JP2015211482A - スマートグリッドシステム - Google Patents

Abstract

【課題】施設における電力需給の最適化と、電動車両におけるエネルギー消費の最適化の両方を図ることが可能なスマートグリッドシステムを提供する。【解決手段】スマートグリッドシステム１は、車載バッテリ２１の電力と燃料によって駆動されるプラグインハイブリッド車２０と、プラグインハイブリッド車２０に接続して車載バッテリ２１の充放電を行う充放電ＰＣＳ１１と、充放電ＰＣＳ１１を有する施設の電力需給を管理する電力マネジメントシステム１０とを備える。電力マネジメントシステム１０は、車載バッテリ２１に対する充放電ＰＣＳ１１の充放電計画およびプラグインハイブリッド車２０の走行時の動作計画を立てる。【選択図】図１

Description

本発明は電動車両の二次電池を利用可能なスマートグリッドシステムに関するものである。

電力網における電力の流れを電力の供給側と需要側の両方から制御することで電力需給を平準化できる電力網システムは、「スマートグリッド」と呼ばれ、注目を浴びている。スマートグリッドでは、電力不足や電力供給過剰を調整して電力需給の平準化を図るためのバッファとして二次電池（「蓄電池」または「バッテリ」ともいう）が用いられる。

一方、エンジンとモータの両方を動力源とする電動車両は、「ハイブリッド車」として知られている。特に、外部の電源に接続してバッテリを充放電させることが可能なハイブリッド車は、「プラグインハイブリッド車」と呼ばれる。近年では、プラグインハイブリッド車のバッテリを、インフラストラクチャー（以下「インフラ」）施設の電力不足や電力供給過剰を調整するためのバッファとして利用するスマートグリッドシステムの開発が進められている。

例えば、下記の特許文献１には、プラグインハイブリッド車のバッテリを用いてインフラ施設の電力需給の平準化を図る電力需給システムが提案されている。特許文献１のシステムでは、インフラ施設において最適な電力運用計画が立てられ、その電力運用計画に基づいて、プラグインハイブリッド車へ、インフラ施設に到着したときのバッテリの電池残量（単に「残量」ともいう）の目標値が送信される。それを受信したプラグインハイブリッド車は、インフラ施設に到着するまでにバッテリ残量が目標値に近づくように、モータやエンジンの動作を制御する。

特許第５２９１４２２号公報

特許文献１の電力需給システムでは、インフラ施設からプラグインハイブリッド車へ送信される情報は、バッテリ残量の目標値であり、プラグインハイブリッド車のモータやエンジンの具体的な制御計画は含まれていない。そのため、プラグインハイブリッド車は、バッテリ残量を目標値に近づける目的で、運転者に充電施設での充電を促したり、エンジンでの発電を実施したりする単純な制御を行うが、例えば燃費の最適化を図るなど複雑な制御は行われない。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、施設における電力需給の最適化と、電動車両におけるエネルギー消費の最適化の両方を図ることが可能なスマートグリッドシステムを提供することを目的とする。

本発明に係るスマートグリッドシステムは、車載バッテリの電力を含む複数のエネルギー源によって駆動される電動車両と、前記電動車両に接続して前記車載バッテリの充放電を行う充放電ＰＣＳ（Power Conditioning Subsystem）を有する施設と、前記施設の電力需給を管理する電力マネジメントシステムとを備え、前記電力マネジメントシステムは、前記車載バッテリに対する前記充放電ＰＣＳの充放電計画および前記電動車両の走行時の動作計画を立て、前記電動車両は、走行している間、前記動作計画に従った動作を行い、前記充放電ＰＣＳは、前記電動車両が接続されたときに前記充放電計画に従って車載バッテリの充放電を行う。

本発明に係るスマートグリッド装置によれば、施設に配備された電力マネジメントシステムが、車載バッテリに対する充放電ＰＣＳの充放電計画および電動車両の走行時の動作計画を立てるので、施設での電力需給の最適化と、電動車両における燃料消費量の最適化の両方を実現できる。

本発明の実施の形態に係るスマートグリッドシステムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る電力マネジメントシステムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る電力マネジメントシステムが求めた、充放電ＰＣＳの充放電計画およびプラグインハイブリッド車の走行出力計画の例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電力マネジメントシステムの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る電動車両情報管理装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るプラグインハイブリッド車の車両コントローラの動作を示すフローチャートである。

＜スマートグリッドシステムの構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係るスマートグリッドシステム１の全体構成を示すブロック図である。当該スマートグリッドシステム１は、少なくとも１つの電力マネジメントシステム１０（ＥＭＳ（Energy Management System）とも言う）と、それに管理されるプラグインハイブリッド車２０とを含む、スマートグリッドの電力網である。

図１の例において、電力マネジメントシステム１０は、充放電ＰＣＳ（Power Conditioning Subsystem）１１、蓄電池１２、太陽光発電システム１３（ＰＶ（photovoltaics））、負荷装置１４を含む施設の電力需給を管理している。充放電ＰＣＳ１１には蓄電池１２だけでなく、プラグインハイブリッド車２０も接続可能である。電力マネジメントシステム１０は、太陽光発電システム１３による発電、負荷装置１４による電力需要（電力消費）、並びに、充放電ＰＣＳ１１に接続された蓄電池１２およびプラグインハイブリッド車２０の車載バッテリ２１の充放電を管理することによって、当該施設での電力需給を最適化（平準化）する処理を行う。

