JP2017162180A - カーシェアリングサービスの運用システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電電力を効率的に利用することと、利用者の要求に応じて電気自動車を貸し出すこととのバランスを保つことにより、カーシェアリングサービスをより効率的に運用することのできる運用システムを提供する。
【解決手段】運用システム１００では、利用予約が利用者から新たに入力されたときには、
充電計画作成部１４０が、当該利用予約に対応した場合における充電計画を新たに作成する。当該充電計画に対応して算出された運用コストＥが所定の受付条件を満たさなかった場合には、結果送信部１３０が、利用予約には対応不可能である旨の予約結果を利用者に送信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、カーシェアリングサービスの運用システムに関する。

カーシェアリングサービスとは、利用者の求めに応じて車両の一時的な貸し出しを行うサービスである。近年では、貸出対象の車両として電気自動車を用いたカーシェアリングサービスも行われている。

カーシェアリングサービスの提供対象となるサービスエリアには、電気自動車の借り受け及び返却の窓口となるステーションが複数設けられている。それぞれのステーションには、例えば複数台の電気自動車がストックされている。カーシェアリングサービスの一態様においては、カーシェアリングサービスの利用者は、例えばインターネットを介した操作を行うことによって電気自動車の予約を行う。その後、予約の際に指定したステーションにおいて電気自動車の借り受けを行う。

下記特許文献１には、このようなカーシェアリングサービスの運用管理システムについて記載されている。当該システムによれば、どの利用者にどの電気自動車を割り当てるのかを示す運用計画が、各電気自動車における充電率等を考慮して作成される。当該システムは、作成された運用計画に基づいて、カーシェアリングサービスを効率的に運用することが可能となっている。

特開２０１４−４１４７５号公報

本発明者らは、ステーションに停車している電気自動車への充電を、系統電力のみならず太陽光発電電力によっても行い得るような態様のシステム構成を検討してきた。このような態様においては系統電力の使用が抑制されるので、カーシェアリングサービスの運用に伴う電気料金を低減することができる。

ところで、太陽光発電電力を効率的に利用するという観点に基づけば、太陽光発電を行い得る日中の時間帯において、ステーションに停車している（つまり、充電を行っている）電気自動車の数は可能な限り多い方が好ましい。一方で、より多くの利用者にサービスを提供するという観点に基づけば、ステーションに停車している（つまり、サービスを行っていない）電気自動車の数は可能な限り少ない方が好ましい。このように、太陽光発電電力の有効利用と、利用者へのサービスの提供とは、互いに相反するものとなっている。太陽光発電電力を効率的に利用することと、利用者の要求に応じて電気自動車を貸し出すこととのバランスを保ちながら効率的な運用を行うことについては、従来は何ら具体的な検討がなされていなかった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽光発電電力を効率的に利用することと、利用者の要求に応じて電気自動車を貸し出すこととのバランスを保つことにより、カーシェアリングサービスをより効率的に運用することのできる運用システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る運用システムは、特定のサービスエリア内に設けられた複数のステーション（２０）から、利用者の求めに応じて電気自動車（３０）の一時的な貸し出しを行うカーシェアリングサービス、の運用システム（１００）である。ステーションは、電気自動車が貸し出されていない時間帯において、太陽光発電電力及び系統電力のいずれかを電気自動車に供給して充電を行うことのできる充電設備（２１０）を備えたものである。この運用システムは、利用者から、電気自動車の利用予約が入力される予約入力部（１２０）と、利用予約に対応可能であるか否かを示す予約結果を、利用者に送信する結果送信部（１３０）と、ステーションにおいて電気自動車の充電が行われる予定の時間帯を、電気自動車のそれぞれについて示す充電計画、を作成する充電計画作成部（１４０）と、少なくとも、それぞれのステーションから電気自動車に供給可能な太陽光発電電力の予測に基づいて、カーシェアリングサービスの運用コストを算出するコスト算出部（１５０）と、を備える。充電計画作成部は、コスト算出部により算出される運用コストが、与えられた条件の下で最も小さくなるように充電計画を作成するものである。利用予約が利用者から新たに入力されたときには、充電計画作成部は、当該利用予約に対応した場合における充電計画を新たに作成し、結果送信部は、当該充電計画に対応して算出された運用コストが所定の受付条件を満たさなかった場合には、利用予約には対応不可能である旨の予約結果を利用者に送信する。

このような運用システムでは、利用予約が利用者から新たに入力されると、当該利用予約に対応した場合、すなわち、当該利用予約の通りに電気自動車の貸し出しを行った場合の充放電計画が新たに作成される。当該充放電計画は、少なくとも太陽光発電電力の予測に基づいて算出される運用コストが、与えられた条件の下で最も小さくなるように作成される。その結果、入力された利用予約に仮に対応した場合における運用コストが、予測値として算出される。上記のように算出された運用コストが所定の受付条件を満たさなかった場合には、入力された利用予約には対応不可能である旨の予約結果が利用者に送信される。

つまり、上記運用システムでは、利用者からの要求（利用予約）に可能な限り応えるような運用を原則としながらも、太陽光発電電力による充電等を考慮しながら作成された運用コストが所定の受付条件を満たさなかった場合には、例外的に利用者からの要求を拒否するような運用を行う。上記の「受付条件」とは、例えば、入力された利用予約に対応した場合における運用コストの増加量が所定の閾値以下に収まる、という条件である。

このような構成の運用システムにおいては、適切な受付条件を設定することにより、太陽光発電電力を効率的に利用して充電を行うことと、利用者の要求に応じて電気自動車を貸し出すこととのバランスを保つことができる。その結果、カーシェアリングサービスをより効率的に運用することが可能となる。

本発明によれば、太陽光発電電力を効率的に利用することと、利用者の要求に応じて電気自動車を貸し出すこととのバランスを保つことにより、カーシェアリングサービスをより効率的に運用することのできる運用システムが提供される。

