JP2018133844A - Ev充放電制御装置 - Google Patents

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丸山 龍也
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広考 高橋
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勉 河村
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Abstract

【課題】個々のEVの運用制約を加味した充放電計画を作成する。
【解決手段】
EV充放電制御装置101は、列車108の回生電力を複数のEV104に充放電する計画を作成する。EV充放電制御装置101は、EV総蓄電容量予測部202およびEV増加蓄電量予測部203と、補正部207と、充放電計画作成部211とを有する。EV総蓄電容量予測部202およびEV増加蓄電量予測部203は、複数のEV104のうちの駐車場102に駐車中の各EV103のEV総蓄電容量およびEV増加蓄電量を予測する。補正部207は、ユーザが駅に入場したときのユーザ駅入場情報と時刻表とに基づいて、前記EV総蓄電容量予測部202およびEV増加蓄電量予測部203が予測した予測結果を補正する。充放電計画作成部211は、充放電計画作成部211は、補正部207が補正した予測結果と列車回生電力予測とに基づいて、EV104の充放電計画210を作成する。
【選択図】 図2

Description

列車の回生電力を利用するためのEV充放電装置および方法に関する。
列車の回生電力を電気自動車(Electric Vehicle、以下EV)の充電に利用する技術が、特許文献1に記載されている。この特許公報1には、「電気鉄道用の電力供給系統のき電線からの直流電力で、電気自動車に搭載された動力用の蓄電装置を充電する。ここに、き電線と蓄電装置とは、充電ステーションに設けられた給電端子と電気自動車に取り付けられた受電端子部とを電気的に接続することにより、接続される」と記載されている。
特開2012−080628号公報
例えば、エネルギー資源の節約や環境問題への対応のために、省エネを実現することは、世界的に重要な課題である。運輸部門である鉄道会社でも、消費エネルギーの削減が進められている。列車走行に係る電力の削減は、ブレーキ時に発生するエネルギーを加速中の他の列車で使う回生電力の利用によって行われてきた。しかし、ブレーキ時と重なるタイミングで加速中の他の列車が存在しないと、回生利用ができずに、機械ブレーキが発生する熱として捨てなければならない。従って、回生電力の有効活用に向けた駅ビルへの融通および蓄電池の利用が新たに実施されつつある。
こうした動きの一環で、蓄電池に係るコスト削減のため、例えば、駅周辺の駅レンタカーまたは駐車場に駐車中のEVを活用しようとする動きがある。しかし、駐車中のEVは、出庫および入庫するため、利用状況に応じて総蓄電容量および総蓄電量が変化する。従って、EVを有効活用するためには、駐車場への出入り、特に総未充電量が減る出庫情報を正確に予測しなければならない。
さらに、駐車中のEVを蓄電池として利用する際には、充放電による電池劣化に伴うユーザメリットを補うべく、例えば、満充電返却サービスが実施される。このサービスでも、ユーザが戻ってくる前に満充電するためには、個々のEVの出庫時刻を正確に知る必要がある。
特許文献1には、EVへの急速充電の観点から、電気鉄道用の直流き電線を使用することによって、回生電力の失効を防ぐ基本的な方法が記載されている。この特許文献1には、回生電力を受け取るEVを蓄電池として、駅舎または駅ビルで使用するための具体的な充放電計画の立案方法については記載されていない。
そこで、本発明の目的は、個々のEVの運用制約を加味した充放電計画を作成することにある。
上記課題を解決するため、本発明のEV充放電制御装置は、列車の回生電力を複数のEVに充放電する計画を作成する。EV充放電制御装置は、蓄電予測部と、補正部と、充放電計画作成部とを有する。蓄電予測部は、複数のEVのうちの充電スタンドに駐車中の各EVの総蓄電容量および増加蓄電量を予測する。補正部は、ユーザが駅に入場したときのユーザ駅入場情報と、時刻表とに基づいて、前記蓄電予測部が予測した予測結果を補正する。充放電計画作成部は、補正部が補正した予測結果と、前記列車の回生電力を予測した列車回生電力予測とに基づいて、EVの充放電計画を作成する。
