JP2012249505A - 給電システム - Google Patents

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潤 竹原
Yoshitomi Sameda
芳富 鮫田
Naoya Onishi
直哉 大西
Hiroshi Nakatani
博司 中谷
Takahisa Wada
卓久 和田
Motohiko Okabe
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Abstract

【課題】企業の工場や事業所等において生産量の拡大や停電等が生じた場合においても、電力供給を制御して安定操業に資するとともに電力料金を低減することができる給電システムを提供する。
【解決手段】商用電力系統1から需要家側に供給される電力の単位時間あたりの受電電力量を計測する電力量計2と、商用電力系統1と需要家側負荷9とに接続され、蓄電池を搭載した電気自動車6に対して充放電を行うための複数の充放電ポート7と、予め設定された契約電力と電力量計2により計測された受電電力量とに基づいて、複数の充放電ポート7の各々に接続された電気自動車6に対する充放電を制御する管理装置8とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、企業の事業所や工場あるいは駅の駐車場等において電力管理を行う給電システムに関する。

従来から、工場や企業の事業所等において消費される電力は、電力会社により供給される系統電力を使用するのが通常である。図6は、一事業所における一日の消費電力の変化の一例を示す図である。一事業所において消費される電力は、図6に示すように、一例として早朝においては低く、昼に近づくにつれて上昇し、正午近辺において一旦下降した後、再び上昇してピークを迎え、夕方が近づくにつれて緩やかに下降していく。なお、工場あるいは事業所等は、電力会社との間で所定の契約電力が定められており、その契約電力を超えない範囲で電力を消費することができる。企業は、電力会社に支払う電力料金を抑制することで利益を確保することが可能である。この場合における電力料金は、契約電力と使用量により決定され、例えば次のような式にしたがって決定される。

電力料金=契約電力料金(基本料金)+使用電力量×電力量料金単価
企業は、経費や原価の低減を追及し、生産活動の安定的な操業により収益を向上させることを目標とするところ、契約電力を超過した場合には上記の電力料金に加えて超過料金を支払う必要があるため、工場や事業所内における電力消費を調節し、ピーク電力を抑えて契約電力の超過を回避できるように節電等の対策が行われている。

特開2009−33808号公報

しかしながら、企業においては製品の生産や顧客へのサービス提供等の業務が優先されるべきであり、いかなる場合にも安定した操業が望まれるため、夏場や生産量が拡大した場合等に必ずしも消費電力を抑えることができるとは限らない。さらに、プラグインハイブリッド車や電気自動車(EV:Electric Vehicle)が普及すると事業所内に従業員の通勤に供する車両や構内運搬車両に対する給電スタンドが必要になり、新たな電力消費が発生する。

図7は、生産量増加により使用電力が増加した場合の一事業所における一日の消費電力の変化の一例を示す図である。この場合における消費電力は、図7に示すように、午後2時から4時ぐらいまでのピークに達する時間帯において契約電力を超過してしまっており、超過違約金が発生してしまう。

逆に、停電時においては消費電力が契約電力を超過することはないものの、上述したように企業においては製品の生産や顧客へのサービス提供等の業務が優先されるべきであるため、停電時においても安定した操業が望まれる。

本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、企業の工場や事業所等において生産量の拡大や停電等が生じた場合においても、電力供給を制御して安定操業に資するとともに電力料金を低減することができる給電システムを提供することを課題とする。

実施形態の給電システムは、上記課題を解決するために、商用電力系統から需要家側に供給される電力の単位時間あたりの受電電力量を計測する電力量計と、前記商用電力系統と需要家側負荷とに接続され、蓄電池を搭載した車両に対して充放電を行うための複数の充放電ポートと、予め設定された契約電力と前記電力量計により計測された受電電力量とに基づいて、前記複数の充放電ポートの各々に接続された車両に対する充放電を制御する管理装置とを備えることを特徴とする。