本発明の実施形態に係る運用システムと、これによって運用されるカーシェアリングサービスの提供に必要な構成と、を模式的に示す図である。 図１の運用システムにおける内部構成を示すブロック図である。 カーシェアリングサービスが行われる時間帯について説明するための図である。 図１の運用システムによって実行される処理の流れを示すフローチャートである。 電気自動車の蓄電量に関し設定される条件について説明するための図である。 図１の運用システムによって実行される処理の流れを示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る運用システム１００、及び運用システム１００の機能によって提供されるカーシェアリングサービスの概要について説明する。カーシェアリングサービス（以下では、単に「サービス」と表記することがある）は、利用者の希望に応じて電気自動車３０を一時的に貸し出すサービスである。サービスの提供に必要な構成物としては、ステーション２０と、電気自動車３０と、運用システム１００とが挙げられる。図１では、これら構成物の全体がカーシェアリングシステム１０として模式的に示されている。

ステーション２０は、サービスの利用者が訪れる窓口となる設備である。ステーション２０は、サービスの提供が行われる特定の領域、すなわちサービスエリア内に複数建設されている。利用者は、いずれかのステーション２０を訪れて電気自動車３０を借り受ける。また、電気自動車３０を使用した後は、再びステーション２０を訪れて電気自動車３０を返却する。借り受け時のステーション２０と、返却時のステーション２０とは、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。

本実施形態では、利用者はサービスの提供を受けるのに先立ち、予め電気自動車３０の予約を行うものとする。また、当該予約の際には、借り受け時のステーション２０、返却時のステーション２０、利用開始時刻、及び利用終了時刻を利用者が指定するものとする。

ステーション２０には建物２２０が設置されており、その周囲に電気自動車３０を駐車しておくための駐車スペースが設けられている。建物２２０は、訪れた利用者からの質問等を必要に応じて受けるサービス窓口としての機能や、サービスを提供するために必要な事務が行われる事務所としての機能等を有するものである。図１では３つのステーション２０が描かれているが、サービスエリア内に設けられたステーション２０の数は例えば４つ以上であってもよく、２つのみであってもよい。

建物２２０の天井部分には太陽光パネル２３０が設けられている。太陽光パネル２３０は、周知の通り太陽光のエネルギーを電力に変換するものである。ステーション２０では、太陽光パネル２３０で発生させた電力（以下、「太陽光発電電力」とも称する）を電気自動車３０に供給し、これにより電気自動車３０の充電を行うことが可能となっている。

ステーション２０には、電力系統１１からの電力（以下、「系統電力」とも称する）が供給されている。ステーション２０では、系統電力を電気自動車３０に供給し、これにより電気自動車３０の充電を行うことも可能となっている。

建物２２０の周囲に設けられた駐車スペースには、白線等で区切られた駐車領域（不図示）が複数設けられている。また、それぞれの駐車領域には充電設備２１０が１つずつ設けられている。電気自動車３０が駐車領域に駐車されているとき、すなわち、当該電気自動車３０がサービスに利用されていないときには、充電設備２１０と電気自動車３０との間がケーブルで接続される。当該ケーブルを介して電気自動車３０に電力が供給され、電気自動車３０の充電が行われる。充電設備２１０から電気自動車３０に供給される電力は、既に述べた通り太陽光発電電力又は系統電力のいずれかである。

尚、図１においては、それぞれのステーション２０に充電設備２１０（及び駐車領域）が２台分ずつ設けられているように描かれているのであるが、充電設備２１０等の数はこれに限定されない。例えば、充電設備２１０等が１台分しか設けられていないステーション２０が存在してもよく、３台分以上の充電設備２１０等が設けられたステーション２０が存在してもよい。また、充電設備２１０等の数はステーション２０毎に異なっていてもよい。

電気自動車３０は、内部に蓄電池（不図示）を備えており、当該蓄電池に蓄えられた電力によって走行するように構成された車両である。電気自動車３０は、上記蓄電池に加えて電力変換器（不図示）も備えている。電力変換器は、充電設備２１０から供給された電力を電力変換して蓄電池へと充電する。このとき、電力変換器は、充電設備２１０から電気自動車３０に供給される電力の大きさを、所定範囲内で適宜調整する。尚、電気自動車３０は、蓄電池と内燃機関とを備えた所謂ハイブリッド車両であってもよい。

更に、本実施形態では、同じステーション２０に停車している複数の電気自動車３０が、互いの蓄電池に蓄えられている電力を融通しあうことも可能となっている。例えば、隣り合う２つの充電設備２１０のそれぞれに電気自動車３０が接続されている状態で、一方の電気自動車３０の蓄電池から放電された電力を、充電設備２１０を介して他方の電気自動車３０の蓄電池に供給し充電を行うようなことが可能となっている。

本実施形態では、利用者による電気自動車３０の借り受け及び返却が、必ずどこかのステーション２０において行われるものとする。つまり、ステーション２０以外の場所で電気自動車３０が乗り捨てられることは無いものとする。このため、カーシェアリングサービスが行われている時間帯においては、電気自動車３０は、いずれかのステーション２０に停車している状態か、利用者に貸し出されておりステーション２０以外の場所を走行している状態か、のいずれかのみをとり得ることになる。

運用システム１００は、カーシェアリングサービスの運用を行うために、カーシェアリングシステム１０の全体を統括制御する制御装置である。運用システム１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ等を備えたコンピュータシステムとして構成されている。運用システムは、特定のステーション２０に設置されていてもよく、ステーション２０とは異なる場所に設置されていてもよい。また、例えば複数のステーション２０に分散配置された複数のコンピュータシステムが連携することで、これらの全体が運用システム１００として機能するような態様であってもよい。

運用システム１００は、利用者からの利用予約を受け付ける機能や、その利用予約に電気自動車３０を割り当てる機能等を有している。図２を参照しながら、運用システム１００の構成について説明する。運用システム１００は、機能的な制御ブロックとして、料金提示部１１０と、予約入力部１２０と、結果送信部１３０と、充電計画作成部１４０と、コスト算出部１５０と、を有している。

