JP2014526230A - 電力装置 - Google Patents

Abstract

電力装置は、主電力供給部に接続可能な入力部と、エネルギー貯蔵デバイスと、電力供給部からの電力をエネルギー貯蔵デバイスに貯蔵するためのエネルギーに変換する、電力供給部に選択的に接続可能な供給コンバータと、エネルギー貯蔵デバイスからのエネルギーを電力負荷に供給するための電力に変換するように配置されている負荷コンバータと、入力部及び負荷コンバータのいずれかに選択的に接続可能であって、それにより、電力負荷が電力を受け取ることができるように電力装置に接続されることになる出力部と、通信ネットワークに接続される制御デバイスとを備え、制御デバイスは、通信ネットワークから、主電力供給部に関連する時間依存電力料金データを受信し、少なくとも受信した時間依存電力料金データを用いて、（ｉ）エネルギー貯蔵デバイスの充電、（ｉｉ）入力部から出力部に対する電力の供給、及び（ｉｉｉ）出力部に対するエネルギー貯蔵デバイスの放電の夫々のスケジュールを決定し、スケジュールに応じて、供給コンバータを入力部に選択的に接続し、電力を電力負荷に提供するように、スケジュールに応じて、出力部を入力部及び負荷コンバータのいずれかに選択的に接続するように構成されている。

Description

本発明は、一般的には、エネルギーの貯蔵及び利用、特に、効率的なエネルギーの消費のための電力装置に関する。

電力供給は、通常は、エネルギー供給者、エネルギー小売業者及びエネルギー消費者という階層構造の中で配置されている公衆アクセス可能な電力系統グリッド（電力網グリッド）を介して提供されている。伝統的なエネルギー供給者は、巨大な発電所を運用すると共に、彼らが生成した電力を、電力系統グリッドを介してエネルギーの消費者に対して供給している。発電所は、石炭火力発電所や、風力発電所や、原子力発電所や、地熱発電所や、太陽光発電所や、水力発電所や、ガスタービン発電所を含んでいてもよい。エネルギー小売業者は、エネルギー消費者に対して安定しており且つ予測可能な電力料金を保証するために、エネルギー供給者から供給される電力を大量に購入すると共に、エネルギー消費者に電力を販売している。

エネルギー小売業者には、コストが反映された系統料金（網料金）に応じて、彼らの配電系統の使用対価が請求されている。コストが反映された系統料金として、オフピーク時間中における殆どゼロになる電力エネルギーの配電の限界コストを反映することで安価になるオフピーク料金、及び、追加的な電力の配電用にエネルギー系統を拡張するという長期限界コスト（ＬＲＭＣ：Ｌｏｎｇ Ｒｕｎ Ｍａｒｇｉｎａｌ Ｃｏｓｔ）を反映することで高価になるピーク料金が必要とされる。

再生可能エネルギーの使用の増加が、電力系統に影響を与えている。これは、エネルギー消費者の電力需要の予測不可能性を高めており、電力のスポット料金（即ち、エネルギー小売業者によって支払われる、リアルタイムな電力料金）に影響を与えている。電力のスポット料金の予測不可能性は、更に、エネルギー小売業者の採算性に影響を与えている。オーストラリアでは、小売業者から供給者に対して支払われる電力のスポット料金は、−２ドル／ｋＷｈから＋１２．５０ドル／ｋＷｈの間で変動し得る。その一方で、消費者は、典型的には、０．１２ドル／ｋＷｈから０．４０ドル／ｋＷｈの間で支払いをしている。

本開示の第１の態様によれば、主電力供給部に接続可能な入力部と、エネルギー貯蔵デバイスと、電力供給部からの電力を前記エネルギー貯蔵デバイスに貯蔵するためのエネルギーに変換する、前記電力供給部に選択的に接続可能な供給コンバータと、前記エネルギー貯蔵デバイスからのエネルギーを電力負荷に供給するための電力に変換するように配置されている負荷コンバータと、前記入力部及び前記負荷コンバータのいずれかに選択的に接続可能であって、それにより、前記電力負荷が電力を受け取ることができるように当該電力装置に接続されることになる出力部と、通信ネットワークに接続される制御デバイスとを備え、前記制御デバイスは、前記通信ネットワークから、前記主電力供給部に関連する時間依存電力料金データを受信し、少なくとも前記受信した時間依存電力料金データを用いて、（ｉ）前記エネルギー貯蔵デバイスの充電、（ｉｉ）前記入力部から前記出力部に対する電力の供給、及び（ｉｉｉ）前記出力部に対する前記エネルギー貯蔵デバイスの放電の夫々のスケジュールを決定し、前記スケジュールに応じて、前記供給コンバータを前記入力部に選択的に接続し、電力を前記電力負荷に提供するように、前記スケジュールに応じて、前記出力部を前記入力部及び前記負荷コンバータのいずれかに選択的に接続するように構成されている電力装置が提供される。

本開示の第２の態様によれば、少なくとも一つの電力装置と、通信ネットワークと、サーバコンピュータデバイスとを備え、前記電力装置は、主電力供給部に接続可能な入力部と、エネルギー貯蔵デバイスと、電力供給部からの電力を前記エネルギー貯蔵デバイスに貯蔵するためのエネルギーに変換する、前記電力供給部に選択的に接続可能な供給コンバータと、前記エネルギー貯蔵デバイスからのエネルギーを電力負荷に供給するための電力に変換するように配置されている負荷コンバータと、前記入力部及び前記負荷コンバータのいずれかに選択的に接続可能であって、それにより、前記電力負荷が電力を受け取ることができるように当該電力装置に接続されることになる出力部と、通信ネットワークに接続される制御デバイスであって、前記サーバコンピュータデバイスからスケジュールを受信し、それによって、前記受信したスケジュールに応じて、前記供給コンバータを前記入力部に選択的に接続し且つ前記出力部を前記入力部及び前記負荷コンバータのいずれかに選択的に接続する制御デバイスとを備え、前記サーバコンピュータデバイスは、前記通信ネットワークに接続されており、前記サーバコンピュータデバイスは、前記通信ネットワークから、前記主電力供給部に関連する時間依存電力料金データを受信し、（ｉ）前記エネルギー貯蔵デバイスの充電、（ｉｉ）前記入力部から前記出力部に対する電力の供給、及び（ｉｉｉ）前記出力部に対する前記エネルギー貯蔵デバイスの放電の夫々の、前記電力装置のための前記スケジュールを決定し、前記決定したスケジュールを前記制御デバイスに送信するように構成されているシステムが提供される。

本開示の第３の態様によれば、電力を電力負荷に対して供給するように構成されている電力装置の動作用のスケジュールを決定するためにコンピュータ化されたプロセッサによって実行可能なアプリケーションプログラムであって、前記電力装置は、主電力供給部に接続可能な入力部と、エネルギー貯蔵デバイスと、電力供給部からの電力を前記エネルギー貯蔵デバイスに貯蔵するためのエネルギーに変換する、前記電力供給部に選択的に接続可能な供給コンバータと、前記エネルギー貯蔵デバイスからのエネルギーを電力負荷に供給するための電力に変換するように配置されている負荷コンバータと、前記入力部及び前記負荷コンバータのいずれかに選択的に接続可能であって、それにより、前記電力負荷が電力を受け取ることができるように当該電力装置に接続されることになる出力部と、前記スケジュールに応じて、前記供給コンバータを前記入力部に選択的に接続し、且つ、電力を前記電力負荷に提供するように、前記スケジュールに応じて、前記出力部を前記入力部及び前記負荷コンバータのいずれかに選択的に接続するように構成されている制御装置とを備え、前記アプリケーションプログラムは、通信ネットワークから、前記主電力供給部に関連する時間依存電力料金データを受信するためのコードと、前記電力負荷の過去の電力消費データ又はこの種の電力負荷の標準プロファイルに基づいて、負荷の予測を決定するためのコードと、前記決定した負荷の予測、前記エネルギー貯蔵デバイスの放電コスト及び前記受信した時間依存電力料金データに基づいて、前記出力部に対する前記エネルギー貯蔵デバイスの放電のスケジュールを決定するためのコードと、前記放電スケジュール、前記エネルギー貯蔵デバイスの再充電プロファイル及び前記受信した時間依存電力料金データに基づいて、前記エネルギー貯蔵デバイスの充電のスケジュールを決定するためのコードとを備えるアプリケーションプログラムが提供される。

