WO2021085433A1

WO2021085433A1 - 蓄電池管理装置、蓄電池システム、及び蓄電池管理方法

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Publication number: WO2021085433A1
Application number: PCT/JP2020/040304
Authority: WO
Inventors: 剛至久保谷; 悠有希小田; 三島　洋光; 雅博馬場
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2021-05-06
Anticipated expiration: 2022-04-29
Also published as: US20220390523A1; EP4053967A1; CN114616740B; EP4053967A4; JP7387754B2; US12571850B2; JPWO2021085433A1; CN114616740A

Abstract

蓄電池管理装置は、制御部を備える。制御部は、対象期間において、蓄電池に流れる電流値、蓄電池の温度、及び蓄電池の充電率を取得する。制御部は、電流値及び充電率に基づいて、対象期間における蓄電池の動作モードを判定する。制御部は、動作モード及び温度に基づいて、対象期間における蓄電池の劣化度を推定する。

Description

蓄電池管理装置、蓄電池システム、及び蓄電池管理方法

関連出願の相互参照

　本出願は、２０１９年１０月２９日に日本国に特許出願された特願２０１９－１９６６９６の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。

　本開示は、蓄電池管理装置、蓄電池システム、及び蓄電池管理方法に関する。

　従来、蓄電池を管理するために、蓄電池の劣化状態を把握する技術が知られている。例えば、特許文献１には、蓄電池を満充電にした後に完全放電させて、その間の放電電力量を測定することで、蓄電池の劣化状態の指標である劣化度（ＳＯＨ：State of Health）を測定する技術が開示されている。

特開２０１７－０３４８１４号公報

　本開示の実施形態に係る蓄電池管理装置は、制御部を備える。前記制御部は、対象期間において、蓄電池に流れる電流値、前記蓄電池の温度、及び前記蓄電池の充電率を取得する。前記制御部は、前記電流値及び前記充電率に基づいて、前記対象期間における前記蓄電池の動作モードを判定する。前記制御部は、前記動作モード及び前記温度に基づいて、前記対象期間における前記蓄電池の劣化度を推定する。

　本開示の実施形態に係る蓄電池システムは、蓄電池と、制御部を備える蓄電池管理装置とを含む。前記制御部は、対象期間において、前記蓄電池に流れる電流値、前記蓄電池の温度、及び前記蓄電池の充電率を取得する。前記制御部は、前記電流値及び前記充電率に基づいて、前記対象期間における前記蓄電池の動作モードを判定する。前記制御部は、前記動作モード及び前記温度に基づいて、前記対象期間における前記蓄電池の劣化度を推定する。

　本開示の実施形態に係る蓄電池管理方法は、制御部を有する蓄電池管理装置が実行する蓄電池管理方法である。前記蓄電池管理方法は、前記制御部が、対象期間において、蓄電池に流れる電流値、前記蓄電池の温度、及び前記蓄電池の充電率を取得するステップを含む。前記蓄電池管理方法は、前記制御部が、前記電流値及び前記充電率に基づいて、前記対象期間における前記蓄電池の動作モードを判定するステップを含む。前記蓄電池管理方法は、前記制御部が、前記動作モード及び前記温度に基づいて、前記対象期間における前記蓄電池の劣化度を推定するステップを含む。

本開示の一実施形態に係る蓄電池システムの概略構成図である。図１に記載の蓄電池管理装置の処理の一例のフロー図である。図２に記載の処理の一部分を詳細化したフロー図である。図２に記載の処理の他の部分を詳細化したフロー図である。蓄電池の時間経過による充電率の変化の一例を示す図である。複数の運転モードの例を示す図である。蓄電池を動作させる動作モード及び温度の条件と、蓄電池の劣化度の推定に用いられる情報との対応関係の一例を示す図である。蓄電池を動作させる動作モード及び温度の条件と、蓄電池の劣化度の推定に用いられる情報との対応関係の他の例を示す図である。

　完全放電による蓄電池の劣化度の測定は、一般的に、蓄電池を「劣化度測定モード」のような専用の動作状態で動作させることが求められる。かかる場合、蓄電池の劣化度の測定中には、充電等の蓄電池の使用が制限されてしまう。このため、蓄電池を専用の動作状態で動作させることなく取得した情報に基づいて、蓄電池の劣化度を推定することで、蓄電池を管理する技術の有用性を向上させることが求められている。

　かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、蓄電池を管理する技術の有用性を向上させる、蓄電池管理装置、蓄電池システム、及び蓄電池管理方法を提供することである。

　以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して説明する。

　各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付している。本実施形態の説明において、同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。

（蓄電池システムの構成）
　図１は、本開示の一実施形態に係る蓄電池システム１の一例を示す概略構成図である。蓄電池システム１は、パワーコンディショナ２と、蓄電池３と、電流センサ４と、温度センサ５と、電圧センサ６と、蓄電池管理装置７とを含む。パワーコンディショナ２は、ＰＣＳ（Power Conditioning System）とも称される。蓄電池管理装置７は、ＢＭＳ（Buttery Management System）とも称される。蓄電池システム１において、蓄電池３は、パワーコンディショナ２を介して、電力系統８及び負荷９等、蓄電池システム１の外部に接続される。これにより、蓄電池システム１は、蓄電池３に充電された電力を電力系統８及び負荷９等に供給することができる。或いは、蓄電池システム１は、電力系統８等から供給された電力を蓄電池３に充電することができる。

　図１において破線で示されるように、パワーコンディショナ２、蓄電池３、電流センサ４、温度センサ５、電圧センサ６、及び蓄電池管理装置７は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等のネットワークを介して、有線又は無線により互いに通信可能に接続されている。本実施形態では、図１に示されるとおり、蓄電池システム１が、パワーコンディショナ２、蓄電池３、電流センサ４、温度センサ５、電圧センサ６、及び蓄電池管理装置７をそれぞれ１つずつ含んでいるものとして説明するが、これらの数はそれぞれ任意の数とされてもよい。