尚、図２において符号４０が付されているのは、利用者の自宅に設置されたパソコンである。以下、「パソコン４０」と表記する。パソコン４０は、サービスを利用しようとする利用者が、予約の手続きを行う際のインターフェイスとなる装置である。このような装置としては、パソコン４０に替えて、例えばスマートフォン等の携帯通信端末が用いられてもよい。

料金提示部１１０は、後述の予約入力部１２０及び結果送信部１３０と共に、利用者のパソコン４０とインターネットを介して通信を行う部分となっている。料金提示部１１０は、サービスの利用料金に関する情報をパソコン４０に向けて送信し、当該情報をパソコン４０の画面に表示させる部分である。つまり、料金提示部１１０は、電気自動車３０を使用するために支払われるべき利用料金を利用者に提示する部分、に該当する。

料金提示部１１０によって利用者に提示される利用料金は、例えば、電気自動車３０の利用時間に比例した金額が設定される。このような態様に替えて、ステーション２０間の距離に比例した金額が設定されてもよい。また、本実施形態では、利用者が予約を行う時点における状況（それぞれの電気自動車３０の位置など）や、電気自動車３０が使用される時間帯等によっても異なる金額となるように、利用料金が設定されることがある。

予約入力部１２０は、利用者がパソコン４０に入力した利用予約を、インターネットを介してパソコン４０から受信する部分である。既に述べたように、受信される利用予約は、借り受け時のステーション２０、返却時のステーション２０、利用開始時刻、及び利用終了時刻を含む情報となっている。

結果送信部１３０は、予約入力部１２０に入力された利用予約に対応可能であるか否か、すなわち、その利用予約に応じて電気自動車３０を貸し出すことができるかどうかを示す予約結果を、パソコン４０に向けて送信する部分である。結果送信部１３０から送信された予約結果はパソコン４０の画面に表示され、利用者に伝達される。つまり、利用者が利用予約のための操作を行うと、これに対する返信として結果送信部１３０から予約結果が送信され、利用者に伝達される。

利用予約に対応可能であることを示す予約結果には、当該予約に割り当てられた電気自動車３０を特定する情報も含まれる。利用開始時刻になると、利用者は、借り受け時のステーション２０として自らが指定したステーション２０を訪れて、予約結果に示された特定の電気自動車３０を借り受ける。その際、上記情報が登録されたＩＣカードが、電気自動車３０のキーロックを解除するためのカードキーとして用いられるような態様であってもよい。

利用予約の操作が行われたとき、既に他の多くの利用者から利用予約が入っており、電気自動車３０を貸し出すことが不可能な場合には、その旨を示す予約結果が結果送信部１３０から送信される。尚、本実施形態では、ステーション２０に停車しており、他の利用予約に割り当てられていない電気自動車３０が存在する場合であっても、入力された利用予約には対応できない旨の予約結果が結果送信部１３０から送信される場合がある。これについては後述する。

充電計画作成部１４０は、充電計画を作成する部分である。充電計画とは、ステーション２０において電気自動車３０の充電が行われる予定の時間帯を、全ての電気自動車３０のそれぞれについて示すデータである。尚、このような充電計画が作成されるにあたっては、これまでに入力された全ての利用予約に、それぞれどの電気自動車３０を割り当てるのかを示す情報（以下、「車両割当計画」とも称する）も合わせて作成される。更に、サービスが提供されている期間の各時刻において、全ての電気自動車３０がそれぞれどの位置に存在するのかを示す情報（以下、「車両位置計画」とも称する）も合わせて作成される。

コスト算出部１５０は、カーシェアリングサービスを運用するために要する運用コストを算出する部分である。この運用コストには、例えば、系統電力を用いて電気自動車３０への充電を行う際の電気料金が含まれる。また、電気自動車３０の分布が一部のステーション２０に偏ってしまった場合において、スタッフの運転によって電気自動車３０を他のステーション２０に移動させるための人件費が含まれる。

図３を参照しながら、カーシェアリングサービスが行われる時間帯、及び運用システム１００が行う処理の概要について説明する。

図３に示されるタイムチャートの横軸は、その全体で１日（２４時間）を示すものとなっている。時刻Ｔ_Sは、カーシェアリングサービスが開始される時刻であって、本実施形態では８時に設定されている。また、時刻Ｔ_Eは、カーシェアリングサービスが終了する時刻であって、本実施形態では２０時に設定されている。つまり、時刻Ｔ_Sから時刻Ｔ_Eまでの１２時間が、カーシェアリングサービスのサービス提供期間となっている。また、時刻Ｔ_Eから翌日の時刻Ｔ_Sまでの期間はサービス休止期間となっている。サービス提供期間及びサービス休止期間のいずれにおいても、利用者が利用予約を行うことは可能となっている。

例えば図３の矢印ＡＲ０で示される時点のように、サービス休止期間において利用予約の操作が行われた場合について説明する。この場合、予約入力部１２０に利用予約が入力されると、充電計画作成部１４０は、当該利用予約に対応するという仮定の下で、充電計画、車両割当計画、及び車両位置計画を作成する。これらはいずれも、時刻Ｔ_Sから時刻Ｔ_Eまでの期間ＴＭ０におけるサービスの運用計画を示すものとして作成される。

このとき、作成された充電計画に対応する運用コストが、コスト算出部１５０によって算出される。運用コストが所定の受付条件（後述）を満たす場合には、利用予約に対応可能である旨が利用者に伝達される。

充電計画等からなるサービスの運用計画は、利用者からの利用予約が予約入力部１２０に入力される毎に作成される。つまり、時刻Ｔ_Sから時刻Ｔ_Eまでの期間におけるサービスの運用計画が、利用予約が入力される毎に更新されて行く。これにより、これまでに入力されていたものを含めた全ての利用予約に対する電気自動車３０の割り当て等が、都度更新されて最適化されて行く。

時刻Ｔ_S以降はサービス提供期間となり、サービスの提供が開始される。利用者が電気自動車３０を使用することに伴って、ステーション２０間において電気自動車３０が移動し始める。その結果、それぞれのステーション２０に停車している（ストックされている）電気自動車３０の台数は、時刻Ｔ_S以前の初期状態における台数から変化して行く。