電力需給の最適化処理は、太陽光発電システム１３による発電量、負荷装置１４による電力需要、プラグインハイブリッド車２０が走行中（充放電ＰＣＳ１１を出発してから帰着するまでの間）に消費するエネルギー（走行エネルギー）の予測値に基づいて行われる。電力マネジメントシステム１０は、気象情報を配信する気象情報サーバ４２にインターネット４０を通して接続でき、気象情報サーバ４２から取得した日射量や気温の予測情報に基づいて、太陽光発電システム１３による発電量を予測することができる。また電力マネジメントシステム１０は、負荷装置１４の過去の消費電力の履歴から、負荷装置１４による電力需要を予測することができる。

さらに、電力マネジメントシステム１０は、インターネット４０を通して、地図情報を配信する地図サーバ４４、交通情報（渋滞情報、工事情報など）を配信する交通情報サーバ４３、および電動車両情報管理装置３０に接続することができる。電動車両情報管理装置３０は、プラグインハイブリッド車２０に関する各種の情報（車両情報）が保存される管理データベース３１を有している。詳細は後述するが、車両情報としては、例えば、ユーザによるプラグインハイブリッド車２０の利用スケジュール（充放電ＰＣＳ１１への発着時間）、出発時における車載バッテリ２１の残量のユーザの希望値、プラグインハイブリッド車２０の現在位置、車載バッテリ２１の残量などが含まれる。電力マネジメントシステム１０は、必要に応じて電動車両情報管理装置３０に接続し、管理データベース３１に保存されているそれらの車両情報を取得することができる。

また、スマートグリッドシステム１は、プラグインハイブリッド車２０のユーザが使用可能なユーザ端末４５を含んでいる。ユーザ端末４５は、インターネット４０を通して電動車両情報管理装置３０にアクセスできる。管理データベース３１に保存される車両情報のうち、プラグインハイブリッド車２０の利用スケジュールや、出発時における車載バッテリ２１の残量の希望値などユーザが任意に決定する情報は、ユーザがユーザ端末４５に入力して、電動車両情報管理装置３０へ送信することができる。

電力マネジメントシステム１０は、施設内の充放電ＰＣＳ１１、太陽光発電システム１３および負荷装置１４から取得した各種の情報と、電動車両情報管理装置３０から取得した車両情報と、地図サーバ４４から取得した地図情報および交通情報サーバ４３から取得した交通情報とを用いて、さらに、太陽光発電システム１３の発電量の予測値（発電電力予測）、負荷装置１４の消費電力の予測値（負荷消費電力予測）、プラグインハイブリッド車２０の走行エネルギーの予測値（走行エネルギー予測）を算出し、それらの情報に基づいて、充放電ＰＣＳ１１の蓄電池１２および車載バッテリ２１に対する充放電計画と、プラグインハイブリッド車２０の走行時の動作計画を立てる。

充放電ＰＣＳ１１の蓄電池１２および車載バッテリ２１に対する充放電計画は、電力マネジメントシステム１０が管理する施設での電力需給が最適化（平準化）されるように計画される。一方、プラグインハイブリッド車２０の走行時の動作計画は、プラグインハイブリッド車２０が有するエンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４および空調装置２５の出力の計画である（以下、走行出力計画という）。走行出力計画は、電力マネジメントシステム１０が管理する施設での電力需給の最適化を図りながら、プラグインハイブリッド車２０でのエネルギー消費が最適化されるように計画される。具体的には、プラグインハイブリッド車２０が充放電ＰＣＳ１１に到着したときに車載バッテリ２１の残量が、充放電ＰＣＳ１１による充放電計画の実施が可能となる範囲で、プラグインハイブリッド車２０の燃費が最も良くなるように（燃料消費量が最小となるように）計画される。

電力マネジメントシステム１０は、充放電計画に沿った動作を充放電ＰＣＳ１１に行わせるための指示（充放電指示）を充放電ＰＣＳ１１へ送信する。表示処理部１１は、受信した充放電指示に従って、蓄電池１２およびプラグインハイブリッド車２０の車載バッテリ２１の充放電を行う。また、電力マネジメントシステム１０は、走行出力計画に沿った動作をプラグインハイブリッド車２０に行わせるための指示（走行出力指示）を、電動車両情報管理装置３０へ送信する。電動車両情報管理装置３０は、受信した走行出力指示をプラグインハイブリッド車２０へと送信する。プラグインハイブリッド車２０は、受信した走行出力指示に従い、エンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４および空調装置２５を制御して走行する。

プラグインハイブリッド車２０は、上記の車載バッテリ２１、エンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４および空調装置２５と、情報通信装置２６と、車両コントローラ２７とを備えている。

エンジン２２は、ガソリン等の燃料をエネルギー源とするプラグインハイブリッド車２０の動力源であり、モータ２４は、車載バッテリ２１の電力をエネルギー源とするプラグインハイブリッド車２０の動力源である。ジェネレータ２３は、エンジン２２の動力を用いて発電する発電機であり、ジェネレータ２３が発電した電力は車載バッテリ２１に充電される。また、モータ２４は、プラグインハイブリッド車２０の減速時に電力を回生する発電機としても働き、モータ２４が回生した電力も車載バッテリ２１に充電される。空調装置２５は、車載バッテリ２１の電力やエンジン２２の排熱を利用して、プラグインハイブリッド車２０の車内温度を制御する。

