JP2019033629A - 電力制御方法、制御装置、充電システム及びプログラム - Google Patents

電力制御方法、制御装置、充電システム及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】設備稼働率と収益性の向上を可能にする二次電池を併設した充電スタンドの電力制御方法を提供する。【解決手段】二次電池を備える充電設備において、二次電池に蓄電した電力を他装置へ供給して他装置を充電する。また、当該他装置の充電を行う期間以外の二次電池への補充電を行う時間帯に、電力系統から受電可能な瞬時電力の最大値から二次電池への補充電に割り当てる電力を差し引いた値以下の電力を計算し、計算した電力をアンシラリサービスに提供する電力制御方法。【選択図】図1

Description

本発明は、充電装置に併設された二次電池の電力制御方法、制御装置、充電システム及びプログラムに関する。
電気自動車を急速充電する充電スタンドには、内燃機関を動力とする自動車の給油時間とそん色ない充電時間を実現するため、50kW以上の電力供給能力が求められる。高圧受電設備が設けられた充電スタンドでは、充電器から電気自動車へ50kW以上の電力を供給することができる。しかしながら、高圧受電設備は、設置コストや運用コストが高くなってしまうという問題がある。そこで、低圧受電設備しかない場合や、高圧受電設備の容量の増加を抑えながら電気自動車を急速充電できるよう、充電スタンドに二次電池を併設し、低圧受電設備で受電した電力を二次電池に蓄電しておき、電気自動車の充電時に二次電池に蓄電された電力を放電して、充電器から電気自動車へ50kW以上の電力を供給する方法が提案されている。
例えば、特許文献1には、設備用二次電池を併設した電気自動車向けの充電器について開示されている。通常時は、この充電器を利用して、系統からの電力を低電流で安定的に設備用二次電池に蓄え、電気自動車に充電する際には、充電器が設備用二次電池から直流電力を取出し、電気自動車に搭載された二次電池へ充電を行う。特許文献1に記載の充電設備によれば、設備用二次電池に蓄電された電力を利用することにより、急速充電を実現することができる。また、充電器を、設備用二次電池と負荷の二次電池の充電に共用することで設備効率を高めることができる。
ところで、二次電池は充電率(SOC)を高く保つと劣化がすすみ易く、これを避けるためにSOCを低く抑えると電気自動車への充電速度が低下したり、複数の電気自動車に対して連続して充電する場合などに蓄電容量が不足する可能性がある。また、容量不足を解消しようとすると、二次電池の容量が過大になる。
特許第3211323号公報
さらに、充電スタンドに併設された二次電池は、電気自動車の充電時以外の時間は、SOCを元に戻す動作をするだけであるため、設備の利用率が低くなるという課題がある。これに対し、電気自動車への充電需要に対する蓄電容量の要求を満たしながら、二次電池の設備稼働率を向上させ、さらに採算性を向上させる制御方法が求められている。
そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる電力制御方法、制御装置、充電システム及びプログラムを提供することを目的としている。
本発明の一態様は、二次電池を備える充電設備の制御装置がアンシラリサービス向けの電力を制御する電力制御方法であって、電力系統から受電した電力を用いて前記二次電池に充電する時間帯を特定し、該時間帯における前記二次電池の充電に必要な第1の電力を算出するステップと、前記電力系統から受電可能な瞬時電力の最大値である第2の電力を特定するステップと、前記第2の電力から前記第1の電力を差し引いた電力を算出するステップと、前記差し引いた電力の範囲内の電力をアンシラリサービスに用いることを決定するステップと、を有する電力制御方法である。
本発明の一態様によれば、前記電力制御方法は、前記電力系統を管理するサーバから、前記制御装置が前記電力系統の電力の過不足に係る情報を取得するステップと、前記電力系統で電力が不足している場合、前記差し引いた電力の範囲内の電力を前記電力系統に放電させるステップと、を有する。