　パワーコンディショナ２は、蓄電池３から外部に放電される直流電力を交流電力に変換し、或いは外部から蓄電池３に供給される交流電力を直流電力に変換する。

　蓄電池３は、例えば、リチウムイオン電池などの充放電可能な電池である。蓄電池３は、１つ以上のセル３１で構成された蓄電池モジュール３２を備える。蓄電池３は、蓄電池モジュール３２を構成するセル３１に蓄電し、或いはセル３１から放電することができる。本実施形態では、蓄電池モジュール３２において、複数のセル３１が直列に接続されているものとして説明するが、セル３１は並列に接続されていてもよい。また、蓄電池３において、複数の蓄電池モジュール３２が直列または並列に接続されていてもよい。

　電流センサ４は、蓄電池３に流れる電流値を計測する。蓄電池３に流れる電流値は、蓄電池３に入力される電流値、及び蓄電池３から出力される電流値の少なくとも一方を含む。電流センサ４は、測定した電流値を、蓄電池３に流れる電流値として、例えば、蓄電池管理装置７等に送信する。本実施形態では、電流センサ４は、蓄電池モジュール３２の一方の端子と直列に接続されている。ただし、電流センサ４は、蓄電池モジュール３２の一方の端子に限られず、蓄電池３に流れる電流値を計測可能な任意の位置に接続されていてもよい。

　温度センサ５は、蓄電池３の温度を計測する。温度センサ５は、測定した温度を、蓄電池３の温度として、例えば、蓄電池管理装置７等に送信する。本実施形態では、温度センサ５は、蓄電池モジュール３２の一方の端子の外面に設置されている。ただし、温度センサ５は、蓄電池モジュール３２の一方の端子の外面に限られず、蓄電池３の温度を計測可能な任意の位置に設置されていてもよい。

　電圧センサ６は、蓄電池３の電圧値を計測する。電圧センサ６は、測定した電圧値を、蓄電池３の電圧値として、例えば、蓄電池管理装置７等に送信する。蓄電池３の電圧値には、例えば、充電中又は放電中の電圧値、又は電流が流れていない状態での開放電圧の値等が含まれる。本実施形態では、電圧センサ６は、蓄電池モジュール３２の両端子と並列に接続されている。ただし、電圧センサ６は、蓄電池モジュール３２の両端子に限られず、蓄電池３の電圧値を計測可能な任意の位置に設置されていてもよい。

　蓄電池管理装置７は、蓄電池３を管理する。蓄電池管理装置７は、例えば、蓄電池３の、電源のオン又はオフ、或いは蓄電池３から蓄電池管理装置７への情報の送信等の制御を行う。

　本開示の一実施形態に係る蓄電池システム１において、蓄電池管理装置７は、電流センサ４、温度センサ５、及び電圧センサ６等と通信を行い、蓄電池３に流れる電流値、蓄電池３の温度、及び蓄電池３の充電率を取得する。蓄電池管理装置７は、取得した蓄電池３の電流値、温度、及び充電率に基づいて、蓄電池の動作モードを判定して、劣化度を推定する。このように、蓄電池３を専用の動作状態で動作させることなく取得した情報に基づいて、蓄電池３の劣化度を推定することで、蓄電池３を管理する技術の有用性が向上する。

　蓄電池３の劣化度は、ＳＯＨ（State of Health）を用いて表される。ＳＯＨは、設計容量（ＤＣ：Design Capacity）に対する現在の満充電容量（ＦＣＣ：Full Charge Capacity）の比（％）である。設計容量は、例えば、蓄電池３の製造業者が定めた、蓄電池３の満充電容量の初期値であってもよい。蓄電池３の充電率は、ＳＯＣ（States of Charge）を用いて表される。ＳＯＣは、現在の満充電容量に対する現在の充電量の比（％）である。

　また、本開示では、以下の説明において、蓄電池３の動作状態は、動作モードとも称される。蓄電池３の動作モードには、例えば、蓄電池３が充放電を行う動作状態である、運転モード、及び電力を保持する動作状態である、保持モードが含まれる。蓄電池３の動作モードには、運転モード及び保持モードに加えて、例えば、蓄電池３の劣化度を計測するための専用の動作状態である、劣化度測定モード等が含まれていてもよい。

（蓄電池管理装置の構成）
　図１を参照して、本実施形態に係る蓄電池管理装置７の概略構成を説明する。図１に示すように、蓄電池管理装置７は、制御部７１、通信部７２、記憶部７３、出力部７４、及び入力部７５を備える。制御部７１、通信部７２、記憶部７３、出力部７４、及び入力部７５は、有線又は無線で互いに通信可能に接続されている。

　制御部７１は、１つ以上のプロセッサを含む。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の汎用のプロセッサ、又は特定の処理に特化した専用のプロセッサ等であってもよい。制御部７１は、プロセッサに限られず、１つ以上の専用回路を含んでもよい。専用回路は、例えば、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）であってもよい。制御部７１は、蓄電池管理装置７の機能を実現するために、上述した、通信部７２、記憶部７３、出力部７４、及び入力部７５を制御する。制御部７１が行う本実施形態に特徴的な制御については、さらに後述する。

　通信部７２は、１つ以上の通信モジュールを含む。通信モジュールは、例えば、ＣＡＮ通信モジュール、有線ＬＡＮ（Local Area Network）通信モジュール又は無線ＬＡＮ通信モジュール等である。本実施形態において、蓄電池管理装置７は、通信部７２を介して、蓄電池システム１に含まれるパワーコンディショナ２、蓄電池３、電流センサ４、温度センサ５、及び電圧センサ６等と通信を行うことができる。

　記憶部７３は、例えば半導体メモリ、磁気メモリ、又は光メモリ等である。記憶部７３は、例えば主記憶装置、補助記憶装置として機能する。記憶部７３は、制御部７１に含まれるプロセッサのキャッシュメモリ等であってもよい。記憶部７３は、揮発性の記憶装置であってもよく、不揮発性の記憶装置であってもよい。記憶部７３は、蓄電池管理装置７の機能を実現するための、システムプログラム、アプリケーションプログラム、組み込みソフトウェア、及び情報等を記憶する。