実施例1の形態の給電システムの構成を示すブロック図である。 実施例1の形態の給電システムにおいて、電気自動車に対する充電により使用電力が増加した場合の一事業所における一日の消費電力の変化の一例を示す図である。 実施例1の形態の給電システムにおいて、生産量増加と電気自動車に対する充電とにより使用電力が増加した場合の一事業所における一日の消費電力の変化の一例を示す図である。 実施例1の形態の給電システムにおいて、電気自動車に対する充放電を制御することにより消費電力が契約電力を上回るのを回避した場合の一事業所における一日の消費電力の変化の一例を示す図である。 実施例1の形態の給電システムの別の構成例を示すブロック図である。 一事業所における一日の消費電力の変化の一例を示す図である。 生産量増加により使用電力が増加した場合の一事業所における一日の消費電力の変化の一例を示す図である。

以下、給電システムの実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

以下、実施例について図面を参照しながら説明する。図1は、実施例1の給電システムの構成を示すブロック図である。本実施例の給電システムは、図1に示すように、商用電力系統1に接続された電力設備5、充放電ポート7、管理装置8、及び需要家側負荷9により構成される。さらに、電力設備5は、電力量計2、停電検出部3、及び解列装置4により構成される。また、充放電ポート7は複数存在し、複数台の電気自動車6を接続することができる。

電力量計2は、商用電力系統1から需要家側に供給される電力の単位時間あたりの受電電力量を計測し、計測結果を管理装置8に出力する。

停電検出部3は、系統側の停電を検出し、検出結果を解列装置4と管理装置8とに出力する。

解列装置4は、停電検出部3により系統側の停電が検出された場合に、系統側と需要家側との電力系統接続を遮断する。

電気自動車6は、本発明の車両に対応し、蓄電池を搭載するとともに当該蓄電池の充放電機能を有しており、電力を用いて走行する。なお、図1に示すように、電気自動車6は充放電ポート7に接続された車両を示しており、電気自動車6´は充放電ポート7に接続されていない車両を示している。

充放電ポート7は、商用電力系統1と需要家側負荷9とに接続され、蓄電池を搭載した電気自動車6に対して充放電を行うためのポートである。

管理装置8は、予め設定された契約電力と電力量計2により計測された受電電力量とに基づいて、複数の充放電ポート7の各々に接続された電気自動車6に対する充放電を制御する。具体的には、管理装置8は、充放電ポート7に接続した電気自動車6に対して系統から受電した電力を充電するように指示する機能と、電気自動車6に対して放電するよう指示を出力する機能とを有する。

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。ただし、本実施例における給電システムは、企業の工場や事業所に適用するものとし、電気自動車6の所有者である従業員と事業者との間で必要な契約等が交わされているものとする。

企業の従業員が通勤に供する車両(電気自動車6)は、ほぼ毎日特定されており、走行は自宅と勤務先との往復に限定されているため走行距離はほぼ一定であり、従業員車両が消費する一日の総電力量はおおむね一定である。一例として、事業者は、従業員の通勤に要する費用について、従業員の自宅と勤務先との間の距離を走行する電力量に応じた費用を手当てとして支払い、または電力自体を提供することが考えられる。あるいは、従業員向けのサービスとして通勤車両に電力を売電することが考えられ、事業所内に車両への給電スタンドが必要となり、新たな電力消費が発生する。

また、勤務時間中における通勤用車両(電気自動車6)は、長時間駐車場に駐車することが考えられる。このため、管理装置8は、従業員の通勤用車両(電気自動車6)に対する充電について、充電開始時間・完了時間・充電量とも計画的に実施することができる。

図2は、本実施例の給電システムにおいて、電気自動車6に対する充電により使用電力が増加した場合の一事業所における一日の消費電力の変化の一例を示す図である。管理装置8は、上述したように、予め設定された契約電力と電力量計2により計測された受電電力量とに基づいて、複数の充放電ポート7の各々に接続された電気自動車6に対する充放電を制御する。