例えば図３の矢印ＡＲ１で示される時点のように、サービス提供期間において新たな利用予約の操作が行われた場合について説明する。この場合においても上記と同様の処理が行われる。すなわち、予約入力部１２０に利用予約が入力されると、充電計画作成部１４０は、当該利用予約に対応するという仮定の下で、充電計画、車両割当計画、及び車両位置計画を作成する。ただし、これらの運用計画は、予約入力部１２０に利用予約が入力された現在時刻ｔから時刻Ｔ_Eまでの期間ＴＭ１におけるサービスの運用計画を示すものとして作成される。

図４を参照しながら、運用システム１００によって行われる処理の具体的な内容について説明する。図４に示される一連の処理は、所定の周期が経過する毎に、運用システム１００によって繰り返し実行される。

最初のステップＳ０１では、予約入力部１２０に新たな利用予約が入力されたか否かが判定される。利用予約が入力されていない場合には、図４に示される一連の処理を終了する。利用予約が入力された場合にはステップＳ０２に移行する。

ステップＳ０２では、充電計画が作成される。既に述べたように、この充電計画は、入力された利用予約に「仮に」対応した場合における運用計画を示すものである。充電計画は以下のような形式のデータとして作成される。
｛p_i,j（τ｜ｔ）｝

上記の「ｔ」は、予約入力部１２０に利用予約が入力された現在時刻ｔのことである。「τ」は、現在時刻ｔから時刻Ｔ_Eまでの期間における各時刻を、現在時刻ｔから所定のステップ期間（Δｔ）が経過する毎の離散的な時刻として表現したものである。尚、現在時刻ｔからΔｔが経過した時刻τは「ｔ＋Δｔ」なのであるが、以下ではこれを簡略化して「ｔ＋１」と表記する（図３を参照）。同様に、現在時刻ｔからΔｔ×２が経過した時刻τは「ｔ＋２Δｔ」なのであるが、以下ではこれを簡略化して「ｔ＋２」と表記する。それ以降の時刻τについても同様に表記する。時刻τは、ｔ＋１からＴ_Eまでの値をとることになる。

上記の「ｉ」は、ステーション２０を特定するための整数値が入る変数である。以下では、ステーション２０の総数をＳとし、それぞれのステーション２０には１からＳまでの個別のＩＤが付されているものとする。従って、上記のｉは１からＳまでのいずれかの整数値をとることになる。

上記の「ｊ」は、電気自動車３０を特定するための整数値が入る変数である。以下では、電気自動車３０の総数をＶとし、それぞれの電気自動車３０には１からＶまでの個別のＩＤが付されているものとする。従って、上記のｊは１からＶまでのいずれかの整数値をとることになる。

p_i,j（τ｜ｔ）は、現在時刻ｔ以降の特定の時刻τにおいて、ＩＤがｉのステーション２０で、ＩＤがｊの電気自動車３０に充電される電力の大きさを示している。充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝は、上記のような電力の大きさを、全てのτ、ｉ、ｊの組み合わせについて示すデータとして作成される。このような充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝は、ステーション２０において電気自動車３０の充電が行われる予定の時間帯を、電気自動車３０のそれぞれについて示すデータとなっている。

ステップＳ０２では、上記の充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝に加えて、車両割当計画及び車両位置計画も作成される。このうち、車両割当計画は以下のような形式のデータとして作成される。
｛ａ_j,k（ｔ）｝

上記の「ｋ」は、新たに入力された利用予約を含めて、これまでに入力された全ての利用予約を特定するための整数値が入る変数である。以下では、利用予約の総数をＲとし、それぞれの利用予約には１からＲまでの個別のＩＤが付されているものとする。従って、上記のｋは１からＲまでのいずれかの整数値をとることになる。尚、Ｒは、利用予約が入力されていく毎に増加して行くものであるから、正確には「Ｒ（ｔ）」と表記すべきものである。

ＩＤがｋの利用予約が、ＩＤがｊの電気自動車に割り当てられた場合には、ａ_j,k（ｔ）の値は１とされる。それ以外の場合には、ａ_j,k（ｔ）の値は０とされる。このように、ａ_j,k（ｔ）は、０又は１の値をとることにより予約の割り当てを表現するものである。車両割当計画｛ａ_j,k（ｔ）｝は、現在時刻ｔにおける上記のような予約の割り当てを、全てのｊ、ｋの組み合わせについて示すデータとして作成される。

車両位置計画は以下のような形式のデータとして作成される。
｛ｘ_i,j（τ｜ｔ）｝

ＩＤがｊの電気自動車３０が、ＩＤがｉのステーション２０に停車しているときには、ｘ_i,j（τ｜ｔ）の値は１とされる。それ以外のときには、ｘ_i,j（τ｜ｔ）の値は０とされる。車両位置計画｛ｘ_i,j（τ｜ｔ）｝は、時刻τにおけるｘ_i,j（τ｜ｔ）の値を、全てのτ、ｊ、ｋの組み合わせについて示すデータとして作成される。これにより、各時刻τにおける電気自動車３０の位置が表現される。

尚、車両位置計画｛ｘ_i,j（τ｜ｔ）｝は、電気自動車３０がいずれのステーション２０にも停車していない場合、すなわち走行中である場合も含めて表現するものでなければならない。そこで、電気自動車３０が走行中であるときのことを、（実際には存在しない）ＩＤがＳ＋１のステーション２０に当該電気自動車３０が停車しているものとして表現することとする。つまり、車両位置計画｛ｘ_i,j（τ｜ｔ）｝におけるｊは、１からＳ＋１までのいずれかの整数値をとることとする。

以上の充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝、車両割当計画｛ａ_j,k（ｔ）｝、及び車両位置計画｛ｘ_i,j（τ｜ｔ）｝は、以下の式（１）で示される運用コストＥが、所定の条件（後述）の下で最も小さくなるようなデータとしてそれぞれ算出される。つまり、所定の条件の下で運用コストＥを最小化する演算の結果として、それぞれの運用計画が作成される。