本発明の少なくとも一つの実施形態が、今から図面を参照しながら説明される。
図１は、説明した配置が実現されている電力装置を示す。 図２は、図１のコントローラを示す。 図３Ａは、電力システム内で複数の電力装置がどのように使用されるかを示す。 図３Ｂは、電力システム内で複数の電力装置がどのように制御されるか又は動作時に補助されるかを示す。 図４は、電力装置のためのソフトウェアアーキテクチャを示す。 図５は、図４の様々なアプリケーションプログラムの相互接続のフローチャートである。 図６は、通常の運用日のためにスケジュールを決定し且つ電力装置のスケジュールを更新するフローチャートである。 図７は、電力装置の放電スケジュールを決定するための方法のためのフローチャートである。 図８は、図７のスケジュールの決定の際に使用される、信頼度料金に基づく電力予測料金の例である。 図９は、図７のスケジュールの決定の際に使用される、系統料金に基づく電力予測料金の例である。 図１０は、図７のスケジュールの決定の際に使用される、卸料金に基づく電力予測料金の予測の例である。 図１１は、図７の放電スケジュールの決定の際に使用される、負荷予測の例である。 図１２は、鉛酸電池の損失曲線の例である。 図１２は、鉛酸電池の損失曲線の例である。 図１２は、鉛酸電池の損失曲線の例である。 図１２は、鉛酸電池の損失曲線の例である。 図１２は、鉛酸電池の損失曲線の例である。 図１３は、図７の方法で生成される放電スケジュール及び予測される日々の利益の例である。 図１４は、電力装置の充電用のスケジュールを決定するための方法のためのフローチャートである。 図１５は、電池の充電ステージの例である。 図１６は、図１４の方法からの充電スケジュール及び予測されるエネルギーの充電コストの例である。 図１７は、充電及び放電スケジュールの例である。 図１８は、電力料金の増加が発生する時の、電力装置の最適なスケジュールを決定するための割り込み方法のためのフローチャートである。

本開示は、接続された負荷が負担するコストの最小化を図るように、電力を貯蔵し且つ供給するように動作する電力装置に関連する。電力装置は、電力料金が比較的低い場合にエネルギー貯蔵デバイスに電力を貯蔵すると共に電力料金が比較的高い場合に貯蔵した電力を電力負荷に供給することで、コストの最小化を図っている。電力装置は、貯蔵されたエネルギー及び主たるエネルギーを使用する相対的なコストに基づいて、電力の貯蔵及び供給を管理する。予測される電力卸売価格や天気や利用可能な系統の料金及び小売供給の料金等のその他の要素もまた、電力装置に電力を貯蔵し且つ接続された負荷に対して電力装置が電力を供給するスケジュールを最適化するために考慮されてもよい。電力装置は、可搬型であってもよいし、建物に固定された構成であってもよい。

図１は、主電力供給部（主給電部）１３０に接続するための入力部１０２と電力を電力負荷１３２に対して提供するための出力部１１０とを備える筐体１０１を含む電力装置（ＰＡ）１００を示す。電力装置１００は、主供給部１３０からの電力を、エネルギー貯蔵デバイス１０６に貯蔵するのに適した形態に変換するための供給コンバータ１０４を備える。電力装置１００は、エネルギー貯蔵デバイス１０６に貯蔵されているエネルギーを、電力負荷１３２への供給用の電力に変換するための負荷コンバータ１０８を備えている。電力負荷１３２は、冷蔵庫やオーブンやエアーコンディショナーやコンピュータや電気自動車やコーヒーメーカーや動作に電力を必要とするその他任意のデバイス等の機器であってもよい。電力装置１００はまた、とりわけ地域の太陽光パネルや地域の風力タービンや地域の水力電気や地域の発電機等から生成されてもよい代替エネルギー入力部１１８を備えていてもよい。

出力部１１０は、典型的には、主電力供給部１３０と同様の構成の電力ソケットである。電力負荷１３２は、典型的には、標準的な主電力供給部補完プラグを用いて、出力部１１０に接続可能である。

電力装置１００のコントローラ１１２によって選択的に切替可能なスイッチＳ１、Ｓ２及びＳ３の配列によって、エネルギー貯蔵デバイス１０６の充電及び負荷１３２へ電力を供給するための出力部１１０への電力の供給が行われる。例えば、スイッチＳ１は、主供給部１３０のコストが比較的低い場合に閉状態となり、その結果、エネルギー貯蔵デバイス１０６へのエネルギーの貯蔵が行われる。スイッチＳ２及びＳ３は、出力部１１０を、主供給部１３０からの供給用の入力部１０２及びエネルギー貯蔵デバイス１０６からの供給用の負荷コンバータ１０６の一方に選択的に接続するように、補完的な動作のためにグループ化されている。典型的には、主供給部１３０のコストが比較的低い場合には、Ｓ２は閉状態となり且つＳ３が開状態となり、主供給部１３０のコストが比較的高い場合には、Ｓ２は開状態となり且つＳ３が閉状態となる。図１は、Ｓ２及びＳ３を、補完的に動作する二極双頭スイッチ（ｄｏｕｂｌｅ ｐｏｌｅ ｄｏｕｂｌｅ ｔｈｒｏｗ ｓｗｉｔｃｈ）として示しているが、単極双頭スイッチ（ｓｉｎｇｌｅ ｐｏｌｅ ｄｏｕｂｌｅ ｔｈｒｏｗ ｓｗｉｔｃｈ）によって実装化されていてもよい。

コントローラ１１２は、コネクション１１９、１２１を介して送信される制御信号を介して、選択可能なスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３を制御する。

典型的で且つ好ましい実装態様では、エネルギー貯蔵デバイス１０６は、化学電池（例えば、鉛酸電池、リチウムイオン電池）であり、コンバータ１０４は、主供給部１０３の交流を電池１０６の充電のための直流に整流するように構成されている整流器及び充電器ユニットである。代替的な実施形態では、コンバータ１０４は、代替エネルギー入力部１１８からの交流の電力を電池１０６の充電のための直流に整流するように構成されていてもよい。更にその他の代替的な実施形態では、代替エネルギー入力部１１８は、電池１０６を直接的に充電するために直流電力を出力してもよい。

負荷コンバータ１０８は、好ましくは、電池の電圧を、実質的には主供給部１３０にそっくりな負荷１３２用の交流供給部に変換するように構成されているインバータである。

センサ１１３は、コネクション１２３を介して供給電圧を、コネクション１２５を介して電池電圧を、コネクション１２７を介して電池電圧を、及びコネクション１３１を介して負荷電流を測定するように配置されている。位相制御コネクション１２９は、負荷コンバータ１０８の動作によって調整されるように入力部１０２と負荷コンバータ１０８との間の位相同期を保証するために、入力部１０２と負荷コンバータ１０８との間に配置されてもよい。センサ１１３からのデータは、コネクション１１７を介してコントローラ１１２に送信される。コントローラ１１２は、センサ１１３からのデータを処理し、受信したデータに基づく所定の動作を実行する。所定の動作は、図４及び図５に関連して、後に詳述される。

コントローラ１１２は、電力を貯蔵し且つ供給するという電力装置１００の動作用のスケジュール、センサ１１３からのデータ及び電力装置１００を動作させるその他任意のアプリケーションプログラムを格納するメモリ１１４に関連付けられている。メモリ１１４は、コネクション１３３を介してコントローラ装置１１２に接続されている。コントローラ１１２はまた、通信インタフェース１１６に接続されており、通信インタフェース１１６により、電力装置１００は、通信ネットワーク１４０と通信するように構成されている。通信ネットワーク１４０は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又はインターネットのようなワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）であってもよい。通信ネットワーク１４０は、過去の、現在の及び予測の電力系統料金、市場料金（マーケット料金）、小売業者／供給業者料金、顧客料金、予測される電力の地域需要、天気、並びに主電力供給部１３０の電力料金に影響を与えるかもしれないその他任意のデータのような外部データを提供してもよい。通信インタフェース１１６は、有線（電話回線）又は無線のプロトコルに従って動作してもよい。

電力装置１００は、好ましくは、主供給部１３０の代表格である伝統的な汎用目的コンセント（ＧＰＯ：Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｏｕｔｌｅｔ）と上述した機器等に代表される負荷１３２との間に直接的に接続される可搬型の単一デバイスとして構成され、リード線及び通常は汎用目的コンセントに接続するプラグ１３３を有する。電力装置１００は、負荷機器１３２を備える物理的な位置に提供され、電力装置１００の物理的なサイズは、大部分は、そのエネルギーの貯蔵能力に依存するであろう。そのようなサイズは、主として、使用される電池１０６の種類及び全体の貯蔵能力に依存するであろう。典型的には電力装置１００は手で持ち運び可能なデバイスであるとはみなされないであろうが、筐体１０１は、典型的には、台車での移動及び位置決めが比較的容易なサイズ（例えば、１．００ｍ^３から１．５０ｍ^３の間の容積）となるであろう。

図１はまた、通信ネットワーク１４０及びコネクション１５１を介して通信インタフェース１１６に接続されている又は代替的にはコネクション１５３を介して通信インタフェース１１６に直接接続されている（ローカルな又は遠隔の）コンピュータ１５０を示している。コンピュータ１５０は、コントローラ１１２による動作のためにアプリケーションプログラム及び電力装置１００のデフォールトの設定をメモリ１１４にロードするように、セットアップ及びインストールの間も一般的には接続されており且つ動作可能である。電力装置１００のデフォールトの設定のある例は、電力装置１００に接続されている負荷１３２の信頼度料金、電池の種類、電池のサイズ及び電力装置１００の許容閾値パラメータを含む。

負荷１３２の信頼度料金は、典型的には、ユーザによって指定される料金であり、ユーザによって指定される料金は、電力の供給停止期間中に主電力供給源１３０が喪失している場合に負荷１３２に対して電力を供給し続ける重要性を決定する。信頼度料金がより高いことは、負荷１３２に対して電力を供給し続ける重要性がより高いことに相当する。信頼度料金については、図７において更に説明される。

