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# モデル

> オプションとバージョン固定を備えた再利用可能な PyBaMM モデル設定（SPM、SPMe、DFN）を作成し、バッテリーシミュレーションに使用します

Ionworks における **モデル (Model)** は、バッテリーの挙動をシミュレートするために使用される構造と方程式を定義する数学モデル設定です。モデルは次を指定します:

* **PyBaMM モデルタイプ**: 基礎となる数学モデル（例: `SPM`、`SPMe`、`DFN`）
* **モデルオプション**: モデルの挙動を変更する設定オプション
* **PyBaMM バージョン**: モデル作成時の現在の PyBaMM バージョンに自動設定されます（ユーザーが指定することはできません）
* **セル互換性**: モデルがフルセル、ハーフセル、またはその両方で動作するかどうか

モデルは再利用可能です。複数の[パラメータ化モデル](/ja/build/parameterized-models)が同じモデル設定を参照できます。これにより、モデル設定を重複させることなく、同じ数学モデルに対して異なるパラメータセットを作成できます。

<Note>
  **モデルは不変**

  モデルが作成され、パラメータ化モデルまたはシミュレーションで使用されると、その設定（PyBaMM モデルタイプ、オプション、バージョン）は変更できません。これにより、再現性が確保され、パラメータ化モデルとシミュレーションは使用された正確なモデルバージョンに永続的にリンクされます。

  モデルの設定を変更するには、新しいモデルを作成する必要があります。作成後に更新できるのは名前と説明のみです。
</Note>

### モデルの作成

モデルは 2 つの方法で作成できます:

1. **システムモデルを使用する**: Ionworks は、一般的な PyBaMM モデルタイプ（SPM、SPMe、DFN）のフルセル・ハーフセル構成について、事前に作成されたシステムモデルを提供します。これらはすべてのユーザーが利用でき、ほとんどのユースケースで推奨される出発点です。

2. **カスタムモデルを作成する**: 特定の設定とオプションを持つカスタムモデルを作成できます。モデルオプションをカスタマイズする必要がある場合に便利です。

<Info>
  **システムモデル**: 組織内のモデルを一覧表示すると、Ionworks は自動的にシステムモデルを含めます。次のものが含まれます: - **フルセル**: SPM、SPMe、DFN、LumpedSPMR、LumpedSPMeR、ECM、ブレンド（2 相）負極用の **SPM Composite**、**SPMe Composite**、**DFN Composite** - **ハーフセル**: SPM、SPMe、DFN、ECM。これらのシステムモデルを独自に作成せずに直接使用できます。
</Info>

### 利用可能なモデルタイプ

Ionworks はいくつかの電気化学モデルをサポートし、それぞれが異なるレベルの詳細度と計算複雑度を提供します:

#### PyBaMM 標準モデル

**SPM (Single Particle Model)**
: 各電極を単一の平均サイズの球状粒子として表現する最も単純なモデル。粒子内の固相拡散に焦点を当て、電解質濃度と電位は均一であると仮定し、電解質ダイナミクスを無視します。このモデルは計算効率が高く、電解質変動が小さいアプリケーションに適しています。

**SPMe (Single Particle Model with Electrolyte)**
: SPM を拡張し電解質ダイナミクスを取り入れ、セル全体の電解質濃度と電位の変動を考慮します。この拡張により、特に電解質効果が顕著な条件下で、バッテリー挙動のより正確な表現が得られます。SPMe は計算効率と改善された精度のバランスをとります。

**DFN (Doyle-Fuller-Newman Model)**
: 各電極内の複数の球状粒子、固相拡散、電解質ダイナミクス、Butler-Volmer 速度論を考慮する最も包括的なモデル。この詳細なアプローチは、バッテリー内の複雑な相互作用を捉えますが、より多くの計算リソースを必要とします。高精度と内部プロセスの詳細な理解を必要とするアプリケーションに最適です。

**SPM Composite、SPMe Composite、DFN Composite（フルセル）**
: 2 つの粒子相を持つ **コンポジット（ブレンド）負極** 用に構成された SPM、SPMe、DFN のバリアントです — 例えば、グラファイト + シリコン負極など。各モデルは次の PyBaMM オプションで作成されます:

```json theme={null}
{
  "particle phases": ["2", "1"],
  "open-circuit potential": [["single", "current sigmoid"], "single"],
  "particle mechanics": "swelling only"
}
```

セルが、二次相の current-sigmoid OCP と膨潤メカニクスを必要とするブレンド負極を持つ場合に、これらのシステムモデルを使用してください。標準フルセルモデルと同じカスタム変数（`Temperature [degC]`、`Anode potential [V]`、`Cathode potential [V]`）を共有するため、既存のパラメータ化モデル、最適化、検証は変更なしで動作します。

#### Ionworks モデル

**LumpedSPMR (Lumped Single Particle Model with Resistance)**
: 抵抗効果を含み、熱モデリングをサポートする拡張された単粒子モデル。このモデルは両方の電極を単一の球状粒子として表し、集中定数抵抗項を含みます。熱オプション（「isothermal」または「lumped」）と表面温度オプション（「ambient」または「lumped」）をサポートします。フルセル構成のみ利用可能です。