　出力部７４は、画像及び音等で情報を出力する。出力部７４は、例えばディスプレイ及びスピーカー等の出力装置を含む。

　入力部７５は、入力操作を受け付ける。入力部７５は、例えばタッチパネル及びリモートコントローラ等の入力装置を含む。

（蓄電池管理装置の処理例）
　図２、図３、及び図４を参照して、本実施形態に係る蓄電池管理装置７が実行する、蓄電池３の劣化度を推定する処理の一例を説明する。本処理は、本実施形態に係る蓄電池管理方法に相当する。図２には、蓄電池管理装置７の処理の一例のフロー図が示されている。図３には、図２に示される蓄電池管理装置７の処理の一部分を詳細化したフロー図が示されている。図４には、図２に示される蓄電池管理装置７の処理の他の部分を詳細化したフロー図が示されている。

　図２を参照すると、ステップＳ１０１において、制御部７１は、本処理に必要な初期化を行う。

　具体的には、制御部７１は、記憶部７３に記憶された、蓄電池３の充電率の初期値と、劣化度の初期値と、を取得する。充電率の初期値及び劣化度の初期値は、それぞれ本処理の開始時点における蓄電池３の充電率及び劣化度とされる値である。蓄電池３の充電率の初期値及び劣化度の初期値は、以前に実施された本処理と同一の処理により算出された蓄電池３の充電率及び劣化度である。制御部７１は、本処理と同一の処理により算出された値に代えて、例えば、蓄電池３を専用の動作状態で動作させて計測した蓄電池３の充電率の実測値及び劣化度の実測値等を蓄電池３の充電率の初期値及び劣化度の初期値としてもよい。

　さらに、制御部７１は、本処理における蓄電池３の劣化度の推定が行われる対象期間を開始する。具体的には、制御部７１は、現在の日時を、本処理における蓄電池３の劣化度の推定が行われる対象期間の開始日時として、記憶部７３に記憶する。以下、本処理における蓄電池３の劣化度の推定が行われる対象期間は、単に「対象期間」とも称される。

　ステップＳ１０２において、制御部７１は、蓄電池３に流れる電流値、蓄電池３の温度、及び蓄電池３の充電率を取得する。

　具体的には、制御部７１は、通信部７２を介して、電流センサ４と通信を行い、電流センサ４により例えば１秒間隔で計測された電流値を、蓄電池３に流れる電流値として受信する。また、制御部７１は、通信部７２を介して、温度センサ５と通信を行い、温度センサ５によって例えば１秒間隔で計測された温度を、蓄電池３の温度として受信する。さらに、制御部７１は、例えば電流積算法によって、充電率の初期値と、受信した蓄電池３に流れる電流値とに基づいて、蓄電池３の充電率を算出する。制御部７１は、これらの蓄電池３の電流値、温度、及び充電率を、対象期間において取得された蓄電池３の電流値、温度、及び充電率の情報として記憶部７３に記憶する。

　制御部７１が、蓄電池３に流れる電流値、蓄電池３の温度、及び蓄電池３の充電率を取得する方法は上述した例に限られない。例えば、制御部７１は、電圧センサ６と通信を行い、蓄電池３の開放電圧の値に基づいて、蓄電池３の充電率を算出してもよい。

　制御部７１は、対象期間において取得された情報が既に記憶部７３に記憶されている場合には、新たに取得された蓄電池３の電流値、温度、及び充電率を、対象期間において取得された情報に追加する。制御部７１は、取得された蓄電池３の電流値、温度、及び充電率の生データをそのまま記憶部７３に記憶してもよく、或いは取得された蓄電池３の電流値、温度、及び充電率の、一定期間ごとの（例えば１時間ごとの）平均値又は代表値等を記憶してもよい。

　ステップＳ１０３－１及びステップＳ１０３－２において、制御部７１は、所定のタイミングで、蓄電池３が満充電であるか、又は蓄電池３が満充電にならずに所定期間が経過したかを判定する。

　具体的には、ステップＳ１０３－１において、制御部７１は、所定のタイミングで、取得した蓄電池３の充電率に基づいて、蓄電池３が満充電であるか否かを判定する。本実施形態において、所定のタイミングは、例えば１時間間隔の、定期的に繰り返されるタイミングとされる。しかしながら、所定のタイミングは、１時間間隔に限られず、任意の時間間隔で定期的に繰り返されてもよく、或いは、非定期的に繰り返されてもよい。蓄電池３が満充電ではないと判定された場合（ステップＳ１０３－１－Ｎｏ）、制御部７１は、ステップＳ１０３－２において、更に、満充電にならずに所定期間が経過したか否かを判定する。本実施例では、所定期間は、例えば１週間とされる。制御部７１は、記憶部７３に記憶された対象期間の開始日時からの経過時間が、所定期間以上であるか否かを判定する。蓄電池３が満充電ではない、且つ対象期間の開始日時から所定期間が経過していないと判定された場合（ステップＳ１０３－２－Ｎｏ）、制御部７１は、ステップＳ１０２の処理を繰り返し実行する。

　蓄電池３が満充電であると判定された場合（ステップＳ１０３－１－Ｙｅｓ）、又は蓄電池３が満充電にならずに所定期間が経過したと判定された場合（ステップＳ１０３－２－Ｙｅｓ）、制御部７１は、対象期間を終了させる。具体的には、制御部７１は、現在の日時を、対象期間の終了日時として、記憶部７３に記憶し、ステップＳ１０４の処理を開始する。

　図５を参照して、ステップＳ１０３－１及びステップＳ１０３－２において、制御部７１が実行する判定処理の具体例を説明する。図５には、蓄電池３の時間経過による充電率（ＳＯＣ）の変化の例が示されている。制御部７１は、時点１において本処理が開始されると、１時間間隔で、ステップＳ１０３－１及びステップＳ１０３－２の判定を繰り返す。例えば、図５に示されるように蓄電池３の充電率が時系列変化した場合、制御部７１は、時点２において、蓄電池３が満充電にならずに１週間が経過したと判断することができる。これによって、制御部７１は、時点１～時点２を対象期間として、ステップＳ１０４の処理を開始する。同様に、制御部７１は、時点３において、蓄電池３が満充電にならずに１週間が経過したと判断し、時点２～時点３を対象期間として、ステップＳ１０４の処理を開始する。また、制御部７１は、時点４において、蓄電池３のＳＯＣが１００％に達しているため、蓄電池３が満充電であると判定することができる。これによって、制御部７１は、時点３～時点４を対象期間として、ステップＳ１０４の処理を開始する。同様に、制御部７１は、時点５において、蓄電池３が満充電であると判断し、時点４～時点５を対象期間として、ステップＳ１０４の処理を開始する。このように、制御部７１は、ステップＳ１０３－１及びステップＳ１０３－２の判定を繰り返して、条件が満たされた場合に、対象期間を特定して、ステップＳ１０４の処理を開始する。

