DE102013214287A1

DE102013214287A1 - Steuervorrichtung für elektrische Energie

Info

Publication number: DE102013214287A1
Application number: DE102013214287.0A
Authority: DE
Inventors: Akira Ito; Hiroshi MUNEISHI
Original assignee: Denso Corp; Aval Nagasaki Corp
Current assignee: Denso Corp; Aval Nagasaki Corp
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2014-01-23
Also published as: US9507368B2; JP2014023376A; JP5882156B2; US20140025214A1

Abstract

Eine Energiesteuervorrichtung weist auf: eine Energieversorgungsvorrichtung (20) mit mehreren Energieversorgungselementen; eine Energieverbrauchsvorrichtung (22, 44); eine Batterie (24), die unabhängig von der Energieversorgungsvorrichtung und der Energieverbrauchsvorrichtung angeordnet ist; eine Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung (30) zur Steuerung der Energieversorgungsvorrichtung und der Batterie, um die Energieverbrauchsvorrichtung mit der elektrischen Energie zu versorgen; eine Vorhersagevorrichtung (14) zur Vorhersage einer elektrischen Energieversorgung von wenigstens einem Teil der mehreren Energieversorgungselemente und eines elektrischen Energieverbrauchs der Energieverbrauchsvorrichtung; eine Schutzwerteinstellvorrichtung (S22 und S24) zum Einstellen eines Schutzwertes eines Lade- und Entladebetriebs der Batterie in Übereinstimmung mit einem Vorhersageergebnis der Vorhersagevorrichtung; und eine Ausgabevorrichtung (S22 und S24) zum Ausgeben des Schutzwertes an die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für elektrische Energie, die Energie in Übereinstimmung mit einem Vorhersageverarbeitungsergebnis über wenigstens entweder eine Energieversorgung durch wenigstens einen Teil einer Versorgungsvorrichtung oder einen Energieverbrauch durch eine Nachfragevorrichtung steuert.
Das nachstehend beschriebene Patentdokument 1 offenbart beispielsweise solch eine Steuervorrichtung. Diese Steuervorrichtung ist derart konfiguriert, dass ein Lade- und Entladeablaufplan auf der Grundlage einer Vorhersage über eine Energienachfrage eines Hauses, das Energie von einer In-Vehicle-Batterie empfangen und Energie an eine In-Vehicle-Batterie senden kann, und in Übereinstimmung mit einer Bewertungsfunktion, durch die eine Bewertung höher ausfällt, wenn eine CO₂-Emission und Energiekosten fallen, bestimmt wird, und ein Laden und Entladen eines Fahrzeugs in Übereinstimmung mit dem so bestimmten Ablaufplan angewiesen wird.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Steuervorrichtung von dem Typ, der dazu ausgelegt ist, einen Lade- und Entladeablaufplan gemäß obiger Beschreibung auf der Grundlage der Vorhersage zu bestimmten, dahingehend ein Problem aufweist, dass die Steuervorrichtung eine Balance zwischen Versorgung und Nachfrage nicht aufrechterhalten kann, wenn sich die Vorhersage als fehlerhaft herausstellt.
Patentdokument 1: JP 2008-54439 A (d. h. US 2009/192655 )
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung für elektrische Energie bereitzustellen, die Energie in Übereinstimmung mit einem Ergebnis einer Vorhersagevorrichtung über wenigstens entweder eine Energieversorgung durch wenigstens einen Teil von Energieversorgungselementen oder einen Energieverbrauch durch eine Verbrauchsvorrichtung steuert.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist eine Energiesteuervorrichtung auf: eine Energieversorgungsvorrichtung zur Bereitstellung einer elektrischen Energie, wobei die Energieversorgungsvorrichtung mehrere Energieversorgungselemente aufweist; eine Energieverbrauchsvorrichtung zum Verbrauchen der elektrischen Energie; eine Batterie, die unabhängig von der Energieversorgungsvorrichtung und der Energieverbrauchsvorrichtung angeordnet ist; eine Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung zur Steuerung der Energieversorgungsvorrichtung und der Batterie, um die Energieverbrauchsvorrichtung mit der elektrischen Energie zu versorgen; eine Vorhersagevorrichtung zur Vorhersage wenigstens entweder einer elektrischen Energieversorgung von wenigstens einem Teil der mehreren Energieversorgungselemente oder eines elektrischen Energieverbrauchs der Energieverbrauchsvorrichtung; eine Schutzwerteinstellvorrichtung zum Einstellen eines Schutzwertes eines Lade- und Entladebetriebs der Batterie in Übereinstimmung mit einem Vorhersageergebnis der Vorhersagevorrichtung; und eine Ausgabevorrichtung zum Ausgeben des Schutzwertes an die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung.
Bei der obigen Vorrichtung kann die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung eine Energieabstimmung vornehmen, die in einem Umfang einer Vorhersageperiode der Vorhersagevorrichtung angemessen ist. Ferner kann die Vorrichtung obigen Nachteil vermeiden, indem sie einen Befehlswert der Lade- und Entladeenergie als den Schutzwert an die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung gibt.
Die obige und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich. In den Zeichnungen zeigt:
1 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Systemkonfiguration gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens einer Verarbeitung zur Suche eines Optimums der ersten Ausführungsform;
3 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens einer Verarbeitung zur Berechnung eines Schutzwertes in der ersten Ausführungsform;
4 eine Abbildung zur Veranschaulichung von Vorteilen der ersten Ausführungsform;
5 eine weitere Abbildung zur Veranschaulichung von Vorteilen der ersten Ausführungsform;
6 noch eine weitere Abbildung zur Veranschaulichung von Vorteilen der ersten Ausführungsform; und
7 noch eine weitere Abbildung zur Veranschaulichung von Vorteilen der ersten Ausführungsform; und
8 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahren einer Verarbeitung zur Suche eines Optimums gemäß einer zweiten Ausführungsform.
(Erste Ausführungsform)
Nachstehend wird eine erste Ausführungsform, in der eine Energiesteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung auf eine in einem Geschäft angeordnete Energiesteuervorrichtung angewandt wird, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Ein in der 1 gezeigtes System 10 ist ein Gegenstand, auf den diese Ausführungsform angewandt wird. Nachstehend wird das System 10 als ein System angenommen, mit dem ein Geschäft bzw. Laden ausgerüstet ist.
Das System 10 weist, als Versorgungsvorrichtung, die eine Vorrichtung auf einer Energieversorgungsseite ist, einen Solarkollektor 20 und eine Leitung L1, die mit einer kommerziellen Energieversorgung (Systemenergieversorgung 26) außerhalb des Systems 10 verbunden ist, auf. Die Leitung L1 selbst erzeugt keine Energie. Die Leitung L1 ist jedoch eine Einleitvorrichtung zum Einleiten von Energie von außerhalb des Systems 10 (Energie, die von der Systemenergieversorgung 26 bereitgestellt wird) in das System 10 und dient folglich als die Versorgungsvorrichtung auf der Versorgungsseite im System 10.
Demgegenüber sind eine Wärmepumpe 22, eine Leitung L2 und eine Last 44 als Nachfragevorrichtung auf einer Energienachfrageseite im System 10 angeordnet. Die Leitung L2 ist eine Übertragungsvorrichtung zur Übertragung von Energie an ein mobiles Objekt (Nutzfahrzeug 28) außerhalb des Systems 10. Es wird angemerkt, dass eine ideale Energieverbrauchsrate auf der Leitung L2 null ist. Die Leitung L2 dient jedoch als eine Vorrichtung auf der Seite, auf der Energie aus dem System 10 entnommen wird, indem die Energie nach außerhalb des Systems 10 übertragen wird. Es sollte beachtet werden, dass die Leitung L1 im Falle eines Rückwärtsenergieflusses vom System 10 zur Systemenergieversorgung 26 ebenso als die Nachfragevorrichtung dient.
Neben der Versorgungsvorrichtung und der Nachfragevorrichtung weist das System 10 eine Sekundärbatterie (Batterie 24) als eine Kondensatorvorrichtung auf. In dieser Ausführungsform wird die Batterie 24 als eine Lithiumionen-Sekundärbatterie angenommen.
Ein Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 weist eine Funktion zur Aufrechterhaltung einer Balance zwischen Versorgung und Nachfrage auf, indem sie Energie, die der Nachfragevorrichtung zuzuführen ist, durch Energie der Bereitstellungsvorrichtung abdeckt. Insbesondere handhabt der Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 eine Lade- und Entlademenge der Batterie 24 und eine Energieversorgungsmenge von der Systemenergieversorgung 26, um eine Balance zwischen Versorgung und Nachfrage von Energie innerhalb des Systems 10 aufrechtzuerhalten.
Genauer gesagt, der Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 weist eine DC-Busleitung (HVDC für High Voltage Direct Current oder Hochspannungsgleichstrom) 32 auf, so dass Energie durch den Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 über die DC-Busleitung 32 gesendet und empfangen werden kann. D. h., erzeugte Energie Psp des Solarkollektors 20 wird von einem Solarwandler 34 verstärkt und an die DC-Busleitung 32 ausgegeben. Ferner wird von der Systemenergieversorgung 26 bereitgestellte Energie Psys durch einen Systeminverter 36 in DC- bzw. Gleichstromenergie gewandelt und an die DC-Busleitung 32 ausgegeben. Darüber hinaus wird Entladeenergie Pbd der Batterie 24 über einen DC-DC-Wandler 38 an die DC-Busleitung 32 ausgegeben.
Unterdessen wird Energie der DC-Busleitung 32 als Ladeenergie Pbc der Batterie 24 über den DC-DC-Wandler 38 an die Batterie 24 gegeben. Ferner wird Energie Php der DC-Busleitung 32 durch einen Wärmepumpenwandler 40 an die Wärmepumpe 22 ausgegeben. In dieser Ausführungsform wird angenommen, dass die Wärmepumpe 22 eine Schnittstelle aufweist, mit der zweiwertige Operationen einschließlich eines Ansteuerzustands und eines Stoppzustands durch einen externen Controller gesteuert werden können. Folglich wird, während sich die Wärmepumpe 22 in einem Ansteuerzustand befindet, konstante Energie Php vom Wärmepumpenwandler 40 an die Wärmepumpe 22 gegeben. Ferner wird Energie der DC-Busleitung 32 über den Ladewandler 42 an die Leitung L2 ausgegeben und über die Leitung L2 dem Nutzfahrzeug 28 zugeführt. Das Nutzfahrzeug 28 kann ein Fahrzeug mit einem elektrischen Tiefkühlgerät unter Vertrag mit dem Geschäft oder ein Elektrofahrzeug, das dahingehend einen Vertrag besitzt, dass es berechtigt ist, mit Energie versorgt zu werden, nachdem es die Waren an das Geschäft geliefert hat. Ferner wird Energie PLoad der DC-Busleitung 32 an die Last 44 ausgegeben.