本発明の一態様によれば、前記電力制御方法は、前記電力系統を管理するサーバから、前記制御装置が前記電力系統の電力の過不足に係る情報を取得するステップと、前記電力系統で電力が余剰な場合、前記差し引いた電力の範囲内の電力を前記二次電池に充電させるステップを有する。
本発明の一態様によれば、前記電力制御方法は、前記二次電池に蓄電した電力を充電対象である他装置へ供給し他装置の充電を行う期間以外の時間帯に、前記第1の電力の前記二次電池への充電と前記差し引いた電力の範囲内の電力の前記電力系統への充放電を行う充放電ステップを有する。
本発明の一態様によれば、前記電力制御方法は、前記充電設備で必要とされる前記他装置の充電に要する電力量と、その電力量が必要となる時間とを予測する電力需要予測ステップと、前記予測に基づいて前記二次電池の充電について計画情報を作成する計画情報作成ステップと、を有し、前記充放電ステップでは、当該計画情報に基づいて前記第1の電力の前記二次電池への充電を行い、当該充電を行う時間帯に前記差し引いた電力の範囲内の電力を前記電力系統との間で充放電させる。
本発明の一態様によれば、前記電力制御方法における前記他装置は、電気自動車であって、前記電力需要予測ステップでは、電気自動車が搭載する電池の残量と、前記電気自動車の走行パターンに基づいて、前記充電設備が前記電気自動車に供給すべき電力量と、前記電気自動車が充電のために前記充電設備に到来する時間とを予測する。
本発明の一態様によれば、前記電力制御方法における前記計画情報作成ステップでは、予測した前記電力量が必要となる時間までに当該電力量が充電済みで、かつ、当該充電に係る電力が所定の値以下となるように前記計画情報を作成する。
本発明の一態様によれば、前記電力制御方法は、前記電力系統から調達する電力の価格を予測する電力価格予測ステップ、をさらに備え、前記計画情報作成ステップでは、前記電力の価格の予測に基づいて、前記価格が安いときに前記二次電池へ充電する電力量を増加させ、前記価格が高いときに前記二次電池へ充電する電力量を減少させる前記計画情報を作成する。
本発明の一態様によれば、前記電力制御方法は、複数の前記充電設備において、各々の前記充電設備が備える前記二次電池への充電の計画情報と、各々の前記充電設備において前記他装置への充電を行う時間帯の情報とを取得するステップと、複数の前記充電設備について、それぞれの前記充電設備において電力系統から受電可能な瞬時電力の最大値から当該充電設備が備える前記二次電池への充電に割り当てる電力を差し引いた値を、全ての前記充電設備について合計するステップと、該合計した値以下の範囲内の電力を前記電力系統との間で充放電させるステップと、を有する。
本発明の一態様によれば、二次電池を備える充電設備の制御装置であって、電力系統から受電した電力を用いて前記二次電池に充電する時間帯を特定し、該時間帯における前記二次電池の充電に必要な第1の電力を算出し、前記電力系統から受電可能な瞬時電力の最大値である第2の電力を特定し、前記第2の電力から前記第1の電力を差し引いた電力を算出し、前記差し引いた電力の範囲内の電力をアンシラリサービスに用いることを決定する、制御装置である。
本発明の一態様は、上記の制御装置と、二次電池を備えた充電設備と、を備え、前記制御装置は、前記二次電池に蓄電した電力を充電対象である他装置へ供給し他装置の充電を行い、前記他装置を充電する期間以外の時間帯に、前記第1の電力の前記二次電池への充電と前記差し引いた電力の範囲内の電力を前記電力系統との間での充放電させる、充電システムである。
本発明の一態様は、二次電池を備える充電設備の制御装置のコンピュータを、電力系統から受電した電力を用いて前記二次電池に充電する時間帯を特定し、該時間帯における前記二次電池の充電に必要な第1の電力を算出する手段、前記電力系統から受電可能な瞬時電力の最大値である第2の電力を特定する手段、前記第2の電力から前記第1の電力を差し引いた電力を算出する手段、前記差し引いた電力の範囲内の電力をアンシラリサービスに用いることを決定する手段、として機能させるためのプログラムである。