　再び図２を参照すると、ステップＳ１０４において、制御部７１は、蓄電池３の電流値及び充電率に基づいて、対象期間における蓄電池３の動作モードを判定する。

　図３を参照して、制御部７１が実行する、対象期間における蓄電池３の動作モードを判定処理の詳細を説明する。

　ステップＳ１０４－１において、制御部７１は、動作モードが、充放電を行う運転モード又は電力を保持する保持モードであるか否かを判定する。

　具体的には、制御部７１は、記憶部７３に記憶された、対象期間において取得された情報に含まれる電流値に基づいて、蓄電池３の動作モードが、運転モード又は保持モードであるか否かを判定する。制御部７１は、対象期間において取得された電流値に、絶対値が所定値以上である電流値が含まれている場合、蓄電池３が所定量以上の電力を入力又は出力したと判定する。これによって、制御部７１は、対象期間における蓄電池３の動作モードが運転モードであると判定する。一方で、制御部７１は、対象期間において取得された電流値に、絶対値が所定値以上である電流値が含まれていない場合、蓄電池３が電力の入出力を行わずに電力を保持していたと判定する。これによって、制御部７１は、対象期間における蓄電池３の動作モードが保持モードであると判定する。

　例えば、図５を参照して、時点１～時点２、時点３～時点４、及び時点４～時点５の期間のように、蓄電池３の充放電が行われている期間では、蓄電池３のＳＯＣが変化するとともに、蓄電池３に流れる電流の大きさが大きくなる。このため、制御部７１は、対象期間において取得された電流値に、絶対値が所定値以上である電流値が含まれている場合、蓄電池３は運転モードであったと判定することができる。一方で、時点２～時点３の期間のように、蓄電池３が電力を保持している期間では、蓄電池３のＳＯＣの変化が小さくなるとともに、蓄電池３に流れる電流の大きさも小さくなる。このため、制御部７１は、対象期間において取得された電流値に、絶対値が所定値以上である電流値が含まれていない場合、蓄電池３は保持モードであったと判定することができる。

　再び図３を参照すると、ステップＳ１０４－２において、制御部７１は、対象期間における蓄電池３の充電率の変動範囲を判定する。

　具体的には、制御部７１は、記憶部７３に記憶された、対象期間において取得された情報に含まれる充電率に基づいて、対象期間における蓄電池３の充電率の変動範囲を判定する。制御部７１は、対象期間において取得された充電率の中から最大値及び最小値を抽出して、最小値から最大値までを充電率の変動範囲とする。

　制御部７１は、図６に示すように、充電率の変動範囲が異なる複数の動作モードを予め記憶部７３に記憶していてもよい。制御部７１は、対象期間において取得された充電率の最大値及び最小値が、複数の動作モードのうちどの動作モードにおける充電率の変動範囲に当てはまるかを判定してもよい。制御部７１は、判定された対象期間における蓄電池３の動作モードを記憶部７３に記憶する。

　例えば、図５を参照して、制御部７１は、時点１～時点２の期間では、取得された充電率の最小値及び最大値がそれぞれ２５％及び７５％であるため、蓄電池３の動作モードが、充電率の変動範囲が２０％～８０％での運転モードである、動作モード５と判定する。また、制御部７１は、時点２～時点３の期間では、取得された充電率の変動範囲が３５％～４０％であるから、蓄電池３の動作モードが、充電率の変動範囲が２０％～８０％での保持モードである、動作モード８と判定する。制御部７１は、時点３～時点４の期間では、取得された充電率の変動範囲が３５％～１００％であるから、蓄電池３の動作モードが、充電率の変動範囲が２０％～１００％での運転モードである、動作モード１と判定する。制御部７１は、時点４～時点５の期間では、取得された充電率の変動範囲が０％～１００％であるから、蓄電池３の動作モードが、充電率の変動範囲が０％～１００％での運転モードである、動作モード２と判定する。

　制御部７１は、充電率の変動範囲の判定において、充電率の変動範囲が、蓄電池３の放電末から第１の充電率までの範囲及び充電末から第２の充電率までの範囲の少なくとも一方に及んでいるか否かを判定する。一般的に、蓄電池３は、蓄電池３の充電率が放電末又は充電末の近傍にあるときに動作又は電力を保持する場合に、それ以外の場合に比べて蓄電池３の劣化が進むことが知られている。蓄電池３の放電末の近傍は、蓄電池３の充電率が第１の充電率以下の範囲とされ、蓄電池３の充電末の近傍は、蓄電池３の充電率が第２の充電率以上の範囲とされてもよい。本実施形態では、充電率が２０％以下の範囲が放電末の近傍とされ、充電率が８０％以上の範囲が充電末の近傍とされている。そのため、本実施形態では、図６に示すように、複数の動作モードが、充電率の変動範囲が蓄電池３の放電末の近傍及び充電末の近傍の少なくとも一方に及んでいるか否かでパターン分けされている。このようにパターン分けされた複数の動作モードを用いることで、制御部７１は、充電率の変動範囲が、蓄電池３の放電末から第１の充電率までの範囲及び充電末から第２の充電率までの範囲の少なくとも一方に及んでいるか否かを判定することができる。ただし、動作モードの数及びそれぞれの動作モードの充電率の変動範囲は、上述した例に限られず、蓄電池３の特性に応じて、任意に定められてもよい。

　再び図２を参照すると、ステップＳ１０５において、制御部７１は、対象期間における蓄電池３の劣化度を推定する。

　具体的には、制御部７１は、記憶部７３に記憶された、対象期間における蓄電池３の動作モードと、対象期間において取得された情報に含まれる温度に基づいて、対象期間における蓄電池３の劣化度を推定する。

　本実施形態における、蓄電池３の劣化度の推定方法を説明する。本実施形態では、アレニウスの法則に基づいて、蓄電池３の劣化度を推定する。アレニウスの法則は、以下の式（１）で表されるように、化学反応速度の温度依存性を予測するものである。
　α＝Ａｅｘｐ（－Ｅａ／ＲＴ）　　（１）
ここで、
　　α：反応速度定数、
　　Ａ：頻度因子、
　　Ｅａ：活性化エネルギー、
　　Ｒ：気体定数、
　　Ｔ：絶対温度
である。