本発明によれば、EVの出庫時間を正確に把握することができ、個々のEVの運用制約を満たす充放電計画を立案することが可能となる。
実施例1に係るEV充放電制御装置を含むハードウェアの全体構成の一例を示す。 実施例1に係るEV充放電制御装置の構成の一例を示す。 実施例1に係る駐車EV情報の一例を示す。 実施例1に係る予測結果の一例を示す。 実施例2に係るEV充放電制御装置の構成の一例を示す。 実施例3に係るEV充放電制御装置の構成の一例を示す。 実施例4に係る駐車EV情報の他の例を示す。
幾つかの実施例を、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本実施例に係るEV充放電制御装置101を含むハードウェアの全体構成の一例を示す。
EV充放電制御装置101は、破線で示した通信回線を介して、例えば、駅周辺の「充電スタンド」としての駐車場102内の各充電器103と通信する。これにより、EV充放電制御装置101は、各充電器103による各EV104への充放電を制御する。実線は電線である。各充電器103は、駐車中の各EV104と電気的に接続可能であり、例えば、駅ビルや駅設備等の駅施設105と、基幹系統106とに電気的に接続されている。列車108への電力供給と、系統側とを同条件とするため、それらの間は変換装置107を介して電気的に接続されている。列車108から生じた使い切れない回生エネルギーは、変換装置107で電圧が調整され、駅施設105およびEV充電器103で利用される。
図2は、本実施例に係るEV充放電制御装置101の構成の一例を示す。
EV充放電制御装置101は、「蓄電予測部」としてのEV総蓄電容量予測部202およびEV増加蓄電量予測部203と、EV下限蓄電量予測部204と、補正部207と、EV充放電計画作成部211とを備える。
EV総蓄電容量予測部202は、駐車EV情報201に基づいて、EV総蓄電容量を予測する。EV増加蓄電量予測部203は、駐車EV情報201に基づいて、EV増加蓄電量を予測する。EV下限蓄電量予測部204は、EV104が駐車場102から出庫するために、EV104に最低残しておくべき蓄電量を予測する。補正部207は、ユーザ駅入場情報205と、ユーザEV情報206と、時刻表212と、ユーザ戻り予告時刻情報213とに基づいて、前記EV総蓄電容量と、EV増加蓄電量と、EV下限蓄電量との各々の予測結果を修正する。EV充放電計画作成部211は、補正部207が補正した予測結果と、駅施設電力デマンド208と、列車回生電力予測209とに基づいて、EV充放電計画210を作成する。
図3は、本実施例に係る駐車EV情報201の一例を示す。
以下、駐車EV情報201に含まれる各構成要素について、詳細に説明する。
駐車EV情報201は、各時刻毎の駐車場102に駐車中の全てのEV104の実績データである。
この実施例の駐車EV情報201には、各時刻と、各時刻毎のEV台数と、駐車場102から出庫するEV104の出庫台数と、EV総蓄電容量と、EV増加蓄電量とが表されている。なお、総蓄電容量は、蓄放電が可能な電池としての全体量であり、増加蓄電量は、駐車場102に新たに入庫したEV104によって増加した貯蔵電力量である。各EV104は、入庫時の貯蔵電力量が異なるため、増加蓄電量をEV台数とは分けて記録する。これらの例は、1時間毎のデータである。本実施例では、これに限らず、時間の間隔は、例えば、10分毎や30分毎でも良い。さらに、実績データを用いた予測データの向上のために、例えば、日付に関する情報(平日または休日)や、天候に関する情報(雨天・晴天)を含めても良い。
図4は、EV総蓄電容量予測部202と、EV増加蓄電量予測部203と、EV下限蓄電量予測部204とによって得られる予測結果の一例を示す。
図4において、符号401は、駐車場102に駐車中の全EV104のEV総蓄電容量の予測結果を示す。この値は、図3で示したEV総蓄電容量の実績データに基づいて、EV総蓄電容量予測部202が求める。求め方としては、過去の同時刻の実績データから重み付き平均値を求めるか、あるいは、例えば、日時や曜日等の情報に基づいて近い実績データを参照して部分的な重み付き平均を求めるMBR(Memory Based Reasoning)等の既存の各種統計手法を利用する。符号402は、駐車場102に新たに入庫したEV104によって増加した増加蓄電量の予測結果を示す。この値は、図3で示したEV増加蓄電量のデータに基づいてEV増加蓄電量予測部203が求める。求め方は、EV総蓄電容量予測部202と同様に統計手法を用いて求める。符号403は、各時刻に駐車場102から出庫する各EV104をフル充電した場合の総電力量の予測結果を示す。この値は、駐車場102に駐車中の各EV104をフル充電で出車させるために、全体として少なくとも残っていなければならない下限蓄電量を表わす。駐車中のEV104への充電は、ユーザのEV104を蓄電池利用する際の劣化に対する見返りとして、フル充電で返却することが想定される。本実施例では、これに限らずに、必ずしもフル充電でなくとも良い。なお、これらの予測は、例えば、一日毎等のEV充放電計画210の対象期間毎に実施する。