具体的には、管理装置8は、電力量計2により計測された受電電力量が契約電力を超えないように充放電スケジュールを設定し、設定した充放電スケジュールにしたがって複数の充放電ポート7の各々に接続された電気自動車6に対する充放電を制御する。すなわち、管理装置8は、図2に示すように、朝と夕方の比較的消費電力が少ない時間帯に電気自動車6に対する充電を行うように充放電スケジュールを設定し、消費電力が契約電力を超えないように制御する。

管理装置8は、図6に示すような、事業所における典型的な一日の電力消費量の変化を示すデータを予め持っていてもよい。これにより、管理装置8は、消費電力の低い時間帯を予想し、電気自動車6に対する充電をいつ行うべきか効率的に決定することができる。この場合に、管理装置8は、例えば事業所内で消費される電力量を所定の時間間隔で蓄積し、単位時間当たりの消費電力を積算する、また一日あたりの積算、月あたりの積算等を行う。さらに、単位時間当たりの消費電力の変化値をデータベースに保存する。

電気自動車6のドライバは、充電ポート7に毎日あるいは指定された日に電気自動車6を接続する。また、管理装置8は、複数の充電ポート7に接続された電気自動車6を識別するとともに、識別した電気自動車6に固有の予め設定された充電量を充電するものとしてもよい。ここで、予め設定された充電量とは、例えば従業員が自宅と勤務場所とを往復可能とするのに必要な電力量であり、事業者が従業員に支給する通勤手当に相当する。すなわち、事業者は、従業員との契約等に基づいて、従業員に通勤手当を支払う代わりに、従業員の所有する電気自動車6に対して通勤に必要な電力分だけ充電を行う。

また、管理装置8は、通信線10及び充放電ポート7を介して、例えば電気自動車6の固有を識別する情報、各車両蓄電池の最大蓄電容量、及び現在の蓄電量を取得する。なお、通信線10は、充電ポート7に接続する給電線に付随した有線でも良いし、無線通信でも良い。

なお、充電量の電力量計算は、例えば以下のように行う。各車両の一日の走行距離を、自宅〜事業所の往復の距離とする。各車両が一日に必要な電力量は、単位走行距離当たりに必要な電気量と一日の走行距離を乗じたものであり、これを(a)とする。例えば、一ヶ月に車両に充電する総電力(P)は、車両が一日に必要な電力量(a)×一ヶ月あたりの勤務日数(d)で表される。

管理装置8は、総電力(P)が車両の最大蓄電容量を下回る場合には当該車両(電気自動車6)に対して一ヶ月に一回充電すればよいが、最大蓄電容量を超える場合には最大蓄電容量より少なくかつ一日に必要な電力量(a)の数日分の電力量を複数日に分割して充電する。

また、管理装置8は、複数日に分割して充電する場合に、車両の最大蓄電容量と一日の通勤距離から計算される使用量から充電間隔を計算しその間隔より短い間隔で充電するようスケジュールする。

すなわち、管理装置8は、複数の充電ポート7に接続された電気自動車6を識別するとともに、充電スケジュールにしたがって識別した電気自動車6に充電するものとしてもよい。この充電スケジュールは、予め管理装置8に登録されたものを使用してもよいし、管理装置8が生成したものを使用してもよい。適切な充電スケジュールを使用することにより、管理装置8は、充放電ポート7に接続した電気自動車6に対して計画的な充電を行うことができる。

充電スケジュールは、例えば一週間に一回特定の曜日とし、事前に管理装置8に登録されていても良い。あるいは、充電スケジュールは、例えば従業員の帰宅時間や営業車の使用開始時間とし、事前に管理装置8に登録されていてもよい。

また、管理装置8は、毎日、充電ポートに接続された車両の識別を認識し、計算した電力を指定された時間までに充電が完了するよう充電スケジュールを生成してもよい。この場合に、管理装置8は、消費する系統受電電力が短時間に集中して契約電力を超過しないように、順次1台または少数台ごとに充電するよう充電スケジュールを生成する。