Bei der obigen Konfiguration wird eine Balance zwischen Versorgung und Nachfrage innerhalb des Systems 10 aufrechterhalten, indem die Ladeenergie Pbc (Entladeenergie Pbd) der Batterie 24 und die Energie der Systemenergieversorgung 26 bestimmt werden. Zu diesem Zweck verwendet der Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 dieser Ausführungsform einen Spannungswert der DC-Busleitung 32 als Information über eine Tendenz zu entweder einer Versorgung oder Nachfrage innerhalb des Systems 10. Diese Konfiguration bezweckt, weder einen Informationsaustausch noch eine gemeinsame Steuerung unter der involvierten Energiesteuervorrichtungen (DC-DC-Wandler 38, Systeminverter 36 und Solarwandler 34) erforderlich zu machen, wenn der Nachfragevorrichtung zuzuführende Energie von der Batterie 24, der Systemenergieversorgung 26 und dem Solarkollektor 20 bereitgestellt wird.
Genauer gesagt, am Ende der Nachfragevorrichtung wird die Energie Php, wenn der Wärmepumpenwandler 40 betrieben wird, in Übereinstimmung mit einer Anfrage von der Wärmepumpe 22 bestimmt, wird die Energie Pv, die vom Ladewandler 42 ausgegeben wird, in Übereinstimmung mit einer Ladeanfrage vom Nutzfahrzeug 28 bestimmt, und wird die PLoad in Übereinstimmung mit einer Anfrage von der Last 44 bestimmt.
Demgegenüber wird, am Ende der Versorgungsvorrichtung, die Erzeugungsenergie Psp des Solarkollektors 20 beispielsweise mittels einer bekannten MPPT-(Maximum Power Point Tracking)-Steuerung selbständig bestimmt. Demgegenüber werden die Ladeenergie Pbc und die Entladeenergie Pbd der Batterie 24 und ferner die Energie Psys der Systemenergieversorgung 26 in Übereinstimmung mit einer Ist-Spannung Vhvdc über der DC-Busleitung 32 bestimmt. Die Spannung Vhvdc ist ein Parameter, der mit einer Tendenz der Balance zwischen Versorgung und Nachfrage von Energie innerhalb des Systems 10 korreliert, und der Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 verwendet die Spannung Vhvdc als Information über eine Tendenz einer Balance zwischen Versorgung und Nachfrage.
Genauer gesagt, der DC-DC-Wandler 38 ist ein bidirektionaler Wandler, wie beispielsweise eine bekannte Aufwärts- und Abwärts-Chopperschaltung. Ob sich das System 10 in einem Entladezustand, in dem Energie aus der Batterie 24 zur DC-Busleitung 32 entladen wird, oder in einem Ladezustand, in dem die Batterie 24 mit Energie von der DC-Busleitung 32 geladen wird, befindet, wird in Abhängigkeit davon bestimmt, welche von einer Ausgangsspannung Va über dem DC-DC-Wandler 38 und der Spannung Vhvdc die größere oder die kleinere ist. In gleicher Weise ist der Systeminverter 36 eine bidirektionale Energiewandlungsschaltung, in der eine Aufwärts- und Abwärts-Chopperschaltung oder dergleichen mit einer Ausgangsstufe einer DC-AC-Wandlungsschaltung bekannter Bauart verbunden ist. Ob Energie von der Systemenergieversorgung 26 an die DC-Busleitung 32 gegeben oder gestoppt (Rückwärtsenergiefluss in einigen Fällen) wird, wird in Abhängigkeit davon bestimmt, welche von der Ausgangsspannung Vb über dem Systeminverter 36 und der Spannung Vhvdc die größere oder die kleinere ist. Diese Konfiguration wird erzielt, indem eine Einleitungsverarbeitung von Energie von der Systemenergieversorgung 26 unter Verwendung einer DC-AC-Wandlungsschaltung in einer Eingangsstufe ausgeführt wird, wenn Energie von der Aufwärts- und Abwärts-Chopperschaltung an die DC-Busleitung 32 ausgegeben wird.
Die Ausgangsspannung Va über dem DC-DC-Wandler 38 und die Ausgangsspannung Vb über dem Systeminverter 36 werden von einem in der 1 gezeigten Steuerer 50 bestimmt. Genauer gesagt, der Steuerer 50 bestimmt eine batterieseitige Befehlsspannung Varef und eine systemseitige Befehlsspannung Vbref als einen Betriebsbetrag, um die Kosten zu minimieren, die im System 10 anfallen, indem Energie von der Systemenergieversorgung 26 bereitstellt wird. Der DC-DC-Wandler 38 und der Systeminverter 36 steuern die eigenen Ausgangsspannungen Va und Vb als die batterieseitige Befehlsspannung Varef bzw. die systemseitige Befehlsspannung Vbref.
Genauer gesagt, in dieser Ausführungsform werden die Systemenergieversorgung 26 und der Solarkollektor 20 als Vorrichtung zum Speisen von Energie in das System 10 angenommen. Für den Fall, dass Energie von der Systemenergieversorgung 26 über die Leitung L1 zugeführt bzw. bereitgestellt wird, fallen die Kosten (Elektrizitätsgebühren) in Übereinstimmung mit der Bereitstellung an. Die Leitung L1 ist folglich eine Vorrichtung zur kostenpflichtigen Versorgung, bei der Kosten im System 10 anfallen. Demgegenüber versorgt der Solarkollektor 20 das System 10 mit der Erzeugungsenergie Psp, die kostenlos ist, wenn eine anfängliche Investition zum Kaufen des Solarkollektors 20 und der Verschleiß des Solarkollektors 20 ignoriert werden, und ist der Solarkollektor 20 folglich eine Vorrichtung zur kostenlosen Versorgung. Folglich führt der Steuerer 50 eine Verarbeitung (Optimumsuchverarbeitung) aus, um nach der Ladeenergie Pbc und der Entladeenergie Pbd zu suchen, die die Kosten minimieren, die anfallen, indem Energie von der Systemenergieversorgung 26 bereitstellt bzw. zugeführt wird. Ferner kann dadurch, dass die Kosten minimiert werden, eine Nutzmenge der Erzeugungsenergie Psp des Solarkollektors 20 erhöht werden. Diese Ausführungsform strebt folglich nach einer Erhöhung einer Nutzmenge von erneuerbarer Energie und folglich nach einer sogenannten lokalen Erzeugung für einen lokalen Verbrauch, durch die innerhalb des Systems 10 erzeugte Energie soweit möglich verbraucht wird.
2 zeigt die vom Steuerer 50 ausgeführte Optimumsuchverarbeitung. Diese Verarbeitung wird in einem Steuerzyklus Tc (hierin als eine Stunde angenommen) wiederholt ausgeführt.
In einer Reihe der Verarbeitungsschritte wird zunächst in Schritt S10 Information über die Kosten c(t) von Energie, die von der Systemenergieversorgung 26 bereitgestellt wird, erfasst. Die „Kosten (c)”, auf die hierin Bezug genommen wird, schwanken von Zeitzone zu Zeitzone, wobei sie beispielsweise an Wochentage spät abends niedriger als während der Tageszeit sind, und sind folglich zeitabhängig. Diese Verarbeitung kann eine Verarbeitung sein, um Information vom Versorgungsunternehmen über eine Kommunikationsleitung abzufragen, oder eine Verarbeitung sein, um beim Benutzer anzufragen, Information einzugeben, um die so eingegebene Information zu erfassen.
Information über eine aktuelle Lademenge Bint der Batterie 24 und eine aktuelle Warmwasserspeichermenge Lint der Wärmepumpe 22 wird im anschließenden Schritt S12 erfasst. Die Lademenge Bint wird erhalten, indem ein aktueller Ladezustand (SOC) der Batterie 24 mit einer Vollladungsmenge Bmax multipliziert wird. Ferner wird der Ladezustand mittels eines bekannten Verfahrens in Übereinstimmung mit einem Lade- und Entladestrom Ibatt der Batterie 24, der durch einen Stromsensor 54 erfasst wird, oder einer Anschlussspannung Vbatt über der Batterie 24, die von einem Spannungssensor 56 erfasst wird, berechnet. Demgegenüber wird die Warmwasserspeichermenge Lint von der Wärmepumpe 22 bereitgestellt.
Eine Verarbeitung zur Vorhersage der Erzeugungsenergie Psp(t) des Solarkollektors 20, der Ladeenergie Pv(t) des Nutzfahrzeugs 28, der Energie PLoad(t), die von der Last 44 verbraucht wird, und einer Menge an verbrauchtem Warmwasser Luse(t) der Wärmepumpe 22 erfolgt im anschließenden Schritt S14. Die Vorhersageverarbeitung für die Erzeugungsenergie Psp(t) des Solarkollektors 20 erfolgt beispielsweise auf der Grundlage einer Wettervorhersage, die über die Kommunikationsleitung erfasst wird. Alternativ kann der Steuerer 50 selbst eine Wettervorhersage auf der Grundlage eines Erfassungswerts der Atmosphäre treffen, um die Erzeugungsenergie Psp(t) auf der Grundlage des vorhergesagten Wetters vorherzusagen.
