JP6614468B1

JP6614468B1 - 情報処理端末、蓄電設備の温度分布の表示方法

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Publication number: JP6614468B1
Application number: JP2019121524A
Authority: JP
Inventors: 歳弘籔
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2019-12-04
Anticipated expiration: 2039-06-28
Also published as: CN114008834A; US20220239123A1; US11552481B2; JP2021009025A; WO2020261592A1

Abstract

【課題】運用開始後の蓄電ユニットの温度分布を分かり易く表示する。【解決手段】蓄電設備１０のアフターサービスに使用される情報処理端末１００は、表示部１０７と、制御部１０１と、を有し、前記蓄電設備１０は、複数の蓄電モジュールＭからなる蓄電ユニットＵを有し、前記制御部１０１は、各前記蓄電モジュールＭに備えられた温度センサ３７により計測された、運用開始後の各前記蓄電モジュールＭの温度を前記蓄電設備から取得し、前記蓄電ユニットＵにおける複数の前記蓄電モジュールＭの配列を模擬した複数のブロックＢに対する表示色の色分布により、前記蓄電ユニットＵの温度分布を、前記表示部１０７に表示する。【選択図】図７

Description

本発明は、蓄電設備に関する。

大型の移動体の電源や自然エネルギーの蓄電用として蓄電設備が使用されている。蓄電設備の寿命は温度が大きく影響することが知られている。下記特許文献１には、電池の劣化率、満充電容量、ＳＯＣなどの電池情報を表示する技術が開示されている。

ＷＯ２０１１／１１８１１２号公報

温度は、蓄電設備の寿命を決める一因である。顧客への提案のため、蓄電設備の構成を検討する場合、蓄電設備の容量、電圧、電流範囲に加えて、温度も重要な検討材料となる。蓄電設備の温度は、使用環境により異なる。使用環境は、顧客の管轄である場合が多く、提示される温度の条件は、蓄電設備の設置場所の設定温度や平均温度である場合がある。蓄電設備の設置場所の温度は、エアコンやヒータなどを用いて制御されるが、空気の流れ方により場所によって温度差が発生することがある。蓄電設備の温度は、事前にシミュレーションを行うことも出来るが、実際の温度は、シミュレーション結果と一致しない場合がある。蓄電設備の大型化に伴い、設備内に多くの蓄電モジュールが配置される場合には、蓄電モジュール間に温度差が生じることがある。

蓄電設備の寿命は、温度の影響が大きいため、温度管理が適切に行われていないと、目標よりも寿命が短くなることがある。また、一部の蓄電モジュールが過度に冷却又は加熱されることがあり、蓄電設備のエネルギー効率に無駄が生じることがある。
本発明は、運用開始後の蓄電ユニットの温度分布を分かり易く表示することで、蓄電設備の温度管理の改善を促すなど蓄電設備を保有する顧客へのアフターサービスを充実させることを目的とする。

蓄電設備のアフターサービスに使用される情報処理端末は、表示部と、制御部と、を有し、前記蓄電設備は、複数の蓄電モジュールからなる蓄電ユニットを有し、前記制御部は、各前記蓄電モジュールに備えられた温度センサにより計測された、運用開始後の各前記蓄電モジュールの温度を前記蓄電設備から取得し、前記蓄電ユニットにおける複数の前記蓄電モジュールの配列を模擬した複数のブロックに対する表示色の色分布により、前記蓄電ユニットの温度分布を、前記表示部に表示する。

本技術は、蓄電設備の温度分布の表示方法に適用することが出来る。

運用開始後の蓄電ユニットの温度分布を分かり易く表示することで、蓄電設備の温度管理の改善を促すなど、蓄電設備を保有する顧客へのアフターサービスを充実させることが出来る。

蓄電設備のブロック図蓄電モジュールの構成図蓄電素子の平面図図３のＡ−Ａ線断面図蓄電モジュールの斜視図蓄電設備の斜視図システムの概念図表示処理のフローチャートブロックの配列を示す図温度分布を示す図温度分布の切り換えを示す図ブロックを３次元形状とした図