　式（１）で算出された反応速度定数αを用いて、蓄電池３の劣化度は、以下の式（２）で表される。
　ＳＯＨ＝α（ｔ）^β　　（２）
ここで、
　　ＳＯＨ：劣化度、
　　α：反応速度定数、
　　ｔ：経過時間、
　　β：劣化指数
である。

　式（２）において、ある経過時間ｔにおける劣化度をＳＯＨ_{（ｎ－1）}とし、経過時間ｔからさらに時間間隔Δｔだけ経過した経過時間ｔ＋Δｔにおける劣化度をＳＯＨ_ｎとすると、劣化度ＳＯＨ_{（ｎ－1）}及びＳＯＨ_ｎは、それぞれ以下の式（３）及び式（４）で表される。
　ＳＯＨ_{（ｎ－1）}＝α（ｔ）^β　　（３）
　ＳＯＨ_ｎ＝α（ｔ＋Δｔ）^β　　（４）
　式（３）及び式（４）から、ある時点の劣化度ＳＯＨ_{（ｎ－1）}に基づいて、その時点からΔｔだけ時間が経過したのちのＳＯＨ_ｎは、以下の式（５）で表される。
　ＳＯＨ_ｎ＝α（（ＳＯＨ_{（ｎ－1）}）^β＋Δｔ）^{（１／β）}＝ｆ（ＳＯＨ_{（ｎ－1）}）　　（５）
ここで、
　　α：反応速度定数、
　　β：劣化指数、
　　Δｔ：時間間隔、
　　ｎ：１以上の自然数
である。

　式（５）における反応速度定数α及び劣化指数βは、蓄電池３が充放電又は電力の保持を行っている状態、蓄電池３の充電率、及び蓄電池３の温度の温度等によって異なる。このため、本実施形態では、蓄電池３の充電率、温度、及び動作モードの条件を変えて蓄電池３を動作させて測定した蓄電池３の劣化度に基づいて、図６に示される複数の動作モードのそれぞれに、予め反応速度定数α及び劣化指数βが設定されているものとする。

　図７には、蓄電池３の運転モードにおける、蓄電池３を動作させる動作モード及び温度の条件と、反応速度定数α及び劣化指数βとの対応関係の一例が示されている。図８には、蓄電池３の保持モードにおける、蓄電池３を動作させる動作モード及び温度の条件と、反応速度定数α及び劣化指数βとの対応関係の一例が示されている。制御部７１は、図７及び図８に示される対応関係及び式（５）を、蓄電池３を動作させる動作モード及び温度の条件と、蓄電池３を当該条件で動作させた場合の蓄電池３の劣化度との対応情報として、記憶部７３に予め記憶している。制御部７１は、図７及び図８に示される対応関係をルックアップテーブルとして、記憶部７３に記憶していてもよい。

　制御部７１は、動作モード及び温度に基づいて、対応情報を参照して、対象期間における蓄電池３の劣化度を推定する。

　図４を参照して、制御部７１が実行する、対象期間における蓄電池３の劣化度の推定処理の詳細を説明する。例えば、対象期間において、時間間隔ΔｔでＸ個の蓄電池３の温度が取得されたと仮定する。制御部７１は、ステップＳ１０５－１において、ステップ１０１で取得された蓄電池３の劣化度の初期値をＳＯＨ_０として設定し、繰り返し回数ｎに初期値として０を設定する。

　次に、制御部７１は、ステップＳ１０５－２からステップＳ１０５－８まで処理をＸ回繰り返す。即ち、制御部７１は、対象期間において取得されたＸ個の蓄電池３の温度の全てに対して、ステップＳ１０５－２からステップＳ１０５－８まで処理を実行する。これによって、制御部７１は、対象期間において、最初の開始時点の蓄電池３の劣化度ＳＯＨ_０から時間間隔Δｔごとの時点ｎ（ｎは、１からＸまでの自然数とする。）における、蓄電池３の劣化度ＳＯＨ_ｎを算出することができる。

　具体的には、ステップＳ１０５－２において、制御部７１は、繰り返し回数ｎを１インクリメントする。

　制御部７１は、ステップＳ１０５－３及びステップＳ１０５－４の判定に基づいて、ステップＳ１０５－５、ステップＳ１０５－６、又はステップＳ１０５－７のいずれかの処理を行い、時間Δｔ×ｎ経過時点におけるＳＯＨ_ｎを算出する。一般的に、蓄電池３は、低温で充放電させた場合又は高温で電力を保持された場合には、それ以外の場合に比べて劣化が進むことが知られている。したがって、制御部７１は、ステップＳ１０５－３及びステップＳ１０５－４において、蓄電池３の動作状態が、低温で充放電する動作状態又は高温で電力を保持する動作状態であるか否かを判定する。制御部７１は、判定結果に応じて、ステップＳ１０５－４、ステップＳ１０５－６、又はステップＳ１０５－７のいずれかに進み、蓄電池３の劣化度を推定する。

　ステップＳ１０５－３において、制御部７１は、蓄電池３の動作状態が、低温で充放電する動作状態であるか否かを判定する。具体的には、制御部７１は、ステップＳ１０４で判定された動作モードが運転モードであり、且つ、蓄電池３の温度が第１の温度以下であるか否かを判定する。第１の温度は、例えば、２５℃であるが、これに限られない。本実施形態では、蓄電池３の第１の温度以下における運転モードは、「低温運転モード」とも称される。

　動作モードが低温運転モードであると判定された場合（ステップＳ１０５－３－Ｙｅｓ）、制御部７１は、ステップＳ１０５－５に進み、低温保持モードにおける劣化度を推定する。ステップＳ１０５－５での劣化度の推定において、制御部７１は、温度が第１の温度より大きいときに比べて、第１の温度以下のときに、単位時間当たりの劣化度の温度に応じた変化量を増加させる。