Unterdessen wird die Ladeenergie Pv(t) des Nutzfahrzeugs 28 auf der Grundlage einer Historie der Ladeenergie in der Vergangenheit vorhergesagt. Diese Vorhersage kann erfolgen, indem eine Ladeenergie und eine Zeit während einer vorbestimmten Zeitspanne in der Vergangenheit in einem Speicher 52, der im Steuerer 50 vorgesehen ist, jedes Mal, wenn das Nutzfahrzeug 28 tatsächlich geladen wird, gespeichert werden. Genauer gesagt, es werden beispielsweise ein Mittelwert der Ladeenergie an jedem Zeitpunkt in der Vergangenheit in den vergangenen paar Tagen und eine Standardabweichung berechnet und ein Vorhersagewert der Ladeenergie Pv(t) an einem bestimmten Zeitpunkt ermittelt, indem die Standardabweichung zum Mittelwert addiert wird. Die vorbestimmte Zeitspanne ist vorzugsweise eine Zeitspanne, die länger als eine Vorhersageperiode ist.
Ferner kann die von der Last 44 verbrauchte Energie PLoad(t) auf der Grundlage einer Historie des Energieverbrauchs in der Vergangenheit vorhergesagt werden. Diese Verarbeitung kann ebenso ausgeführt werden, indem der Energieverbrauch von Zeit zu Zeit während einer vorbestimmten Zeitspanne in der Vergangenheit im Speicher 52 gespeichert wird. Ferner kann die Menge an verbrauchtem Warmwasser Luse(t) der Wärmepumpe 22 auf der Grundlage einer Historie von verbrauchtem Wasser in der Vergangenheit vorhergesagt werden. Diese Verarbeitung kann ebenso ausgeführt werden, indem eine Menge an verbrauchtem Warmwasser von Zeit zu Zeit während einer vorbestimmten Zeitspanne in der Vergangenheit im Speicher 52 gespeichert wird.
Ein unterer Grenzwert Bmin(t) von Energie der Batterie 24 und ein unterer Grenzwert Lmin(t) der Warmwasserspeichermenge der Wärmepumpe 22 werden im anschließenden Schritt S16 berechnet. Der untere Grenzwert Bmin(t) wird hoch genug eingestellt, um sämtliche Ladeenergie Pv(t), die in Schritt S14 vorhergesagt wird, durch die Batterie 24 abzudecken. Der Grund für diese Konfiguration liegt darin, die Batterie 24 mit einer Lademenge bereitzustellen, die ausreichend ist, um das Nutzfahrzeug 28 mit Energie zu versorgen, die mit der Ladeenergie Pv(t) vergleichbar ist, und den unteren Grenzwert Lmin(t) in dem Ausmaß auf einen Wert herabzusetzen, zu dem die Wärmepumpe 22 eine Menge von verbrauchtem Warmwasser Luse(t), die in Schritt S14 vorhergesagt wird, bereitstellen kann.
Die Ladeenergie Pbc(t), die Entladeenergie Pbd(t), die Energie Psys(t) und ein Betriebsbefehlswert Hp(t) der Wärmepumpe 22 zur Minimierung der Kosten, die anfallen, indem Energie von der Systemenergieversorgung 26 empfangen wird, werden im anschließenden Schritt S18 auf der Grundlage eines Ergebnisses der Vorhersageverarbeitung in Schritt S14 ermittelt. Diese Suche erfolgt in dieser Ausführungsform anhand einer linearen Programmierung. Genauer gesagt, diese Suche wird ausgeführt, indem nach einem Wert gesucht wird, der eine durch die nachstehende Gleichung (c1) beschriebene Objektfunktion Z minimiert, unter den durch die nachstehenden Gleichungen (c2) bis (c9) beschriebenen Randbedingungen unter Anwendung einer gemischt-ganzzahligen Programmierung. Mathematische Gleichung 1:
Psp(t) + Psys(t) + Pbd(t) ≥ Pbc(t) + Php·Hp(t) + Pv(t) + PLoad(t) (c4) 0 ≤ Psys(t) ≤ Psysmax (c5) 0 ≤ Pbc(t) ≤ Pbcmax (c6) 0 ≤ Pbd(t) ≤ Pbdmax (c7) f(Pbc(t)) + f(Pdc(t)) ≤ 1 (c8) f(Pv(t)) + f(Hp(t)) ≤ 1 (c9)
Die obige Gleichung (c1) zeigt ein Beispiel auf, bei dem die Objektfunktion Z als eine Summe der Produkte der Kosten c(t) und der Energie Psys(t) während einer Vorhersageperiode (0 bis N·Tc) aufgebaut ist. Die Vorhersageperiode ist in dieser Ausführungsform auf eine Zeitspanne gesetzt, die länger als der Verarbeitungszyklus (Steuerzyklus Tc) in der 2 andauert. Insbesondere wird der Verarbeitungszyklus in dieser Ausführungsform als 24 Stunden dauernd angenommen. Der Grund für diese Annahme liegt darin, dass ein Fluktuationszyklus der Kosten c(t) der Energie der Systemenergieversorgung 26 auf einen Tag (24 Stunden) gesetzt ist.
Die obige Gleichung (c2) beschreibt die Randbedingung für eine geladene Menge der Batterie 24, und die obige Gleichung (c3) beschreibt die Randbedingung für eine Menge an verbrauchtem Warmwasser der Wärmepumpe 22. Es wird angemerkt, dass der Befehlswert Hp auf „1” wechselt, wenn die Wärmepumpe 22 angesteuert wird, und ansonsten auf „0” wechselt. Ferner verwendet die obige Gleichung (c3) eine Zunahme dL in der Warmwasserspeichermenge pro Zeiteinheit, wenn die Wärmepumpe 22 betrieben wird.
Ferner beschreibt die obige Gleichung (c4) die Randbedingung für ein Verhältnis zwischen Versorgung und Nachfrage. In dieser Ausführungsform ist diese Randbedingung als eine Bedingung gegeben, um zu bewirken, dass die Versorgungsenergie größer oder gleich der Nachfrageenergie (deren Vorhersagewert) ist. Die obige Gleichung (c5) beschreibt die Randbedingung für den Nutzungsumfang der Systemenergieversorgung 26. Kurz gesagt, da die verfügbare Energie der Systemenergieversorgung 26 einen vertraglichen oberen Grenzwert Psysmax aufweist, wird verhindert, dass die Versorgungsenergie den oberen Grenzwert Psysmax überschreitet. Ferner beschreibt die obige Gleichung (c6) die Randbedingung für die Ladeenergie Pbc(t) der Batterie 24 und beschreibt die obige Gleichung (c7) die Randbedingung für die Entladeenergie Pbd(t) der Batterie 24. Diese Bedingungen sollen verhindern, dass die Ladeenergie Pbc(t) und die Entladeenergie Pbd(t) die entsprechenden oberen Grenzwerte der Energie überschreiten, die durch die Spezifikation der Batterie 24 bestimmt werden. Die oberen Grenzwerte der Lade- und der Entladeenergie der Batterie 24 werden im Voraus im Speicher 52 des Steuerers 50 gespeichert.
Ferner beschreibt die obige Gleichung (c8), dass die Batterie 24 nicht gleichzeitig geladen und entladen werden kann, in Form einer Funktion f, die eine „1” annimmt, wenn eine unabhängige Variable positiv ist, und eine „0” annimmt, wenn die unabhängige Variable kleiner oder gleich null ist. Ferner beschreibt die Gleichung (c9) eine Bedingung, die ein Laden des Nutzfahrzeugs 28 und eine Ansteuerung der Wärmepumpe 22 zur gleichen Zeit verhindert. Diese Bedingung zielt darauf ab, den vertraglichen oberen Grenzwert Psysmax der Systemenergieversorgung 26 durch eine Verringerung des Höchstwertes des Energieverbrauchs innerhalb des Systems 10 zu verringern.
Die Verarbeitung in Schritt S18 bildet eine Optimalwertsuchvorrichtung in dieser Ausführungsform. Wenn diese Verarbeitung abgeschlossen ist, wird eine Abfolge der in der 2 gezeigten Verarbeitungsschritte beendet.
3 zeigt eine Verarbeitung, um ein vom Steuerer 50 an den Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 ausgegebenes Befehlssignal zu erzeugen, und zwar im Hinblick auf ein Ergebnis der Optimumsuchverarbeitung. Diese Verarbeitung wird im Steuerzyklus Tc wiederholt ausgeführt.
In einer Abfolge der Verarbeitungsschritte wird zunächst in Schritt S20 bestimmt, ob die Ladeenergie Pbc(0) der Batterie 24 größer als null ist. Diese Verarbeitung soll bestimmen, ob die Batterie 24 während einer Zeitspanne vom aktuellen Zeitpunkt bis zum Verstreichen des Steuerzyklus Tc zur Minimierung der Kosten geladen werden muss. Genauer gesagt, wie in den obigen Gleichungen (c2) und (c3) gezeigt, trifft die Optimumsuchverarbeitung eine Vorhersage über die Vorhersageperiode, „t = 0 bis N·Tc”, vorausgesetzt, dass „t = 0” als der aktuelle Zeitpunkt ist. Folglich wird die Ladeenergie Pbc(t) in der Periode vom aktuellen Zeitpunkt bis zum Verstreichen des Steuerzyklus Tc zur Minimierung der Zielfunktion Z als Ladeenergie Pbc(0) ermittelt. Wenn die Bestimmung in Schritt S20 positiv ist, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S22 voran, da ein Laden der Batterie 24 bei der Kostenersparnis als effektiv erachtet wird.
In Schritt S22 wird ein Schutzwert (Ladeobergrenzenschutzwert Icmax) eines Ladestroms der Batterie 24 berechnet und an den Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 gegeben. Hierin wird der Ladeschutzwert an den Versorgungsund Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 gegeben, anstatt einen Befehl zum Laden der Batterie 24 mit der Ladeenergie Pbc(0) auszugeben. Der Grund für diese Konfiguration liegt darin, dass es dem Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 ermöglicht werden soll, eine Balance zwischen Versorgung und Nachfrage auch dann abzugleichen, wenn sich die Vorhersage als fehlerhaft herausstellt.