本発明者は、商品の販売のみ行う単なるモノ売りから脱却し、アフターサービスまで視野に入れて、顧客満足度を高めるべく、鋭意検討して本技術を着想した。

この構成では、蓄電ユニットのうち、どの蓄電モジュールの温度が高く、どの蓄電モジュールの温度が低いかなど、蓄電ユニットの温度分布を視覚的に分かり易い形で、表示することが出来る。本技術を用いることで、運用開始後の蓄電ユニットの温度分布を、蓄電設備を保有／使用する顧客に提示して、蓄電設備の温度管理の改善を促すなど、顧客へのアフターサービスを充実させることが出来る。

前記制御部は、前記蓄電ユニットついて、複数の対象日時の温度分布を、前記表示部に表示してもよい。この構成では、対象日時による温度分布の傾向を顧客に提示することが出来る。

前記蓄電モジュールは、隣接配置された複数の蓄電素子を含んでもよい。このような蓄電モジュールは、熱が籠り易いため、事前のシミュレーションで、温度を把握することが難しい傾向がある。温度センサによる計測値を用いて温度分布を求めることで、事前のシミュレーションでの温度把握が困難な蓄電ユニットについて、信頼性が高く正確な温度分布が得られる。

前記蓄電モジュールは、前記温度センサを、間隔を空けて複数個備えてもよい。複数の温度センサを備えることで、ノイズや計測異常に起因する不正確な温度分布を表示するリスクを低減することが出来る。

＜実施形態１＞
１．蓄電設備の説明
図１は、蓄電設備１０のブロック図である。蓄電設備１０は、統合監視部２０と、複数の蓄電ユニットＵと、を備えている。複数の蓄電ユニットＵは、共通の通電路Ｌｏに並列に接続されている。この実施形態では、蓄電ユニットＵの並列接続数を「５」としている。Ｕ１は１番目の蓄電ユニット、Ｕ２は２番目の蓄電ユニット、Ｕ５は５番目の蓄電ユニットである。

複数の蓄電ユニットＵは、同一構造である。蓄電ユニットＵは、直列に接続された複数の蓄電モジュールＭと、複数のモジュールセンサ３３と、電流センサ４１と、電流遮断装置４５と、個別監視部５０とを備えている。

蓄電モジュールＭは、蓄電素子６０の集合体である。この実施形態では、図２に示すように、蓄電モジュールＭは、直列に接続された複数の蓄電素子６０から構成されている。蓄電素子６０は、リチウムイオン二次電池セルでもよい。

図３及び図４に示すように、本実施形態における蓄電素子６０は、直方体形状のケース８２内に電極体８３を非水電解質と共に収容した、プリズマティックセルである。ケース８２は、ケース本体８４と、その上方の開口部を閉鎖する蓋８５とを有している。代替的に、蓄電素子は、パウチセルであってもよいし、円筒型セルであってもよい。

本実施形態における電極体８３は、詳細は図示しないが、銅箔からなる基材に活物質を塗布した負極要素と、アルミニウム箔からなる基材に活物質を塗布した正極要素との間に、多孔性の樹脂フィルム（セパレータ）を配置したものである。これらはいずれも帯状で、セパレータに対して負極要素と正極要素とを幅方向の反対側にそれぞれ位置をずらした状態で、ケース本体８４に収容可能となるように扁平状に巻回されている。巻回型の電極体に代えて、積層型の電極体が用いられてもよい。

正極要素には正極集電体８６を介して正極端子８７が、負極要素には負極集電体８８を介して負極端子８９がそれぞれ接続されている。正極集電体８６及び負極集電体８８は、平板状の台座部９０と、この台座部９０から延びる脚部９１とからなる。台座部９０には貫通孔が形成されている。脚部９１は正極要素又は負極要素に接続されている。正極端子８７及び負極端子８９は、端子本体部９２と、その下面中心部分から下方に突出する軸部９３とからなる。そのうち、正極端子８７の端子本体部９２と軸部９３とは、アルミニウム（単一材料）によって一体成形されている。負極端子８９においては、端子本体部９２がアルミニウム製で、軸部９３が銅製であり、これらを組み付けたものである。正極端子８７及び負極端子８９の端子本体部９２は、蓋８５の両端部に絶縁材料からなるガスケット９４を介して配置され、このガスケット９４から外方へ露出されている。