　具体的には、制御部７１は、上述した式（５）を、以下の式（６）で補正した、式（７）により、温度が第１の温度以下の場合における蓄電池３の劣化度を算出する。
　ｆ＿ｌｏｗ（ＳＯＨ_{（ｎ－1）}）＝α'（（ＳＯＨ_{（ｎ－1）}）^β'＋Δｔ）^{（１／β'）}　　（６）
ここで、
　　α’：低温時の反応速度定数、
　　β’：低温時の劣化指数、
　　Δｔ：時間間隔、
　　ｎ：１以上の自然数
である。
　ＳＯＨ_ｎ＝ｆ（ＳＯＨ_{（ｎ－1）}）＋ｆ＿ｌｏｗ（ＳＯＨ_{（ｎ－1）}）　　（７）

　ここで、制御部７１は、図７に「低温運転モード」と示されるように、記憶部７３に予め記憶した、蓄電池３を動作させる動作モード及び温度の条件と、上述した式（６）で用いられる低温時の反応速度定数α’及び低温時の劣化指数β’との対応関係を用いる。これにより、制御部７１は、低温運転モードにおける、蓄電池３の劣化度を算出する。

　例えば、ある時点における動作モードが動作モード１であり、温度が２５℃であった場合、制御部７１は、図７に示される対応情報から、上述した式（５）、式（６）、及び式（７）で用いられる反応速度定数α及び劣化指数βを０．３６０及び０．５とし、低温時の反応速度定数α’及び低温時の劣化指数β’を０．００２及び０．７とすることができる。

　制御部７１は、ステップＳ１０５－５にて算出した蓄電池３の劣化度ＳＯＨ_ｎを、時点ｎにおける蓄電池３の劣化度として記憶部７３に記憶する。

　再び図４を参照して、蓄電池３の動作モードが低温運転モードではないと判定された場合（ステップＳ１０５－３－Ｎｏ）、制御部７１は、ステップＳ１０５－４に進み、蓄電池３の動作状態が、高温で電力を保持する動作状態であるか否かを判定する。具体的には、制御部７１は、ステップＳ１０４で判定された動作モードが保持モードであり、且つ、蓄電池３の温度が第２の温度以上であるか否かを判定する。第２の温度は、例えば、４０℃であるが、これに限られない。本実施形態では、蓄電池３の第２の温度以上における保持モードは、「高温保持モード」とも称される。

　蓄電池３の動作モードが高温保持モードであると判定された場合（ステップＳ１０５－４－Ｙｅｓ）、制御部７１は、ステップＳ１０５－６に進む。制御部７１は、ステップＳ１０５－６での劣化度の推定において、温度が第２の温度未満のときに比べて、第２の温度以上のときに、単位時間当たりの劣化度の温度に応じた変化量を増加させる。

　具体的には、制御部７１は、上述した式（５）を、以下の式（８）で補正した、式（９）により、温度が第２の温度以上の場合における蓄電池３の劣化度を算出する。
　ｆ＿ｈｉｇｈ（ＳＯＨ_{（ｎ－1）}）＝α'’（（ＳＯＨ_{（ｎ－1）}）^β'’＋Δｔ）^{（１／β'’）}　　（８）
ここで、
　　α’’：高温時の反応速度定数、
　　β’’：高温時の劣化指数、
　　Δｔ：時間間隔、
　　ｎ：１以上の自然数
である。
　ＳＯＨ_ｎ＝ｆ（ＳＯＨ_{（ｎ－1）}）＋ｆ＿ｈｉｇｈ（ＳＯＨ_{（ｎ－1）}）　　（９）

　ここで、制御部７１は、図８に「高温保持モード」と示されるように、記憶部７３に予め記憶した、蓄電池３を動作させる動作モード及び温度の条件と、上述した式（８）で用いられる低温時の反応速度定数α’’及び低温時の劣化指数β’’との対応関係を用いる。これにより、制御部７１は、高温保持モードにおける、蓄電池３の劣化度を算出する。

　例えば、ある時点における動作モードが動作モード６であり、温度が４０℃であった場合、制御部７１は、図８に示される対応情報から、上述した式（５）、式（８）、及び式（９）で用いられる反応速度定数α及び劣化指数βを０．５２０及び０．４とし、高温時の反応速度定数α’’及び高温時の劣化指数β’’を０．００１及び０．６とすることができる。

　制御部７１は、ステップＳ１０５－６にて算出した蓄電池３の劣化度ＳＯＨ_ｎを、時点ｎにおける蓄電池３の劣化度として記憶部７３に記憶する。

　再び図４を参照して、蓄電池３の動作モードが高温運転モードではないと判定された場合（ステップＳ１０５－４－Ｎｏ）、制御部７１は、ステップＳ１０５－７に進み、上述した式（５）を用いて、蓄電池３の劣化度を算出する。

　具体的には、制御部７１は、上述した式（５）により、蓄電池３の劣化度を算出する。ここで、制御部７１は、図７及び図８に示されるように、記憶部７３に予め記憶した、蓄電池３を動作させる動作モード及び温度の条件と、上述した式（５）で用いられる反応速度定数α及び劣化指数βとの対応関係を用いる。これにより、制御部７１は、蓄電池３の劣化度を算出する。

　制御部７１は、ステップＳ１０５－７にて算出した蓄電池３の劣化度ＳＯＨ_ｎを、時点ｎにおける蓄電池３の劣化度として記憶部７３に記憶する。

　再び図４を参照して、ステップＳ１０５－８において、制御部７１は、ステップＳ１０５－２からステップＳ１０５－８までの劣化度の推定処理がＸ回繰り返されたか否かを判定する。劣化度の推定処理がＸ回繰り返されていないと判定された場合（ステップＳ１０５－８－Ｎｏ）、制御部７１は、ステップＳ１０５－２からの処理を繰り返す。一方で、劣化度の推定処理がＸ回繰り返されたと判定された場合（ステップＳ１０５－８－Ｙｅｓ）、制御部７１は、時点Ｘにおける蓄電池３の劣化度ＳＯＨ_Ｘを対象期間の終了時点における蓄電池３の劣化度として記憶部７３に記憶する。制御部７１は、推定された蓄電池３の劣化度を出力部７４に出力してもよい。

　再び図２を参照して、ステップＳ１０５が終了した場合、制御部７１は、本処理を終了する。制御部７１は、本処理を終了したのち、再度、ステップＳ１０１からの処理を開始してもよい。