Ferner wird der Ladeobergrenzenschutzwert Icmax entsprechend der Ladeenergie Pbc(0) an den Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 gegeben, anstatt die Ladeenergie Pbc(0) als den oberen Grenzwert auszugeben. Der Grund für diese Konfiguration liegt darin, den Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 unabhängig von der Spezifikation der Batterie 24 und folglich vielseitiger verwendbar auszulegen. Genauer gesagt, ein Verhältnis einer Leerlaufspannung (OCV) und eines Ladezustands (SOC), ein interner Widerstand, ein zulässiger Bereich der Lade- und Entladeenergie, ein zulässiger Bereich eines Lade- und Entladestroms und ein zulässiger Bereich einer Anschlussspannung der Batterie 24 ändern sich mit den Spezifikationen. Folglich kann, durch das Ausführen einer Verarbeitung zur Bestimmung des geeigneten Ladeobergrenzenschutzwerts Icmax auf der Grundlage solcher charakteristischer Information der Batterie 24 durch den Steuerer 50, der Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 vielseitiger verwendbar ausgelegt werden.
Genauer gesagt, der Steuerer 50 berechnet den Ladeobergrenzenschutzwert Icmax auf der Grundlage der charakteristischen Information der Batterie 24, die im Speicher 52 gespeichert wird. Die Zeichnung zeigen ein Beispiel auf, bei dem der Ladeobergrenzenschutzwert Icmax anhand einer Gleichung berechnet wird, so einfach wie die Ermittlung des Produkts der Leerlaufspannung (OCV), die aus dem Ladezustand der Batterie 24 ersichtlich wird, und des Ladeobergrenzenschutzwerts Icmax als die Ladeenergie Pbc(0). Kurz gesagt, ein Spannungsabfallbetrag verursacht durch einen internen Widerstand und Einflüsse einer Polarisation werden vernachlässigt, wenn der Ladeobergrenzenschutzwert Icmax in diesem Beispiel berechnet wird.
Durch die Verarbeitung in Schritt S22 wird der batterieseitigen Befehlsspannung Varef ein niederspannungsseitiger Standardwert VL zugewiesen und der systemseitigen Befehlsspannung Vbref ein hochspannungsseitiger Standardwert VH zugewiesen und werden die batterieseitige Befehlsspannung Varef und die systemseitige Befehlsspannung Vbref an den Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 ausgegeben. Diese Verarbeitung dient dazu, den Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 anzuweisen, dass die Batterie 24 geladen werden muss.
Die Verarbeitung in Schritt S22 bildet eine Schutzwerteinstellvorrichtung und eine Ausgabevorrichtung in dieser Ausführungsform.
Demgegenüber schreitet die Verarbeitung dann, wenn die Bestimmung in Schritt S20 negativ ist, zu Schritt S24 voran, da ein Entladen der Batterie 24 in Sachen Kostenersparnis als effektiv erachtet wird.
In Schritt S24 wird ein Schutzwert (Entladeobergrenzenschutzwert Idmax) eines Entladestroms, der durch die Entladeenergie Pbd(0) bestimmt wird, auf die gleiche Weise wie im obigen Schritt S22 berechnet und an den Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 ausgegeben. Ferner wird der batterieseitigen Befehlsspannung Varef ein hochspannungsseitiger Standardwert VH zugewiesen und der systemseitigen Befehlsspannung Vbref ein niederspannungsseitiger Standardwert VL zugewiesen und werden die batterieseitige Befehlsspannung Varef und die systemseitige Befehlsspannung Vbref an den Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 ausgegeben. Diese Verarbeitung dient dazu, den Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 anzuweisen, dass die Batterie 24 entladen werden muss.
Die Verarbeitung in Schritt S24 bildet die Schutzwerteinstellvorrichtung und die Ausgabevorrichtung in dieser Ausführungsform.
Wenn die Verarbeitung in Schritt S22 oder Schritt S24 abgeschlossen ist, wird in Schritt S26 bestimmt, ob oder nicht der Befehlswert Hp(0) eine „1” zeigt. Diese Verarbeitung dient zur Bestimmung, ob die Wärmepumpe 22 in einer Zeitpunkt vom aktuellen Zeitpunkt bis zum Verstreichen des Steuerzyklus Tc zur Minimierung des Kosten angesteuert werden muss. Die Verarbeitung in Schritt S26 bildet eine Bestimmungsvorrichtung in dieser Ausführungsform. Wenn die Bestimmung in Schritt S26 positiv ist, wird in Schritt S28 ein Ansteuersignal Mh an die Wärmepumpe 22 ausgegeben.
Wenn die Verarbeitung in Schritt S28 abgeschlossen oder die Bestimmung in Schritt S26 negativ ist, wird eine Abfolge der Verarbeitungsschritte beendet.
Gemäß der obigen Verarbeitung wird, da die Kosten während der Vorhersageperiode (hierin als 24 Stunden angenommen), die länger als der Steuerzyklus Tc ist, durch die obige Verarbeitung in der 2 minimiert werden, der Schutzwert in jedem Steuerzyklus Tc durch die Verarbeitung in der 3 aktualisiert. Genauer gesagt, obgleich in jedem Steuerzyklus Tc über die Vorhersageperiode, die länger als der Steuerzyklus Tc ist, eine Vorhersage getroffen wird, wird die Einstellung des Schutzwertes auf der Grundlage dieser Vorhersage auf die Zeitspanne des Steuerzyklus Tc beschränkt und wird der Schutzwert im folgenden Steuerzyklus Tc auf der Grundlage eines neuen Vorhersagergebnisses erneut eingestellt. Hierin wird der Steuerzyklus Tc kürzer als die Vorhersageperiode der Modellvorhersagesteuerung wie vorstehend ausgelegt. Der Grund für diese Konfiguration liegt darin, die Robustheit gegenüber einem Vorhersagefehler in der Vorhersageverarbeitung und einem Modellierungsfehler in der Optimumsuchverarbeitung zu verbessern. Es wird angemerkt, dass ein Vorhersagefehler ebenso verringert werden kann, indem die Vorhersageperiode selbst kürzer ausgelegt wird. In diesem Fall wird jedoch von der Optimumsuchverarbeitung nach einer optimalen Lösung in einem mikroskopischen Zeitraum gesucht und ist diese optimale Lösung nicht zwangsläufig eine optimale Lösung in einem langen Zeitraum.
Ferner kann dadurch, dass der Schutzwert vom Steuerer 50 an den Versorgungsund Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 gegeben wird, eine Balance zwischen Versorgung und Nachfrage auch im Falle eines Vorhersagefehlers aufrechterhalten werden. Auf diesen Punkt wird nachstehend näher eingegangen.
4 zeigt, über die obige Optimumsuchverarbeitung, einen Fall auf, in dem die Ist-Erzeugungsenergie Psp unter die Vorhersage fällt und Energie unerwartet von der Last 44 verbraucht wird, in Situationen, in denen eine Abdeckung der Ladeenergie Pbc durch die Erzeugungsenergie Psp des Solarkollektors 20 (in der Zeichnung als „geplant” gekennzeichnet) als optimal bestimmt wird. In diesem Fall fällt, da die Erzeugungsenergie Psp so gering ist, die Spannung Vhvdc über der DC-Busleitung 32 beim einem Laden der Batterie 24 und Energieverbrauch durch die Last 44 ab und die Ist-Ladeenergie Pbc unter die Ladeenergie Pbc(0). Ferner fällt die Spannung Vhvdc unter die systemseitige Befehlsspannung Vbref. Folglich wird die Energie Psys der Systemenergieversorgung 26 bereitgestellt.
Demgegenüber kann, in einem Vergleichsfall, in dem die Ladeenergie Pbc selbst als ein Befehlswert an den Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 gegeben wird, die Energie Psys, die von der Systemenergieversorgung 26 benötigt wird, um die Energienachfrage abzudecken, den vertraglichen oberen Grenzwert Psysmax überschreiten.
5 zeigt, über die obige Optimumsuchverarbeitung, einen Fall auf, in dem die Energie PLoad, die tatsächlich von der Last 44 verbraucht wird, gering ist, in Situationen, in denen eine Abdeckung der Energie PLoad, die von der Last 44 verbraucht wird, durch die Entladeenergie Pbd der Batterie 24 (in der Zeichnung als „geplant” gekennzeichnet) als optimal bestimmt wird. In diesem Fall nimmt dann, wenn die Entladeenergie Pbd der Batterie 24 überschüssig wird, da die von der Last 44 verbrauchte Energie gering ist, eine Spannung über der DC-Busleitung 32 in dieser Ausführungsform zu. Folglich wird eine Spannungsdifferenz zwischen der batterieseitigen Befehlsspannung Varef und der Spannung Vhvdc über der DC-Busleitung 32 kleiner und die Entladeenergie Pbd der Batterie 24 folglich geringer als die Entladeenergie Pbd(0) in der Optimumsuchverarbeitung.
Demgegenüber wird bei einem Vergleichsbeispiel, bei dem die Entladeenergie Pbd(0) selbst als ein Befehlswert an den Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 gegeben wird, die Steuerung ausgeführt, um die Entladeenergie Pbd(0) zu halten, indem die Ausgangsspannung Va über dem DC-DC-Wandler 38 erhöht wird.
6 zeigt, über die obige Optimumsuchverarbeitung, einen Fall auf, in dem die Energie PLoad, die tatsächlich von der Last 44 verbraucht wird, hoch ist, in Situationen, in denen eine Abdeckung der Energie PLoad, die von der Last 44 verbraucht wird, durch die Entladeenergie Pbd der Batterie 24 (in der Zeichnung als „geplant” gekennzeichnet) als optimal bestimmt wird. In diesem Fall wird, da die Höchstgrenzenschutzverarbeitung angewandt wird, indem die Entladeenergie Pbd(0), die durch die Optimumsuchverarbeitung bestimmt wird, als der obere Grenzwert dieser Ausführungsform bereitgestellt wird, die Entladeenergie Pbd der Batterie 24 als die Entladeenergie Pbd(0) ermittelt. Da die von der Last 44 verbrauchte Energie derart hoch ist, dass die Spannung Vhvdc über der DC-Busleitung 32 abfällt und unter die systemseitige Befehlsspannung Vbref fällt, wird Energie der Systemenergieversorgung 26 bereitgestellt, um eine Balance zwischen Versorgung und Nachfrage aufrechtzuerhalten. Es wird angemerkt, dass die Spannung Vhvdc über der DC-Busleitung 32, wenn Energie von der Systemenergieversorgung 26 bereitgestellt wird, geringer als die batterieseitige Befehlsspannung Varef ist, die dem hochspannungsseitigen Standardwert VH zugeordnet ist. In dieser Ausführungsform wird jedoch, da der Entladeobergrenzenschutzwert Idmax des Entladestroms bereitgestellt wird, verhindert, dass die Entladeenergie Pbd der Batterie 24 den Schutzwert (Pbd(0)) überschreitet.
