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セル仕様

セル仕様 (Cell Specification) は、Ionworks におけるセルの設計図です。セルの基本的なプロパティを定義し、その設計と特性の中心的な記録として機能します。扱っている特定のタイプのセルのマスターテンプレートと考えてください。データシートに記載されているような情報です。 すべての実験データとシミュレーションは、最終的にセル仕様にリンクされます。特定のセル化学と設計に関連するすべての情報を整理するための主要なコンテナとして機能します。

主なプロパティ

セル仕様を作成するときに、次の項目を定義します: 基本情報
  • Name - セル仕様の一意でわかりやすい名前
  • Form Factor - 物理形状(例: R2032、18650、21700、パウチ、角型)
  • Manufacturer - セルを組み立て・製造した者
電気的定格
  • Capacity - 定格容量(例: 5 Ah)。シミュレーションで C レートを電流に変換するために使用されます。
  • Voltage Min/Max - 動作電圧上下限。シミュレーションのデフォルトカットオフとして使用されます。
  • Nominal Voltage - 公称セル電圧(任意)
  • Energy - 定格エネルギー(任意)
  • Energy Density - 重量および/または体積エネルギー密度(任意)
  • Max Charge/Discharge Rates - 最大 C レート(任意)
構成要素
  • Anode - 負極材料とプロパティ
  • Cathode - 正極材料とプロパティ
  • Electrolyte - 電解液材料とプロパティ
  • Separator - セパレーター材料とプロパティ
  • Case - ケース種別とプロパティ
ソース/来歴
  • DOI - 参考論文のデジタルオブジェクト識別子
  • Citation - 出版物の引用
  • Creator - データ作成者の名前と ORCID
  • License - データライセンス
追加フィールド
  • Properties - カスタムの非電気的プロパティ(寸法、組み立て方法など)
  • Notes - セルに関する自由形式のメモ

電極ジオメトリ(ティアダウンデータ)

電極ジオメトリ — 層の厚み、空隙率、粒子半径、活物質体積分率、最大濃度 — は、測定ではなくセル仕様に保存される設計メタデータです。これらの値は、仕様にリンクされたコンポーネントレコード(anodecathodeelectrolyteseparatorcase)と、特定のコンポーネントに紐付かない設計レベルの値を保持する仕様レベルの properties フィールドに格納されます。

必要になる場面

ジオメトリは、モデルをまとめられた量ではなく物理的な構成要素でパラメータ化するために必要です。Doyle–Fuller–Newman(DFN) および 電解液を含む単一粒子モデル(SPMe) の方程式は、層厚み・空隙率・粒子半径といった構成要素で書かれているため、これらの値は構造的な入力になります。欠けているとモデルを組み立てられず、ソルブを実行する前にビルド時にエラーが発生します。 ジオメトリは物理の詳細さを買うものではありません。Ionworks の集中定数モデル(LumpedSPMRLumpedSPMeRSingleElectrodeLumpedSPMR)は同じ単一粒子の物理を解きますが、電極容量・拡散時定数・集中定数抵抗 — セルレベルの充放電データだけで同定できる量 — でパラメータ化されています。ジオメトリのない仕様でも、これらのモデルと ECM は、構成要素で問われない限りどの問いにも十分な精度で答えられます。ジオメトリが追加するのは、構成要素で問う能力です。粒子がもっと小さかったら、塗工がもっと厚かったら、N/P 比が違ったら? 実用的なチェック方法: 仕様のコンポーネントレコードがすべて未設定で properties が空であれば、その仕様はプラットフォーム上にジオメトリを持たないものとして扱い、DFN/SPMe シミュレーションはビルドに失敗します。修正方法は別の測定を追加することではなく、仕様にジオメトリを付与することです(下記参照)。

データの出所

モデルが必要とするのは数値そのものだけで、どのように得られたかは問いません。有効な出所には次のものがあります:
  • 実際のセルのティアダウン
  • 直接の計測(ノギス/マイクロメーターによる厚み測定、水銀ポロシメトリー、SEM による粒子径測定)
  • ベンダーのデータシート
  • 同等化学に関する公開文献
下流の利用者がその値が実測か仮定かを判断できるよう、各コンポーネントの properties 内に(たとえば source キーとして)出所と信頼度を値と一緒に記録してください。