許容閾値パラメータは、ユーザによって指定される値であり、ユーザによって指定される値は、予測される電力料金に対する実際の電力料金の差、通常の及び最大の充電レート、放電深度及びバッテリ１０６の動作温度を確立する。許容閾値パラメータについては、図６において更に説明される。

継続した又は運用上のコネクションにより、コンピュータ１５０は、コンピュータ１５０のディスプレイ（不図示）上に電力装置１００の状態を表示するために、電力装置１００と相互に作用することができる。更に、コンピュータ１５０の持続したコネクションにより、ユーザは、例外的な環境下では、電力装置１００の動作をマニュアルで制御することができる。例えば、ユーザは、強制的に、電力装置１００をシャットダウンさせ、再起動させ、エネルギーを充電若しくは放電させ、バイパスさせ、又は、手動で決定されたスケジュールを実行させることができる。典型的には、コンピュータ１５０は、ユーザによって入力された新しいパラメータに基づいて、電力装置１００のデフォールトの設定を更新するだけである。その他の実装態様では、コンピュータ１５０はまた、コントローラ１１２の機能の一部を実行してもよい。

コントローラ装置１１２は、可搬型の電力装置１００による電力の貯蔵及び供給のための最適なスケジュールを確立するために、センサ１１３からのデータと組み合わせて、受信した外部データを処理する。

可搬型の電力装置１００は、コントローラ１１２に接続されているディスプレイ１２６を含んでいてもよい。ディスプレイ１２６は、典型的には、可搬型の電力装置１００の状態のユーザによるチェックを可能とする液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）パネル等である。

図２は、電力装置１００のコントローラ１１２の概要ブロック図を示している。コントローラ１１２は、ディスプレイインタフェース２１２、Ｉ／Ｏインタフェース２１０、ポータブルメモリインタフェース２１１及びメモリ１１４に対して、相互接続バス２１３を介して双方向に接続されているプロセッサ２１４を備えている。

コントローラ１１２は、典型的には、オンボードメモリを有している。メモリ１１４は、追加的なメモリとして、プロセッサ２１４に接続されている。プロセッサ２１４のオンボードメモリ及びメモリ１１４は、不揮発性半導体リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、半導体ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び可能であればハードディスクドライブ（ＨＤＤ）から形成されていてもよい。ＲＡＭは、揮発性であってもよいし、不揮発性であってもよいし、揮発性と不揮発性との組み合わせであってもよい。

上述したセンサ１１３はまた、センサのデータをプロセッサ２１４に提供するためのＩ／Ｏインタフェース２１０に接続されている。

図２はまた、通信インタフェース１１６に接続し、通信ネットワーク１４０と通信するために、コントローラ１１２がＩ／Ｏインタフェース２１０を利用していることを示している。

ポータブルメモリインタフェース２１１により、補完的なポータブルメモリデバイス２１５は、データ格納元又はデータ格納先として機能するように電力装置１００に接続される。そのようなインタフェースの例により、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）メモリデバイスやセキュアデジタル（ＳＤ）カードやパーソナルコンピュータメモリカードインターナショナルアソシエーション（ＰＣＭＩＡ）カードや光ディスクや磁気ディスク等のポータブルメモリデバイスとの接続が実現される。これらのポータブルメモリデバイスは、アプリケーションプログラム及び電力装置１００のデフォールトの設定をロードするために使用されてもよい。

ディスプレイインタフェース２１２は、ディスプレイ１２６に接続される。ディスプレイインタフェース２１２は、ディスプレイインタフェース２１２が接続されているプロセッサ２１４から受信する指示に応じて、ディスプレイ１２６に情報を表示するように構成されている。

図３Ａは、電力グリッド３１０及び通信ネットワーク１４０を含む、その中に電力装置１００が接続されていてもよいシステムを示す。図３Ａは、複数の電力装置１００の分散システムを描いている。電力系統グリッド３１０は、石炭プラント３２０や原子力プラント３１８や水力プラント３１６や風力発電所（ウインドファーム）３１４や太陽光発電所（ソーラーファーム）３１２等の電力発電機に接続されている。グリッド３１０はまた、変圧器（不図示）、変電所３１１及び発電所からエネルギーの消費者に至るまでの電気エネルギーの供給及び配電を手助けするその他の構造物を含んでいる。小売業者３５０、マーケットオペレータ３５１、又は系統オペレータ３５３は、電力系統グリッド３１０における系統の、小売の及び卸売の電力料金の絶え間ない又は周期的な更新を、通信ネットワーク１４０に対して提供するように構成されている。系統の、小売の及び卸売の電力料金については、図７において後に詳述される。システム３００はまた、複数の電力装置１００ａ、・・・、１００ｎを示している。電力装置は、夫々が電力メータを有する電力消費者に相当する企業、家庭等に配置されていてもよい。電力装置１００ａ、・・・、１００ｎは、小売業者３５０、マーケットオペレータ３５１又は系統オペレータ３５３のいずれかから供給される過去の、現在の及び予測の電力料金を取得するために、通信ネットワーク１４０に接続される。通信ネットワーク１４０は、気象局３２４又は現在の及び予測される天気についてのデータを提供するその他の適切な情報源に接続されていてもよい。電力装置１００がこれらの情報源からデータを受信すると、コントローラ１１２は、受信したデータを処理し且つ電力の貯蔵及び対応する電力負荷１３２に対する電力の供給のための電力装置１００の動作用の最適なスケジュールを確立する。図３Ａのシステムの特定の実装態様では、特に電力装置１００が隣接しており且つ同一の供給利用可能性及び料金という条件下にある場合には、電力装置１００ａ、・・・、１００ｎもまた、電力の貯蔵及び対応する電力負荷１３２ａ、・・・、１３２ｎに対する電力の供給のための最適な個々のスケジュールを決定するために、ネットワーク１４０を介して互いに通信してもよい。

例えば、同一の変電所に属する電力装置１００ａ、・・・、１００ｎのグループが互いに通信し且つその特定のグループのための最適な個々のスケジュールを確立する場合には、特定の変電所に対する電力需要は、系統料金が高いピーク時間には減少し且つ系統料金が低いオフピーク時間には増加するかもしれず、エネルギー小売業者のコストの効果的な削減及び電力系統グリッド３１０におけるより良好な負荷分散が実現される。

図３Ｂは、電力システムで使用される、複数の電力装置１００の集中型システムを描いている。集中型サーバコンピュータ３５０は、電力装置１００ａ、・・・、１００ｎのグループを操作するように構成されている。サーバコンピュータ３５０は、小売業者３５０、マーケットオペレータ３５１又は系統オペレータ３５３及び気象局３２４からの外部データ並びに信頼度料金等のユーザによって指定されるデータを照合し、接続された負荷１３２ａ、・・・、１３２ｎのコストを最小化するために電力装置１００ａ、・・・、１００ｎの最適なスケジュールを確立する。確立されたスケジュールは、その後各電力装置１００に送信され、各電力装置１００は、その後スイッチＳ１、Ｓ２及びＳ３の適時な動作によってスケジュールを実行する。

サーバコンピュータ３５０は、典型的には、大きな処理能力を備えるコンピュータであり、複数の電力装置１００のグループのスケジュールを監視し且つ確立することができる。コントローラ１１２と同様に、サーバコンピュータ３５０は、少なくとも、メモリ、プロセッサ、Ｉ／Ｏインタフェース、ディスプレイインタフェース及びポータブルメモリインタフェースを含んでいる。サーバコンピュータ３５０のメモリは、サーバコンピュータ３５０が管理している電力装置１００のデータベースを含んでいてもよい。

図４は、電力装置１００を動作させるためのソフトウェアアーキテクチャ４００の説明であり、図５は、ソフトウェアアーキテクチャ４００のアプリケーションプログラム間での相互接続を描く、ハイレベル動作５００のフローチャートである。ソフトウェアアーキテクチャ４００は、システムデータ及び外部データアプリケーションプログラム４０４及びセンサアプリケーションプログラム４０６からの照合されたデータを管理するデータ管理アプリケーションプログラム４０２を備えている。システムデータは、電池の種類や、電池の構成や、独占している電池の充電及び放電プロファイルや、電池の製造者の仕様を含む。外部データアプリケーションプログラム４０４は、通信ネットワーク１４０及びコンピュータ１５０からのデータを照合する一方で、センサアプリケーションプログラム４０６は、センサからデータを収集する。アーキテクチャ４００及びアプリケーションプログラム４０２から４１４は、メモリ１１４に格納されており、プロセッサ２１４によって実行可能である。通信ネットワーク１４０、コンピュータ１５０及びセンサ１３０から提供されるデータは、既に上述したとおりである。

好ましい実装態様では、図５に描かれているように、外部データアプリケーションプログラム４０４、センサアプリケーションプログラム４０６及びデータ管理アプリケーションプログラム４０２は、所定の時間間隔（例えば、２４時間毎に）又はユーザによって指定された時間間隔（例えば、５分、３０分、６０分）でデータを収集し且つ体系化する。データを収集する時間間隔は、コンピュータ１５０からユーザによって修正されてもよい。