情報通信装置２６は、基地局４１を介する無線通信によって、インターネット４０に接続可能であり、電動車両情報管理装置３０との間で情報の送受信を行う。情報通信装置２６から電動車両情報管理装置３０へは、ＧＰＳ衛星４６からの電波を受信して得られるプラグインハイブリッド車２０の位置情報、車載バッテリ２１の残量、エンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４、空調装置２５の出力値、車内温度などの車両情報が送信される。また、電動車両情報管理装置３０からプラグインハイブリッド車２０へ送信された、プラグインハイブリッド車２０の走行出力指示は、情報通信装置２６によって受信される。

車両コントローラ２７は、エンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４および空調装置２５を制御する。特に、情報通信装置２６がプラグインハイブリッド車２０の走行出力計画を受信した場合、車両コントローラ２７はその走行出力指示に従って、エンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４および空調装置２５それぞれの出力を制御する。

本実施の形態のスマートグリッドシステム１においては、電力マネジメントシステム１０が、プラグインハイブリッド車２０の走行中に消費されるエネルギー（走行エネルギーを）を制御するための走行出力計画を作成し、プラグインハイブリッド車２０が、その走行出力計画に従ってエンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４および空調装置２５の各出力を制御しながら走行する。よって、電力マネジメントシステム１０は、車載バッテリ２１の残量を調整しながらプラグインハイブリッド車２０を充放電ＰＣＳ１１に到着させることができる。

例えば、太陽光発電システム１３が負荷装置１４の電力需要よりも多く発電して余剰電力が生じることが予測される場合、車載バッテリ２１の残量をプラグインハイブリッド車２０の走行中に前もって減らしておき、プラグインハイブリッド車２０が充放電ＰＣＳ１１に接続されたときに、余剰電力を車載バッテリ２１に充電して電力需給を平準化するような制御が可能である。それにより、余剰電力の逆潮流が原因となって系統が不安定になることが防止される。

また例えば、負荷装置１４の電力需要が多くなることが予測される場合、車載バッテリ２１の残量をプラグインハイブリッド車２０の走行中に前もって増加させておき、プラグインハイブリッド車２０が充放電ＰＣＳ１１に接続されたときに車載バッテリ２１から電力を補って、電力需給を平滑化することができる。それにより、ピーク電力が抑えられるので、契約電気料金を下げることができる。

さらに、空調装置２５がエンジン２２の排熱を利用して車内温度を制御する場合に、エンジン２２の出力を、車内温度を考慮して制御すれば、車内温度を快適に保ちつつ、エンジン２２での燃料消費量を最小化できる。

また、電力マネジメントシステム１０が作成したプラグインハイブリッド車２０の走行出力計画は、電力マネジメントシステム１０が管理する施設での電力需給の最適化（平準化）を図りながら、プラグインハイブリッド車２０での燃費が最適化（最小化）されるように計画されたものである。従って、プラグインハイブリッド車２０が走行出力計画に従ってエンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４、空調装置２５を動作させながら走行すれば、充放電ＰＣＳ１１に到着したときの車載バッテリ２１の残量は、充放電ＰＣＳ１１の充放電計画に適した値となる。それにより、充放電ＰＣＳ１１は、充放電計画に従った車載バッテリ２１の充放電を行うことができる。その結果、当該施設における電力需給の最適化と、プラグインハイブリッド車２０におけるエネルギー消費の最適化の両立を図ることができる。

ここで、電力マネジメントシステム１０の詳細について説明する。図２は、電力マネジメントシステム１０の構成を示すブロック図である。図２のように、電力マネジメントシステム１０は、入力処理部１０１、ＥＭＳデータベース１０２、発電予測部１０３、負荷予測部１０４、走行エネルギー予測部１０５、最適計画演算部１０６、充放電指示部１０７、走行出力指示部１０８を含む構成となっている。

入力処理部１０１は、電力マネジメントシステム１０が管理する施設の電力需給の最適化と、プラグインハイブリッド車２０の走行エネルギーの最適化を計画するために用いる各種の情報を、充放電ＰＣＳ１１、太陽光発電システム１３、負荷装置１４、気象情報サーバ４２、交通情報サーバ４３、地図サーバ４４および電動車両情報管理装置３０から取得する。

入力処理部１０１が充放電ＰＣＳ１１から取得する情報は、充放電ＰＣＳ１１およびそれに接続された蓄電池１２やプラグインハイブリッド車２０に関する情報である。この情報としては、例えば、充放電ＰＣＳ１１の定格出力や電力変換効率などのパラメータ（充放電ＰＣＳパラメータ）、蓄電池１２および車載バッテリ２１それぞれの残量や充放電電力量、プラグインハイブリッド車２０の識別番号（接続車両番号）、蓄電池１２の識別番号（蓄電池番号）などがある。