以上の予測結果を用いることによって、蓄電池としての各EV104の総蓄電容量と、時間毎に増加する増加蓄電量と、各時刻に最低限必要な蓄電量とを含むEV充放電計画210を作成する上での各々の制約が分かる。従って、EV充放電計画210は、それらの制約を満たすEV充放電計画210を立案することが可能となる。
EV充放電計画作成部211は、電力の使用先である駅施設電力デマンド208の情報と、列車運行系で使用しきれずに送電される列車回生電力量を予測した列車回生電力量予測209のデータとに基づいて、EV充放電計画210を立案する。以下に、予測結果に基づいたEV充放電計画210に関する制約式を示す。
電力の需給関係を表わす式は、以下の数1で表わされる。
ここで、tは時刻、ebuyは基幹系統106からの買電量、etrainは変換装置107を介して送電される列車回生電力量、euseは駅施設105で消費する電力量、eto_evはEV104に貯蔵される電力量を表わす。eto_evが負の場合は、EV104からの放電量を表す。
蓄電池としてのEV104の貯蔵電力量の変化を表わす式は、以下の数2で表わされる。
ここで、EevはEV104を蓄電池とした場合の総蓄電量、eev_plusは駐車場102に新たに入庫したEV104によって増加した貯蔵電力量の増加分(増加蓄電量)を表わす。
さらに、出庫するEV104のために、最低限の貯蔵電力量を残しておく制約は、以下の数3で表わされる。
ここで、Eev_minは、EV104に貯蔵しておくべき最低貯蔵電力量を表わす。
最後に、EV104の性能上、貯蔵電力量を留めておく制約は、以下の数4で表わされる。
ここで、Eev_maxは、EV104に貯蔵可能な最高貯蔵電力量を表わす(EV総蓄電容量)。
これらの制約に基づいて、数5のコストの例で示す目的関数が小さくなるように、EV充放電計画210を求める。なお、目的関数としてコストを例とした。本実施例では、これに限らず、例えば、温室効果ガス排出量など、その他の値を用いても良い。
ここで、peは、各時刻における買電単価を表わす。
EV充放電計画210の立案方法は、例えば、買電単価が安い時刻に発生した回生電力を、発電単価が高い時刻に優先的に振り分けるルールベースを用いても良い。より高い効果を出したい場合は、例えば、線形計画法やPSO等のヒューリスティック手法の最適化手法を用いても良い。
以上説明した通り、EV104が出庫する時刻は、不確定であるため、この構成だけでは、出庫で必要となる蓄電量を多めに見積もっておく必要が生じ、EV104の蓄電池としての活用可能量が減少してしまう。そのため、補正部207が予測結果の補正を行う。まず、駅周辺の駐車場102にEV104を停めてその周辺を巡るユーザに対して、補正部207は、ユーザが駐車場102に戻る時刻を予告したユーザ戻り予告時刻情報213を入力してもらうことによって、該当のEV104が出庫する時刻を決定する。なお、ユーザ戻り予告時刻情報213は、ユーザが所有する携帯端末から入力および変更可能としても良い。
さらに、パークアンドライドで駅周辺の駐車場102にEV104を停めて列車108で出かけるユーザに対して、補正部207は、ユーザが帰路の駅に入場したときのユーザ駅入場情報205と、ユーザがどのEV104を所有しているかを示すユーザEV情報206と、時刻表212とを取得する。ユーザが駅に入った情報は、例えば、駅に入場する際のICカードの情報に基づいて取得する。ユーザが帰路の駅に入場したことが分かれば、時刻表212に基づいてそのユーザがEV104を駐車した駐車場102の最寄り駅まで戻ってくる時間を予想できる。以上に基づいて、EV104が出庫するおよそ30分以上前には、その時刻を予想することが可能となる。なお、ユーザが別の駅で降りた場合は、同様にその情報を利用することによって、再度、ユーザが駅に戻るまでEV出庫時刻の変更を止める。