ソフトウェアアーキテクチャ４００は、データ管理アプリケーションプログラム４０２が照合したデータを処理し且つ電力装置１００のための最適な動作スケジュールを生成する最適化アプリケーションプログラム４０８を有している。最適化アプリケーションプログラム４０８はまた、緊急事態及びコンピュータ１５０からの手動の無効コマンドを監視し、それに従ってスケジュールに警告を与える。典型的には、手動の無効という状況下では、ユーザは、手動で新しいスケジュールを入力し且つ当該新しいスケジュールで電力装置１００を更新し、最適化アプリケーションプログラム４０８はそれを採用する。

例えば、選択可能なスイッチＳ２が閉状態にあり且つ主電力供給原１３０が電力を喪失している場合には、センサアプリケーションプログラム４０６は、電力の喪失を検出するように動作し、最適化アプリケーションプログラム４０８は、続いて、データを処理し且つ負荷１３２の信頼度料金が電池１０６の放電コストよりも高いかどうかをチェックする。電池１０６の放電コストは、負荷１３２に対する電池の放電によって被る潜在的なコストである。電池１０６の放電コストは、図７において更に説明される。信頼度料金が放電コストよりも高い場合には、それは、負荷１３２の電力喪失を許容することよりも負荷１３２に対して電池１０６を放電させることの方がユーザにとっては安価であることを意味する。この場合、最適化アプリケーションプログラム４０８は、事実上Ｓ２を開状態にすると共にＳ３を閉状態にすることでエネルギー貯蔵デバイス１０６から電力負荷１３２に対する電力の供給を許可するために、スケジュールに警告を与える。

最適なスケジュールを生成し且つ最適なスケジュールを更新する際の最適化アプリケーションプログラム４０８の典型的な動作は、図６において説明される。

スケジューリングアプリケーションプログラム４１０は、最適化アプリケーションプログラム４０８から最適なスケジュールを受信し、エネルギー貯蔵デバイス１０６を充電し且つ出力部１１０用の電力供給部を選択するためのスケジュールを維持する。スケジューリングアプリケーションプログラム４１０は、時間の経過を監視するための内部リアルタイムクロックを含む。

コントローラアプリケーションプログラム４１２は、スイッチＳ１、Ｓ２及びＳ３を選択的に開状態又は閉状態にするために、スケジューリングアプリケーションプログラム４１０からのスケジュールを解釈する。

図３Ａに描かれているような電力装置１００の分散型動作では、通信アプリケーションプログラム４１４は、データ管理アプリケーションプログラム４０２によって照合されたデータ及び最適化アプリケーションプログラム４０８によって生成された最適なスケジュールを、コンピュータ１５０に送信する。コンピュータ１５０は、続いて、ユーザが電力装置１００の動作を監視することができるように、コンピュータ１５０のディスプレイに、照合されたデータ及び最適なスケジュールを表示する。

図３Ａに描かれているような電力装置１００の集中型動作では、通信アプリケーションプログラム４１４は、コンピュータ１５０内の最適化アプリケーションプログラム４０８によって設定された最適なスケジュールを受信し、センサアプリケーション４０６からの照合されたデータをコンピュータ１５０に送信する。コンピュータ１５０は、続いて、ユーザが電力装置１００の動作パラメータを監視することができるように、コンピュータ１５０のディスプレイに、センサのデータを表示する。

以下説明される方法は、プロセッサ２１４を用いて実装され、そこでは、図６の処理が、図４に示す一又は複数のソフトウェアアプリケーションプログラム４０２から４１４として実装されてもよい。特に、図４に示すように、説明される方法の工程は、プロセッサ２１４内で実行されているソフトウェア中の指示に影響を受ける。或いは、電力装置１００が集中型システム内で動作する場合には、説明される方法のいくつかは、サーバコンピュータ３５０内に実装されてもよい。ソフトウェアの指示は、夫々が特定のタスクを実行するための一又は複数のコードモジュールとして形成されてもよい。コードモジュールは、メモリ内に格納され、分散型システムにとっての電力装置１００又は集中型システムとってのサーバコンピュータ３５０のいずれかによって実行可能であってもよい。

典型的には、上述したアプリケーションプログラム４０２から４１４は、メモリ内に常駐しており、実行時にプロセッサ２１４によって読み込まれ且つ制御されてもよく、以下の説明では、このようなケースであるものとする。

アプリケーションプログラム４０２から４１４及び通信ネットワーク１４０から取得された任意のデータの中間的な記憶が、プロセッサ２１４のオンボードメモリを用いて、可能であればメモリ１１４と協力して、実現されてもよい。

図６は、通常の運用日における電力装置１００の充電及び放電の最適なスケジュールを決定し且つ通信ネットワーク１４０及び／又はコンピュータ１５０からの新たなデータ及び／又はコマンドの受信時に最適なスケジュールを更新する際の方法のためのフローチャートである。方法６００は、最適化アプリケーションプログラム４０８に対応するステップ６０２において開始する。ステップ６０２は、翌日のために最適なスケジュールが生成される必要があるかどうかが判定される。典型的には、翌日のために最適なスケジュールが生成される必要がある唯一のタイミングは、当日の終わりである。最適なスケジュールが決定される必要がある場合には、ステップ６０２は次のステップ６０４へ移動する。

ステップ６０４では、最適化アプリケーションプログラム４０８は、電力負荷１３２の電力消費を予測するために十分な量の過去のデータが利用可能であるかを判定する。以下、電力負荷１３２の電力消費の予測は、負荷予測と称される。

典型的には、負荷予測が決定可能となる前に、同じ種類の日の２４時間の動作履歴が存在していたはずである。日の種類は、デフォールトで、平日、週末及び休日を含むが、特定の場所に関連する追加的な日の種類を含んでいてもよい。関連する日の種類の一例は、近隣の学校から顧客を獲得している企業にとっての学校の休日である。

例えば、電力装置１００が木曜日（即ち、平日）に設置される場合には、電力装置１００が平日における２４時間全てのデータを有していないがゆえに、金曜日の負荷予測を行うには不十分な量のデータしか存在しない。金曜日に照合されたデータは平日のみを対象としているため、土曜日（つまり、週末）の負荷予測を行うのにも不十分な量のデータしか存在しない。従って、週末という日の種類のための最初の負荷予測は、土曜日に収集されたデータに基づいて日曜日を保証するために行われる。従って、平日という日の種類のための最初の負荷予測は、金曜日に収集されたデータに基づいて次の月曜日を対象として行われる。不十分な量のデータしか存在しなければ、方法６００は、ステップ６０５を実行し続ける。

ステップ６０５では、最適化アプリケーションプログラム４０８は、コンピュータ１５０に対して負荷予測が決定可能でないことを通知するために、通信アプリケーションプログラム４１４に対して信号を送信する。この場合、電力装置１００は、デフォールトのスケジュール又はユーザによって決定されたスケジュールを実行する。

他方で、十分な量のデータが存在すると最適化アプリケーションプログラム４０８が判定する場合には、方法６００は、ステップ６０４からステップ６０６へ進む。ステップ６０６では、負荷予測が実行される。負荷予測は、数式１を使用する、各時間間隔ｉ（例えば、３０分又はより短いユーザによって指定された時間間隔（期間））毎の最良適合モデルから決定される。

ｋＷｈ_ｉ＝α＋β_１ｘ_１＋β_２ｘ_２＋β_３ｘ_３＋β_ｎｘ_ｎ＋ε・・・（数式１）
ここで、ｋＷｈ_ｉは、時間間隔ｉにおける予測された負荷であり、αは、基礎電力消費（ｋＷｈ）であり、Ｘ_{ｉ・・・ｎ}は、独立変数（例えば、天気（例えば、最小及び最大気温、湿度、降水量、風速）、日の種類（例えば、平日、週末、休日）、週の種類（例えば、月曜日、火曜日等）、月の種類（例えば、５月、６月、７月等）、季節の種類（例えば、夏、秋、冬、春）、時間間隔の種類等）であり、β_{ｉ・・・ｎ}は、標準誤差項を最小にするための標準線形回帰方法を用いて計算された、各独立変数に対応する推定係数であり、εは、標準誤差項である。

基礎電力消費（α）は、負荷１３２の過去のエネルギー消費データ又はこの種の電力負荷の標準的なプロファイルに基づいて決定される。例えば、負荷１３２がコーヒーメーカーである場合には、基礎電力消費（α）は、同じコーヒーメーカーの過去のデータであってもよい。或いは、基礎電力消費（α）は、同等なコーヒーメーカーの電力消費又はコーヒーメーカーと同様の態様で電力を消費する他の電気機器の電力消費の標準的なプロファイルであってもよい。

最適化アプリケーションプログラム４０８は、最も高い調整済みの決定係数（即ち、回帰線が実際のデータ点をどの程度近似するかを対象とする、標準的な統計評価）によって決定されるように、独立変数（Ｘ_{ｉ・・・ｎ}）の各順列を検証し且つ最良適合が実現される順列を選択する。各独立変数係数（β_{ｉ・・・ｎ}）は、過去一日、過去一週間の、過去一カ月の及び過去一年の履歴データを用いて、順列毎に推定される。