蓋８５は、圧力開放弁９５を有している。圧力開放弁９５は、図３に示すように、正極端子８７と負極端子８９の間に位置している。圧力開放弁９５は、ケース８２の内圧が制限値を超えた時に、開放して、ケース８２の内圧を下げる。

図５に示すように、蓄電モジュールＭは、ケース３１を有していてもよい。複数の蓄電素子６０は、隣接した状態でケース３１に収容してもよい。

モジュールセンサ３３は、蓄電モジュールＭごとに設けられている。モジュールセンサ３５は、電圧センサ３５と、温度センサ３７を含む。電圧センサ３５は、蓄電モジュールＭを構成する各蓄電素子６０の電圧Ｖｃをそれぞれ検出する。

温度センサ３７は、蓄電モジュールＭの温度を検出する。温度センサ３７は、複数でもよい。この実施形態では、２つの温度センサ３７Ａと温度センサ３７Ｂを設けている。２つの温度センサ３７Ａと温度センサ３７Ｂは、図５に示すように、Ａ方向に離れて配置されている。Ａ方向は、ケース３１の幅方向（蓄電素子６０の並び方向）である。

図１に示すように、モジュールセンサ３３は、信号線によって個別監視部５０と接続されており、各蓄電素子６０の電圧Ｖｃのデータや、蓄電モジュールＭの温度のデータは、個別監視部５０に対して出力される。

電流センサ４１は、蓄電モジュールＭの通電路Ｌｍに位置し、蓄電モジュールＭの電流を検出する。電流センサ４１は信号線を通じて個別監視部５０に接続されており、電流センサ４１にて検出した電流Ｉのデータは、個別監視部５０に対して出力される。

電流遮断装置４５は、正常時はクローズ（normally close）に制御される。電流遮断装置４５は、異常時にオープンに制御され、電流を遮断する。

個別監視部５０は、中央処理装置であるＣＰＵ（図略）と、各種情報を記憶するためのメモリ（図略）とを含む。個別監視部５０は、電圧センサ３５、温度センサ３７、電流センサ４１から取り込まれるデータに基づいて、蓄電ユニットＵの状態を監視する。

＜個別監視部５０の監視項目＞
（Ａ）各蓄電素子６０の電圧Ｖｃ
（Ｂ）蓄電モジュールＭの電圧Ｖｍ
（Ｃ）蓄電モジュールＭの温度Ｔ
（Ｄ）蓄電ユニットＵの電流Ｉ

個別監視部５０は、２つの温度センサ３７Ａ、温度センサ３７Ｂの計測値に基づいて、蓄電モジュールＭの温度Ｔを算出する。例えば、２つの温度センサ３７Ａ、温度センサ３７Ｂの計測値の平均値を、蓄電モジュールＭの温度Ｔとする。

また、一方の温度センサ３７Ａを計測用、他方の温度センサ３７Ｂを補正用としてもよい。例えば、温度センサ３７Ａの計測値を、２つの温度センサ３７Ａ、３７Ｂの温度差ΔＴにより補正して、蓄電モジュールＭの温度としてもよい。また、２つの温度センサ３７Ａ、３７Ｂの温度差ΔＴが許容値を超えている場合、エラー（計測異常）としてもよい。

統合監視部２０は、信号線を介して各蓄電ユニットＵ１、蓄電ユニットＵ２、・・、蓄電ユニットＵ５の個別監視部５０と接続されており、各個別監視部５０から各蓄電ユニットＵの状態に関するデータ、すなわち、上記した（Ａ）〜（Ｄ）のデータが所定時間ごとに取り込まれるようになっている。

統合監視部２０は、各蓄電ユニットＵの個別監視部５０から入力される（Ａ）〜（Ｄ）のデータに基づいて、各蓄電ユニットＵの状態を監視する。統合監視部２０は、上記データを記憶する記憶部２５を有している。記憶部２５は、統合監視部２０の外部にあってもよい。

蓄電設備１０は、産業用途に使用してもよい。この実施形態では、蓄電設備１０を、無人搬送車１の駆動部３の電源として使用する。駆動部３はモータでもよい。統合監視部２０を、無人搬送車１の制御部５と接続して通信できるようにしてもよい。