　以上述べたように、本実施形態に係る蓄電池管理装置７は、対象期間において、蓄電池３に流れる電流値、蓄電池３の温度、及び蓄電池３の充電率を取得し、電流値及び充電率に基づいて、対象期間における蓄電池３の動作モードを判定し、動作モード及び温度に基づいて、対象期間における蓄電池３の劣化度を推定する、制御部７１を備える。かかる構成によれば、蓄電池管理装置７は、蓄電池３を専用の動作状態で動作させることなく、蓄電池３の通常の動作中に取得した蓄電池３の情報に基づいて、蓄電池３の劣化度を推定することができる。これによって、蓄電池３を管理する技術の有用性が向上する。

　本実施形態に係る蓄電池管理装置７では、蓄電池３を動作させる動作モード及び温度の条件と、蓄電池３を当該条件で動作させた場合の蓄電池３の劣化度との対応情報を記憶する、記憶部７３を更に備え、制御部７１は、動作モード及び温度に基づいて、対応情報を参照して、対象期間における蓄電池３の劣化度を推定することができる。対応情報は、例えば、反応速度定数α及び劣化指数βを特定するための、ルックアップテーブルであってもよい。かかる構成によれば、蓄電池管理装置７で実行される蓄電池３の劣化度の算出において、予め計算できる部分を計算して、対応情報として、記憶部７３に記憶させておくことで、蓄電池管理装置７に要求される、処理速度及びデータ量等の処理能力を抑えることができる。

　本実施形態に係る蓄電池管理装置７では、制御部７１は、動作モードの判定において、動作モードが、充放電を行う運転モード又は電力を保持する保持モードであるか否かを判定することができる。かかる構成によれば、蓄電池管理装置７は、蓄電池３が運転モードであるか、保持モードであるかに応じて、蓄電池３の劣化度の算出方法を変更することができ、蓄電池３の劣化度の推定精度を向上させることができる。一方で、本実施形態では、蓄電池３の劣化度の算出方法では、運転モードと保持モードとで同一の演算ロジックが用いられ、参照する対応情報を変更することで算出方法の変更が実現される。その結果、蓄電池管理装置７に要求される処理能力を抑えることができる。

　本実施形態に係る蓄電池管理装置７では、制御部７１は、動作モードの判定において、対象期間における蓄電池３の充電率の変動範囲を判定することができる。かかる構成によれば、蓄電池管理装置７は、蓄電池３の充電率の変動範囲に応じて、蓄電池３の劣化度の算出方法を変えることができ、蓄電池３の充電率に応じた劣化特性を蓄電池３の劣化度の算出に反映させることができる。これによって、蓄電池管理装置７は、蓄電池３の劣化度の推定精度を向上させることができる。

　本実施形態に係る蓄電池管理装置７では、制御部７１は、充電率の変動範囲が、蓄電池３の放電末から第１の充電率までの範囲及び充電末から第２の充電率までの範囲の少なくとも一方に及んでいるか否かを判定することができる。かかる構成によれば、蓄電池管理装置７は、特に蓄電池３の劣化が進む、蓄電池３の充電率が放電末又は充電末の近傍にあるときに充放電又は電力を保持させる場合において、蓄電池３の劣化度の算出方法を変えることができる。これによって、蓄電池管理装置７は、蓄電池３の劣化度の推定精度を向上させることができる。

　本実施形態に係る蓄電池管理装置７では、制御部７１は、動作モードが運転モードであると判定された場合に、劣化度の推定において、温度が第１の温度より大きいときに比べて、第１の温度以下のときに、単位時間当たりの劣化度の温度に応じた変化量を増加させることができる。かかる構成によれば、蓄電池管理装置７は、特に蓄電池３の劣化が進む、蓄電池３に低温で充放電させる場合において、蓄電池３の劣化度の算出方法を変えることができる。これによって、蓄電池管理装置７は、蓄電池３の温度に応じた劣化特性を蓄電池３の劣化度の算出に反映させることができ、蓄電池３の劣化度の推定精度を向上させることができる。

　本実施形態に係る蓄電池管理装置７では、制御部７１は、動作モードが保持モードであると判定された場合に、劣化度の推定において、温度が第２の温度未満のときに比べて、第２の温度以上のときに、単位時間当たりの劣化度の温度に応じた変化量を増加させることができる。かかる構成によれば、蓄電池管理装置７は、特に蓄電池３の劣化が進む、蓄電池３に高温で電力を保持させる場合において、蓄電池３の劣化度の算出方法を変えることができる。これによって、蓄電池管理装置７は、蓄電池３の温度に応じた劣化特性を蓄電池３の劣化度の算出に反映させることができ、蓄電池３の劣化度の推定精度を向上させることができる。

　本実施形態に係る蓄電池管理装置７では、制御部７１は、所定のタイミングで蓄電池３が満充電であるか否かを判定し、蓄電池３が満充電であると判定された場合、又は蓄電池３が満充電にならずに所定期間が経過したと判定された場合に、対象期間を終了させ、新たな対象期間を開始させることができる。かかる構成によれば、蓄電池管理装置７は、定期的に蓄電池３の劣化度を算出することができる。

　本実施形態に係る蓄電池システム１は、蓄電池３と、制御部７１を備える蓄電池管理装置７とを含む。制御部７１は、対象期間において、蓄電池３に流れる電流値、蓄電池３の温度、及び蓄電池３の充電率を取得し、電流値及び充電率に基づいて、対象期間における蓄電池３の動作モードを判定し、動作モード及び温度に基づいて、対象期間における蓄電池３の劣化度を推定する。かかる構成によれば、蓄電池システム１は、蓄電池３を専用の動作状態で動作させることなく、蓄電池管理装置７が蓄電池３の通常の動作中に取得した蓄電池３の情報に基づいて、蓄電池３の劣化度を推定することができる。これによって、蓄電池３を管理する技術の有用性が向上する。