入力処理部１０１が太陽光発電システム１３から取得する情報は、太陽光発電システム１３の出力特性（ＰＶ出力特性）および発電した電力量（発電電力量）などである。入力処理部１０１が負荷装置１４から取得する情報は、負荷装置１４が消費した電力量（負荷消費電力量）などである。入力処理部１０１が気象情報サーバ４２から取得する情報は、気温の予測値（気温予測）、日射量の予測値（日射量予測）などの気象情報である。これらの情報は、主に、太陽光発電システム１３による発電量および負荷装置１４による電力消費量の予測値の算出に用いられる。

入力処理部１０１が交通情報サーバ４３から取得する情報は、渋滞情報や工事情報などの交通情報である。入力処理部１０１が地図サーバ４４から取得する情報は、地図情報であり、地図情報には、道路の長さ（距離）、勾配、制限速度、交差点の数、カーブ曲率など、各道路の特性を示す道路情報が含まれている。これらの情報は、プラグインハイブリッド車２０の走行経路の探索だけでなく、プラグインハイブリッド車２０の走行エネルギーの予測値の算出にも用いられる。

本実施の形態では、電力マネジメントシステム１０が、地図サーバ４４から取得した地図情報を用いてプラグインハイブリッド車２０の走行経路の探索を行うものとするが、例えば、電力マネジメントシステム１０がプラグインハイブリッド車２０の現在位置と充放電ＰＣＳ１１の位置の情報を地図サーバ４４へ送信し、地図サーバ４４が、プラグインハイブリッド車２０の現在位置から充放電ＰＣＳ１１までの走行経路を探索して、得られた走行経路の情報を含む地図情報を電力マネジメントシステム１０に返信する構成としてもよい。

入力処理部１０１が電動車両情報管理装置３０から取得する情報は、プラグインハイブリッド車２０が充放電ＰＣＳ１１に到着する予定時間（到着予定時間）、プラグインハイブリッド車２０が充放電ＰＣＳ１１から出発する予定時間（出発予定時間）、プラグインハイブリッド車２０の出発時における車載バッテリ２１の残量のユーザ希望値（出発時希望電池残量）、走行中のプラグインハイブリッド車２０の識別番号である走行車両番号およびそのプラグインハイブリッド車２０の車両情報などである。

入力処理部１０１が取得するプラグインハイブリッド車２０の車両情報としては、現在位置、車載バッテリ２１の残量、車速、機器出力情報、車両パラメータ、車内温度、ユーザが設定した車内温度の許容範囲（希望温度範囲）などがある。機器出力情報は、エンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４、空調装置２５の現在の出力値を示す情報である。車両パラメータは、エンジン２２の定格出力および燃料消費特性、ジェネレータ２３の定格出力および効率特性、モータ２４の定格出力および効率特性、空調装置２５の定格出力および空調効率特性、ならびに、プラグインハイブリッド車２０の車室内熱容量、車室放熱特性、トランスミッションギア比、走行抵抗、車重など、走行エネルギーに影響する車両諸元の情報である。

ここでは、プラグインハイブリッド車２０の到着予定時間および出発予定時間は、ユーザがユーザ端末４５を用いて入力した情報としたが、例えば、ユーザがプラグインハイブリッド車２０に搭載された入力機器（例えば、ナビゲーション装置や表示器の操作部など）を用いて入力した情報である場合もある。プラグインハイブリッド車２０に搭載された入力機器を用いて入力された到着予定時間および出発予定時間の情報は、情報通信装置２６から電動車両情報管理装置３０へ送信されて、管理データベース３１に保存される。また、到着予定時間は、ユーザが入力した情報に限られず、例えば、電動車両情報管理装置３０が、プラグインハイブリッド車２０と充放電ＰＣＳ１１との位置関係から算出した予測値であっても良い。

入力処理部１０１は、充放電ＰＣＳ１１、太陽光発電システム１３、負荷装置１４、電動車両情報管理装置３０、気象情報サーバ４２、交通情報サーバ４３および地図サーバ４４から取得した各情報を、ＥＭＳデータベース１０２に保存する。なお、上記の充放電ＰＣＳパラメータ、ＰＶ出力特性、車両パラメータ、地図情報など、時間と共に変化しない情報は、ＥＭＳデータベース１０２に予め格納されていてもよい。

発電予測部１０３は、ＥＭＳデータベース１０２に保存されている情報を用いて、太陽光発電システム１３の将来の発電電力の予測値（発電電力予測）を算出する。具体的には、発電予測部１０３は、ＰＶ出力特性、過去の発電電力量の履歴（発電電力履歴）、気温予測および日射量予測に基づいて、発電電力予測を算出している。発電電力予測は、ＰＶ出力特性に日射量を乗じて求めることができるが、そのようにして求めた発電電力予測を、発電電力量履歴や気温予測に基づいて補正することによって精度を高めることもできる。また、発電電力予測を、発電電力履歴から推定して求めてもよいし、さらにそれを気温予測に基づいて補正してもよい。発電予測部１０３が算出した発電電力予測は、最適計画演算部１０６に送られる。

本実施の形態では、電力マネジメントシステム１０が管理する施設が有する発電設備を太陽光発電システム１３としたが、例えば、風力発電、地熱発電、波力発電など、他の再生可能エネルギーを用いる発電設備であってもよい。