例えば、全ての利用可能な独立変数（Ｘ_{ｉ・・・ｎ}）を用いて、最も高い調整済みの決定係数及び関連する係数（β_{ｉ・・・ｎ}）が負荷予測（予測Ａ）のためにまずは決定される。独立変数（Ｘ_{ｉ・・・ｎ}）の過去のデータ（履歴データ）は、負荷予測を計算するために利用される。一又は複数の異なる独立変数（Ｘ_{ｉ・・・ｎ}）を削除し、新たな予測負荷（予測Ｂ）の係数（β_{ｉ・・・ｎ}）が算出され、最も高い決定係数を有する負荷予測を決定することで、数式１の評価が進められる。最も高い決定係数を有する負荷予測は維持される。全ての順列が検証されるまで、順列も維持され、最も高い決定係数を有する負荷予測が決定される。

一日の負荷予測の例が図１１に示される。方法６００は、ステップ６０７へ進む。

ステップ６０７は、電力装置１００のための一日の放電スケジュールを決定する。放電スケジュールは、接続された負荷１３２に対する供給コストを最小にすることに基づいて決定される。放電スケジュールの決定は、図７において説明される。

方法６００は、ステップ６０８へ進む。ステップ６０８では、最適化アプリケーションプログラム４０８は、電力装置１００のための充電スケジュールを決定する。充電スケジュールの決定の詳細は、図１４において詳述される。方法６００は、ステップ６０８が完了した時に終了する。

ステップ６０２において、新たなスケジュールが生成される必要がないと最適化アプリケーションプログラム４０８が判定する場合には、方法６００は、ステップ６１０へ進む。ステップ６１０では、最適化アプリケーションプログラム４０８は、通信ネットワーク１４０、コンピュータ１５０及びセンサ１１３から、現在のデータを取得する。方法６００は、ステップ６１２を続ける。

ステップ６１２では、最適化アプリケーションプログラム４０８は、任意の現在のデータが、予測される料金、予測されるコスト又はその他任意の電力パラメータ（例えば、電池の放電深度、電池の温度）を、ユーザによって設定された許容閾値だけ上回っているかを判定する。予測される料金及び予測されるコストは、図７において説明される。

例えば、ユーザは、通常は５０％という放電深度を有すると規定されている電池に対して、電池の放電深度のための許容閾値を、＋１％に設定してもよい。電池の放電深度が許容可能な閾値を超える（即ち、５１％より大きい）場合には、最適化アプリケーションプログラム４０８は、主供給部１３０及び負荷１３２から電池を効果的に切り離すために、スケジュールに警告を与えてもよい。電池の放電深度は、５０％を上回って電池が放電してしまうことを防止するように設定される。というのも、５０％を上回る放電深度は、放電コストを劇的に、急激に増加させるかもしれないからである。

典型的には、通常その全容量に対して５０％まで放電される電池は、約６年もの使用に耐えるであろう。他方で、通常９９％まで放電される同一の電池は、約３年しか使用に耐えないであろう。

他の例では、ユーザは予測される料金のための許容閾値を、＋０．０５ドル／ｋＷｈに設定してもよい。午前１０時から午前１１時の間の予測される料金が０．２ドル／ｋＷｈであり且つその期間は放電期間としてスケジュールされていない。その期間の実際の電力料金が０．２５ドル／ｋＷｈを上回る場合には、最適化アプリケーションプログラム４０８は、許容閾値を上回る期間中は電池１０６を放電するように、スケジュールに警告を与えてもよい。

典型的には、最適化アプリケーションプログラム４０８は、データが許容閾値を上回るかどうかをリアルタイムに監視する。対応する許容閾値を上回るデータが存在しない場合には、方法６００は終了する。そうでなければ、方法６００は、ステップ６１４へ進む。

ステップ６１４は、ステップ６０６からステップ６０８に記載された処理を実行し、電力装置１００による電力の充電及び供給のための新しいスケジュールを生成する。新しいスケジュールの生成の後、方法６００は終了する。

図７は、電力装置１００の放電スケジュールを決定するための方法のフローチャートである。方法７００は、一日全体に対してユーザによって指定された時間間隔毎に少なくとも４つの異なる予測料金を決定するステップ７０１で開始する。

４つの異なる予測料金は、以下のとおりである。

−信頼度予測料金は、典型的には、電力負荷１３２に対して電力を供給し続ける、地域の消費者によって指定される値に基づいている。この値は、公認された地域の消費者によっていつでも修正されてもよい。一例が図８に示される。

−系統予測料金は、小売業者によって設定されるスマートメータの料金に基づいている。料金は、使用時間構造に基づいていてもよい。典型的には、料金は、年毎の基準に固定されているが、動的であってもよい。一例は、図９に示される。

−卸売予測料金は、その期間を対象とする卸売市場のエネルギーの電力予測料金に基づいている。卸売料金は、リアルタイムに確立される。一例は、図１０に示される。図１０は、系統予測料金１００２及び卸売予測料金１００４を描いている。線は、系統予測料金１００２及び卸売予測料金１００４を区別するように描かれている。

−小売予測料金は、系統オペレータによって設定されるスマートメータの料金に基づいている。料金は、使用時間構造に基づいていてもよい。典型的には、料金は、年毎の基準に固定されているが、料金は動的であってもよい。

固定された小売料金の一例は、次のように、使用時間毎の消費者への請求となってもよい。

ピーク：０．３６ドル／ｋＷｈ（月曜日から金曜日 午後２時から午後８時）
ショルダー：０．１３ドル／ｋＷｈ（午前７時から午後２時、午後８時から午後１０時 月曜日から金曜日、及び午前７時から午後１０時 土曜日から日曜日）
オフピーク：０．０８ドル／ｋＷｈ（午後１０時から午前７時 全日）
関連する料金アプローチはまた、系統レベルで適用されてもよい。

動的な料金は、例えば小売の現場において、動的な料金期間が開始する３０分以上前にそのような期間が知らされると言う通知を付随する、任意の２時間という期間毎の２．５０ドル／ｋＷｈというレートの１年毎の１２個の事例であってもよい。

ステップ７０１が完了すると、方法７００はステップ７０２へ進む。

ステップ７０２では、複数の時間間隔からなる一日全体に対する予測コストが決定される。時間間隔に対する予測コストを決定するために用いられる数式は、数式２である。

ＦＣ_ｉ＝（信頼度予測料金_ｉ＋系統予測料金_ｉ＋卸売予測料金_ｉ＋小売予測料金_ｉ）×時間間隔×ｋＷｈ_ｉ・・・数式２
ＦＣ_ｉ＝時間間隔ｉに対する予測コスト
間隔＝１時間という単位での時間間隔ｉの長さ、及び
ｋＷｈ_ｉ＝時間間隔ｉにおける予測された負荷（上述されている）
典型的には、通常の運用及び電力の供給停止という２つのイベントのための２つのＦＣ_ｉが決定される。通常の運用のための最初のＦＣ_ｉ（以下、ＦＣ_ｉとしてしか称さない）は、信頼度予測料金_ｉを含んでいない一方で、電力の供給停止というイベントのための２番目のＦＣ_ｉ（以下、ＦＣ_ｉ供給停止と称する）は、信頼度予測料金_ｉを含んでいる。典型的には、通常の運用のためのスケジュール及び電力の供給停止のためのスケジュールは、夫々、ＦＣ_ｉ通常及びＦＣ_ｉ供給停止を用いて決定される。或いは、ＦＣ_ｉ供給停止及び電力の供給停止というイベントのための対応するスケジュールは、電力の供給停止が実際に起こった時点で決定されてもよい。

例えば、参照符号１１０２を用いて図１１中で示されるように、午前９時から午前１０時の間の負荷予測（ｋＷｈ_ｉ）は、０．７５ｋＷｈである。対応する時間間隔を対象とする予測料金は、５０ドル／ｋＷｈ（８０２）、０．０８ドル／ｋＷｈ（９０２）、及び０．１１ドル／ｋＷｈ（１００４）となる。その時間間隔を対象とする複合（組み合わせ）予測料金は、５０．１９ドル／ｋＷｈとなる。従って、午前９時から午前１０時の間の時間間隔を対象とする予測コスト（ＦＣ_ｉ供給停止）は、数式２を使用することで、５０．１９ドル（予測料金の集合）に対して１時間（午前９時から午前１０時までの時間間隔）及び０．７５ｋＷｈ（ｋＷｈ_ｉ）を掛け合わせることで得られる３７．６４２５ドルとなる。他方で、ＦＣ_ｉ通常を対象とする複合予測料金は０．１９ドル／ｋＷｈとなり、ＦＣ_ｉ通常は、０．１４２５ドルとなる。

図１２Ａは、図１１に示す負荷予測に基づく、複数の時間間隔からなる一日全体を対象とする予測コスト（ＦＣ_ｉ）及び予測料金の集合の例を示す。各時間間隔は、３０分という期間である。

方法７００は、ステップ７０３へ進み、そこでは、一日における複数の時間間隔の予測コストが算出される。

ステップ７０３は、降順に（高いものから低いものへ至る順に）予測コスト（ＦＣ_ｉ）をソートする。図１２Ｂは、ステップ７０３のソートの結果の例を示す。同じようにコストが高くなる期間に関して、その日のより遅い期間は、その日のより早い期間よりも優先される。従って、予測コストがソートされる場合には、より遅い期間が先にリストアップされる。方法７００は、ステップ７０４へ進む。