２．蓄電設備の温度分布
図６は蓄電設備１０の設置状態を示す斜視図である。この実施形態では、蓄電設備１０を収容体１１に収容して、無人搬送車１に搭載する。

この実施形態では、蓄電設備１０は、５つの蓄電ユニットＵ１、蓄電ユニットＵ２、蓄電ユニットＵ３、蓄電ユニットＵ４及び蓄電ユニットＵ５を有している。蓄電ユニットＵ１〜Ｕ５は、Ｘ方向に配列されている。Ｘ方向は、収容体１１の長辺方向である。

蓄電ユニットＵは、蓄電モジュールＭの集合体である。蓄電ユニットＵは、蓄電バンクと呼ばれることもある。蓄電ユニットＵは、一例として、８つの蓄電モジュールＭ１〜Ｍ８から構成されている。蓄電モジュールＭ１〜Ｍ８は、「２×４」の配列、つまり上下方向は２段で、Ｙ方向に４つの配列である。Ｙ方向は、収容体１１の短辺方向である。

この例では、下段に１番目から４番目の蓄電モジュールＭ１、蓄電モジュールＭ２、蓄電モジュールＭ３及び蓄電モジュー４を配置し、上段に５番目から８番目までの蓄電モジュールＭ５、蓄電モジュールＭ６、蓄電モジュールＭ７及び蓄電モジュールＭ８を配置している。

収容体１１の天井面には、空調機１３が設けられている。収容体１１の内部温度は、空調機１３により制御することができる。収容体１１の空気の流れは一様にならない場合があることや、空調機１３との位置関係により、空気の当たり方は異なる。そのため、空気の当たり方に差が出来て、蓄電モジュールＭの間で温度差が発生する場合がある。また、一部の蓄電モジュールＭが過度に冷却又は加熱されることがある。

図７は、蓄電設備１０のアフターサービスとして、運用開始後の蓄電設備１０の温度分布を表示するシステムの構成図である。

システムＳは、蓄電設備１０と情報処理端末１００とからなる。情報処理端末１００は、制御部１０１と、メモリ１０３と、接続部１０５及び表示部１０７を備える。メモリ１０３には、蓄電設備１０の監視処理を実行するための監視プログラムや図８に示す表示処理を実行するための表示プログラムが格納されている。

情報処理端末１００は、携帯が可能なノートパソコンでもよい。情報処理端末１００は、蓄電設備１０とは遠隔に位置する遠隔監視センタ内に配置してもよい。

情報処理端末１００は、接続部１０５を介して蓄電設備１０の統合監視部２０に対して通信可能に接続されている。統合監視部２０は、運用開始後の（１）〜（４）の監視データを、通信回線Ｎを用いて、定期的に情報処理端末１００に出力する。運用開始後は、蓄電設備１０を、無人搬送車１に搭載して、電源として使用を開始した後である。

情報処理端末１００は、統合監視部２０から取得される監視データに基づいて、蓄電設備１０の運用開始後の状態を遠隔監視する。つまり、蓄電設備１０に過電流や電圧異常、温度異常がないか監視する。

情報処理端末１００の制御部１０５は、統合監視部２０から、（１）〜（４）の監視データを受信すると、そのデータをメモリ１０３にログとして記憶する。ログには、蓄電設備１０の運用開始後における、各蓄電モジュールＭの温度Ｔの履歴が含まれる。情報処理端末１００は、ログとして記憶された各蓄電モジュールＭの温度Ｔの履歴を用いて、蓄電設備１０の温度分布を表示する表示処理を実行することが出来る。

図８は、表示処理のフローチャートである。表示処理はＳ１０〜Ｓ３０の３つのステップから構成されている。表示処理は、対象日時を指定して、行うことが出来る。

制御部１０１は、メモリ１０３から、各蓄電モジュールＭの対象日時の温度Ｔのデータを読み出す（Ｓ１０）。

制御部１０１は、読み出した各蓄電モジュールＭの温度Ｔに基づいて、表示部１０７に表示する各ブロックＢの表示色を選択する（Ｓ２０）。ブロックＢは、蓄電設備１０の蓄電モジュールＭと同数であり、ブロックＢの配列は、蓄電設備１０における蓄電モジュールＭの配列を模擬した配列である。