負荷予測部１０４は、ＥＭＳデータベース１０２に保存されている情報を用いて、負荷装置１４の消費電力の予測値（負荷消費電力予測）を算出する。具体的には、負荷予測部１０４は、過去の負荷消費電力量の履歴（負荷消費電力履歴）や気温予測に基づいて、負荷消費電力予測を算出している。負荷消費電力予測は、負荷消費電力履歴から推定して求めてもよいし、気温予測と負荷装置１４の消費電力との関係を定義したマップやゲイン演算を用いて求めてもよい。負荷予測部１０４が算出した負荷消費電力予測は、最適計画演算部１０６に送られる。

走行エネルギー予測部１０５は、ＥＭＳデータベース１０２に保存されている情報を用いて、プラグインハイブリッド車２０が充放電ＰＣＳ１１に到着するまでの走行に必要なエネルギーの予測値（走行エネルギー予測）を算出する。具体的には、走行エネルギー予測部１０５は、プラグインハイブリッド車２０の現在位置および車速、地図情報、交通情報から、プラグインハイブリッド車２０の速度変化を予測し、その速度変化と車両パラメータ（走行抵抗や車重など）から、走行時に必要な運動エネルギーを算出する。走行エネルギー予測部１０５が算出した走行エネルギー予測は、最適計画演算部１０６に送られる。

最適計画演算部１０６は、ＥＭＳデータベース１０２に保存されている情報と、発電予測部１０３が算出した発電電力予測と、負荷予測部１０４が算出した負荷消費電力予測と、走行エネルギー予測部１０５が算出した走行エネルギー予測とに基づいて、充放電ＰＣＳ１１の充放電計画と、プラグインハイブリッド車２０の走行中におけるエンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４、空調装置２５の出力計画（走行出力計画）を立てる。具体的には、最適計画演算部１０６は、発電電力予測、負荷消費電力予測、走行エネルギー予測、プラグインハイブリッド車２０のスケジュール等を制約条件とし、施設の電力需給の平滑化およびプラグインハイブリッド車２０の燃費向上を目的関数とした最適化問題を解き、その解として、充放電ＰＣＳ１１の充放電計画およびプラグインハイブリッド車２０の走行出力計画を得る。

図３は、走行エネルギー予測部１０５が作成する充放電ＰＣＳ１１の充放電計画およびプラグインハイブリッド車２０の走行出力計画の例を示す図である。図３に示すように、充放電ＰＣＳ１１の充放電計画は、充放電ＰＣＳ１１が蓄電池１２の充電または放電を行う時間帯と、充放電ＰＣＳ１１が車載バッテリ２１の充電または放電を行う時間帯とを規定する情報である。また、プラグインハイブリッド車２０の走行出力計画は、走行中のプラグインハイブリッド車２０において、エンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４、空調装置２５うちのどれをどのようなタイミングで駆動するかを規定する情報である。

なお、最適計画演算部１０６が扱う上記の最適化問題は、充放電ＰＣＳ１１や、エンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４、空調装置２５の単位時間ごとの動作（ＯＮ／ＯＦＦ）を組み合わせの要素とした組み合わせ最適化問題としてもよいし、施設やプラグインハイブリッド車２０を非線形モデルとした非線形計画問題としてもよい。最適化問題の解法も任意でよく、組み合わせ最適化の解法としては、遺伝的アルゴリズムや動的計画法、タブーサーチ等があり、非線形計画問題の解法としては、内点法や外点法、有効制約法等がある。また、最適化問題の目的関数は、施設の電力需給の平滑化度やプラグインハイブリッド車２０の燃費にそれぞれ重み係数を乗じた和として設定してもよい。また、車内温度が希望温度範囲から外れた時間やその温度差をペナルティ項として、制約条件のいくつかを目的関数に追加してもよい。

特許文献１のように、施設に到着したときの車載バッテリ２１の残量の目標値をプラグインハイブリッド車２０に指示するだけでは、例えば、エンジン効率の悪いタイミングで目標値を達成するために発電するなどして、プラグインハイブリッド車２０の燃費が必要以上に増大する場合も考えられる。それに対し、本実施の形態では、電力マネジメントシステム１０が、施設の電力需給の最適化とプラグインハイブリッド車２０のエネルギー量の最適化の両方を考慮して、充放電ＰＣＳ１１の充放電計画およびプラグインハイブリッド車２０の走行出力計画を作成するため、施設の電力需給平滑化とプラグインハイブリッド車２０の走行エネルギーの最適化を同時に実現できる。また、プラグインハイブリッド車２０の走行エネルギーの管理を施設側の電力マネジメントシステム１０が実施するため、複雑な最適化計算をする機器をプラグインハイブリッド車２０に搭載させる必要がなく、車載機器のコスト削減にも寄与できる。

また、図３に示した例では、充放電ＰＣＳ１１の充放電計画およびプラグインハイブリッド車２０の走行出力計画は、一定時間ごとの区間に区切られた構成としたが、各区間は、プラグインハイブリッド車２０が走行する道路を一定距離ごとに区切ることによって定めてもよい。また、各区間の長さは一定でなくてもよく、施設の電力需給が逼迫した時間帯を細かく区切ったり、道路形状の変化点で区切ったりしてもよい。各区間の長さを可変とすることで、充放電ＰＣＳ１１およびプラグインハイブリッド車２０の動作切り換えをより細かく行うことができ、最適性が向上する。