ステップ７０４は、予測コストが電池の放電コストよりも大きい場合に、最も利益をもたらす時間間隔を決定する。放電コストは、電力装置１００のエネルギー貯蔵デバイス１０６の放電に要するコストである。

図１２Ｃは、エネルギー貯蔵デバイス１０６又はその一部として用いられてもよい典型的な鉛酸電池の放電コスト曲線１２０１を示す。放電コストは、エネルギー貯蔵デバイスの製造者によってエネルギー貯蔵デバイス上で且つ独占サービスの後に行われる検査（テスト）に基づいている。検査は、各種放電深度の影響度、充電及び放電レート、電池エネルギー容量における電池の温度、電池の再充電の損失及び電池の寿命を決定する。

例えば、７５％という放電深度での放電が１時間という時間間隔に渡って行われるときの放電コストは、概ね、た０．１６ドル／ｋＷｈに１時間が掛け合わせられた値になり、０．１６ドルと等価である。他の例では、１００％という放電深度での放電が２時間という時間間隔に渡って行われるときの放電コストは、概ね、０．１７５ドル／ｋＷｈに２時間が掛け合わせられた値になり、０．３５ドルと等価である。これらの例は、電池が放電するにつれて利用可能なエネルギー及び容量が減少することを考慮していない。従って、放電スケジュールを決定する場合には、方法７００は、電池１０６が無駄に放電されないことを保証することで、負荷供給コストの最小化を図る。

最も利益をもたらす時間間隔の選択の例がこれから説明される。ソートされた予測コスト（ＦＣ_ｉ）は、図１２Ｄに図式的に示すように、パラメータを比較することで、電池の放電コストと比較される。図１２Ｄは、図１２Ｂ及び図１２Ｃをマージしたものである。電力装置１００が１０個の時間間隔の全てにおいて電池１０６の放電を可能にする場合には、電池１０６が１００％という放電深度の状態になるように、予測コスト（ＦＣ_ｉ）に関する上位１０個の時間間隔だけが示されていることを注記する。

図１２Ｄは、電池の放電コスト１２０１及び予測コスト１２０２を表している。図１２Ｄの左側は、自動的に、利益をもたらす時間間隔を提示しており、ゆえに、予測コスト１２０２が放電コスト１２０１を上回っている。典型的には、予測コスト１２０２と放電コスト１２０１の交点が、利益をもたらす時間間隔の境界を意味している。従って、図１２Ｄは、図１２Ｂの１６時、１６時半、１７時及び１７時半に対応する最初の４つの時間間隔においてのみ電池１０６の放電が電力装置１００によって可能にされることを示している。

上述の正味の効果は、電力装置の動作スケジュールの決定が、エネルギー貯蔵デバイス１０６の放電コスト、消費者のコスト、小売料金、系統料金、電力市場料金及び電力供給コストの考慮含んでいることである。このような考慮は、それゆえに、例えば、（ｉ）無駄に過度な放電、（ｉｉ）不経済な放電レート及び（ｉｉｉ）無駄な発熱又は冷却を防止することで、電池１０６の経済寿命の最適化に寄与し得る。

方法７００は、ステップ７０４の完了時には、ステップ７０６へ進む。

ステップ７０６では、ステップ７０４で選択された時間間隔に基づいて、放電スケジュールが決定される。図１２Ｅは、図１２Ｄに示す対応する日の放電スケジュールを示す。図１３は、利益を最大化すると予測される時間間隔の放電スケジュールの他の例を示しており、放電スケジュールに基づく予測放電時間間隔１３０２、エネルギー貯蔵デバイス１０６の最大放電深度及び予測利益１３０４を示している。図１２Ｅ及び図１３に描かれている放電深度は、利益を最大化すると決定された時間間隔に対して許容されている最大の放電深度である。方法７００は、放電スケジュールの完成時に終了する。

図１４は、電力装置１００用の充電スケジュールを決定するための方法のためのフローチャートである。方法１４００は、方法７００によって放電用の時間間隔であると決定された時間間隔を除去することで、ステップ１４０２において開始する。方法１４００は、ステップ１４０４へ進む。

ステップ１４０４では、最適化アプリケーションプログラム４０８は、充電負荷及び予測負荷の和が主供給部１３０の負荷容量を上回る時間間隔を除去する。例えば、オーストラリアでは、主供給部１３０は、ＧＰＯ（汎用目的コンセント）に対して２４０ＶＡＣ １５Ａに制限されていてもよい。ある時間間隔に対する予測負荷が１０Ａであり且つバルク充電負荷が１０Ａである場合には、予測負荷とバルク充電負荷の和は、２０Ａとなって主供給部１３０の容量である１５Ａを上回る。従って、その時間間隔は、充電スケジュールから除去される。充電負荷のレベルは後述される。方法１４００は、ステップ１４０６へ進む。

ステップ１４０６では、予測コスト（ＦＣ_ｉ）、電池の再充電プロファイル及び対応する放電コストに基づいて、一日に対する充電スケジュールが決定される。

図１５は、鉛酸電池の充電処理の例を示す説明図である。鉛酸電池の充電処理は、バルク充電、吸収及びフロートという３つのステージ（段階）を含んでいる。バルク充電では、主供給部１３０からの電流が電池に加えられる。典型的には、供給コンバータ１０４の充電器を構成する部分が、電池１０６に加えられる電圧及び電流の量を制御する。バルク充電ステージでは、充電器は、充電電流を一定にする。充電電流が異なると充電レートが異なるものになり、電池のエネルギー容量、電池の寿命及び電池の放電コストに影響を与える。典型的には、充電器は、充電電流の大部分を最大レートで供給する。

電池１０６が最大に許容可能な電圧に到達した場合には、電池１０６は、吸収ステージに到達しており、充電器は、充電電圧を一定にするように切り替わる。一定の充電電圧により、電池１０６は、電流を吸収することができる。従って、充電電流は低下していく。典型的には、吸収ステップは、電池を経由する電流が電池容量の２％程度に低下するまで継続し、その後、通常の電池電圧でのフロート又はトリクル充電状態が維持される。例えば、１００Ａｈの電池は、電池を経由して流れる２Ａの吸収電流を有することになるであろう。

フロートステップでは、満充電状態を維持するために、より低い充電電流が電池に加えられる。

予測コスト（ＦＣ_ｉ）は、比較的低いコストの時間間隔を決定するために使用される。充電電流に依存して、エネルギー貯蔵デバイス１０６のバルク充電には、単一の時間間隔又はいくつかの時間間隔しか要しないかもしれず、充電スケジュールに影響を与え得る。

再充電プロファイルは、電池のエネルギー容量に対する各種充電レートの影響、電池の損失及び電池の寿命コストを決定するために実行される実際の検査に基づいて、電池の製造者によって及び／又は第三者による独占所有権のある電池のテストによって決定される。再充電プロファイルはまた、対応する充電コストを有している。例えば、過度に高い電流で電池がバルク充電される場合には、電池１０６がより早く充電されるものの電池の損傷がより大きくなり、結果として、より高い充電コスト及び電池の寿命の短縮につながる。

例えば、午前８時から午前１０時という期間中の３０分という時間間隔毎の予測コストは、０．２５ドル、０．１５ドル、０．２０ドル及び０．３０ドルである。低い充電コストを有する第１の再充電プロファイルは、３０分という時間間隔を２つ必要とするかもれしないが、中間的な充電コストを有する第２の再充電プロファイルは、３０分という時間間隔を３つ必要とするかもれしない。最適化アプリケーションプログラム４０８は、最も低いコストを有する一連の充電用の時間間隔を決定するために、異なる時間間隔の組み合わせを用いて、第１及び第２の再充電プロファイルを解析する。従って、最適化アプリケーションプログラム４０８は、最小の電池の充電コストを決定するために、電池１０６の充電電流を効果的に最適化する。

図１６は、エネルギー貯蔵デバイス１０６を充電する充電スケジュール及び平均コストの例である。図１６に示すように、深夜から午前７時に至るまでの間の時間間隔１６０２は、電池１０６を充電するために用いられ、電池１０６が異なる充電ステージを経由するにつれて充電レートが異なるものとなる。電池１０６を充電するための関連するエネルギーコスト１６０４もまた示されている。

最適な充電スケジュールを決定する際には、最適化アプリケーションプログラム４０８は、方法７００によって使用される放電コストを更新する。

図１７は、図示されている関連する系統料金１７０６と共に、充電用の時間間隔１７０２及び放電用の時間間隔１７０４のためのスケジュールの例を描いている。図面は、例を示しており、従って、充電用の時間間隔１７０２は系統料金が比較的低い場合に実行され、放電用の時間間隔１７０４は系統料金が比較的高い場合に実行されている。

方法１４００は、電力装置１００のための充電スケジュールを決定した時点で終了する。

図１８は、電力装置１００の最適なスケジュールを決定する際の割り込み方法１８００を示す。この代替的な方法では、電力装置１００は、スケジュールされた放電期間に電池を放電し、同時に、料金の急騰に関して電力料金を継続的に監視する。電力料金が料金閾値を超えて増加する場合には、電池を放電するために、方法１８００に従って運用中の電力装置１００のスケジュールが中断される。