この実施形態では、図６に示すように、蓄電設備１０は、蓄電ユニットＵをＸ方向に５列配置し、各蓄電ユニットＵは、８つの蓄電モジュールＭを「２×４」で配列している。

ブロックＢの配列は、蓄電設備１０における、蓄電ユニットＵ、蓄電モジュールＭの配列を模擬している。つまり、図９に示すように、蓄電ユニットＵにおける蓄電モジュールＭの配列を模擬して「２×４」で配列された８つのブロックＢを、蓄電ユニットＵの配列を模擬してＸ方向に５列配置している。

図９に示す下段ＬＢのブロックＢ１〜Ｂ４は、各蓄電ユニットＵ１〜Ｕ８のうち下段の蓄電モジュールＭ１〜Ｍ４を示している。上段ＨＢのブロックＢ５〜Ｂ８は、各蓄電ユニットＵ１〜Ｕ５のうち、上段の蓄電モジュールＭ５〜Ｍ８を示している。

制御部１０１は、各ブロックＢの表示色を、対応する蓄電モジュールＭの温度に応じて、異なる表示色とする。つまり、温度の違いを、グラデーションを用いて、表示する。例えば、温度に応じて、表示色の彩度（色の濃さ）を変更してもいいし、温度に応じて表示色の色相（色の様相）を変更してもよい。また、彩度と色相の双方を変更してもよい。

制御部１０１は、対象日時における、蓄電設備１０の温度分布を、グラデーションを用いた、各ブロックＢの色分布により、表示部１０７に対して表示する（Ｓ３０）。

図１０は、Ａ日××時における蓄電設備１０の温度分布の表示例である。上段ＨＢのブロックＢは、下段ＬＢのブロックＢに比べて、表示色が薄い部分が多いことから、上段の蓄電モジュールＭ５〜Ｍ８は、下段の蓄電モジュールＭ１〜Ｍ４に比べて、温度が低いことが理解できる。

また、図１０の左に位置するブロックＢは、右に位置するブロックＢに比べて、表示色
が薄い。これは、図６に示すように、空調機１３が収容体１１の左に位置しており、空調機１３に近い左の蓄電モジュールＭの方が、空調機１３から遠い右の蓄電モジュールＭに比べて、冷やされているからである。また、下段ＬＢの中央のブロックＢは、最も濃い色で表示されている。下段ＬＢの中央に位置する蓄電モジュールＭは、熱が籠り易く、他に比べて、温度が高いことが理解できる。

情報処理端末１００は、蓄電設備１０の温度分布を複数の対象日時について算出して、複数の対象日時の温度分布を表示部１０７に表示してもよい。例えば、図１１に示すように、蓄電設備１０の温度分布をＡ日とＢ日の２日分算出して、その結果を、表示部１０７に切り換えて表示してもよい。このようにすることで、対象日時による温度分布の傾向を顧客に提示することが出来る。対象日時は、日に限らず、時間でもよい。つまり、同日の異なる時間の温度分布を切り換えて表示してもよい。

情報処理端末１００は、蓄電設備１０のアフターサービスに使用することができる。例えば、図７に示すように、設備メーカのエンジニアが、蓄電設備１０を保有する顧客Ｊ１に、蓄電設備１０の使用環境について現状の説明を行う際に、図１０に示す画面の色分布を提示することで、蓄電設備１０の温度分布を、顧客Ｊ１に対して視覚的に分かり易く伝えることが出来る。つまり、ブロックＢの配列とその表示色から、蓄電設備１０のうち、どの蓄電ユニットＵの、どの蓄電モジュールＭの温度が高い傾向にあり、どの蓄電ユニットＵの、どの蓄電モジュールＭの温度が低い傾向かを伝えることが出来る。

蓄電設備１０の温度分布を、信頼性の高い実測データに基づいて、分かり易い態様で表示することで、顧客Ｊ１に対して温度管理の改善を促すことが出来る。蓄電設備１０の温度を適切に管理することにより、蓄電設備１０に対する寿命要求を満足させることが出来、顧客Ｊ１のニーズを満足させることが出来る。また、一部の蓄電モジュールＭが過度に冷却又は加熱されることを抑制し、蓄電設備１０のエネルギー効率を向上させることが出来る。