なお、図３の例では、エンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４および空調装置２５の出力値は、ＯＮとＯＦＦの２値としたが、出力の大きさを表す３つ以上の値（例えば大、中、小）をとるようにしてもよい。また、非線形計画問題の場合は、それらが連続的な値をとるようにしてもよい。

図２に戻り、充放電指示部１０７は、最適計画演算部１０６が立てた充放電ＰＣＳ１１の充放電計画に対応する充放電指示を、充放電ＰＣＳ１１へ送信する。充放電ＰＣＳ１１は、充放電指示部１０７から受信した充放電指示に従って蓄電池１２および車載バッテリ２１の充放電を行う（車載バッテリ２１の充放電は、プラグインハイブリッド車２０が充放電ＰＣＳ１１に接続されている期間に行われる）。その結果、蓄電池１２および車載バッテリ２１は、最適計画演算部１０６が立てた充放電計画に沿って充放電されることになる。

また、充放電指示部１０７は、充放電ＰＣＳ１１を通して蓄電池１２および車載バッテリ２１をモニタし、それらが計画どおり充放電されているかを確認して、計画からのずれを補正するように充放電指示の内容を修正するフィードバック制御を行う機能を備えていてもよい。さらに、フィードバック制御だけでは十分に補正できないような状況に陥った場合に、充放電ＰＣＳ１１の充放電計画およびプラグインハイブリッド車２０の走行出力計画を最適計画演算部１０６に再作成（再計画）させる機能を備えていてもよい。

走行出力指示部１０８は、最適計画演算部１０６が立てたプラグインハイブリッド車２０の走行出力計画に対応する走行出力指示を、プラグインハイブリッド車２０の情報通信装置２６へ送信する。プラグインハイブリッド車２０においては、情報通信装置２６が走行出力指示を受信すると、車両コントローラ２７が、その走行出力指示に従って、エンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４および空調装置２５の出力を制御する。その結果、エンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４および空調装置２５は、最適計画演算部１０６が立てた走行出力計画に沿って動作することになる。

本実施の形態では、走行出力指示部１０８が、電動車両情報管理装置３０を介してプラグインハイブリッド車２０へ走行出力指示を送信する構成としたが、走行出力指示部１０８が直接プラグインハイブリッド車２０へ走行出力指示を送信する構成としてもよい。

また、走行出力指示部１０８は、情報通信装置２６を通して、エンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４および空調装置２５が計画どおり動作しているか、並びに、車載バッテリ２１が計画どおりに充放電されているかを確認して、計画からのずれを補正するように走行出力指示の内容を修正するフィードバック制御を行う機能を備えていてもよい。さらに、フィードバック制御だけでは十分に補正できないような状況に陥った場合に、充放電ＰＣＳ１１の充放電計画およびプラグインハイブリッド車２０の走行出力計画を最適計画演算部１０６に再作成（再計画）させる機能を備えていてもよい。

図４は電力マネジメントシステム１０の動作を示すフローチャートである。以下、図４を参照しつつ、電力マネジメントシステム１０の動作を説明する。

電力マネジメントシステム１０では、まず、入力処理部１０１が、充放電ＰＣＳ１１の充放電計画およびプラグインハイブリッド車２０の走行出力計画の作成に必要な各種の情報を、充放電ＰＣＳ１１、太陽光発電システム１３、負荷装置１４、電動車両情報管理装置３０、地図サーバ４４、交通情報サーバ４３、気象情報サーバ４２などから取得する（ステップＳ１０１）。入力処理部１０１が取得した情報は、ＥＭＳデータベース１０２に保存される。

次に、発電予測部１０３が、ＰＶ出力特性、発電電力履歴、日射量予測および気温予測に基づき、太陽光発電システム１３での発電量の予測値（発電電力予測）を算出する（ステップＳ１０２）。また、負荷予測部１０４が、負荷消費電力履歴および気温予測に基づき、負荷装置１４での消費電力の予測値（負荷消費電力予測）を算出する（ステップＳ１０３）。さらに、走行エネルギー予測部１０５が、プラグインハイブリッド車２０の到着予定時間、車速、現在位置および車両パラメータと、地図情報および交通情報とに基づき、プラグインハイブリッド車２０の走行時に消費されるエネルギーの予測値（走行エネルギー予測）を算出する（ステップＳ１０４）。

その後、最適計画演算部１０６が、ＥＭＳデータベース１０２に保存されている情報と、発電予測部１０３が算出した発電電力予測と、負荷予測部１０４が算出した負荷消費電力予測と、走行エネルギー予測部１０５が算出した走行エネルギー予測とに基づいて、充放電ＰＣＳ１１の充放電計画と、プラグインハイブリッド車２０の走行出力計画とを作成する（ステップＳ１０５）。充放電ＰＣＳ１１の充放電計画は、施設の電力供給が最適化されるように作成され、プラグインハイブリッド車２０の走行出力計画は、施設の電力供給の最適化を図りつつプラグインハイブリッド車２０の走行エネルギーが最適化されるように作成される（ステップＳ１０５）。