式（１）の各項について説明する。第１項におけるｆ_d（ｉ１，ｉ２，τ）は、（利用者ではなく）スタッフによる再配車を行うのに要する再配車コストを表す関数である。ｆ_d（ｉ１，ｉ２，τ）は、ＩＤがｉ１のステーション２０から、ＩＤがｉ２のステーション２０への再配車が、時刻τに行われた場合における再配車コストを表している。尚、ｆ_d（ｉ１，ｉ２，τ）は、上記のような場合における再配車コスト（金額）のみを特定するものであって、上記のような再配車が実際に行われるかどうかまで特定するものではない。再配車が実際に行われるかどうかは、ｄ_i1,i2（τ）によって特定される。

ｆ_d（ｉ１，ｉ２，τ）がτの関数となっているのは、例えば、道路の混雑状況等が時間帯よって変化し、これに応じて再配車に要するコストが変化することを考慮したものである。また、スタッフの時給が時間帯ごとに変化することを考慮してもよい。

第１項におけるｄ_i1,i2（τ）は、以下の式（２）で表される関数である。

上記の式（２）右辺のうちｘ_i1,j（τ）が１となるのは、時刻τにおいて、ＩＤがｊの電気自動車３０が、ＩＤがｉ１のステーション２０に停車している場合である。また、ｘ_i2,j（τ＋１）が１となるのは、時刻τ＋１（時刻τからΔｔが経過した時刻）において、上記と同じ電気自動車３０が、ＩＤがｉ２のステーション２０に停車している場合である。

このため、式（２）で表されるｄ_i1,i2（τ）の値が１となるのは、時刻τからΔｔが経過する際に、ＩＤがｊの電気自動車３０が、ＩＤがｉ１のステーション２０からＩＤがｉ２のステーション２０へと再配車により移動する場合、ということになる。

以上のことから、式（１）の第１項は、利用予約に対応するために、互いに異なるステーション２０の間で電気自動車３０を予めスタッフが移動させておく作業、に要する再配車コストを表すものとなっている。

式（１）の第２項及び第３項について説明する前に、ｇ_i（τ）、ｗ_i（τ）、及びｌ_i（τ）についてそれぞれ説明しておく。ｇ_i（τ）は、時刻τにおいて、ＩＤがｉのステーション２０で発生し得る太陽光発電電力の値（単位：Ｗ）である。以下、「発電可能電力ｇ_i（τ）」とも表記する。

発電可能電力ｇ_i（τ）は、例えば気象予報会社から取得される日照量の予測データや、それぞれのステーション２０が設置されている場所等に基づいて、予め作成されたデータである。発電可能電力ｇ_i（τ）は、ＩＤ（つまりｉ）が１からＳまでの全てのステーション２０について、且つ時刻Ｔ_Sから時刻Ｔ_Eまでの期間における全ての時刻τについて、運用システム１００によって予め作成される。

尚、時刻τにおいてステーション２０で実際に発生する太陽光発電電力の値は、必ずしも発電可能電力ｇ_i（τ）に一致するとは限らない。例えば、ステーション２０の太陽光パネル２３０に十分な日光が入射していたとしても、当該ステーション２０に駐車している電気自動車３０が一台も存在しない場合には、発生した太陽光発電電力を受け入れることができない。太陽光パネル２３０は、このようなときには自動的に発電を抑制するように構成されている。従って、発電可能電力ｇ_i（τ）は、ステーション２０で時刻τに発生し得る太陽光発電電力の最大値を示すもの、ということができる。

ｗ_i（τ）は、上記の発電可能電力ｇ_i（τ）から、ＩＤがｉのステーション２０で実際に発生する太陽光発電電力の値（単位：Ｗ）を差し引いたもの、として定義される電力値である。このようなｗ_i（τ）は、ステーション２０に駐車している電気自動車３０が存在しない等の理由により、発電される機会が失われてしまった電力の値を示すもの、ということができる。従って、ｗ_i（τ）のことを以下では「機会損失電力ｗ_i（τ）」とも表記する。

ｌ_i（τ）は、時刻τにおいて、ＩＤがｉのステーション２０に供給される系統電力の値（単位：Ｗ）である。以下では、系統電力ｌ_i（τ）とも表記する。この系統電力ｌ_i（τ）と、上記の発電可能電力ｇ_i（τ）及び機会損失電力ｗ_i（τ）とは、以下の式（３）で示される関係にある。

例えば、発電可能電力ｇ_i（τ）が比較的小さい時間帯には、充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝の通りに充電が行われるように、系統電力ｌ_i（τ）の値が調整される。その結果、当該時間帯における機会損失電力ｗ_i（τ）の値は０となる。

また、発電可能電力ｇ_i（τ）が比較的大きく、且つ充電の必要性が比較的小さな時間帯には、系統電力ｌ_i（τ）は０となり、機会損失電力ｗ_i（τ）は０よりも大きな値となる。式（１）の運用コストＥを最小化する演算においては、充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝に沿った充電が、可能な限り太陽光発電電力によって行われるように、各時刻τにおける系統電力ｌ_i（τ）の値が適宜調整されることとなる。

式（１）の第２項におけるｆ_w（τ）は、１ワット時あたりにおける太陽光発電電力の価値を、金額に換算して表したものである。ｆ_w（τ）は、例えば、時刻τにおける売電価格を示す関数として記述されたものであってもよい。

式（１）の第２項は、機会損失電力ｗ_i（τ）を全てのステーション２０について合計したものに上記のｆ_w（τ）を掛けて、これを現在時刻ｔ以降の期間について積分したもの、に該当する。すなわち、サービス提供期間のうち残りの期間において、発電機会が失われる太陽光発電電力の価格に該当する。

式（１）の第３項におけるｆ_l（τ）は、１ワット時あたりにおける系統電力の価値を金額に換算して表したものである。このようなｆ_l（τ）は買電価格に該当する。

式（１）の第３項は、系統電力ｌ_i（τ）を全てのステーション２０について合計したものに上記のｆ_l（τ）を掛けて、これを現在時刻ｔ以降の期間について積分したもの、に該当する。すなわち、サービス提供期間のうち残りの期間において、系統電力を各電気自動車３０に供給して充電を行うのに要する系統充電コスト、を表すものとなっている。