以上の処理を行うことによって、数時間以内のEV104の出庫で必要となる蓄電量をほぼ正確に把握することができる。こうして得られた各種予測時刻の情報に基づいて、EV充放電計画作成部211は、前述したようにEV充放電計画210を作成する。EV充放電計画210では、EV104全体としての充放電量の他に、出庫の時期が近いと考えられるEV104を優先的にフル充電となるように充電する。
これにより、EV104の出庫時間を正確に把握することができ、EV104の蓄電池としての活用可能量を減らすことなく、効果的に運用することが可能となる。なお、この予測結果の補正処理および再計画の時間間隔は任意である。
さらに、補正部207は、ユーザが所有する各EV104のユーザEV情報206に基づいて、EV総蓄電容量予測部202およびEV増加蓄電量予測部203が予測した予測結果を補正するので、駐車場102内にユーザ毎に異なるEV104が入庫したとしても、EV104毎の蓄電容量を取得することができる。
さらに、補正部207は、ユーザが駐車場102に戻る時刻を予告したユーザ戻り予告情報213に基づいて、EV総蓄電容量予測部202およびEV増加蓄電量予測部203が予測した予測結果を補正するので、ユーザが駐車場102に戻る時間を予測する精度が高まる。
図5は、実施例2に係るEV充放電制御装置101の構成の一例を示す。
本実施例のEV充放電制御装置101は、実施例1の構成(図2)とは、補正部207が列車運行情報501を取り込んでいる点が異なる。実施例1では、EV104の駐車後に列車108で出かけたユーザに対して、帰路の駅での入場時刻に基づいて時刻表212からEV104の出庫時刻を求めているので、何らかの原因で列車運行に遅延や運休が生じた場合、ユーザの戻り時刻を早めに見積もってしまう。列車運行情報501は、時刻表212の通りの運行とはならなくなった場合に、その情報を補正部207に与える。ユーザがEV104を駐車した駐車場102の最寄り駅に戻る時刻が分かった場合は、その情報を補正部207に与え、例えば、事故処理中等で駅戻り時刻が不明な場合は、当面ユーザが戻ってこないことを示す情報を補正部207に与える。
以上により、列車運行が時刻表212の通りに動かない場合でも、EV104が出庫する時刻を正確に評価することによって、EV104の蓄電池としての活用可能量を減らすことなく、効果的に運用することが可能となる。
図6は、実施例3に係るEV充放電制御装置101の構成の一例を示す。
本実施例では、駅施設105に熱電設備がある場合に、その熱電設備の運転計画を加味したEV充放電計画210を決定する。熱電設備とは、熱源設備と発電設備とを合わせた総称である。具体的には、熱源設備は、例えば、遠心冷凍機、吸収冷凍機、ボイラ等であり、冷熱や温熱を供給する設備である。発電設備は、例えば、モノジェネレーションまたはコジェネレーション等のガス発電機である。
本実施例のEV充放電制御装置101は、実施例1の構成(図2)とは、EV充放電計画作成部211で取り込む情報に関して、駅施設電力デマンド208が駅施設熱電デマンド601に置換されている点と、駅施設熱電設備情報602が追加となっている点とが異なる。
EV充放電計画作成部211は、実施例1で述べたEV充放電計画210に、従来の熱電設備の運転計画の最適化を加えたものを作成する。熱電設備を含めた具体的な制約式の変化を以下に示す。数1の電力受給制約は、以下の数6となる。
ここでegeneは、発電機の発電量を表わす。
さらに、目的関数は、数5が以下の数7となる。
ここで、pは各時刻におけるガス購入単価を、Fbuyはガス購入量を表わす。蓄電量についての数2〜数4については、実施例1の場合と同様である。さらに、例えば、熱電設備の運転計画で必要となる冷温水や蒸気等の需給の一致や、熱電設備の運転継続時間等の通常熱電設備の運転計画で用いられる制約が追加で含まれても良い。これらの制約に基づいて、実施例1の場合と同様に、ルールベースを用いたり、あるいは、例えば、線形計画法やPSO等のヒューリスティック手法等の最適化手法を用いても良い。これによって、駅施設105に熱電設備がある場合に、その熱電設備の運転計画を加味したEV104のEV充放電計画210を作成することが可能となる。
図7は、実施例4に係る駐車EV情報201の一例を示す。