7 zeigt, über die Optimumsuchverarbeitung, einen Fall auf, in dem die Erzeugungsenergie Psp unerwartet hoch ist, in Situationen, in denen ein Laden der Batterie 24 mit der Erzeugungsenergie Psp des Solarkollektors 20 (in der Zeichnung als „geplant” gekennzeichnet) als optimal bestimmt wird. Auch in diesem Fall wird die Ladeenergie Pbc der Batterie 24 als die Ladeenergie Pbc(0) ermittelt, da die Höchstgrenzenschutzverarbeitung angewandt wird, unter Verwendung der Ladeenergie Pbc(0), die durch die Optimumsuchverarbeitung bestimmt wird, als der obere Grenzwert. Ein Überfluss der Erzeugungsenergie Psp kann über den Systeminverter 36 zurück geleitet werden.
Nachstehend werden einige der Vorteile dieser Ausführungsform beschrieben.

(1) Der Steuerer 50 sucht nach einem optimalen Wert der Lade- und Entladeenergie der Batterie 24 auf der Grundlage der Vorhersageverarbeitung und gibt den Schutzwert entsprechend dem optimalen Wert an den Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30. Diese Konfiguration ermöglicht es dem Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30, eine Balance zwischen Versorgung und Nachfrage derart aufrechtzuerhalten, dass eine geeignete Lade- und Entladeenergie in einem vorhersageabhängigen Zeitraum erhalten wird. Ferner kann der Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30, da ein Befehlsinhalt, der an den Versorgungsund Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 gegeben wird, in Form des Schutzwerts vorliegt, auch dann, wenn ein Fehler in der Vorhersageverarbeitung auftritt, den Fehler flexibel ansprechen.
(2) Ein Befehl dahingehend, ob die Batterie 24 geladen oder entladen werden muss, wird in Abhängigkeit davon an den Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 gegeben, ob der optimale Wert der Lade- und Entladeenergie der Batterie 24 ein Wert auf der Ladeseite oder der Entladeseite ist. Diese Konfiguration ermöglicht es dem Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30, Information dahingehend zu erfassen, ob entweder ein Laden oder ein Entladen der Batterie 24 auszuführen ist, um Kosten in einem vorhersageabhängigen Zeitraum zu sparen.
(3) Das System ist derart konfiguriert, dass der Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 die DC-Busleitung 32 aufweist, um eine Balance zwischen Versorgung und Nachfrage auf der Grundlage der Spannung Vhvdc über der DC-Busleitung 32 zu verstehen und einen Ausgang des Systeminverters 36 und einen Ausgang des DC-DC-Wandlers 38 auf der Grundlage der Balance zwischen Versorgung und Nachfrage abstimmt. Diese Konfiguration ermöglicht es dem Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30, eine Balance zwischen Versorgung und Nachfrage abzustimmen, ohne einen Informationsaustausch und eine kollaborative Steuerung unter den involvierten Energiesteuervorrichtungen (der Systeminverter 36, der DC-DC-Wandler 38 und der Solarwandler 34) vornehmen zu müssen.
(4) Die batterieseitige Befehlsspannung Varef und die systemseitige Befehlsspannung Vbref werden an den Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 ausgegeben, indem ein Vergleich dahingehend aufgestellt wird, welche die höhere oder die niedrigere ist, in Abhängigkeit davon, ob die Batterie 24 geladen oder entladen werden muss. Diese Konfiguration ermöglicht es dem Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30, eine Balance zwischen Versorgung und Nachfrage auf der Grundlage der batterieseitigen Befehlsspannung Varef und der systemseitigen Befehlsspannung Vbref, die an diesen gegeben werden, aufrechtzuerhalten.
(5) Der Schutzwert der Lade- und Entladeenergie der Batterie 24 wird bestimmt, um die Kosten zu minimieren, die anfallen, indem Energie von der Systemenergieversorgung 26 bereitgestellt wird. Dank dieser Konfiguration können die innerhalb des Systems 10 anfallenden Kosten minimiert und eine Nutzungsmenge an erneuerbarer Energie erhöht werden.
(6) Der Solarkollektor 20 (instabile Versorgungsvorrichtung) ist innerhalb des Systems 10 vorgesehen. Folglich ist, da eine Menge an Energie, der dem System 10 zugeführt werden kann, nicht im Voraus bestimmt werden kann, die Anwendung der Bestimmungsverarbeitung (d. h. Einstellung) des Schutzwertes der Lade- und Entladeenergie der Batterie 24 auf der Grundlage der Vorhersageverarbeitung von insbesondere hohem Wert.
(7) Die Vorhersageverarbeitung, die Optimumsuchverarbeitung und die Schutzwerteinstellvorrichtung werden jeden Vorhersagezyklus (Steuerzyklus Tc) ausgeführt, der kürzer als die Vorhersageperiode (0 bis N·Tc) ist. Dank dieser Konfiguration kann die Robustheit gegenüber einem Vorhersagefehler und einem Modellierungsfehler verstärkt werden, während die Optimumsuchverarbeitung in einem verhältnismäßig langen Zeitraum ausgeführt wird.
(8) Das System 10 weist eine Sendevorrichtung (Leitung L2) zum Senden von Energie an das Nutzfahrzeug 28 auf. In diesem Fall ist es oftmals schwierig, im Voraus einen Zeitpunkt zu erfassen, an dem Energie nach außerhalb des Systems 10 abzugeben ist. Folglich ist eine Ausführung der Vorhersageverarbeitung insbesondere effektiv.
(9) Wenn die Optimumsuchverarbeitung ausgeführt wird, wird der untere Grenzwert Bmin(t) einer Lademenge der Batterie 24 in dem Maße niedrig eingestellt, dass die Batterie 24 die Ladeenergie Pv des Nutzfahrzeugs 28 abdecken kann. Dank dieser Konfiguration kann eine Anfrage des Nutzfahrzeugs 28 in zuverlässiger Weise erfüllt werden.
(10) Der Ladeobergrenzenschutzwert Icmax (Entladeobergrenzenschutzwert Idmax) wird als der Schutzwert der Lade- und Entladeenergie der Batterie 24 an den Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 gegeben. Diese Konfiguration eliminiert ein Erfordernis, den Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 mit einer Funktion zur Speicherung charakteristischer Information entsprechend der Spezifikation der Batterie 24 auszurüsten, und kann folglich bewirken, dass der Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 vielseitiger verwendbar ist.
(11) Die Optimalwertsuchvorrichtung wird als ein gemischt-ganzzahliges Programmierungsproblem formuliert. Dank dieser Konfiguration können nicht nur zweiwertige Operationen, wie beispielsweise eine Aktivierung und ein Stoppen der Wärmepumpe 22, gehandhabt werden, sondern ebenso ein Aufbau einer Wenn-dann-sonst-Logik vermieden werden.

(Zweite Ausführungsform)
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei hauptsächlich auf die Unterschiede zur obigen ersten Ausführungsform eingegangen wird.
8 zeigt eine Optimumsuchverarbeitung dieser Ausführungsform. Diese Verarbeitung wird wiederholt in einem Steuerzyklus Tc (hierin als eine Stunde angenommen) ausgeführt. Von den Verarbeitungsschritten, die in der 8 gezeigt sind, sind die Verarbeitungsschritte entsprechend denjenigen, die in der 2 gezeigt sind, der Einfachheit halber mit den gleichen Schrittnummern versehen.
Diese Ausführungsform ist, wie in der Zeichnung gezeigt, dazu ausgelegt, eine Ladeenergie Pbc(t), eine Entladeenergie Pbd(t), eine Energie Psys(t) und einen Operationsbefehlswert Hp(t) der Wärmepumpe 22 zur Minimierung einer Objektfunktion Z in den nachfolgenden Gleichung (c10) in Schritt S18a zu ermitteln. (Mathematische Gleichung 2)
Kurz gesagt, diese Ausführungsform berücksichtigt eine Minimierung der Energie Psys(t) der Systemenergieversorgung 26 und zielt auf eine Maximierung einer Nutzungsmenge an Erzeugungsenergie Psp des Solarkollektors 20 als erneuerbare Energie ab. Ein Zweck dieser Ausführungsform liegt darin, eine sogenannte lokale Produktion für einen lokalen Verbrauch innerhalb des Systems 10 zu fördern, indem Energie, die von der Nachfragevorrichtung benötigt wird, durch die Energie, die innerhalb des Systems 10 erzeugt wird, in dem Maße abgedeckt wird, das dasjenige in der obigen ersten Ausführungsform übersteigt.
Es wird angemerkt, dass die Ausführungsform dann, wenn die Systemenergieversorgung 26 eine Wärmeenergieerzeugungseinrichtung oder dergleichen ist, darauf abzielt, möglichst CO₂-freie Energie zu nutzen.
(Weitere Ausführungsformen)
Es sollte beachtet werden, dass die jeweiligen Ausführungsformen, die vorstehend beschrieben sind, wie folgt modifiziert werden können.
Vorrichtung zur kostenlosen Versorgung
Die Vorrichtung zur kostenlosen Versorgung ist nicht auf den Solarkollektor 20 beschränkt. Die Vorrichtung zur kostenlosen Versorgung kann beispielsweise ein Windenergieerzeuger sein. Ferner ist die Vorrichtung zur kostenlosen Versorgung auch nicht auf solch eine wetterabhängige Erzeugungsvorrichtung beschränkt, die vom Wetter abhängig ist. Für den Fall, dass beispielsweise Energie, die außerhalb des Systems 10 ungenutzt übrig ist, kostenlos bereitgestellt wird, kann die Vorrichtung zur kostenlosen Versorgung eine Eingabevorrichtung dieser kostenlosen Energie sein. Auch in diesem Fall kann die Vorrichtung zur kostenlosen Versorgung eine instabile Versorgungsvorrichtung sein, mit der eine Menge an Energie, die sie bereitstellen kann, nicht im Voraus bestimmt werden kann, solange die Bereitstellung der kostenlosen Energie nicht für eine vorhersageabhängige Zeitspanne in der Zukunft in einer Benachrichtigung gemeldet wird.