図４のステップＳ０２では、以上のような第１項、第２項、及び第３項の和である運用コストＥを最小化するような、充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝、車両割当計画｛ａ_j,k（ｔ）｝、及び車両位置計画｛ｘ_i,j（τ｜ｔ）｝がそれぞれ作成される。これらは、コスト算出部１５０による運用コストＥの算出を都度行いながら、充電計画作成部１４０が行う計算によって作成される。

尚、運用コストＥを最小化する演算を行うにあたっては、種々の初期条件、及び種々の制約条件が設定される。最小化の演算はこれら複数の条件の下で行われる。初期条件としては、例えば、各電気自動車３０の現在位置が設定される。この現在位置に関する初期条件は、τ＝０のときにおける車両位置計画｛ｘ_i,j（０｜ｔ）｝の各値に該当するものである。

また、各電気自動車３０に搭載されたそれぞれの蓄電池の、現在時刻（τ＝０）におけるＳＯＣ（蓄電量）も、初期条件として設定される。このような初期のＳＯＣを示す情報は、例えば、電気自動車３０と充電設備２１０との間で行われる通信により予め取得される。

制約条件としては、例えば、各電気自動車３０に搭載されたそれぞれの蓄電池の、時刻Ｔ_EにおけるＳＯＣの値が設定される。つまり、サービス提供期間が終了する時点における最終的な各ＳＯＣの目標値（目標蓄電量）が設定される。このようなサービス終了時刻のＳＯＣは、可能な限り大きい方が望ましいようにも思われるのであるが、例えば一律に１００％とした場合には、翌日の機会損失電力ｗ_i（τ）が大きくなってしまう可能性がある。このため、必ずしも大きい程望ましいというものではない。このサービス終了時刻のＳＯＣは、例えば一律５０％に設定される。

上記のような制約条件が設定されることにより、充電計画作成部１４０による充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝等の作成は、カーシェアリングサービスの終了時点におけるそれぞれの電気自動車３０の蓄電量が、上記の目標蓄電量に一致するように行われる。

他の制約条件としては、電気自動車３０が走行中において、ステップ期間（Δｔ）が経過する間における消費電力量、すなわち蓄電量の減少量が、各電気自動車３０について個別に設定される。

更に他の制約条件として、サービス運用中におけるＳＯＣについての上限値及び下限値が、それぞれの電気自動車３０について個別に設定される。これにより、サービス運用中における各電気自動車３０のＳＯＣが、常に下限値から上限値までの範囲に収まるという条件の下で、充電計画作成部１４０による充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝等の作成が行われることとなる。

図５には、制約条件として設定されるＳＯＣの上限値の推移（線Ｌ１）、及び下限値の推移（線Ｌ２）の一例が示されている。図５の例では、ＳＯＣの上限値は一律１００％となるように設定されており、その値が途中で変化することは無い。

一方、ＳＯＣの下限値は、時刻Ｔ₁₀から時刻Ｔ₂₀までの期間において一時的に上昇するように設定される。例えば、電気自動車３０の貸し出し頻度が高くなるような時間帯が予め判明しているのであれば、当該時間帯におけるＳＯＣの下限値をこのように一時的に大きくすることが望ましい。これにより、電気自動車３０の蓄電量が走行中に減少し過ぎて、走行不可能となってしまうような事態を防止することができる。尚、図５に示される条件はあくまでも一例であって、これとは異なる条件が設定されてもよい。例えば、ＳＯＣの上限値が時間と共に変化するような条件が設定されてもよい。

また、電気自動車３０に充電が行われる際における充電電力の上限値及び下限値が、更なる制約条件として追加されてもよい。更に、電気自動車３０間における電力の融通まで考慮する場合には、電気自動車３０から放電される電力の上限値及び下限値が、更なる制約条件として追加されてもよい。

尚、運用コストＥを最小化するための演算を行うに当たっては、例えば、一つの利用予約に割り当てられる電気自動車３０の台数を「１」に限定する等、現実の世界を記述するためには当然に必要となる制約条件が、上記に加えて用いられることは言うまでもない。

図４に戻って説明を続ける。ステップＳ０２において充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝等が作成されると、ステップＳ０３に移行する。ステップＳ０３では、運用コストＥが算出される。ここで算出される運用コストＥの値は、ステップＳ０２において、式（１）最小化した結果として得られる値である。つまり、ステップＳ０２で作成された充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝等に沿ってサービスが運用された場合における、運用コストＥの値である。

ステップＳ０３に続くステップＳ０４では、ステップＳ０３で算出された運用コストＥが、受付条件を満たすか否かが判定される。本実施形態における受付条件とは、前回算出された運用コストＥから、今回算出された運用コストＥを差し引いて得られる差分値が、所定の閾値以下に収まる、という条件に設定されている。上記の差分値は、ステップＳ０１において予約入力部１２０に入力された新たな利用予約に対応することによる、運用コストＥの増加量に該当するものである。

運用コストＥが受付条件を満たしていたとき、すなわち、上記差分値が閾値以下に収まっていたときには、ステップＳ０５に移行する。ステップＳ０５に移行したということは、新たな利用予約に対応したとしても、運用コストＥの増加量は比較的小さいということである。このため、ステップＳ０５では、ステップＳ０１において入力された新たな利用予約に対応することが確定され、当該利用予約が登録される。

このとき、結果送信部１３０からは、利用予約に対応可能であることを示す予約結果が、利用者のパソコン４０に送信される。また、当該予約結果には、利用予約に割り当てられた電気自動車３０を特定する情報も含まれる。

ステップＳ０５に続くステップＳ０６では、充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝、車両割当計画｛ａ_j,k（ｔ）｝、及び車両位置計画｛ｘ_i,j（τ｜ｔ）｝のそれぞれが、仮の計画ではなく確定した計画として更新される。その後は、この確定した充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝等に沿ってサービスが運用される。