さらに管理装置8は、一日の単位時間内の受電電力使用量がなるべく一定となるように、各車両に充電する時刻を計画して充電スケジュールを生成する。また、管理装置8は、必ずしも全ての電気自動車6に対して同日に充電を行う必要はなく、事業所の毎日の消費電力が均等となるように、車両毎に異なる日を充電日として割り当ててもよい。あるいは、夜間の方が電力の使用料金が低いことを考慮し、管理装置8は、夜間に多くの電気自動車6やその他事業所に常駐している蓄電池を搭載した所内搬送車等を充電するように充電スケジュールを設定してもよい。この場合には、必ずしも一日の単位時間内の受電電力使用量が一定とは限らず、夜間の電力使用量が昼間よりも高くなることも考えられる。

図3は、本実施例の給電システムにおいて、生産量増加と電気自動車6に対する充電とにより使用電力が増加した場合の一事業所における一日の消費電力の変化の一例を示す図である。生産量が増加した場合において特に対策を行わない場合には、図3に示すように、ある時間帯において消費電力が契約電力を上回る可能性があり、超過違約金が発生してしまう。

そこで、管理装置8は、電力消費を予め予想して充電スケジュールを生成してもよい。具体的には、管理装置8は、前日までの電力使用量実績と現在の単位時間あたりの受電電力量と電力消費量の変化から、当日の電力消費トレンドを予測し、電力使用量が契約電力を超過すると予測される時間帯においては、電気自動車6に対する充電を中止し、あるいは契約電力を超過しない上限まで充電量を制限するように充電スケジュールを生成する。

さらに、電気自動車6に対する充電を行わなくても契約電力を超過することが予測される場合には、管理装置8は、電気自動車6に対して放電の指示を行うことで、受電電力と車両の蓄電電力を使用して安定操業を継続することができ、且つ契約電力超過の追加料金の発生を回避することができる。

図4は、本実施例の給電システムにおいて、電気自動車6に対する充放電を制御することにより消費電力が契約電力を上回るのを回避した場合の一事業所における一日の消費電力の変化の一例を示す図である。図4に示すように、管理装置8は、消費電力が契約電力を超過しそうな時間帯において、電気自動車6に対する充電を停止し、それでもなお超過しそうな場合には電気自動車6に放電させるように充放電スケジュールを設定することで、受電電力量が契約電力を超えるのを回避することができる。

また、管理装置8は、複数の充放電ポート7の各々に接続された電気自動車6に放電させた場合に、少なくとも放電した電力分を充電するように充電スケジュールを設定する。すなわち、管理装置8は、電気自動車6に放電させた電力について、契約電力に余裕のある時間帯または後日に定常の充電量に追加して充電する。

系統側において停電が発生した場合には、停電検出部3は、停電検出情報を解列装置4と管理装置8とに出力する。解列装置4は、停電検出部3により出力された停電検出情報に基づいて、系統側と需要家側の電力系統とを切り離す。また、管理装置8は、停電検出部3により出力された停電検出情報に基づいて、電気自動車6に対する充電を中止し放電の指示を行うことにより、停電時でも安定操業を継続することが可能である。この場合においても、管理装置8は、電気自動車6に放電させた電力について、系統側電力復旧後に定常の充電量に追加して充電するように充電スケジュールを設定する。

電気自動車6,6´は、有線あるいは無線により管理装置8に自己の蓄電量を通知するとしてもよい。この場合に、管理装置8は、複数の充放電ポート7の各々に接続された電気自動車6に放電させる際に、電気自動車6毎に予め設定された最低残存量を下回らないように放電を制御する。ここで、最低残存量とは、例えば電気自動車6が自宅に帰宅するために必要な蓄電量である。すなわち、管理装置8は、各電気自動車6の現在の蓄電量を把握し、車両ごとにあらかじめ設定した最低残存量に達するまで放電を行い、最低残存量に達した場合には放電を中止する。電気自動車6毎に予め設定された最低蓄電量を下回らないように放電させるため、各電気自動車6は、放電した後でも自宅に帰宅することができる。