**LumpedSPMeR (Lumped Single Particle Model with Electrolyte and Resistance)**
: LumpedSPMR を拡張して電解質ダイナミクスを取り入れます。このモデルは、体積平均された電解質方程式に対する tanks-in-series アプローチを用いて電解質濃度過電圧を加え、負極、セパレータ、正極領域にわたる濃度変動を考慮します。計算効率を維持しながら、電解質効果が顕著な条件で改善された精度を提供します。LumpedSPMR と同じ熱・表面温度オプションをサポートします。フルセル構成のみ利用可能です。

**ECM (Equivalent Circuit Model)**
: バッテリーを開回路電圧 (OCV) ソースと抵抗-容量 (RC) ペアを持つ等価電気回路として表現する回路ベースのモデル。このモデルは計算効率が非常に高く、制御アプリケーションやリアルタイムシミュレーションに有用です。設定可能な RC ペアと熱モデリングオプション（「isothermal」、「lumped」、「two-state」）をサポートします。フルセルおよびハーフセル構成の両方で利用可能です。

ECM は再構築された電極電位も出力として公開します（`Anode potential [V]` と `Cathode potential [V]`）。これは作用電極・対電極制御モード（例えば BioLogic の EWE（作用電極電圧）と ECE（対電極電圧）の制限）を再現するのに有用です。合計セル過電圧は **Anode overpotential fraction** パラメータ（`0` から `1`）を使って 2 つの電極間に分割されます。負極が非分極性参照電極（ハーフセル内の Li 金属対極など）の場合は `0` を、正極が非分極性参照電極の場合は `1` を使用します。中間の値は概算近似に過ぎません。

この出力を使用するには、パラメータセットでも `Anode open-circuit potential [V]` と `Cathode open-circuit potential [V]` を充電状態の関数として定義する必要があります。組み込みの化学系パラメータセット（例: `NMC/Graphite`、`LFP/Graphite`、`LFP/Li metal`）はこれらを自動的に設定します。[ECM パラメータ化](/ja/build/ecm-parameterization)ツールからの ECM フィットは、構成上 `Cathode potential − Anode potential = Voltage` となるよう、デフォルトで負極 = 0、正極 = OCV となります。

ECM はオプションの**スループットベースの劣化モデル**もサポートします: `"capacity"` および/または `"resistance scale"`（いずれもデフォルトは `"constant"`）を `"function"` に設定し、`(Q_throughput, time)` — 電流絶対値の累積積分 `∫|I| dt`（A·h）と経過シミュレーション時間（秒）— の関数として `Capacity [A.h]` および/または `R0` と各 `R_rc` に適用される倍率 `Resistance scale` を指定します。`ionworkspipeline` には「等価サイクルあたり X% 損失」というシンプルなモデル用に `iwp.models.linear_capacity_loss` と `iwp.models.linear_resistance_increase` が同梱されており、`"... per equivalent cycle [%]"` パラメータと組み合わせて使用します。これらは無制限（unbounded）なので、有界なモデルやカレンダー劣化モデルにはカスタム関数を書いてください。劣化を有効にしたソリューションは、追加の出力変数として `Capacity throughput [A.h]`（いずれかのオプションが `"function"` の場合）、`Capacity [A.h]`（`"capacity"` が `"function"` の場合）、`Resistance scale`（`"resistance scale"` が `"function"` の場合）を公開します — オプションが `"constant"` のまま変数を参照すると、デフォルト値が返るのではなく変数未登録のエラーになります。容量低下と抵抗増加の背後にある物理については[劣化の基礎知識](/ja/guide/batteries-101/degradation)を参照してください。

### モデルオプションと機能

モデルは、その挙動をカスタマイズするためのさまざまなオプションで設定できます:

* **熱モデリング**: 一部のモデルは「isothermal」（一定温度）、「lumped」（単一温度状態）、「two-state」の熱オプションをサポートします
* **表面温度**: LumpedSPMR と LumpedSPMeR は「ambient」または「lumped」表面温度モデリングをサポートします
* **RC ペア**: ECM は動的分極挙動を捉えるために設定可能な抵抗-容量 (RC) ペアをサポートします
* **パラメータ依存性**: ECM ではパラメータが SOC、電流、温度などの変数に依存できます
* **作用電極**: ハーフセル構成の PyBaMM 標準モデル（SPM、SPMe、DFN）は「positive」作用電極オプションを使用します

### モデルの編集

**モデル** は名前と説明を更新できますが、作成後にモデル設定（PyBaMM モデルタイプ、オプション、バージョン）を変更することはできません。この不変性により再現性が確保され、モデルを使用するパラメータ化モデルやシミュレーションは常に同じモデル設定を参照します。

モデルの設定を変更するには、新しいモデルを作成する必要があります。

<Note>
  [カスタム変数](/ja/build/custom-variables)を使って、摂氏温度や電極電位などの導出量を定義できます。
</Note>

### 次のステップ

モデルができたら、それをセル化学・設計に固有のパラメータと組み合わせて[パラメータ化モデル](/ja/build/parameterized-models)を作成できます。