ステップＳ０４において、運用コストＥが受付条件を満たしていなかったときには、ステップＳ０７に移行する。ステップＳ０７に移行したということは、新たな利用予約に対応すると、運用コストＥの増加量が比較的大きくなってしまうということである。このような場合には、例えば、再配車を行うためのスタッフのタイムスケジュールを大幅に変更する必要が生じる等、サービスの運用に混乱が生じる可能性が高くなる。

このため、ステップＳ０７では、ステップＳ０１において予約入力部１２０に入力された新たな利用予約に対応しないことが確定され、当該利用予約が拒否される。結果送信部１３０からは、利用予約に対応不可能であることを示す予約結果が、利用者のパソコン４０に送信される。この場合には、ステップＳ０２で作成された運用計画は全て破棄される。つまり、充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝、車両割当計画｛ａ_j,k（ｔ）｝、及び車両位置計画｛ｘ_i,j（τ｜ｔ）｝はいずれも更新されない。

以上のような処理が行われる結果、予約入力部１２０に利用予約が入力される度に、そのときの状況（各電気自動車３０の現在位置やＳＯＣ等）に合わせて充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝等が更新される。尚、サービス提供期間の途中において一部の電気自動車３０が故障したり、新たな電気自動車３０が投入されたりすることにより、電気自動車３０の総数が変化することがある。その場合には、その変化に応じてＶの値を変更し、車両位置計画｛ｘ_i,j（τ｜ｔ）｝を作成すればよい。このように、状況の変化に柔軟に対応しながら、適切なサービスの運用を行うことができる。

尚、充電計画作成部１４０による充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝等の作成、及び更新は、予約入力部１２０に利用予約が入力されない場合であっても、所定の周期で定期的に行われる。そのために行われる処理について、図６を参照しながら説明する。

図６に示される一連の処理は、所定の周期が経過する毎に、運用システム１００によって繰り返し実行される。また、図４に示される一連の処理と並行して行われる。

最初のステップＳ１１では、現在の時刻が更新時刻となったか否かが判定される。更新時刻とは、充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝等の更新を定期的に行うための時刻として、サービス対象期間に複数設定された時刻である。本実施形態では、時刻Ｔ_Sから所定のステップ期間（例えば１５分間）が経過する毎の各時刻が、上記の更新時刻として予め設定されている。

現在の時刻が更新時刻となっていなければ、図６に示される一連の処理を終了する。現在の時刻が更新時刻となっていれば、ステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２では、図４のステップＳ０２で行われる処理と同一の処理が行われる。このとき、追加された新たな利用予約は存在しないので、これまでに入力された（且つ対応可能なものとして登録された）それぞれの利用予約に電気自動車３０の割り当てが行われるように、充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝等の作成が行われる。作成される充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝等は、現時点における各電気自動車３０の蓄電量や、現在位置の情報が反映されたものとなる。

ステップＳ１２に続くステップＳ１３では、ステップＳ１２で作成された充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝、車両割当計画｛ａ_j,k（ｔ）｝、及び車両位置計画｛ｘ_i,j（τ｜ｔ）｝のそれぞれが、そのまま確定した計画として更新される。

以上に説明したように、本実施形態に係る運用システム１００では、利用者からの要求（利用予約）に可能な限り応えるような運用を原則としながらも、太陽光発電電力による充電等を考慮しながら作成された運用コストＥが所定の受付条件を満たさなかった場合には、例外的に利用者からの要求を拒否するような運用が行われる。

これより、太陽光発電電力を効率的に利用して電気自動車３０の充電を行うことと、利用者の要求に応じて電気自動車３０を貸し出すこととのバランスを、適切に保つことが可能となっている。その結果、カーシェアリングサービスをより効率的に運用することができる。

以上に説明した運用システム１００には、種々の変更や改良を加えることができる。例えば、図４のステップＳ０４に用いられる受付条件として、ステップＳ０３で算出された運用コストＥの値が所定の閾値以下に収まる、という条件が設定されてもよい。すなわち、新たな利用予約に対応した場合の運用コストＥが閾値以下に収まる、という条件が、受付条件として設定されてもよい。

図４を参照しながら説明した充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝等の作成方法は、新たな利用予約が入力される度に、車両割当計画｛ａ_j,k（ｔ）｝の全体を変更するものとなっている。つまり、既存の利用予約に対する電気自動車３０の割り当てが行われた後であっても、新たな利用予約が入力されると、既存の割り当てをすべて破棄して全体を割り当て直すものとなっている。このため、カーシェアリングシステム１０の規模によっては、運用システム１００における計算負荷が大きくなり過ぎてしまい、充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝の作成に長時間を要してしまう可能性がある。

これに対する対策としては、入力された新たな利用予約についての電気自動車３０の割り当てのみを行うこととし、それまでに確定していた割り当てについては変更しないこととしてもよい。つまり、予約入力部１２０に新たな利用予約が入力されたときには、充電計画作成部１４０が、それよりも前に入力されていた既存の利用予約に対する電気自動車３０の割り当てを変更しないという制約の下で、充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝、車両割当計画｛ａ_j,k（ｔ）｝、及び車両位置計画｛ｘ_i,j（τ｜ｔ）｝のそれぞれを作成することとしてもよい。

この場合、式（１）の運用コストＥを最小化するに当たっては、車両割当計画｛ａ_j,k（ｔ）｝のうち、ｋが１からＲ−１までのデータは変更されることなく、制約条件として用いられることとなる。従って、運用コストＥを最小化した結果として得られるのは、車両割当計画｛ａ_j,k（ｔ）｝のうち上記以外の部分（つまりａ_j,R（ｔ））と、充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝と、車両位置計画｛ｘ_i,j（τ｜ｔ）｝ということになる。

このような方法によれば、既存の割り当てが変更されないので、充電計画｛p_i,j（τ｜ｔ）｝等を作成するための計算負荷を著しく低減させることができる。その結果、利用予約の手続に対する応答（つまり予約結果）を、短時間のうちに利用者に返すことが可能となる。