本発明によれば、充電システムの稼働率および採算性を向上させることができる。
本発明に係る一実施形態における充電システムの構成例を示す第1の図である。 本発明に係る一実施形態における充電システムの構成例を示す第2の図である。 本発明に係る一実施形態における充電システムの制御装置の一例を示す機能ブロック図である。 本発明に係る一実施形態における電力制御方法を説明する図である。 本発明に係る一実施形態における制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。 本発明に係る一実施形態における複数の充電システムによる電力制御方法を説明する図である。 本発明に係る一実施形態における複数の充電システムによる処理の一例を示すフローチャートである。 本発明に係る制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
<実施形態>
以下、本発明の一実施形態による充電システムの電力制御方法について図1〜図8を参照して説明する。
図1は、本発明に係る一実施形態における充電システムの構成例を示す第1の図である。図1に示すように本実施形態の充電システム1は、充電設備20と、制御装置30と、を含む。また、充電システム1は、電力系統10と、電気自動車(EV:Electric Vehicle)40と、電力会社管理サーバ50と、接続されている。
充電設備20は、EV40の充電スタンドに設けられた充電設備であって、電力系統10から交流電力を受電し、これを直流電力に変換してEV40へ供給し、EV40の搭載する二次電池41を充電する。充電設備20は、変換器21と、充電器22と、二次電池23とを備える。変換器21は、例えば10kW程度の電力を受電し、直流電力に変換する。変換器21で変換された直流電力は、二次電池23へ供給され、二次電池23を充電(補充電)する。なお、変換器21での受電能力は、0〜50kWであればよいが、以下、一例として変換器21が10kWの電力を受電しこれを直流に変換するとする。また、二次電池23の補充電のために変換器21は、10kWよりさらに低い電力(例えば1〜2kW)を安定的に受電して、時間をかけて緩やかに補充電を行う。これにより、電力系統10に負担をかけずに補充電を行うことができ、また高圧の電力よりも安価に電力を調達することができる。
また、本実施形態では、二次電池23に補充電を行う一方で、二次電池23が有する余剰の充放電能力、変換器21が有する余剰の受電能力(容量)をアンシラリサービスへ提供することにより、設備の利用率を向上させる。ここで、アンシラリサービスとは、系統電力の安定化のために、系統の瞬間的な不足電力を補ったり、瞬間的な余剰電力を引き取ったりするサービスのことをいう。電力会社や電力系統10の管理者、電力アグリゲータ等が供給する系統電力は、30分間の平均や総量では、計画通りであるが、より短い時間に注目すると、例えば、ある30秒間は、計画より不足したり、逆に過剰になったりと変動が生じる。充電システム1の運営会社は、電力会社と、瞬間的な電力の過不足を調整する(アンシラリサービス)ために二次電池23を提供することについて契約を行う。契約を行うと、電力会社管理サーバ50は、短い時間の系統電力の過不足に基づいて、これを調整するための電力の調整指示情報を、制御装置30に送信する。充電設備20は、この調整指示情報に基づいて、系統電力が不足したときには、二次電池23が蓄電した電力を放電してこれを補う。逆に系統電力が多すぎる場合には、二次電池23が余剰分を引き取る、つまり二次電池23に充電することにより、系統電力の安定化に寄与する。充電システム1の運営会社は、系統電力の安定化(アンシラリサービス)のために二次電池23に充放電を行った電力量や取引を行った時間帯の(系統電力の)電力調達価格などに応じて、電力会社からアンシラリサービスに協力したことに対する対価を得る。