Es sollte beachtet werden, dass die Vorrichtung zur kostenlosen Versorgung selbst kein wesentlicher Bestandteil ist. Auch in einem Fall, in dem die Vorrichtung zur kostenlosen Versorgung fehlt, ist es effektiv, eine Vorhersagevorrichtung zur Vorhersage eines Energieverbrauchs der Nachfragevorrichtung zur Minimierung der Gesamtenergiekosten bereitzustellen, sofern beispielsweise die Energiekosten des Systemenergieversorgung über die Zeit steigen und fallen.
Vorrichtung zur kostenpflichtigen Versorgung
Die Vorrichtung zur kostenpflichtigen Versorgung ist nicht auf die Einleitungsvorrichtung (Leitung L1) zum Einleiten von Energie von der Systemenergieversorgung 26 in das System 10 beschränkt. Die Vorrichtung zur kostenpflichtigen Versorgung kann beispielsweise eine Brennstoffzelle oder ein hauseigener Energieerzeuger, der Energie unter Verwendung von fossilem Brennstoff oder dergleichen erzeugt, sein. Auch in diesen Fall wird Brennstoff innerhalb des Systems 10 verbraucht, indem Energie verbraucht wird, und fallen Kosten an, um den Brennstoff aufzufüllen. Folglich sind die Brennstoffzelle und der hauseigene Energieerzeuger eine Vorrichtung zur kostenpflichtigen Versorgung.
Erneuerbare Energie nutzende Vorrichtung
Die wetterabhängige Erzeugungsvorrichtung ist, wie im obigen Absatz „Vorrichtung zur kostenlosen Versorgung” beschrieben, nicht auf den Solarkollektor 20 beschränkt, sondern kann ein Windenergieerzeuger oder dergleichen sein.
Ferner ist die erneuerbare Energie nutzende Vorrichtung nicht auf die wetterabhängige Erzeugungsvorrichtung beschränkt, sondern kann beispielsweise einen Erdwärmeenergieerzeuger umfassen. Auch in diesem Fall ist es effektiv, eine Nutzungsmenge an Energie, die von der erneuerbare Energie nutzenden Vorrichtung bereitgestellt wird, zur Förderung der lokalen Produktion für einen lokalen Verbrauch zu erhöhen.
Vorhersagevorrichtung
Die Vorhersageperiode ist nicht zwangsläufig länger als ein Aktualisierungszyklus des Schutzwertes. Ersterer und Letzterer können beispielsweise gleich sein.
Die Vorhersagevorrichtung ist nicht auf diejenige beschränkt, die in den obigen Ausführungsformen anhand eines Beispiels beschrieben wird. Die Energie PLoad, die von der Last 44 verbraucht wird, kann beispielsweise eine Summe eines Mittelwerts der gleichen Tage der Woche und einer Standardabweichung anstelle einer Summe eines Mittelwertes einiger Tage in der Vergangenheit und einer Standardabweichung sein. Alternativ kann der Vorhersagewert zwei Werte, einschließlich „Mittelwert-Standardabweichung” und „Mittelwert + Standardabweichung”, oder drei Werte, die ferner den Mittelwert selbst anstelle einer Summe des Mittelswertes und einer Standardabweichung aufweisen, beschreiben. In diesem Fall kann sie derart konfiguriert sein, dass die Optimalwertberechnungsvorrichtung nach einem optimalen Wert sucht, nach dem mit jedem Vorhersagewert gesucht wird, so dass ein endgültiger optimaler Wert als ein einfacher Mittelwert oder ein gewichteter Mittelwert der jeweiligen optimalen Werte ermittelt wird.
Eine Verarbeitung zur Vorhersage eines Energieverbrauchs der Nachfragevorrichtung kann nicht in Übereinstimmung mit jeder Variablen, so wie sie eingegeben wird, ausgeführt werden. Genauer gesagt, sie kann derart konfiguriert sein, dass beispielsweise ein zukünftiger Energieverbrauch auf der Nachfrageseite als ein Standardwert bereitgestellt wird und ein Ergebnis der Vorhersageverarbeitung über die Erzeugungsenergie Psp des Solarkollektors 20 zur Maximierung der Nutzungseffizienz der Erzeugungsenergie Psp des Solarkollektors 20 oder Minimierung der Energiekosten verwendet wird.
Ein Erfordernis zur Vorhersage der Versorgungsenergie der Versorgungsvorrichtung kann, wie unter „Vorrichtung zur kostenlosen Versorgung” beschrieben, eliminiert werden.
Optimalwertberechnungsvorrichtung (S18 und S18a)
Die Optimalwertberechnungsvorrichtung ist nicht auf diejenigen beschränkt, die in der obigen ersten Ausführungsform (2) und der obigen zweiten Ausführungsform (8) beispielhaft beschrieben sind. Sie kann beispielsweise derart konfiguriert sein, dass eine Evaluation weiter erhöht wird, wenn die Energiekosten sinken und eine Nutzungsmenge an erneuerbarer Energie zunimmt, und ebenso eine Lösung, bei der die Evaluation den höchsten Wert annimmt, als der optimale Wert ermittelt wird.
Für den Fall, dass beispielsweise ein Energieverbrauch während eines Betriebs der Wärmepumpe 22 in verschiedenen Schritten oder kontinuierlich geändert werden kann, wird eine ganzzahlige Variable aus einer Gleichung, die die Randbedingung beschreibt, weggelassen. Es sollte jedoch beachtet werden, dass es auch in diesem Fall effektiv ist, ein gemischt-ganzzahliges Programmierungsproblem zu formulieren, um den Aufbau einer Wenn-dann-sonst-Logik zu vermeiden.
Die Optimalwertberechnungsvorrichtung ist jedoch nicht auf diejenige beschränkt, die die gemischt-ganzzahlige Programmierung als die lineare Programmierung verwendet. Ferner ist die Optimalwertberechnungsvorrichtung auch nicht auf diejenige beschränkt, die die lineare Programmierung als ein ganzzahliges Programmierungsproblem verwendet.
Kosten c(t)
Die Kosten der Systemenergieversorgung 26 sind nicht auf diejenigen beschränkt, die auf einer 24-Stunden-Basis steigen und fallen. Für den Fall, dass beispielsweise eine sogenannte dynamische Preiskalkulation angewandt wird, durch die die Kosten für elektrische Energie zur Spitzenzeit der Energienachfrage erhöht werden, können die Kosten solch eine Erhöhung reflektieren. Ferner können für den Fall, dass die Kosten c(t) wetterabhängig oder dergleichen fluktuieren, die Kosten in diesem Fall nicht im Voraus bestimmt werden. Folglich können die Kosten ebenso Vorhersageobjekt sein.
Ausgabevorrichtung (S22 und S24)
Die Ausgabevorrichtung ist nicht auf diejenige beschränkt, die den Ladeobergrenzenschutzwert Icmax oder den Entladeobergrenzenschutzwert Idmax ausgibt, sondern kann dazu ausgelegt sein, einen Obergrenzenschutzwert der Ladeenergie oder einen Obergrenzenschutzwert der Entladeenergie auszugeben. In diesem Fall sollte jedoch beachtet werden, dass der Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 die Speichervorrichtung (Speicher 52) zur Speicherung charakteristischer Information der Batterie 24 aufweist.
In den obigen Ausführungsformen werden die batterieseitige Befehlsspannung Varef und die systemseitige Befehlsspannung Vbref dem hochspannungsseitigen Standardwert VH bzw. dem niederspannungsseitigen Standardwert VL zugeordnet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Sie kann beispielsweise derart konfiguriert sein, dass die systemseitige Befehlsspannung Vbref fest ist und in Abhängigkeit davon, ob ein Laden oder Entladen der Batterie 24 mit höherer Priorität ausgeführt wird, bestimmt werden, ob die systemseitige Befehlsspannung Vbref einen höheren oder niedrigeren Wert als eine batterieseitige Schwellenwertspannung Vbth aufweist
Ferner sind die batterieseitige Befehlsspannung Varef und die systemseitige Befehlsspannung Vbref nicht auf Standardwerte beschränkt. Diese Spannungen können beispielsweise derart bestimmt bzw. eingestellt werden, dass sie sich Schritt für Schritt in wenigstens zwei Schritten oder kontinuierlich in Übereinstimmung mit der Ladeenergie Pbc(0), der Entladeenergie Pbd(0) und der Energie Psys(0) ändern.
Ein Befehl, der anweist, ob die Batterie 24 zu laden oder zu entladen ist, ist nicht auf eine Ausgabe der batterieseitigen Befehlsspannung Varef und der systemseitigen Befehlsspannung Vbref beschränkt. Sie kann beispielsweise derart konfiguriert sein, dass ein Befehl, der anweist, dass die Batterie 24 geladen werden muss, erteilt wird, indem der Ladeobergrenzenschutzwert Icmax ausgegeben wird, und ein Befehl, der anweist, dass die Batterie 24 entladen werden muss, erteilt wird, indem der Entladeobergrenzenschutzwert Idmax ausgegeben wird. In diesem Fall setzt der Versorgungsund Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 die batterieseitige Befehlsspannung Varef auf einen Wert, der unter der systemseitigen Befehlsspannung Vbref liegt, bei einem Befehl, der anweist, dass die Batterie 24 geladen werden muss, und die batterieseitige Befehlsspannung Varef auf einen Wert, der über der systemseitigen Befehlsspannung Vbref liegt, bei einem Befehl, der anweist, dass die Batterie 24 entladen werden muss.
Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt
Der Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt ist nicht auf denjenigen beschränkt, der einen relativen Betrag der batterieseitigen Befehlsspannung Varef und der systemseitigen Befehlsspannung Vbref in Übereinstimmung mit einem Befehl, der anweist, dass die Batterie 24 geladen oder entladen werden muss, variable macht. Der Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt kann beispielsweise dazu ausgelegt sein, die Batterie 24 unabhängig von einem Wert der Spannung Vhvdc über der DC-Busleitung 32 nicht zu entladen, wenn der Befehl anweist, dass die Batterie 24 geladen werden muss.