本実施例の駐車EV情報201は、駐車場102に駐車中のEVがレンタルされるEV104の情報である点が、実施例1の構成と異なる。この実施例では、各時刻と、各時刻毎のEV台数と、貸出によるEV104の出庫台数と、EV総蓄電容量と、EV増加蓄電量とが表されている。これにより、レンタルされるEV104の出庫時間を正確に把握することができ、個々のEV104の運用制約を満たすEV充放電計画210を立案することが可能となる。さらに、レンタルされるEV104を駐車する駐車場と、ユーザが所有するEV104を駐車する駐車場102との両方を設けることによって、各々でピークが異なるEV総蓄電容量およびEV増加蓄電を分散させることができる。
なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計することによってハードウェアで実現しても良い。上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによってソフトウェアで実現しても良い。各機能を実現するプログラム、テーブル、およびファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、およびSSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、およびDVD等の記録媒体に置くことができる。
101…EV充放電制御装置
102…駐車場
104…EV
105…駅施設
108…列車
201…駐車EV情報
202…EV総蓄電容量予測部
203…EV増加蓄電量予測部
205…ユーザ駅入場情報
206…ユーザEV情報
207…補正部
208…駅施設電力デマンド
209…列車回生電力予測
210…EV充放電計画
211…EV充放電計画作成部
212…時刻表
213…ユーザ戻り予告時刻情報

Claims (8)

  1. 列車の回生電力を複数の電気自動車(EV)に充放電する計画を作成するEV充放電制御装置にあって、
    前記複数のEVのうちの充電スタンドに駐車中の各EVの総蓄電容量および増加蓄電量を予測する蓄電予測部と、
    ユーザが駅に入場したときのユーザ駅入場情報と、時刻表とに基づいて、前記蓄電予測部が予測した予測結果を補正する補正部と、
    前記補正部が補正した前記予測結果と、前記列車の回生電力を予測した列車回生電力予測とに基づいて、前記EVの充放電計画を作成する充放電計画作成部と
    を有するEV充放電制御装置。
  2. 前記蓄電予測部は、更に、
    前記充電スタンドに駐車中の各EVの駐車EV情報に基づいて、前記総蓄電容量および前記増加蓄電量を予測する、
    請求項1に記載のEV充放電制御装置。
  3. 前記補正部は、更に、
    前記ユーザが所有する各EVのユーザEV情報に基づいて、前記蓄電予測部が予測した前記予測結果を補正する、
    請求項1または2に記載のEV充放電制御装置。
  4. 前記補正部は、更に、
    前記ユーザが駐車場に戻る時刻を予告するユーザ戻り予告時刻情報に基づいて、前記蓄電予測部が予測した前記予測結果を補正する、
    請求項1乃至3の何れか一項に記載のEV充放電制御装置。
  5. 前記補正部は、更に、
    列車運行情報に基づいて、前記蓄電予測部が予測した前記予測結果を補正する、
    請求項1乃至4の何れか一項に記載のEV充放電制御装置。
  6. 前記充放電計画作成部は、更に、
    駅施設の駅施設電力デマンドに基づいて、前記充放電計画を作成する、
    請求項1乃至5の何れか一項に記載のEV充放電制御装置。
  7. EV充放電計画作成部は、更に、
    駅施設の駅施設熱電デマンドと、前記駅施設に電力および熱を供給する駅施設熱電設備情報とに基づいて、前記充放電計画を作成する、
    請求項1乃至5の何れか一項に記載のEV充放電制御装置。
  8. 列車の回生電力を複数のEVに充放電する計画を作成するEV充放電制御方法であって、
    前記複数のEVのうちの充電スタンドに駐車中の各EVの駐車EV情報に基づいて、当該EVの総蓄電容量および増加蓄電量を予測し、
    ユーザが駅に入場したときのユーザ駅入場情報と、時刻表とに基づいて、前記予測した予測結果を補正し、
    前記補正した前記予測結果と、前記列車の回生電力を予測した列車回生電力予測とに基づいて、前記EVの充放電計画を作成するEV充放電制御方法。

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116029329A (zh) * 2023-02-15 2023-04-28 武汉工程大学 一种焦虑里程值预测方法、装置、系统以及存储介质

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