模无缝过渡；

　　内置阴极、阳极和电解质材料属性库；

　　先进的膨胀模型，可在一个工具中集成应力、应变和性能预测；

　　与GT系统级车型直接集成；

　　与Simulink和其他工具直接协同仿真；

　　内置退化机制，用于基于物理的锂离子电池老化；

　　与GT的实验设计（DOE）和优化功能集成，实现快速模型校准；

　　与GT的热流体领域集成，用于电池组的热管理。

　　05.Simulink

　　Simulink是一个面向多域仿真并和基于模型设计的框模块图环境。它支持系统级设计、仿真、自动代码生成以及嵌入式系统的连续测试和验证。Simulink提供有图形编辑器、可自定义的定制模块库以及和求解器，能够进行动态系统建模和仿真。通过MATLAB和Simulink进行建模和仿真，我们可以快速地探索各种电芯配置，优化系统并找出符合性能、重量、体积或散热等方面要求的结构。

　　特点：

　　图形编辑器，可用于构建和管理具有层次关系的框图；

　　预定义模块库，可用于构建连续时间和离散时间系统模型；

　　仿真引擎，配有固定步长和可变步长ODE求解器；

　　通过示波器和数据显示，可以查看仿真结果；

　　项目和数据管理工具，可用于管理模型文件及数据；

　　模型分析工具，可用于优化模型架构以及提高仿真速度；

　　MATLAB函数块，可用于将MATLAB算法导入模型中；

　　代码继承工具(Legacy Code Tool)，可用于将C和C++代码导入模型中。

　　06.元王电池包前处理软件

　　元王电池包自动化前处理软件通过将前处理工程师的经验，及对电池包中不同部件的建模规范以参数化集成到程序中。一方面避免了因为前处理工程师流动造成的经验遗失不能传承，另一方面避免了因为不同工程师建模方式的不同对仿真结果不同程度的影响。元王®电池包自动化前处理软件实现电池包前处理建模的自动化，将整个仿真周期缩短至少一半的时间，提升仿真效率。

　　07.Simcenter STAR-CCM+

　　Simcenter STAR-CCM+可以预测微观电极结构区域内的离子和电势空间分布，包括固态和液态区域内的电势、电解液中的盐离子浓度、活性材料中的锂离子浓度。同时为了开发、评估和优化设计方案，缩减开发时间，降低开发成本，电池热管理CFD仿真分析贯穿整个产品开发周期。STARCCM+仿真的液冷电池包热管理应用，重点阐述在热管理仿真分析过程中需要注意关键点，旨在帮助大家更好分析问题。STARCCM+以效率高、收敛好、集成度高等特点广泛应用于汽车行业。

08.SIMULIA Abaqus

　　电芯设计方面是由Abaqus支持，Abaqus最新版本中的电化学模型是基于扩展的三维多孔电极理论Porous Electrode Theory（PET）Newman本构模型。Abaqus本身在结构物理场上优势也在锂电池仿真中加以应用，可以通过热-电化学-结构多物理场耦合来对电芯3D模型的热电化学结构特性提供定量的仿真模拟，预测电芯的温度、电流、变形之间的耦合效应，避免电芯变形过大造成内部短路，还可以对电池模组、电池包的振动和冲击、跌落进行分析。PowerFLOW可以对动力电池的热管理问题进行瞬态精确模拟。

　　09.Electroder

　　Electroder可以从无到有生成一款新的电池设计，或者针对一款已有的电池设计实现从有到好的优化。Electroder为用户提供从材料选择、物料衡算、物料清单(BOM)到工程设计图(CAD)的流式设计解决方案。界面的输入由正极、负极、极耳、电解液等设计部件依序组成，高度挂钩材料、工艺和可制造性参数，协助用户按步骤、流程、标准完成一款电池新设计，将研发速度提升2-5倍，研发成本降低50%。

　　特点：

　　Electroder具备先进的底层电池模型，模拟仿真能力更强；

　　该自主研发的非均相底层电池模型，处于国际领先水平，能真实反应电极、电芯的物理化学状态；

　　具备反映真实物理化学状态的建模和解算能力，因此容量预测、倍率性能预测等电化学仿真精度可达+/-5%以内，温度误差可达+/-1℃。