國內鋰電池CAE仿真軟件的突破口
一方面電化學建模逐步深入到電極介觀尺度，另一方面一些相對新興的數值模擬技術被用來探究介觀尺度上的電化學反應過程機理。國內鋰電池CAE軟件應當聚焦這兩個方面進行突破。同時要使用恰當的模型降階、時間離散等計算加速方法，兼顧模型的精度和計算效率。
一是不斷優化仿真模型及其控制方程，及時跟蹤電池仿真在微觀、介觀尺度上的前沿進展，將精度更好的理論模型內置在軟件之中，并開發出適配電池領域的網格劃分工具。其次是可以向COMSOL學習，保持軟件的開放性，這一點是指在建模階段仿真工程師可以自定義修改設立控制方程組（偏微分方程組）及其假設條件，而不是只能采用軟件內置的方程組。軟件不斷跟進業界的先進實踐經驗，通過加強與業界人員的合作來優化迭代自身軟件求解器的性能。相較于其他成熟的仿真領域，這一點對于電池領域的仿真軟件更為凸顯。
求解方法方面注重運用新的求解方法，并將多種數值算法結合起來，比如LBM、DEM、FEM和FVM 結合起來，并注重數值計算方法和工程實際業務場景深度結合。同時工業仿真軟件需要權衡精度和效率，這就需要恰當地使用降階模型、伽遼金投影法、時間離散方法如龍格－庫塔法（Runge-Kutta methods）等計算方法，盡可能確保在不損失仿真精度的情況下提高計算效率。
除了理論模型和數值算法，仿真軟件還需要注重工程經驗的積累，特別是對于電池這一非線性的復雜系統來說。因此，國內鋰電池CAE軟件公司一方面需要在產品功能上加強與實驗測試數據的結合，為設計和仿真人員提供更便捷的仿真服務。這里具體來說，電池仿真通常需要大量參數輸入，部分參數需要標定和實驗以及文獻參考得來，如果積累了大量的測試數據，就可以提供一個豐富的數據庫，更加方便快捷提供模擬仿真所需參數，避免因為仿真人員標定出現問題帶來較大的偏差，進一步縮短設計驗證周期。
另一方面，國內鋰電池CAE軟件公司需要注重加強與電池企業的合作，更好地積累測試和實際制造的數據，以此優化仿真軟件性能，更好地實現設計仿真與制造工藝協同。總之，要充分利用好我國掌握鋰電全產業鏈這一龐大制造規模的優勢，因為海量測試和制造數據中蘊藏著巨大的數據優勢，利用好這些數據資產，有利于國內鋰電池CAE軟件公司加速發展起來。
綜合本文前述內容，鋰電池仿真軟件的突破，要實現多尺度、多物理場、全生命周期的仿真服務，同時要利用好工業物聯網和云計算技術，將電池的設計、仿真、制造以及使用過程中產生的海量工藝技術、工況數據形成數字化資產。
鋰電池仿真軟件不僅僅擔負著仿真驅動正向設計的功能，也是推動整體鋰電池領域研發數字化進程的重要力量。由獨立于上下游企業主體的第三方軟件公司驅動行業研發數字化、通過標準的流程、功能完善的仿真平臺帶動，實現上下游研發的網絡化協同。
目前國內已經出現一些鋰電池仿真軟件公司，如易來科得、屹艮科技、鴻陽智能、海仿科技等。
實現電池領域的多尺度多物理場耦合仿真道阻且長，需要多學科人才、知識積累乃至多個細分軟件工具的融合，參照COMSOL的發展歷程[35]（COMSOL產品發布歷程 (comsol.com)），這將會是一個長達20-30年的過程。
CAE仿真領域有不少開源軟件，鋰電池仿真領域就有TauFactor、OpenPNM等開源軟件。關于開源是否能夠加速國產CAE仿真軟件的發展，也曾被多次討論過，這里簡要表達我們對工業仿真軟件領域開源的看法：
軟件開源能否提高國產工業軟件迭代升級、向歐美成熟工業軟件追趕的速度？
我們目前認為是不能。一般基礎軟件通過開源獲取技術迭代助力的邏輯并不適用于工業軟件。首先，工業軟件的底層核心在于基礎理論和數值算法，這兩方面的理論突破和算法創新才能從根本上實現工業軟件的技術突破，很難通過無數軟件開發人員的使用、貢獻代碼來提高CAE軟件的性能，比如仿真計算速度更快、收斂更好、精度更高。
其次，仿真軟件并不是一個互聯網研發編寫程序時需要用到的基礎軟件，而是一個受眾面相對較小的專用軟件，并且仿真軟件代碼編寫的門檻很高，通過開源無法像互聯網開源基礎軟件獲得很多程序員的開發助力。
此外，互聯網基礎軟件通過源代碼開源吸引廣大的開發者，這些開發者多數也會轉變為客戶，意味著基礎軟件的開源本身就是一種營銷手段，開源基礎軟件無需付出高昂的銷售成本就可以獲得大量的用戶。但是對于工業軟件來說，代碼開源并不意味著工程師就會使用這款軟件甚至成為付費用戶。由于制造業的行業屬性，工程師需要選擇穩定性更好、仿真質量更佳的軟件，免費并不能構成一個富有競爭力的因素。
從技術研發角度看，如果前處理和求解器部分采用開源軟件，相當于將技術核心命脈交在了別人手中，技術體系的更新完全依賴于開源軟件的迭代升級。
從產品功能角度看，工業軟件需要具備高可靠性和優異性能，并能與實際工程應用場景深度結合。開源軟件通常自身性能和穩定性較低，一旦面對整體非常復雜的大型模型仿真，使用開源軟件很可能出現計算不容易收斂或者求解速度過慢等問題。此外，開源軟件通常缺乏大量的實際應用案例和幫助文檔，可能無法回應仿真工程師的實際需求[36]。
從軟件架構角度看，如果在某些功能模塊采用開源軟件（組件），也可能會出現架構耦合上的問題，軟件升級后也會涉及和其他功能模塊協同的問題，甚至會需要調整開源軟件的架構，如此一來需要投入很多研發資源，結果可能得不償失，還不如一開始就選擇自主研發。
自主開發才是正途。這是一條少有人走的路?；蛴衅髽I在開源軟件基礎上二次開發，套上一層殼就宣稱自己是國產替代。這種做法只是看上去在走捷徑，實際上是選擇依附在其他公司的技術體系內，企業并未形成基于自身實際經驗的產品原始研發能力。只有當企業以自主研發理念創新、性能先進的商業產品為目標時，企業才可能產生更強的創新動力和學習能力，才能在自主開發產品中突破技術瓶頸、逐漸掌握工業軟件的研發能力。
自主開發也不意味著完完全全從頭做起，除底層技術需要自身突破外，部分非核心軟件模塊可以考慮采用已經非常成熟的商業開發工具，比如GUI組件和圖形渲染方面。在軟件生態上也要加強合作，開放仿真上下游的第三方軟件API接口，做好數據兼容，進一步增強軟件的易用性和包容性，融入現有的設計仿真工具鏈中，降低工程師的軟件使用成本。
文章來源：新能源熱管理技術
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