割り込み方法１８００は、最適化アプリケーションプログラム４０８によって実行され、電力スポット料金が閾値を上回るときに開始する。閾値は、ユーザによって決定されてもよい。割り込み方法１８００は、電池１０６を放電するために、ステップ１８０２において開始する。方法１８００は、それからステップ１８０３へ進む。

ステップ１８０３では、最適化アプリケーションプログラム４０８は、電池１０６がその最小電力レベルに到達したかどうかを判定する。上述されたように、最小電力レベルは、過度な放電によって電池１０６が無駄に消耗されないように設定される。しかしながらある状況下では、電池１０６を完全に使い果たすように目標レベルを設定することが有益であるかもしれない。例えば、電池の通常値が２０ドルであり且つ電池１０６の完全放電によってユーザが３０ドルに急騰した電力スポット料金を支払わなくともよくなる場合には、最適化アプリケーションプログラム４０８は、目標レベルをゼロに設定し、電池１０６が完全に使い果たされることを許可する。電池１０６が目標レベル以下である場合には（ＹＥＳ）、方法１８００は終了する。そうでなければ（ＮＯ）、方法１８００は、ステップ１８０４へ進む。

ステップ１８０４は、電力スポット料金が依然として閾値を上回っているかどうかを判定する。電力スポット料金が依然として閾値を上回っている場合には（ＹＥＳ）、方法１８００はステップ１８０２へ戻り、電池１０６の放電を継続する。そうでなければ（ＮＯ）、方法１８００は、ステップ１８０５へ進む。ステップ１８０４でのチェックは、５分間隔、１０分間隔又はユーザが容認したとみなされるそれ以外の任意の時間間隔で行われてもよい。

ステップ１８０５では、上述した方法に従って、電力装置１００のスケジュールが再決定される。その後、方法１８００は終了する。

割り込み方法の動作の一例において、２ｋＷｈの電池が使用され、ユーザによって電池の最小電力レベルが１ｋＷｈに設定され、ユーザによって電力スポット料金に対する料金閾値５０００ドル／ＭＷｈに設定される。スケジュールされている放電期間は、午前１０時から午前１１時、午後３時から午後５時及び午後８時から午後１０時である。

電力装置１００は、最初にスケジュールされた午前１０時から午前１１時までの放電期間において、電池１０６から負荷１３２へのエネルギーの放電を行うことができる。午後１２に電力スポット料金が閾値（即ち、５０００ドル／ＭＷｈ）を上回り、電力装置１００が再度電池１０６から放電するように動作する。電力スポット料金は、午後２時に閾値を下回り、電池１０６の放電が停止する。電池１０６は現在、概ね１．５ｋＷｈである。そうでなければ、電池１０６は、１．０ｋＷｈという所定レベルにまで放電されるまで、放電し続ける。

電池の放電が終了した場合には、最適化アプリケーションプログラム４０８は、放電スケジュールを再計算し、新たな放電スケジュールが午後４時から午後５時及び午後８時から午後９時であると決定する。その後、電力装置１００は、新たな放電スケジュールで放電する。

動作中に、電力装置１００は、比較的低いコストで電気エネルギーを周期的に貯蔵し、主供給部の供給コストが比較的高い場合にそのエネルギーを消費する。特に、好ましい実装態様は、エネルギーの貯蔵及び貯蔵したエネルギーの供給に関連するコスト（例えば、電池のリプレースコスト）を考慮している。これの全体としての効果は、エネルギーの小売業者及び／又はエネルギーの消費者、系統オペレータ及び／又はマーケットオペレータに対するエネルギーの供給に関連するコストを低減することにある。

エネルギーの小売業者にとっては、電力装置１００は、高いスポット料金の影響を緩和することが可能である一方で、コストがより低い場合に消費量が増加するがゆえに供給者のための利益マージンの改善を図ることが可能な仕組みを提供してくれる。

電力装置を利用する３つの実装態様がある。第１の実装態様は、エネルギーの消費者が電力装置１００を購入する場合である。この場合、電力装置１００の最適なスケジュールは、エネルギーの消費者にとっての電力コストを最小化することに基づいている。典型的には、電池１０６は、消費者に対する料金が比較的高い場合に放電し、消費者に対する料金が比較的低い場合に充電される。

第２の実装態様は、エネルギーの小売業者がエネルギーの消費者に対して電力装置１００を提供する場合である。電力装置１００の提供者として、エネルギーの小売業者は、負荷に対して電気エネルギーを供給する小売供給コストの最小化にのみ関心を抱いている。従って、エネルギーの小売業者は、電力市場料金及び系統料金が低い期間中にのみ、主供給部からエネルギーが消費されることを望む。典型的には、電力装置１００は、系統及び卸売電力料金の組み合わせが高い場合に電池１０６を放電し且つ同じ料金の組み合わせが低い場合に電池１０６を充電することで、この目的を達成する。

第３の実装形態は、第三者のサービス提供者が、エネルギーの消費者又は小売業者に対して電力装置１００を貸し出す場合である。第三者のサービス提供者は、典型的には、ピーク期間中の電力消費量を効果的に低減するために、エネルギーの小売業者及び系統オペレータと合意している。第三者のサービス提供者は、典型的には、一日の様々な期間のための信頼度料金の決定を通じた信頼できるエネルギーの供給を実現するために、エネルギーの消費者と合意している。この場合、電力装置１００の最適なスケジュールは、第三者のサービス提供者の利益を最大化することに基づいている。

上述した各種態様は、電池の最適な使用を実現し、その結果、ユーザは、電池を最大原活用することができる。電池の有用性は、電力料金が高い期間中に電力を提供するために放電し且つ電力料金が低い期間中に充電することで、実現される。従って、電力負荷のランニングコストの低減は、電池の減価償却費を差し引くと、放電及び充電期間中の電力料金の違いとなる。

減価償却費は、電池の額面価値に対する減価償却である。例えば、新しい電池が２００ドルという額面価値を有し、典型的な減価償却費は、その通常の使用パターンであれば１ドル／日である。従って、１００日後には、電池の額面価値は１００ドルとなる。

ある状況下では、電池を使い果たす価値が電池を使い続ける価値よりも大きい場合には、上述した態様により、電池が完全に使い果たされ且つ電池が効果的に破壊される。例えば、長く使用された電池の額面価値が５ドルであり且つ急騰した電力スポット料金が１５ドルである場合には、上述した本態様は、コスト削減の効果を得るために、電池を完全に使い果たし（つまり、完全に放電し）、効果的に電池を廃棄する。

記載されている配置は、電力産業、特に電力の小売りに対して利用可能である。

上述の説明は本発明のいくつかの実施形態のみを記載しており、発明の範囲及び趣旨から離れないように改変及び／又は変更可能であり、実施形態は実例であり、制約的なものではない。

この明細書の本文において、“備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）”という文言は、“主として含むが、必ずしもそれだけを含むものではない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐａｌｌｙ ｂｕｔ ｎｏｔ ｎｅｃｅｓｓａｒｉｌｙ ｓｏｌｅｌｙ）”、“有する（ｈａｖｉｎｇ）”又は“含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）”を意味しており、“のみからなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）”を意味するものではない。“単一の主体が備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）”及び“複数の主体が備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）”のような“備える”という文言のバリエーションは、それに応じて多様な意味を有している。

Claims (30)