また、EV40が充電スタンドに到来し、EV40が充電設備20に接続され、EV40が備える二次電池41の充電を行うときは、変換器21で変換された直流電力は、EV40の二次電池41へ供給され、二次電池41を充電する。一般に、電気自動車への充電には、一般家庭の例えば単相100V電源などに接続して長時間(例えば6時間以上)かけて充電を行う普通充電、充電スタンドにて50kWの大電力で短時間(30分など)に充電する急速充電があるが、本実施形態の充電設備20では、電力系統10から受電した10kWの電力に加え、二次電池23に蓄電された電力を40kWで充電器22へ供給する。充電器22はこれらを合計した50kWの電力を二次電池41へ供給してEV40の急速充電を実現する。このように二次電池23を備えた構成とすることで、変換器21の受電能力が10kW程度であっても、急速充電を行うことができる。
制御装置30は、充電設備20を制御する。例えば、制御装置30は、二次電池23の補充電を行いつつ、電力会社管理サーバ50から受信した調整指示情報に基づいて電力系統10に対する充放電制御を行う。また、EV40の急速充電時には、二次電池23から直流電力を取り出すとともに変換器21で変換した直流電力と合せて充電器22を介してEV40へ供給し、二次電池41の充電を行う。
図2は、本発明に係る一実施形態における充電システムの構成例を示す第2の図である。図2に本実施形態に係る充電設備の他の構成例(充電設備20a)を示す。図2に示すように、充電設備20aでは、変換器21aが、電力系統10から受電する電力のうち、二次電池23へ充放電する電力のみを変換する位置に設けられる。これにより、変換器21aの大容量化を抑えることができる。また、充電設備20aは、受電した電力を計測するセンサ24を備えていてもよい。センサ24は、例えば、電力計、または、電流計および電圧計である。
また、二次電池23の数は、図1、図2では1個であるが、複数であってもよい。なお、二次電池23が複数設けられている場合、図2の構成では、変換器21aは、複数の二次電池23ごとに設けられる。以下、図1の構成を例に本実施形態の充放電制御について説明を行う。
図3は、本発明に係る一実施形態における充電システムの制御装置の一例を示す機能ブロック図である。
図示するように制御装置30は、データ取得部301と、電力価格予測部302と、電力需要予測部303と、必要電力量算出部304と、補充電スケジュール作成部305と、充放電制御部306と、充電方式切替部307と、通信部320と、記憶部321と、を備える。
データ取得部301は、充電設備20の制御に必要な種々の情報を取得する。例えば、データ取得部301は、充電設備20が受電した電力の情報(瞬時電力の値)を、変換器21やセンサ24から取得する。また、データ取得部301は、電力会社管理サーバ50から送信された調整指示情報を取得する。また、データ取得部301は、系統電力の調達価格の予測に必要な情報を取得する。また、データ取得部301は、電力の需要量(EV40の充電に要する電力量)の予測に必要な情報を取得する。
電力価格予測部302は、未来における電力価格の推移を予測する。電力価格予測部302は、短期間(例えば1日ごと、1時間ごと等)の電力価格を予測する。例えば、電力価格予測部302は、電力価格の予測に、1日前の電力価格変動の実績データを用いてもよいし、発電手段に太陽光発電等が含まれている場合は、現在と類似する日照条件のときの電力価格の実績データを用いてもよい。
電力需要予測部303は、未来の所定期間(例えば1日ごと、1時間ごと等)におけるEV40の充電に要する電力量と充電設備20を訪れるEV40の到来時間とを予測する。例えば、電力需要予測部303は、EV40のSOC、走行パターン、位置情報等の情報から充電のために到来しそうなEV40を予測することによって電力需要の予測を行う。
必要電力量算出部304は、電力需要予測部303が予測したEV40への充電需要を満足させるために必要な二次電池23に蓄電する電力量の時系列データ(必要電力量のデータ)を作成する。