仕様へのジオメトリの付与

ジオメトリは、仕様のコンポーネントを更新することで付与します。Quantity 辞書({"value": ..., "unit": ...})と人間が読みやすい単位を使用してください — umpercentmmmol.m-3 などはすべて自動的に解釈されます。単位は PyBaMM 記法(符号付き整数の指数を持つ . 区切りのアトム)を使用します。mol/m**3 のような Pint 形式の文字列も受け付けられ、PyBaMM 記法に正規化されます。
更新後、仕様の anode_idcathode_idseparator_id が設定され、その仕様からパラメータを解決する任意のパラメータ化モデルでジオメトリを利用できるようになります。
仕様に付与されたジオメトリは設計目標を表します。特定の物理セルがその設計から逸脱する場合(たとえば特定ロットで実測された電極ローディング)は、その逸脱をセルインスタンスの measured_properties に記録してください。データのアップロードを参照してください。

デフォルトのパラメータ化モデル

各セル仕様は、そのセル仕様に紐づくパラメータ化モデルのうち 1 つを、その仕様のデフォルトモデルとして指定できます。仕様に対して自然に使用するパラメータ化モデルを選ぶ場面(たとえば、仕様の詳細ページを開いたときや、そのセルから新しいシミュレーションを開始するとき)では、下流のワークフローや UI がこのデフォルトを起点として扱います。 デフォルトは自動的に設定されます。仕様に対して最初に作成されたパラメータ化モデル(API 経由でも ECM フィッティング経由でも)が、その仕様のデフォルトになります。すでにデフォルトが設定されている場合、その後に作成しても既存の値を上書きしません。デフォルトは、仕様のParameterized modelsタブ、パラメータ化モデルの詳細ページ、または API からいつでも変更(または解除)できます。

UI からデフォルトを設定する

  • セル仕様のParameterized modelsタブでは、現在のデフォルトの行にDefaultチップが表示されます。別の行の 3 点メニューを開き、Set as defaultをクリックするとチップが移動します。
  • パラメータ化モデルの詳細ページでは、デフォルトのモデルにはヘッダーにDefault modelバッジが表示されます。デフォルトでないモデルには、同じ位置にSet as defaultボタンが表示されます。

API からデフォルトを設定する

仕様のパラメータ化モデルのいずれかの ID を渡して仕様を更新します。指定するパラメータ化モデルはその仕様に属している必要があり、他仕様のモデルを指定するとサービス側で 400 エラーになります。
デフォルトを解除するには None(JSON では null)を渡します:
現在のデフォルトは仕様の default_parameterized_model_id として取得でき、未設定の場合は None です。
デフォルトのパラメータ化モデルが削除された場合、仕様の default_parameterized_model_id は自動的にクリアされます。削除前に手動で解除する必要はありません。

プロジェクトへの所属

各セル仕様は、組織内の 1 つのプロジェクトに属します。その仕様から派生するセルインスタンス、測定データ、パラメータ化モデルはすべて同じプロジェクト内に存在します。 仕様の電極、電解液、セパレータ、ケースの コンポーネント と、それらが参照する 材料 も同じプロジェクトにスコープされます。あるプロジェクトの仕様でコンポーネントやその材料を編集しても、名前・製造元・製品 ID が同じであっても、別プロジェクトのコピーが変更されることはありません。
同じセル設計を別のプロジェクトで使用したい場合は、そのプロジェクト内で新しいセル仕様を作成してください。そのコンポーネントと材料は、新しいプロジェクト内の独立したコピーになります。これにより、各プロジェクトのセルデータ、測定値、パラメータ化モデルがそのプロジェクトに明確にスコープされます。
プロジェクトを持たないコンポーネントや材料 — セル仕様を経由せず直接作成されたもの、またはプロジェクトごとのスコープ導入以前から存在するもの — は組織全体で共有されたままです。異なるプロジェクトの仕様がこれらの共有レコードを参照している場合、編集するとそれを参照するすべての仕様に影響します。

次のステップ

  • セルの実験データをアップロードする — データの概要を参照
  • シミュレーションのための数学的フレームワークを定義するモデルについて学ぶ
  • すぐに実行可能なシミュレーションエンジンを作成するパラメータ化モデルを試す