Der Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt ist nicht auf denjenigen beschränkt, der die DC-Busleitung 32 aufweist. Auch dann, wenn die DC-Busleitung 32 fehlt, kann der Abgleichsabschnitt derart gebildet sein, dass beispielsweise die Last 44, die Leitung L2 und die Wärmepumpe 22 als eine Nachfragevorrichtung auf der Nachfrageseite vorgesehen sind und die von der Nachfragevorrichtung benötigte Energie durch die Erzeugungsenergie des Solarkollektors 20, die Energie der Systemenergieversorgung 26 und die Entladeenergie der Batterie 24 abgedeckt wird. In diesem Fall wird dann, wenn der Steuerer 50 einen Befehl, der anweist, ob die Batterie 24 geladen oder entladen werden muss, zusätzlich zum Schutzwert ausgibt, der Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt 30 fähig, die Lade- und Entladesteuerung in Übereinstimmung mit einem langen Zeitbereich auszuführen. Auch in diesem Fall kann beispielsweise dadurch, dass angewiesen wird, dass die Batterie 24 entladen werden muss, wenn die von der Last 44 benötigte Energie abgedeckt ist, und der Schutzwert der Entladeenergie ausgegeben wird, auch dann, wenn der Energieverbrauch PLoad der Last 44 unter die Vorhersage fällt, wie beispielsweise in der 5 gezeigt, solch eine Diskrepanz in geeigneter Weise angesprochen werden. In gleicher Weise kann, wie in 6 gezeigt, in einem Fall, in dem der Energieverbrauch PLoad der Last 44 die Vorhersage übertrifft, ein Ereignis, dass die Batterie 24 tiefentladen (übermäßig entladen) ist, vermieden werden. Ferner kann in einem Fall, in dem der Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitt eine Funktion zum Laden der Batterie 24 mit der Erzeugungsenergie Psp des Solarkollektors 20 bei einem Befehl, der anweist, dass die Batterie 24 geladen werden muss, wenn die Erzeugungsenergie Psp des Solarkollektors 20 unter die Vorhersage fällt, wie in der 4 gezeigt, die vorstehend beschrieben ist, aufweist, die Ladeenergie der Batterie 24 vom geplanten Wert (Schutzwert) verringert werden und tritt keine Inkonsistenz zwischen einem Betrieb des Versorgungs- und Nachfragebalanceabgleichsabschnitts 30 und dem Befehl vom Steuerer 50 auf.
Mobiles Objekt
Das mobile Objekt ist nicht auf das Nutzfahrzeug 28 beschränkt, sondern kann ein gewöhnlicher Personenkraftwagen sein. Auch in diesem Fall kann das mobile Objekt ein Ziel sein, zu dem Energie aus dem System 10 fließt, wenn das mobile Objekt eine Rotationsmaschine als eine In-Vehicle-Hauptmaschine und eine Speichervorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie, die an die Rotationsmaschine gegeben wird, aufweist.
Wandlungsvorrichtung 22
Die Wandlungsvorrichtung ist nicht auf diejenige beschränkt, die zweiwertige Operationen ausführt: eine Aktivierung und ein Stoppen, wie im Abschnitt „Optimalwertberechnungsvorrichtung” beschrieben.
Eine Wandlung von Energie in Wärmeenergie ist nicht auf eine Wandlung durch eine Erhöhung der Temperatur von Wasser beschränkt. Energie kann beispielsweise in Wärmeenergie gewandelt werden, indem die Temperatur von Öl erhöht wird.
System 10
Das System 10 kann beispielsweise ein System, das in einem Haus installiert ist, oder ein System, das in einer Fabrik oder einem Betrieb installiert ist, sein. Komponenten zum Bilden des Systems 10 sind nicht auf diejenigen beschränkt, die in der 1 gezeigt sind, wie vorstehend in den Abschnitten „Vorrichtung zur kostenlosen Versorgung” und „Vorrichtung zur kostenpflichtigen Versorgung” beschrieben.
Kondensatorvorrichtung
Die Sekundärbatterie ist nicht auf eine Lithiumionen-Sekundärbatterie beschränkt, sondern kann eine Nickel-Wasserstoff-Sekundärbatterie sein. Die Kondensatorvorrichtung ist auch nicht auf eine Sekundärbatterie beschränkt, sondern kann ein Kondensator sein.
Rückenergiefluss
Für den Fall, dass Energie durch einen Rückenergiefluss zu einem Preis verkauft werden kann, kann der Kostenersparnisplan in solch einem Fall unter Berücksichtigung eines Verkaufskurses von Energie ausgelegt werden.
Vorstehend sind die folgenden Ausgestaltungen offenbart.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist eine Energiesteuervorrichtung auf: eine Energieversorgungsvorrichtung zur Bereitstellung einer elektrischen Energie, wobei die Energieversorgungsvorrichtung mehrere Energieversorgungselemente aufweist; eine Energieverbrauchsvorrichtung zum Verbrauchen der elektrischen Energie; eine Batterie, die unabhängig von der Energieversorgungsvorrichtung und der Energieverbrauchsvorrichtung angeordnet ist; eine Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung zur Steuerung der Energieversorgungsvorrichtung und der Batterie, um die Energieverbrauchsvorrichtung mit der elektrischen Energie zu versorgen; eine Vorhersagevorrichtung zur Vorhersage wenigstens entweder einer elektrischen Energieversorgung von wenigstens einem Teil der mehreren Energieversorgungselemente oder eines elektrischen Energieverbrauchs der Energieverbrauchsvorrichtung; eine Schutzwerteinstellvorrichtung zum Einstellen eines Schutzwertes eines Lade- und Entladebetriebs der Batterie in Übereinstimmung mit einem Vorhersageergebnis der Vorhersagevorrichtung; und eine Ausgabevorrichtung zum Ausgeben des Schutzwertes an die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung.
Bei der obigen Vorrichtung kann dadurch, dass die Vorhersagevorrichtung, die Schutzwerteinstellvorrichtung und die Ausgabevorrichtung bereitgestellt werden, auch in einem Fall, in dem die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung selbst Information in einer mikroskopischen Zeitbereich allein erfasst, wie beispielsweise aktuelle Werte der Energie, die von der Energieversorgungsvorrichtung bereitgestellt werden kann, der Energie, die der Verbrauchsvorrichtung zugeführt werden muss, und eine Lademenge der Batterie, die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsabschnitt eine Abstimmung der Energie vornehmen, die in einem Bereich einer Vorhersageperiode der Vorhersagevorrichtung geeignet ist. Es sollte beachtet werden, dass dann, wenn ein Wert selbst, von dem auf der Grundlage eines Ergebnisses der Vorhersagevorrichtung angenommen wird, dass er geeignet ist, der Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung als eine Lade- und Entlademenge der Batterie angezeigt wird, ein Risiko dahingehend besteht, dass eine Balance zwischen Versorgung und Verbrauch aufgrund einer Diskrepanz zwischen dem Ergebnis der Vorhersage und dem Ist-Wert nicht aufrechterhalten werden kann. Solch eine Unannehmlichkeit kann die Vorrichtung jedoch vermeiden, indem sie einen Befehlswert der Lade- und Entladeenergie als den Schutzwert an die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung gibt.
Alternativ kann die Schutzwerteinstellvorrichtung eine Optimalwertsuchvorrichtung zur Bestimmung eines Optimalwerts des Lade- und Entladebetriebs der Batterie in Übereinstimmung mit dem Vorhersageergebnis der Vorhersagevorrichtung aufweisen. Der Schutzwert weist einen Ladeschutzwert und einen Entladeschutzwert auf. Die Schutzwerteinstellvorrichtung bestimmt den Ladeschutzwert, wenn der von der Optimalwertsuchvorrichtung bestimmte Optimalwert einen Ladebetrieb der Batterie betrifft, und die Schutzwerteinstellvorrichtung bestimmt den Entladeschutzwert, wenn der von der Optimalwertsuchvorrichtung bestimmte Optimalwert einen Entladebetrieb der Batterie betrifft. Die Ausgabevorrichtung gibt ferner einen Befehl an die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung, wobei der Befehl, in Übereinstimmung mit dem Optimalwert, anweist, ob die Batterie mit der elektrischen Energie zu laden oder die elektrische Energie aus der Batterie zu entladen ist. Die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung priorisiert eine Bereitstellung der elektrischen Energie von der Energieversorgungsvorrichtung für die Energieverbrauchsvorrichtung, wenn der Befehl anweist, dass die Batterie mit der elektrischen Energie zu laden ist. Die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung priorisiert eine Bereitstellung der elektrischen Energie von der Batterie für die Energieverbrauchsvorrichtung, wenn der Befehl anweist, dass die elektrische Energie aus der Batterie zu entladen ist. Ferner können die Energieversorgungsvorrichtung, die Batterie und die Energieverbrauchsvorrichtung die elektrische Energie über eine gemeinsame Gleichstromleitung austauschen. Die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung bestimmt auf der Grundlage einer Spannung der Gleichstromleitung, ob die elektrische Energie, die für die Energieverbrauchsvorrichtung bereitzustellen ist, knapp ist. Die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung steuert einen Umfang der elektrischen Energieversorgung von der Energieversorgungsvorrichtung und einen Umfang des Lade- und Entladebetriebs der Batterie in Übereinstimmung mit einem Bestimmungsergebnis der Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung.
Alternativ können die mehreren Energieversorgungselemente ein Bezahlenergieversorgungselement aufweisen, bei dem Kosten anfallen, wenn das Bezahlenergieversorgungselement die elektrische Energie für die Energieverbrauchsvorrichtung bereitstellt; und die Optimalwertsuchvorrichtung berechnet den Optimalwert des Lade- und Entladebetriebs der Batterie auf der Grundlage des Vorhersageergebnisses der Vorhersagevorrichtung, um die Kosten zu reduzieren, die durch das Bezahlenergieversorgungselement entstehen. Ferner kann das Bezahlenergieversorgungselement eine Einleitungsvorrichtung zum Einleiten der elektrischen Energie von einer Systemenergieversorgung aufweisen.
Alternativ können die mehreren Energieversorgungselemente ein Element zur Nutzung erneuerbarer Energie aufweisen, das dazu ausgelegt ist, die elektrische Energie unter Verwendung erneuerbarer Energie zu erzeugen; und die Optimalwertsuchvorrichtung berechnet den Optimalwert des Lade- und Entladebetriebs der Batterie auf der Grundlage des Vorhersageergebnisses der Vorhersagevorrichtung, um eine Nutzungsmenge der elektrischen Energie, die von dem Element zur Nutzung erneuerbarer Energie bereitgestellt wird, zu erhöhen.