1. 主電力供給部に接続可能な入力部と、
   エネルギー貯蔵デバイスと、
   電力供給部からの電力を前記エネルギー貯蔵デバイスに貯蔵するためのエネルギーに変換する、前記電力供給部に選択的に接続可能な供給コンバータと、
   前記エネルギー貯蔵デバイスからのエネルギーを電力負荷に供給するための電力に変換するように配置されている負荷コンバータと、
   前記入力部及び前記負荷コンバータのいずれかに選択的に接続可能であって、それにより、前記電力負荷が電力を受け取ることができるように当該電力装置に接続されることになる出力部と、
   通信ネットワークに接続される制御デバイスと
   を備え、
   前記制御デバイスは、
   前記通信ネットワークから、前記主電力供給部に関連する時間依存電力料金データを受信し、
   少なくとも前記受信した時間依存電力料金データを用いて、（ｉ）前記エネルギー貯蔵デバイスの充電、（ｉｉ）前記入力部から前記出力部に対する電力の供給、及び（ｉｉｉ）前記出力部に対する前記エネルギー貯蔵デバイスの放電の夫々のスケジュールを決定し、
   前記スケジュールに応じて、前記供給コンバータを前記入力部に選択的に接続し、
   電力を前記電力負荷に提供するように、前記スケジュールに応じて、前記出力部を前記入力部及び前記負荷コンバータのいずれかに選択的に接続する
   ように構成されている電力装置。
2. 少なくとも一つの電力装置と、通信ネットワークと、サーバコンピュータデバイスとを備え、
   前記電力装置は、
   主電力供給部に接続可能な入力部と、
   エネルギー貯蔵デバイスと、
   電力供給部からの電力を前記エネルギー貯蔵デバイスに貯蔵するためのエネルギーに変換する、前記電力供給部に選択的に接続可能な供給コンバータと、
   前記エネルギー貯蔵デバイスからのエネルギーを電力負荷に供給するための電力に変換するように配置されている負荷コンバータと、
   前記入力部及び前記負荷コンバータのいずれかに選択的に接続可能であって、それにより、前記電力負荷が電力を受け取ることができるように当該電力装置に接続されることになる出力部と、
   通信ネットワークに接続される制御デバイスであって、前記サーバコンピュータデバイスからスケジュールを受信し、それによって、前記受信したスケジュールに応じて、前記供給コンバータを前記入力部に選択的に接続し且つ前記出力部を前記入力部及び前記負荷コンバータのいずれかに選択的に接続する制御デバイスと
   を備え、
   前記サーバコンピュータデバイスは、前記通信ネットワークに接続されており、
   前記サーバコンピュータデバイスは、
   前記通信ネットワークから、前記主電力供給部に関連する時間依存電力料金データを受信し、
   （ｉ）前記エネルギー貯蔵デバイスの充電、（ｉｉ）前記入力部から前記出力部に対する電力の供給、及び（ｉｉｉ）前記出力部に対する前記エネルギー貯蔵デバイスの放電の夫々の、前記電力装置のための前記スケジュールを決定し、
   前記決定したスケジュールを前記制御デバイスに送信する
   ように構成されているシステム。
3. 前記電力供給部は、前記受信した時間依存電力料金データに関連する前記主電力供給部である請求項１又は２に記載の発明。
4. 前記電力供給部は、前記主電力供給部のそれに対する代替供給部であり、
   前記代替供給部は、地域の太陽光供給部、地域の風力供給部、地域の水力供給部及び地域の発電機からなるグループから選択される請求項１から３のいずれか一項に記載の発明。
5. 前記スケジュールを決定する前記デバイスは更に、
   前記エネルギー貯蔵デバイスのための最小電力レベルを受信し、
   前記エネルギー貯蔵デバイスの前記最小電力レベルを下回る放電を抑制する
   ように構成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の発明。
6. 前記スケジュールを決定する前記デバイスは更に、
   前記電力負荷の過去の電力消費データ又はこの種の電力負荷の標準プロファイルに基づいて、負荷の予測を決定し、
   前記決定した負荷の予測に基づいて、（ｉｉｉ）のスケジュールを決定する
   ように構成されている請求項１から５のいずれか一項に記載の発明。
7. 前記スケジュールを決定する前記デバイスは更に、
   前記時間依存電力料金データの予測を決定し、
   前記決定した前記時間依存電力料金データの予測に基づいて、前記スケジュールを決定する
   ように構成されている請求項１から６のいずれか一項に記載の発明。
8. 前記スケジュールを決定する前記デバイスは更に、
   料金閾値を受信し、
   前記時間依存料金データが前記料金閾値を上回る場合に、前記エネルギー貯蔵デバイスを放電する
   ように構成されている請求項１から７のいずれか一項に記載の発明。
9. 前記スケジュールを決定する前記デバイスは更に、前記時間依存料金データが前記料金閾値を上回る場合には、前記エネルギー貯蔵デバイスの放電の後に、（ｉ）、（ｉｉ）又は（ｉｉｉ）のスケジュールを再決定するように構成されている請求項８に記載の発明。
10. 前記制御装置は更に、
    前記通信ネットワークから、天気データを受信し、
    前記受信した天気データを用いて、前記スケジュールを決定する
    ように構成されている請求項１から９のいずれか一項に記載の発明。
11. 前記制御装置は更に、
    前記供給コンバータを前記入力部に選択的に接続する第１の制御可能なスイッチと、
    前記出力部を前記入力部及び前記負荷コンバータのいずれかに選択的に接続する少なくとも一つの第２の制御可能なスイッチ
    ように構成されている請求項１から１０のいずれか一項に記載の発明。
12. 前記スケジュールは、前記負荷コンバータが前記出力部に接続される時間からなる放電スケジュール及び前記供給コンバータが前記入力部に接続される時間からなる充電スケジュールを含む請求項１から１１のいずれか一項に記載の発明。
13. 前記充電スケジュールの決定は、前記エネルギー貯蔵デバイスの充電コストの考慮を含む請求項１２に記載の発明。
14. 前記充電スケジュールの決定は、前記エネルギー貯蔵デバイスの再充電プロファイルの考慮を含む請求項１２から１３のいずれか一項に記載の発明。
15. 前記放電スケジュール及び／又は前記充電スケジュールは、前記エネルギー貯蔵デバイスの放電コストを最小にするように決定される請求項１２から１４のいずれか一項に記載の発明。
16. 前記放電スケジュールは、前記電力負荷を操作する消費者に対する電力コストを最小にすることに基づいて決定される請求項１２から１５のいずれか一項に記載の発明。
17. 前記放電スケジュールは、前記主供給部に対して電気エネルギーを提供する小売供給コストを最小にすることに基づいて決定される請求項１２から１６のいずれか一項に記載の発明。
18. 前記放電スケジュール及び／又は前記充電スケジュールは、第三者のサービス提供者の利益を最大にすることに基づいて決定される請求項１２から１７のいずれか一項に記載の発明。
19. 前記放電スケジュール及び／又は前記充電スケジュールは、前記エネルギー貯蔵デバイスの経済的耐用年数を最適化するように決定される請求項１２から１８のいずれか一項に記載の発明。
20. 前記エネルギー貯蔵デバイスは、化学電池を含み、前記供給コンバータは、整流器及び充電器を含み、前記負荷コンバータは、インバータを含む請求項１から１９のいずれか一項に記載の発明。
21. 前記電池は、鉛酸電池及びリチウムイオン電池からなるグループから選択される請求項２０に記載の発明。
22. 前記電力装置は更に、前記エネルギー貯蔵デバイスのパラメータを監視するためのセンサを備えており、
    前記センサは前記制御装置に接続されており、前記制御装置は前記監視されたパラメータに基づいて前記スケジュールを決定する請求項１から２１のいずれか一項に記載の発明。
23. 前記センサは、前記エネルギー貯蔵デバイスの温度を監視するための温度センサを含んでおり、前記スケジュールの決定は、前記監視された温度の考慮を含む請求項２２に記載の発明。
24. 前記センサは更に、前記エネルギー貯蔵デバイスの電圧を監視するための電圧センサを含んでおり、前記スケジュールの決定は、前記監視された電圧の考慮を含む請求項２２又は２３に記載の発明。
25. 前記電力装置は、可搬型である請求項１から２４のいずれか一項に記載の発明。
26. 前記電力装置の出力部は、標準的な主電力供給ソケットの電力ソケットを備える請求項１から２５のいずれか一項に記載の発明。
27. 電力を電力負荷に対して供給するように構成されている電力装置の動作用のスケジュールを決定するための、コンピュータ化されたプロセッサによって実行可能なアプリケーションプログラムであって、
    前記電力装置は、
    主電力供給部に接続可能な入力部と、
    エネルギー貯蔵デバイスと、
    電力供給部からの電力を前記エネルギー貯蔵デバイスに貯蔵するためのエネルギーに変換する、前記電力供給部に選択的に接続可能な供給コンバータと、
    前記エネルギー貯蔵デバイスからのエネルギーを電力負荷に供給するための電力に変換するように配置されている負荷コンバータと、
    前記入力部及び前記負荷コンバータのいずれかに選択的に接続可能であって、それにより、前記電力負荷が電力を受け取ることができるように当該電力装置に接続されることになる出力部と、
    前記スケジュールに応じて、前記供給コンバータを前記入力部に選択的に接続し、且つ、電力を前記電力負荷に提供するように、前記スケジュールに応じて、前記出力部を前記入力部及び前記負荷コンバータのいずれかに選択的に接続するように構成されている制御装置と
    を備え、
    前記アプリケーションプログラムは、
    通信ネットワークから、前記主電力供給部に関連する時間依存電力料金データを受信するためのコードと、
    前記電力負荷の過去の電力消費データ又はこの種の電力負荷の標準プロファイルに基づいて、負荷の予測を決定するためのコードと、
    前記決定した負荷の予測、前記エネルギー貯蔵デバイスの放電コスト及び前記受信した時間依存電力料金データに基づいて、前記出力部に対する前記エネルギー貯蔵デバイスの放電のスケジュールを決定するためのコードと、
    前記放電スケジュール、前記エネルギー貯蔵デバイスの再充電プロファイル及び前記受信した時間依存電力料金データに基づいて、前記エネルギー貯蔵デバイスの充電のスケジュールを決定するためのコードと
    を備えるアプリケーションプログラム。
28. 負荷の予測を決定するためのコードは更に、天気データ、日の種類、月の種類、週の種類、季節の種類、時間間隔の種類及びこれらの要素の任意の組み合わせからなる要素のグループから選択される要素を考慮する請求項２７に記載のアプリケーションプログラム。
29. アプリケーションプログラムは、前記コンピュータ化されたプロセッサを含む前記制御装置のメモリに格納されている請求項２７に記載のアプリケーションプログラム。
30. 前記アプリケーションプログラムは、サーバコンピュータにおいて格納及び実行され、更に、通信ネットワークを介して前記サーバコンピュータから前記電力装置に対して動作スケジュールを送信するためのコードを含む請求項２７に記載のアプリケーションプログラム。