なお、電気自動車6,6´の台数に比較して充放電ポート7の台数が少ない場合が想定されるが、管理装置8は、充放電ポート7への接続タイミングを各電気自動車6,6´に知らせるための通信機能を有していてもよい。この場合には、管理装置8は、充放電スケジュールに基づいて電気自動車6,6´毎に充放電ポート7に対する接続及び離脱のタイミングを決定し、決定したタイミングを各電気自動車6,6´に対応した通信先に通知する。ここで、車両毎に対応した通信先とは、例えば各電気自動車6,6´が備えるカーナビでもよいし、電気自動車6,6´の所有者のメールアドレスでもよい。あるいは、電気自動車6,6´が駐車されている駐車場に、自動的に充放電ポート7との接続及び離脱を行う自動接続装置を備えることも考えられる。この場合には、管理装置8は、当該自動接続装置に通知することで、電気自動車6,6´と充放電ポート7との接続及び離脱を制御することができる。

通信先としてカーナビやパソコン等を考える場合には、管理装置8は、充放電スケジュールに基づいて、社内の従業員パソコンへのメール発信または車両のカーナビ等の通信機能を用いることにより、充放電ポート7に接続すべき電気自動車6´のドライバに対してその旨を通知し、在社時の充放電ポート7への接続を促す。

例えば、停電時または契約電力を超過しそうな場合には、管理装置8は、より安定した操業を継続可能とするため、充放電ポート7に接続していないが蓄電量が多い電気自動車6´のドライバに対して充放電ポート7に接続して放電するよう促すとともに、充放電ポート7に接続されているが蓄電量が少ない電気自動車6のドライバに対して充放電ポート7から移動するように促す。

また、管理装置8は、各車両の充放電ポート7に対する接続及び離脱のタイミングを決定する際に、各電気自動車6,6´の現在の蓄電量に基づいて、蓄電量が予め設定された最低残存量を下回る電気自動車6,6´を優先的に充電するように当該タイミングを決定するとしてもよい。

さらに、管理装置8は、複数の充放電ポート7の各々に接続された電気自動車6に放電させる際に、各電気自動車6の現在の蓄電量と電気自動車6毎に予め設定された最低残存量との差である使用可能量が多い電気自動車6を優先的に放電するように放電スケジュールを設定するとしてもよい。

上述のとおり、実施例1の形態に係る給電システムによれば、企業の工場や事業所等において生産量の拡大や停電等が生じた場合においても、電力供給を制御して安定操業に資するとともに電力料金を低減することができる。

企業は、経費や原価の低減を追及し、生産活動の安定的な操業により収益が向上する。そこで、本実施例の給電システムは、電気自動車6の蓄電池の充電を計画的に実施することで、ピーク電力を抑えて契約電力の超過を避けることが可能であり、コスト低減に有効である。

また、事業所自体の電力使用量が契約電力を超過しそうな場合には、生産活動を低下させ、あるいは契約電力の超過料金を支払う必要があるところ、本実施例の給電システムは、電気自動車6の蓄電池に蓄えられた電力を使用することで、ピーク電力を抑えることが可能となる。さらに、本実施例の給電システムは、適切な充放電スケジュールを設定し、停電時に電気自動車6の蓄電池に蓄えられた電力を使用することで、安定的な操業が可能となる。

なお、図5は、本実施例の給電システムの別の構成例を示すブロック図である。図1に示す給電システムと異なる点は、定置型蓄電池12を備えている点である。図1に示す給電システムにおいて、電気自動車6,6´の台数に比較して充放電ポート7の台数が少ない場合には、図5に示すように事業所内に定置型蓄電池12を1台以上設置することが考えられる。