Alternativ können die mehreren Energieversorgungselemente ein instabiles Energieversorgungselement aufweisen, von dem eine verfügbare Versorgungsmenge an elektrischer Energie nicht vorher bestimmt wird. Die Vorhersagevorrichtung sagt die elektrische Energieversorgung von dem instabilen Energieversorgungselement vorher.
Alternativ kann die Vorhersagevorrichtung während einer Vorhersageperiode mit einer vorbestimmten Zeitdauer zu vorbestimmten Zeitintervallen, die kürzer als die vorbestimmte Zeitdauer sind, vorhersagen. Die Schutzwerteinstellvorrichtung aktualisiert den Schutzwert in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Vorhersage, die zu den vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt wird. Die Ausgabevorrichtung gibt einen aktualisierten Schutzwert an die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung, wenn der Schutzwert aktualisiert wird. Ferner kann die Energieverbrauchsvorrichtung ein Sendeelement zum Senden der elektrischen Energie an ein mobiles Objekt aufweisen. Darüber hinaus kann die Schutzwerteinstellvorrichtung den Schutzwert einstellen, um zu bewirken, dass eine Laderate der Batterie größer oder gleich einem unteren Grenzwert der Laderate der Batterie wird. Der untere Grenzwert ist eine minimal erforderliche elektrische Energie zur Bereitstellung der elektrischen Energie von der Batterie über die Sendevorrichtung für das mobile Objekt.
Alternativ kann die Energiesteuervorrichtung ferner eine Speichervorrichtung zur Speicherung charakteristischer Information der Batterie aufweisen. Die Schutzwerteinstellvorrichtung bestimmt einen Schutzwert eines Lade- und Entladestroms der Batterie als den Schutzwert des Lade- und Entladebetriebs der Batterie in Übereinstimmung mit der charakteristischen Information.
Alternativ kann die Energieverbrauchsvorrichtung eine Wandlungsvorrichtung zum Wandeln der elektrischen Energie in Wärmeenergie aufweisen. Die Schutzwerteinstellvorrichtung weist eine Bestimmungsvorrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage des Vorhersageergebnisses zu bestimmen, ob die Wandlungsvorrichtung die elektrische Energie wandelt; und die Ausgabevorrichtung gibt ein Befehlssignal in Übereinstimmung mit einem Bestimmungsergebnis der Bestimmungsvorrichtung an die Wandlungsvorrichtung.
Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend in Verbindung mit ihren Ausführungsformen beschrieben ist, sollte wahrgenommen werden, dass sie nicht auf die Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung soll verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen mit umfassen. Ferner sollen, obgleich die verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen offenbart sind, andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger oder nur ein einziges Element umfassen, ebenso als mit im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung beinhaltet verstanden werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2008-54439 A [0003]
US 2009/192655 [0003]

Claims

Energiesteuervorrichtung mit: – einer Energieversorgungsvorrichtung (20) zur Bereitstellung einer elektrischen Energie, wobei die Energieversorgungsvorrichtung mehrere Energieversorgungselemente aufweist; – einer Energieverbrauchsvorrichtung (22, 44) zum Verbrauchen der elektrischen Energie; – einer Batterie (24), die unabhängig von der Energieversorgungsvorrichtung und der Energieverbrauchsvorrichtung angeordnet ist; – einer Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung (30) zur Steuerung der Energieversorgungsvorrichtung und der Batterie, um die Energieverbrauchsvorrichtung mit der elektrischen Energie zu versorgen; – einer Vorhersagevorrichtung (S14) zur Vorhersage wenigstens entweder einer lektrischen Energieversorgung von wenigstens einem Teil der mehreren Energieversorgungselemente oder eines elektrischen Energieverbrauchs der Energieverbrauchsvorrichtung; – einer Schutzwerteinstellvorrichtung (S22 und S24) zum Einstellen eines Schutzwertes eines Lade- und Entladebetriebs der Batterie in Übereinstimmung mit einem Vorhersageergebnis der Vorhersagevorrichtung; und – einer Ausgabevorrichtung (S22 und S24) zum Ausgeben des Schutzwertes an die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung.
Energiesteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Schutzwerteinstellvorrichtung eine Optimalwertsuchvorrichtung (S18) zur Bestimmung eines Optimalwerts des Lade- und Entladebetriebs der Batterie in Übereinstimmung mit dem Vorhersageergebnis der Vorhersagevorrichtung aufweist; – der Schutzwert einen Ladeschutzwert und einen Entladeschutzwert aufweist; – die Schutzwerteinstellvorrichtung den Ladeschutzwert einstellt, wenn der von der Optimalwertsuchvorrichtung bestimmte Optimalwert einen Ladebetrieb der Batterie betrifft, und die Schutzwerteinstellvorrichtung den Entladeschutzwert einstellt, wenn der von der Optimalwertsuchvorrichtung bestimmte Optimalwert einen Entladebetrieb der Batterie betrifft; – die Ausgabevorrichtung ferner einen Befehl an die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung ausgibt, wobei der Befehl, in Übereinstimmung mit dem Optimalwert, anweist, ob die Batterie mit der elektrischen Energie zu laden oder die elektrische Energie aus der Batterie zu entladen ist; – die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung eine Bereitstellung der elektrischen Energie von der Energieversorgungsvorrichtung für die Energieverbrauchsvorrichtung priorisiert, wenn der Befehl anweist, dass die Batterie mit der elektrischen Energie zu laden ist; und – die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung eine Bereitstellung der elektrischen Energie von der Batterie für die Energieverbrauchsvorrichtung priorisiert, wenn der Befehl anweist, dass die elektrische Energie aus der Batterie zu entladen ist.
Energiesteuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Energieversorgungsvorrichtung, die Batterie und die Energieverbrauchsvorrichtung die elektrische Energie über eine gemeinsame Gleichstromleitung (32) austauschen; – die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung auf der Grundlage einer Spannung der Gleichstromleitung bestimmt, ob die elektrische Energie, die für die Energieverbrauchsvorrichtung bereitzustellen ist, knapp ist; und – die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung einen Umfang der elektrischen Energieversorgung von der Energieversorgungsvorrichtung und einen Umfang des Lade- und Entladebetriebs der Batterie steuert, in Übereinstimmung mit einem Bestimmungsergebnis der Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung.
Energiesteuervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die mehreren Energieversorgungselemente ein Bezahlenergieversorgungselement aufweisen, das Kosten verursacht, wenn das Bezahlenergieversorgungselement die elektrische Energie für die Energieverbrauchsvorrichtung bereitstellt; und – die Optimalwertsuchvorrichtung den Optimalwert des Lade- und Entladebetriebs der Batterie auf der Grundlage des Vorhersageergebnisses der Vorhersagevorrichtung berechnet, um die Kosten zu reduzieren, die durch das Bezahlenergieversorgungselement entstehen.
Energiesteuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bezahlenergieversorgungselement eine Einleitungsvorrichtung zum Einleiten der elektrischen Energie von einer Systemenergieversorgung aufweist.
Energiesteuervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die mehreren Energieversorgungselemente ein Element zur Nutzung erneuerbarer Energie aufweist, das dazu ausgelegt ist, die elektrische Energie unter Verwendung erneuerbarer Energie zu erzeugen; und – die Optimalwertsuchvorrichtung den Optimalwert des Lade- und Entladebetriebs der Batterie auf der Grundlage des Vorhersageergebnisses der Vorhersagevorrichtung berechnet, um eine Nutzungsmenge der elektrischen Energie, die von dem Element zur Nutzung erneuerbarer Energie bereitgestellt wird, zu erhöhen.
Energiesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass – die mehreren Energieversorgungselemente ein instabiles Energieversorgungselement aufweisen, von dem eine verfügbare Versorgungsmenge an elektrischer Energie nicht vorher bestimmt wird; und – die Vorhersagevorrichtung die elektrische Energieversorgung von dem instabilen Energieversorgungselement vorhersagt.
Energiesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vorhersagevorrichtung während einer Vorhersageperiode mit einer vorbestimmten Zeitdauer zu vorbestimmten Zeitintervallen, die kürzer als die vorbestimmte Zeitdauer sind, vorhersagt; – die Schutzwerteinstellvorrichtung den Schutzwert in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Vorhersage, die zu den vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt wird, aktualisiert; und – die Ausgabevorrichtung einen aktualisierten Schutzwert an die Versorgungs- und Verbrauchsbalanceabgleichsvorrichtung gibt, wenn der Schutzwert aktualisiert wird.
Energiesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieverbrauchsvorrichtung ein Sendeelement zum Senden der elektrischen Energie an ein mobiles Objekt (28) aufweist.
Energiesteuervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass – die Schutzwerteinstellvorrichtung den Schutzwert einstellt, um zu bewirken, dass eine Laderate der Batterie größer oder gleich einem unteren Grenzwert der Laderate der Batterie wird; und – der untere Grenzwert eine minimal erforderliche elektrische Energie zur Bereitstellung der elektrischen Energie von der Batterie über die Sendevorrichtung für das mobile Objekt ist.
Energiesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Speichervorrichtung zur Speicherung charakteristischer Information der Batterie aufweist, wobei die Schutzwerteinstellvorrichtung einen Schutzwert eines Lade- und Entladestroms der Batterie als den Schutzwert des Lade- und Entladebetriebs der Batterie in Übereinstimmung mit der charakteristischen Information bestimmt.
Energiesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass – die Energieverbrauchsvorrichtung eine Wandlungsvorrichtung zum Wandeln der elektrischen Energie in Wärmeenergie aufweist; – die Schutzwerteinstellvorrichtung eine Bestimmungsvorrichtung aufweist, die dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage des Vorhersageergebnisses zu bestimmen, ob die Wandlungsvorrichtung die elektrische Energie wandelt; und – die Ausgabevorrichtung ein Befehlssignal in Übereinstimmung mit dem Bestimmungsergebnis der Bestimmungsvorrichtung an die Wandlungsvorrichtung ausgibt.