最後に、充放電指示部１０７が、充放電計画に対応する充放電指示を充放電ＰＣＳ１１へ送信する（ステップＳ１０６）。また、走行出力指示部１０８が、走行出力計画に対応する走行出力指示をプラグインハイブリッド車２０の情報通信装置２６へ送信する（ステップＳ１０７）。電力マネジメントシステム１０は、以上の動作を繰り返し実行する。

図５は電動車両情報管理装置３０の動作を示すフローチャートである。以下、図５を参照しつつ、電動車両情報管理装置３０の動作を説明する。

電動車両情報管理装置３０は、まず、プラグインハイブリッド車２０の情報通信装置２６から、車載バッテリ２１の残量、現在位置、機器出力情報などの車両情報を取得する（ステップＳ２０１）。さらに、ユーザ端末４５から、プラグインハイブリッド車２０の充放電ＰＣＳ１１への到着予定時間および出発予定時間）、出発時希望電池残量などを取得する（ステップＳ２０２）。電動車両情報管理装置３０が取得した各情報は、管理データベース３１に保存される。

次に、電動車両情報管理装置３０は、電力マネジメントシステム１０からプラグインハイブリッド車２０の車両情報の送信要求があるか否かを確認する（ステップＳ２０３）。電力マネジメントシステム１０から車両情報の送信要求がある場合（ステップＳ２０３でＹＥＳ）、管理データベース３１に保存されている車両情報を電力マネジメントシステム１０へ送信する（ステップＳ２０４）。電力マネジメントシステム１０からの車両情報の送信要求がない場合は（ステップＳ２０３でＮＯ）、車両情報の送信処理は行わない。あるいは、システムを簡略化して、車両情報の送信要求の有無に関わらず、電動車両情報管理装置３０が定期的に車両情報を電力マネジメントシステム１０へ送信するようにしてもよい。

ここで、電力マネジメントシステム１０において、図４の処理が行われ、プラグインハイブリッド車２０の走行出力計画が作成されて、それに対応する走行出力指示が電動車両情報管理装置３０へ送信される。電動車両情報管理装置３０は、電力マネジメントシステム１０から送信されたプラグインハイブリッド車２０の走行出力指示を受信する（ステップＳ２０５）。

電動車両情報管理装置３０は、プラグインハイブリッド車２０の走行出力計画を受信すると、プラグインハイブリッド車２０が走行中か否かを確認する（ステップＳ２０６）。プラグインハイブリッド車２０が走行中であれば（ステップＳ２０６でＹＥＳ）、電動車両情報管理装置３０は走行出力指示をプラグインハイブリッド車２０へ送信する（ステップＳ２０７）。プラグインハイブリッド車２０が停止中（駐車中）であれば（ステップＳ２０６でＮＯ）、走行出力指示の送信は行われない。電動車両情報管理装置３０は、以上の動作を繰り返し実行する。

プラグインハイブリッド車２０が走行中か否かを判断する方法は任意でよく、例えば、情報通信装置２６が起動しているか否かによって判断する方法や、プラグインハイブリッド車２０のイグニッション回路がオン状態か否かによって判断する方法、プラグインハイブリッド車２０のシフトがＰレンジ（パーキングレンジ）以外に入っているか否かによって判断する方法、それら複数の方法を組み合わせて判断する方法などが考えられる。

図６は、プラグインハイブリッド車２０の車両コントローラ２７の動作を示すフローチャートである。以下、図６を参照しつつ、車両コントローラ２７の動作を説明する。

車両コントローラ２７は、まず、プラグインハイブリッド車２０の車載バッテリ２１、エンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４、空調装置２５およびＧＰＳ衛星４６から、各種の車両情報（位置情報、車載バッテリ２１の残量、エンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４、空調装置２５の出力値、車内温度など）を収集する（ステップＳ３０１）。車両コントローラ２７は、収集した車両情報を電動車両情報管理装置３０へ送信する（ステップＳ３０２）。

ここで、電動車両情報管理装置３０において、図５の処理が行われ、プラグインハイブリッド車２０の走行出力指示が、プラグインハイブリッド車２０へと送信される。電動車両情報管理装置３０から送信された走行出力指示は、プラグインハイブリッド車２０の情報通信装置２６に受信され、それを車両コントローラ２７が取得する（ステップＳ３０３）。

その後、車両コントローラ２７は、情報通信装置２６が受信した走行出力指示に基づいて、エンジン２２、ジェネレータ２３、モータ２４および空調装置２５それぞれの出力を制御する（ステップＳ３０４〜Ｓ３０７）。

なお、本発明は、少なくとも電力を含む複数のエネルギー源によって駆動される電動車両に備えたスマートグリッドシステムに適用可能であり、本実施の形態では、そのような電動車両の例としてプラグインハイブリッド車を挙げた。一般に、プラグインハイブリッド車は、その駆動の方式によって、シリーズハイブリッド方式、パラレルハイブリッド方式、スプリットハイブリッド方式などに分けられるが、本発明はそれらのいずれにも適用可能である。電動車両は、モータやエンジンを複数有するものであってもよい。