定置型蓄電池12は、商用電力系統1と需要家側負荷9とに接続されており、さらに管理装置と通信線10を介して接続されている。

管理装置8は、予め設定された契約電力と電力量計2により計測された受電電力量とに基づいて、さらに定置型蓄電池12に対する充放電を制御する。

例えば、停電時又は契約電力を超過しそうな場合に充放電ポート7の台数が少ないと、放電が完了した電気自動車6を充放電ポート7から離脱して他の電気自動車6´を充放電ポート7に再接続するケースが考えられる。このような電気自動車6,6´を入れ替える際に一時的に電気自動車6からの電力供給が中断してしまうことを避けるため、管理装置8は、定置型蓄電池12に放電させることで、安定操業を継続することができる。

なお、本実施例における給電システムは、企業の工場や事業所に適用するものとして説明を行ったが、必ずしもそのケースに限らず、様々な場面に適用可能である。例えば、近年においては自宅から自家用車で最寄りの駅に行って車を駐車させた後、鉄道を利用して目的地に向かうパークアンドライドのシステムが採用されることも多い。このような場合に鉄道会社と駐車されている電気自動車の所有者との間で必要な契約等を交わすことにより、本実施例の給電システムを採用することもできる。

鉄道会社は、ラッシュアワー等の電力需要が高い時間帯に駐車されている電気自動車に放電させ、その他の時間帯に放電させた分を充電することにより、ある時間帯に集中して消費電力が増大するのを回避することができる。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

1 商用電力系統
2 電力量計
3 停電検出部
4 解列装置
5 電力設備
6,6´ 電気自動車
7 充放電ポート
8 管理装置
9 需要家側負荷
10 通信線
12 定置型蓄電池

Claims (10)

  1. 商用電力系統から需要家側に供給される電力の単位時間あたりの受電電力量を計測する電力量計と、
    前記商用電力系統と需要家側負荷とに接続され、蓄電池を搭載した車両に対して充放電を行うための複数の充放電ポートと、
    予め設定された契約電力と前記電力量計により計測された受電電力量とに基づいて、前記複数の充放電ポートの各々に接続された車両に対する充放電を制御する管理装置と、
    を備えることを特徴とする給電システム。
  2. 前記管理装置は、前記複数の充放電ポートに接続された車両を識別するとともに、識別した車両に固有の予め設定された充電量を充電することを特徴とする請求項1記載の給電システム。
  3. 前記管理装置は、前記複数の充放電ポートに接続された車両を識別するとともに、充電スケジュールにしたがって識別した車両に充電することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の給電システム。
  4. 前記管理装置は、前記電力量計により計測された受電電力量が前記契約電力を超えないように充放電スケジュールを設定し、設定した充放電スケジュールにしたがって前記複数の充放電ポートの各々に接続された車両に対する充放電を制御することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の給電システム。
  5. 前記管理装置は、前記複数の充放電ポートの各々に接続された車両に放電させる際に、車両毎に予め設定された最低残存量を下回らないように放電を制御することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の給電システム。
  6. 前記管理装置は、前記複数の充放電ポートの各々に接続された車両に放電させた場合に、少なくとも放電した電力分を充電するように充電スケジュールを設定することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載の給電システム。
  7. 前記管理装置は、充放電スケジュールに基づいて車両毎に前記充放電ポートに対する接続及び離脱のタイミングを決定し、決定したタイミングを各車両に対応した通信先に通知することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載の給電システム。
  8. 前記管理装置は、各車両の現在の蓄電量に基づいて、前記蓄電量が予め設定された最低残存量を下回る車両を優先的に充電するように前記タイミングを決定することを特徴とする請求項7記載の給電システム。
  9. 前記管理装置は、前記複数の充放電ポートの各々に接続された車両に放電させる際に、各車両の現在の蓄電量と車両毎に予め設定された最低残存量との差である使用可能量が多い車両を優先的に放電するように放電スケジュールを設定することを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項記載の給電システム。
  10. 前記商用電力系統と需要家側負荷とに接続された定置型蓄電池を備え、
    前記管理装置は、予め設定された契約電力と前記電力量計により計測された受電電力量とに基づいて、さらに前記定置型蓄電池に対する充放電を制御することを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか1項記載の給電システム。
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