３．効果説明
運用開始後の各蓄電モジュールＭの温度分布を分かり易く表示することで、蓄電設備１０の温度管理の改善を促すなど、蓄電設備１０を保有する顧客へのアフターサービスを充実させることが出来る。

この実施形態の蓄電モジュールＭは、隣接配置された複数の蓄電素子６０を含んでいる。このような蓄電モジュールＭは、熱が籠り易いため、事前のシミュレーションで、温度を把握することが特に難しい。温度センサ３７による計測値を用いて温度分布を求めることで、事前のシミュレーションでの温度把握が困難な蓄電設備１０について、信頼性が高く正確な温度分布が得られる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態１では、蓄電素子６０は、二次電池であった。蓄電素子６０は、二次電池に限らず、キャパシタでもよいし、他の充放電可能なセル（蓄電素子）であってもよい。

（２）上記実施形態１では、蓄電設備１０を、大型の移動体（無人搬送車１）の電源用とした。蓄電設備１０は、大型の移動体の電源に限らず、無停電電源システムや太陽光発電システムの蓄電装置など、種々の用途に使用することが出来る。

（３）上記実施形態１では、ブロックＢを二次元としたが、図１２に示すように、３次元としてもよい。

（４）実施形態１では、蓄電設備１０を、並列に接続された複数の蓄電ユニットＵから構成した。蓄電設備１０は、単数の蓄電ユニットＵから構成してもよい。

（５）実施形態１では、１つの蓄電ユニットＵを８つの蓄電モジュールＭから構成し、「２×４」の配列とした。１つの蓄電ユニットＵに対する蓄電モジュールＭの使用個数や配列は実施形態の例に限定されない。また、ブロックＢの配列は、蓄電ユニットＵにおける蓄電モジュールＭの配列を模擬していればよい。

（６）実施形態１では、Ａ日とＢ日の温度分布を、画面を切り換えて表示したが、同じ画面に両日の温度分布を同時に表示してもよい。

（７）実施形態１では、情報処理端末１００は、蓄電設備１０の監視データを、通信回線Ｎを介して、統合監視部２０から取得した。監視データの取得方法は、通信回線Ｎに限らない。図７に示すように、蓄電設備１０の配置された現地に、作業者Ｊ２が赴いて統合監視部２０から監視データのログをノート型のパソコン１２０や記憶媒体を用いて回収し、回収した監視データのログを情報処理端末１００に入力してもよい。

１０蓄電設備
２０統合監視部
６０蓄電素子
１００情報処理端末
１０１制御部
１０７表示部
Ｂブロック
Ｍ蓄電モジュール
Ｕ蓄電ユニット

Claims

蓄電設備のアフターサービスに使用される情報処理端末であって、
表示部と、
制御部と、を有し、
前記蓄電設備は、複数の蓄電モジュールからなる蓄電ユニットを有し、
前記制御部は、各前記蓄電モジュールに備えられた温度センサにより計測された、運用開始後の各前記蓄電モジュールの温度を前記蓄電設備から取得し、
前記蓄電ユニットにおける複数の前記蓄電モジュールの配列を模擬した複数のブロックに対する表示色の色分布により、前記蓄電ユニットの温度分布を、前記表示部に表示する、情報処理端末。
請求項１に記載の情報処理端末であって、
前記制御部は、前記蓄電ユニットについて複数の対象日時の温度分布を前記表示部に表示する、情報処理端末。
請求項１又は請求項２に記載の情報処理端末であって、
前記蓄電モジュールは、隣接配置された複数の蓄電素子を含む、情報処理端末。
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の情報処理端末であって、
前記蓄電モジュールは、前記温度センサを、間隔を空けて複数個備える、情報処理端末。
蓄電設備の温度分布の表示方法であって、
前記蓄電設備は、複数の蓄電モジュールからなる蓄電ユニットを有し、
各前記蓄電モジュールに備えられた温度センサにより計測された、運用開始後の各前記蓄電モジュールの温度を前記蓄電設備から取得し、
前記蓄電ユニットにおける複数の前記蓄電モジュールの配列を模擬した複数のブロックに対する表示色の色分布により、前記蓄電ユニットの温度分布を表示する、表示方法。