また、本実施の形態では、電動車両情報管理装置３０および管理データベース３１を、電力マネジメントシステム１０とは個別の要素としたが、それらを電力マネジメントシステム１０が内部に備える構成としてもよい。電動車両情報管理装置３０および管理データベース３１を電動車両情報管理装置３０の内部に設ける場合、管理データベース３１とＥＭＳデータベース１０２とを統合してもよい。そうすることにより、各情報の送受信による通信遅延が発生せず、電力マネジメントシステム１０と電動車両情報管理装置３０との情報の共有をスムーズに行うことができる。

以上のように、本発明によれば、電力マネジメントシステム１０が、施設の電力需給の状況だけでなく、走行中のプラグインハイブリッド車２０の状況を含めて考慮して、充放電ＰＣＳ１１の充放電計画およびプラグインハイブリッド車２０の走行出力計画を作成する。従って、施設の電力需給の平滑化とプラグインハイブリッド車２０の走行エネルギーの最適化を同時に実現することができる。また、また、プラグインハイブリッド車２０の走行エネルギーの管理を施設側の電力マネジメントシステム１０が実施するため、複雑な最適化計算をする機器をプラグインハイブリッド車２０に搭載させる必要がなく、車載機器のコスト削減にも寄与できる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ スマートグリッドシステム、１０ 電力マネジメントシステム、１１ 充放電ＰＣＳ、１２ 蓄電池、１３ 太陽光発電システム、１４ 負荷装置、２０ プラグインハイブリッド車、２１ 車載バッテリ、２２ エンジン、２３ ジェネレータ、２４ モータ、２５ 空調装置、２６ 情報通信装置、２７ 車両コントローラ、３０ 電動車両情報管理装置、３１ 管理データベース、４０ インターネット、４１ 基地局、４２ 気象情報サーバ、４３ 交通情報サーバ、４４ 地図サーバ、４５ ユーザ端末、４６ ＧＰＳ衛星、１０１ 入力処理部、１０２ ＥＭＳデータベース、１０３ 発電予測部、１０４ 負荷予測部、１０５ 走行エネルギー予測部、１０６ 最適計画演算部、１０７ 充放電指示部、１０８ 走行出力指示部。

本発明に係るスマートグリッドシステムは、車載バッテリの電力を含む複数のエネルギー源によって駆動される電動車両と、前記電動車両に接続して前記車載バッテリの充放電を行う充放電ＰＣＳ（Power Conditioning Subsystem）を有する施設と、前記施設の電力需給を管理する電力マネジメントシステムとを備え、前記電力マネジメントシステムは、前記車載バッテリに対する前記充放電ＰＣＳの充放電計画および前記電動車両の走行時の動作計画を立て、前記電動車両は、走行している間、前記動作計画に従った動作を行い、前記充放電ＰＣＳは、前記電動車両が接続されたときに前記充放電計画に従って車載バッテリの充放電を行い、前記電動車両は、前記車載バッテリの電力の他、燃料をエネルギー源とし、前記充放電ＰＣＳの前記充放電計画は、前記施設の電力需給が平準化されるように計画され、前記電動車両の前記動作計画は、前記電動車両が前記充放電ＰＣＳに到着したときの前記車載バッテリの残量が、前記充放電ＰＣＳによって前記充放電計画が実施可能な範囲になり、且つ、走行中の前記電動車両における燃料の消費量が小さくなるように計画される。

Claims (4)

1. 車載バッテリの電力を含む複数のエネルギー源によって駆動される電動車両と、
   前記電動車両に接続して前記車載バッテリの充放電を行う充放電ＰＣＳ（Power Conditioning Subsystem）を有する施設と、
   前記施設の電力需給を管理する電力マネジメントシステムと
   を備え、
   前記電力マネジメントシステムは、前記車載バッテリに対する前記充放電ＰＣＳの充放電計画および前記電動車両の走行時の動作計画を立て、
   前記電動車両は、走行している間、前記動作計画に従った動作を行い、
   前記充放電ＰＣＳは、前記電動車両が接続されたときに前記充放電計画に従って車載バッテリの充放電を行う
   ことを特徴とするスマートグリッドシステム。
2. 前記電動車両は、前記車載バッテリの電力の他、燃料をエネルギー源とし、
   前記充放電ＰＣＳの前記充放電計画は、前記施設の電力需給が平準化されるように計画され、
   前記電動車両の前記動作計画は、前記電動車両が前記充放電ＰＣＳに到着したときの前記車載バッテリの残量が、前記充放電ＰＣＳによって前記充放電計画が実施可能な範囲になり、且つ、走行中の前記電動車両における燃料の消費量が小さくなるように計画される
   請求項１記載のスマートグリッドシステム。
3. 前記電動車両は、
   前記車載バッテリの電力により駆動される動力源であると共に、前記電動車両の減速時に電力を回生して前記車載バッテリを充電可能なモータと、
   燃料により駆動される動力源であるエンジンと、
   前記エンジンの動力により発電して前記車載バッテリを充電可能なジェネレータと
   を備え、
   前記電動車両の前記動作計画は、前記モータ、前記エンジンおよび前記ジェネレータの各出力の制御計画を含む
   請求項２記載のスマートグリッドシステム。
4. 前記電動車両は、
   前記車載バッテリの電力または前記エンジンの排熱を用いて前記電動車両の車内温度を制御する空調装置をさらに備え、
   前記電動車両の前記動作計画は、前記空調装置の出力も制御計画をさらに含む
   請求項３記載のスマートグリッドシステム。

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