目前鋰電池仿真模型主要為以Newman偽二維（P2D）模型為主的電化學(xué)模型、等效電路模型和熱電耦合模型這三大類，此外還包括電化學(xué)-力學(xué)耦合模型等。
其中以Newman偽二維（P2D）模型為代表的電化學(xué)模型主要用于電極與單體電芯的設(shè)計(jì)和性能仿真，通過一系列偏微分方程組來描述鋰離子電池內(nèi)部發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)，包括鋰離子固液兩相擴(kuò)散、電解質(zhì)中鋰離子的遷移、固液界面的電荷轉(zhuǎn)移等過程。P2D模型包括以下6個(gè)方程：

• 基于Fick第二定理的固相擴(kuò)散方程

• 液相擴(kuò)散方程

• 固相電勢(shì)方程

• 液相電勢(shì)方程

• 電荷守恒方程

• Bulter-Volmer動(dòng)力學(xué)方程

等效電路模型是將電池簡(jiǎn)化為電路網(wǎng)絡(luò)來描述電池，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)辨識(shí)復(fù)雜度和計(jì)算量小，是目前電池管理系統(tǒng)開發(fā)和電池在線狀態(tài)估計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的模型。
熱電耦合模型，是充分考慮了電池產(chǎn)熱溫度對(duì)電化學(xué)過程的影響，可以對(duì)電池電化學(xué)過程和性能進(jìn)行更精準(zhǔn)的模擬，可以用于電池單體、電池模組的熱管理仿真。
目前市場(chǎng)上的鋰電池仿真軟件內(nèi)置的機(jī)理模型大都包括以上三種仿真模型。主流的仿真軟件包括COMSOL、Autolion、西門子的BDS和star-CCM+、達(dá)索的Abaqus以及ANSYS Fluent。下面將簡(jiǎn)要介紹這些軟件。
COMSOL
COMSOL是一款可以實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)耦合仿真的軟件，電化學(xué)建模方式包括基于均質(zhì)多孔電極結(jié)構(gòu)的模型和基于非均質(zhì)的模型，可以建立從零維到三維的電化學(xué)模型（或者稱之為準(zhǔn)三維模型），可以建立從極片級(jí)別到電芯級(jí)別到模組級(jí)別甚至到系統(tǒng)級(jí)別的仿真，并且可以和溫度場(chǎng)、流場(chǎng)耦合，同時(shí)軟件也包括了等效電路模型。
值得一提的是，COMSOL軟件具有自定義控制方程的功能，這對(duì)于做鋰電池的仿真是很有必要的，比如容量衰減機(jī)理目前可能還沒有一些定論，沒有非常標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突蛘叻匠棠Ｐ腿ッ枋鲞@個(gè)過程，這時(shí)仿真人員可以根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)或者查閱文獻(xiàn)自定義添加修改控制方程進(jìn)行仿真求解[1]。

Autolion
該軟件原先屬于EC Power公司，后被Gamma Technologies公司收購(gòu)。EC Power創(chuàng)始人王朝陽(yáng)博士是賓夕法尼亞州立大學(xué)終身講座教授，目前正在研究鋰電池驅(qū)動(dòng)的飛行汽車。AutoLion建模方式包括了經(jīng)典的電化學(xué)模型、等效電路模型，同時(shí)還提供一個(gè)電化學(xué)-力耦合的膨脹模型，該模型能夠預(yù)測(cè)電池因活性顆粒材料在鋰化過程中產(chǎn)生膨脹導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力變化的情況。AutoLion還配置了電化學(xué)材料數(shù)據(jù)庫(kù)，以此減輕實(shí)驗(yàn)室測(cè)試電化學(xué)性能的負(fù)擔(dān)。
BDS及STAR-CCM+

Battery Design Studio簡(jiǎn)稱BDS，BDS是一款電芯設(shè)計(jì)軟件。BDS的特點(diǎn)是，在電極層面支持輸入基于SEM掃描重構(gòu)幾何模型和隨機(jī)構(gòu)建的虛擬幾何建模，
同時(shí)BDS還可以與STAR-CCM+中的BSM模塊聯(lián)合實(shí)現(xiàn)電化學(xué)和流/固體傳熱的雙向強(qiáng)耦合分析，可以用于涂布輥壓工藝仿真和熱管理仿真。STAR-CCM+的流體仿真功能也支持模組和系統(tǒng)級(jí)別的設(shè)計(jì)需求。
與COMSOL不同的是，BDS不支持用戶自定義修改控制方程，模型是固定好的，所以對(duì)于鋰電池這個(gè)機(jī)理模型還在不斷發(fā)展的領(lǐng)域來說，用戶使用的友好度和適用性就相對(duì)弱了一些。
達(dá)索

達(dá)索由于過往收購(gòu)的工業(yè)仿真軟件很多，因此能拿出來很多不同軟件形成一套從電芯到模組到系統(tǒng)級(jí)別的仿真解決方案。電芯設(shè)計(jì)方面是由Abaqus支持，Abaqus最新版本中的電化學(xué)模型是基于擴(kuò)展的三維多孔電極理論 Porous Electrode Theory（PET） Newman本構(gòu)模型。Abaqus本身在結(jié)構(gòu)物理場(chǎng)上優(yōu)勢(shì)也在鋰電池仿真中加以應(yīng)用，可以通過熱-電化學(xué)-結(jié)構(gòu)多物理場(chǎng)耦合來對(duì)電芯3D模型的熱電化學(xué)結(jié)構(gòu)特性提供定量的仿真模擬，預(yù)測(cè)電芯的溫度、電流、變形之間的耦合效應(yīng)，避免電芯變形過大造成內(nèi)部短路，還可以對(duì)電池模組、電池包的振動(dòng)和沖擊、跌落進(jìn)行分析。PowerFLOW可以對(duì)動(dòng)力電池的熱管理問題進(jìn)行瞬態(tài)精確模擬。
ANSYS

ANSYS強(qiáng)項(xiàng)在結(jié)構(gòu)力學(xué)和熱管理的流體仿真，對(duì)于電芯本身的電化學(xué)反應(yīng)仿真能力相對(duì)而言較為薄弱，沒有提供獨(dú)立的電芯仿真軟件。在流體仿真用于熱管理方面，ANSYS可以提供ROM降階模型以縮短仿真計(jì)算時(shí)間，精度與經(jīng)典的三維CFD方法接近，對(duì)于設(shè)計(jì)控制策略和開發(fā)BMS系統(tǒng)有較大幫助。
小結(jié)：總體上看，現(xiàn)有電池仿真軟件仿真覆蓋的尺度多集中在電芯及模組系統(tǒng)方面，對(duì)于電化學(xué)過程的仿真能力上存在一定的瓶頸，在業(yè)界部分設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中很難提供有效的指導(dǎo)，而突破這些瓶頸需要結(jié)合鋰電池電化學(xué)模型的理論創(chuàng)新來實(shí)現(xiàn)。