サービスの運用中においては、電気自動車３０の分布に偏りが生じ、一部のステーション２０に駐車している電気自動車３０の数が増加し過ぎてしまうことがある。その場合、利用者からの利用予約に対応可能な状態とするために、当該ステーション２０から他のステーション２０へと電気自動車３０を移動させなければならない。このため、再配車コストが増加してしまう。

このような場合には、料金提示部１１０によって利用者に提示される利用料金を状況に応じて変更することで、運用コストＥを更に減少させることができる。例えば、駐車している電気自動車３０の台数が多いステーション２０で借り受けて、駐車している電気自動車３０の台数が少ないステーション２０で返却するような利用態様（走行経路）についての利用料金を、それ以外の態様における利用料金よりも低廉な料金として利用者に提示すればよい。そのような態様での利用が増加すれば、スタッフの運転による再配車の回数が減少するので、運用コストＥのうち再配車コストを抑制することができる。

本実施形態においては、運用コストＥは、再配車に要するコストと、系統電力の使用に伴うコストと、機会損失電力の増加に伴うコストと、をそれぞれ含むものとして算出される。これらに加えて、別の要素をも含むように運用コストＥが算出されてもよい。例えば、利用予約の一部を拒否する結果、利用者から支払われる使用料金が減少してしまうことに伴うコストをも含むように、運用コストＥを算出するための式（１）を変更してもよい。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１０：カーシェアリングシステム
２０：ステーション
３０：電気自動車
１００：運用システム
１１０：料金提示部
１２０：予約入力部
１３０：結果送信部
１４０：充電計画作成部
１５０：コスト算出部
２１０：充電設備

Claims (13)

1. 特定のサービスエリア内に設けられた複数のステーション（２０）から、利用者の求めに応じて電気自動車（３０）の一時的な貸し出しを行うカーシェアリングサービス、の運用システム（１００）であって、
   前記ステーションは、前記電気自動車が貸し出されていない時間帯において、太陽光発電電力及び系統電力のいずれかを前記電気自動車に供給して充電を行うことのできる充電設備（２１０）を備えたものであり、
   利用者から、前記電気自動車の利用予約が入力される予約入力部（１２０）と、
   前記利用予約に対応可能であるか否かを示す予約結果を、利用者に送信する結果送信部（１３０）と、
   前記ステーションにおいて前記電気自動車の充電が行われる予定の時間帯を、前記電気自動車のそれぞれについて示す充電計画、を作成する充電計画作成部（１４０）と、
   少なくとも、それぞれの前記ステーションから前記電気自動車に供給可能な前記太陽光発電電力の予測に基づいて、カーシェアリングサービスの運用コストを算出するコスト算出部（１５０）と、を備え、
   前記充電計画作成部は、前記コスト算出部により算出される前記運用コストが、与えられた条件の下で最も小さくなるように前記充電計画を作成するものであって、
   前記利用予約が利用者から新たに入力されたときには、
   前記充電計画作成部は、当該利用予約に対応した場合における前記充電計画を新たに作成し、
   前記結果送信部は、当該充電計画に対応して算出された前記運用コストが所定の受付条件を満たさなかった場合には、前記利用予約には対応不可能である旨の前記予約結果を利用者に送信する運用システム。
2. 前記運用コストは、
   前記利用予約に対応するために、互いに異なる前記ステーションの間で前記電気自動車を予め移動させておく作業、に要する再配車コストをも含むものとして算出される、請求項１に記載の運用システム。
3. 前記運用コストは、
   系統電力を前記電気自動車に供給して充電を行うのに要する系統充電コストをも含むものとして算出される、請求項１に記載の運用システム。
4. 前記受付条件とは、
   前記予約入力部に入力された新たな前記利用予約、に対応することによる前記運用コストの増加量が、所定の閾値以下に収まるという条件である、請求項１に記載の運用システム。
5. 前記受付条件とは、
   前記予約入力部に入力された新たな前記利用予約、に対応した場合における前記運用コストの値が、所定の閾値以下に収まるという条件である、請求項１に記載の運用システム。
6. 前記充電計画作成部は、現時点におけるそれぞれの前記電気自動車の蓄電量に基づいて前記充電計画を作成する、請求項１に記載の運用システム。
7. 前記充電計画作成部は、カーシェアリングサービスの終了時点におけるそれぞれの前記電気自動車の蓄電量が、所定の目標蓄電量に一致するように前記充電計画を作成する、請求項１に記載の運用システム。
8. 前記充電計画作成部は、
   カーシェアリングサービスの運用中において、それぞれの前記電気自動車の蓄電量が常に所定範囲に収まるように前記充電計画を作成する、請求項１に記載の運用システム。
9. 前記所定範囲は、時間帯によって異なる範囲となるように設定されている、請求項８に記載の運用システム。
10. 前記予約入力部に新たな前記利用予約が入力されたときには、
    前記充電計画作成部は、それよりも前に入力されていた既存の前記利用予約に対する前記電気自動車の割り当てを変更しないという制約の下で、前記充電計画を作成する、請求項１に記載の運用システム。
11. 前記充電計画作成部が前記充電計画を作成する際には、
    それぞれの前記利用予約にどの前記電気自動車３０を割り当てるのかを示す車両割当計画、もあわせて作成される、請求項１に記載の運用システム。
12. 前記充電計画作成部が前記充電計画を作成する際には、
    カーシェアリングサービスが行われている期間の各時刻において、それぞれの前記電気自動車３０がどの位置に存在するのかを示す車両位置計画、もあわせて作成される、請求項１に記載の運用システム。
13. 前記予約入力部に前記利用予約が入力される際に、前記電気自動車を使用するために支払われるべき利用料金を利用者に提示する料金提示部（１１０）を更に備え、
    前記料金提示部は、
    前記再配車コストが抑制されるような経路で前記電気自動車が使用される場合の前記利用料金を、それ以外の場合における前記利用料金よりも低廉な料金として提示する、請求項２に記載の運用システム。

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