　本実施形態に係る蓄電池管理方法は、制御部７１を有する蓄電池管理装置７が実行する蓄電池管理方法である。蓄電池管理方法は、制御部７１が、対象期間において、蓄電池３に流れる電流値、蓄電池３の温度、及び蓄電池３の充電率を取得するステップと、電流値及び充電率に基づいて、対象期間における蓄電池３の動作モードを判定するステップと、動作モード及び温度に基づいて、対象期間における蓄電池３の劣化度を推定するステップと、を含む。かかる構成によれば、蓄電池管理装置７は、蓄電池３を専用の動作状態で動作させることなく、蓄電池３の通常の動作中に取得した蓄電池３の情報に基づいて、蓄電池３の劣化度を推定することができる。これによって、蓄電池３を管理する技術の有用性が向上する。

　本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが可能であることに注意されたい。したがって、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段又は各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段又はステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

　例えば、上述した実施形態において、蓄電池システム１は、電流センサ４、温度センサ５及び電圧センサ６をそれぞれ１つずつ備えているものとして説明したが、この限りではない。蓄電池システム１は、複数の電流センサ４、温度センサ５又は電圧センサ６を備えていてもよい。例えば、蓄電池システム１において、電流センサ４、温度センサ５又は電圧センサ６が蓄電池３毎に限られず、セル３１ごと又は蓄電池モジュール３２ごとに設けられていてもよい。かかる場合、蓄電池管理装置７は、複数の電流センサ４、温度センサ５又は電圧センサ６が計測した値から平均値又は代表値等を算出することにより、蓄電池３の電流値、温度、又は電圧を算出してもよい。

　或いは、上述した実施形態において、蓄電池管理装置７の機能又は処理として説明された機能又は処理の全部又は一部が、例えば、スマートフォン又はパーソナルコンピュータ等のコンピュータの機能又は処理として実現されてもよい。具体的には、実施形態に係る蓄電池管理装置７の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、コンピュータのメモリに記憶させ、コンピュータのプロセッサによって当該プログラムを読み出して実行させることができる。したがって、本実施形態に係る発明は、プロセッサが実行可能なプログラムとしても実現可能である。

　或いは、上述した実施形態において、蓄電池管理装置７は、パワーコンディショナ２及び蓄電池３とは別体として設けられている例を示したが、この限りではない。パワーコンディショナ２又は蓄電池３が、蓄電池管理装置７として機能してもよい。或いは、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）及びＢＥＭＳ（Building Energy Management System）等のＥＭＳ（Energy Management System）が蓄電池管理装置７として機能してもよい。かかる場合、パワーコンディショナ２、蓄電池３、又はＥＭＳは、蓄電池管理装置７の構成及び機能として上述した構成及び機能を有するコンピュータを搭載するように構成されていてもよい。

　１　蓄電池システム
　２　パワーコンディショナ（ＰＣＳ）
　３　蓄電池
　３１　セル
　３２　蓄電池モジュール
　４　電流センサ
　５　温度センサ
　６　電圧センサ
　７　蓄電池管理装置（ＢＭＳ）
　７１　制御部
　７２　通信部
　７３　記憶部
　７４　出力部
　７５　入力部
　８　電力系統
　９　負荷

Claims

　対象期間において、蓄電池に流れる電流値、前記蓄電池の温度、及び前記蓄電池の充電率を取得し、前記電流値及び前記充電率に基づいて、前記対象期間における前記蓄電池の動作モードを判定し、前記動作モード及び前記温度に基づいて、前記対象期間における前記蓄電池の劣化度を推定する、制御部を備える、蓄電池管理装置。
　前記蓄電池を動作させる動作モード及び温度の条件と、前記蓄電池を前記条件で動作させた場合の前記蓄電池の劣化度との対応情報を記憶する、記憶部を更に備え、
　前記制御部は、前記動作モード及び前記温度に基づいて、前記対応情報を参照して、前記対象期間における前記蓄電池の劣化度を推定する、請求項１に記載の蓄電池管理装置。
　前記制御部は、前記動作モードの判定において、前記動作モードが、充放電を行う運転モード又は電力を保持する保持モードであるか否かを判定する、請求項１又は２に記載の蓄電池管理装置。
　前記制御部は、前記動作モードの判定において、前記対象期間における前記蓄電池の充電率の変動範囲を判定する、請求項３に記載の蓄電池管理装置。
　前記制御部は、前記充電率の変動範囲が、前記蓄電池の放電末から第１の充電率までの範囲及び充電末から第２の充電率までの範囲の少なくとも一方に及んでいるか否かを判定する、請求項４に記載の蓄電池管理装置。
　前記制御部は、前記動作モードが前記運転モードであると判定された場合に、前記劣化度の推定において、前記温度が第１の温度より大きいときに比べて、前記第１の温度以下のときに、単位時間当たりの劣化度の温度に応じた変化量を増加させる、請求項３から５のいずれか一項に記載の蓄電池管理装置。
　前記制御部は、前記動作モードが前記保持モードであると判定された場合に、前記劣化度の推定において、前記温度が第２の温度未満のときに比べて、前記第２の温度以上のときに、単位時間当たりの劣化度の温度に応じた変化量を増加させる、請求項３から６のいずれか一項に記載の蓄電池管理装置。
　前記制御部は、所定のタイミングで前記蓄電池が満充電であるか否かを判定し、前記蓄電池が満充電であると判定された場合、又は前記蓄電池が満充電にならずに所定期間が経過したと判定された場合に前記対象期間を終了させ、新たな対象期間を開始させる、請求項１から７のいずれか一項に記載の蓄電池管理装置。
　蓄電池と、制御部を備える蓄電池管理装置とを含み、
　前記制御部は、
　　対象期間において、前記蓄電池に流れる電流値、前記蓄電池の温度、及び前記蓄電池の充電率を取得し、
　　前記電流値及び前記充電率に基づいて、前記対象期間における前記蓄電池の動作モードを判定し、
　　前記動作モード及び前記温度に基づいて、前記対象期間における前記蓄電池の劣化度を推定する、蓄電池システム。
　制御部を有する蓄電池管理装置が実行する蓄電池管理方法であって、
　前記制御部が、
　　対象期間において、蓄電池に流れる電流値、前記蓄電池の温度、及び前記蓄電池の充電率を取得するステップと、
　　前記電流値及び前記充電率に基づいて、前記対象期間における前記蓄電池の動作モードを判定するステップと、
　　前記動作モード及び前記温度に基づいて、前記対象期間における前記蓄電池の劣化度を推定するステップと、
を含む、蓄電池管理方法。