補充電スケジュール作成部305は、必要電力量算出部304が算出した必要電力量のデータが要求する電力量を下回らないように、また、調達する電力をなるべく安定して小容量に抑えつつ、電力調達価格の安い時間帯には多くの電力量を購入するような補充電スケジュールを作成する。また、EV40への充電需要が無いと予測される時間帯には、二次電池23の持つ電力の調整能力のうちアンシラリサービスに提供する(つまり、電力系統10との間で充放電する)電力を示した計画情報を作成する。
充放電制御部306は、二次電池23の充放電の制御を行う。二次電池23は、充放電制御部306から充電指示を受けた場合は充電を行い、放電指示を受けた場合は放電を行うよう構成されている。例えば、充放電制御部306は、補充電スケジュール作成部305が作成した補充電スケジュールに基づいて、変換器21を介して電力系統10から受電した電力を二次電池23へと補充電する。また、充放電制御部306は、調整指示情報に基づいて、二次電池23と電力系統10との間の充放電を、変換器21を介して行う。また、充放電制御部306は、EV40からの要求に応じて二次電池23が蓄電した電力と変換器21を介して電力系統10から調達した最大受電電力(本例では10kW)とを、充電器22を介して二次電池41へ放電する。
充電方式切替部307は、EV40に急速充電を行うか、非急速充電を行うかを切り替える。非急速充電とは、変換器21や二次電池23の能力の一部のみを利用して、二次電池41へ給電する充電方式である。制御装置30は、電力会社管理サーバ50からの調整指示情報に基づいて二次電池23の充放電を行うが、アンシラリサービスを提供することを契約している時間帯にEV40が充電をするために充電設備20を訪れる可能性がある。そのような場合、例えば、二次電池23から二次電池41への放電を行わず、変換器21が受電できる最大の電力のうち、アンシラリサービスの提供に影響が出ない範囲の電力を追加で調達し、充電器22を介して二次電池41へ供給し充電を行う。充電方式切替部307は、このような状況の時に急速充電を行うか非急速充電を行うかを選択する。
通信部320は他の装置との通信を行う。記憶部321は、補充電スケジュール等、種々の情報を記憶する。
図4は、本発明に係る一実施形態における電力制御方法を説明する図である。
図4に示すグラフの縦軸は、電力系統10からの受電電力の大きさ、横軸は時間を示している。
グラフLは、補充電スケジュール作成部305が作成した補充電スケジュールを示している。例えば、グラフLは、時刻0から時刻t1の間は、電力a1(kW)で二次電池23を補充電し、時刻t1から時刻t2の間は、電力a2(kW)で二次電池23を補充電する計画であることを示す。また、グラフLは、時刻t4から時刻t5の間は、補充電を行わず、その後、時刻t5から時刻t6の間は、電力a1(kW)で二次電池23を充電する計画であることを示す。
補充電スケジュール作成部305は、電力価格予測部302が予測した系統電力の調達価格と、電力需要予測部303が予測したEv40の充電予測と、必要電力量算出部304が算出した二次電池23に蓄電する必要がある電力量と、に基づいてグラフLを作成する。補充電スケジュール作成部305は、まず、電力系統10から受電した電力を用いて二次電池23に充電する時間帯を特定し、該時間帯における二次電池23の充電に必要な第1の電力を算出する。また、補充電スケジュール作成部305は、電力系統10から受電可能な瞬時電力の最大値である第2の電力(例えば10kW)を特定し、第2の電力から第1の電力を差し引いた電力を算出する。そして、補充電スケジュール作成部305は、前記差し引いた電力の範囲内の電力をアンシラリサービスに用いることを決定する。
例えば、補充電スケジュール作成部305は、電力の価格が安価であると予測できる時間帯に、より大きな電力で補充電を行うよう計画する。例えば、時刻0〜時刻t1の電力価格P1と、時刻t1〜時刻t2の電力価格P2と、時刻t2〜時刻t3の電力価格P3との関係が、P1>P2>P3の場合、補充電スケジュール作成部305は、時刻0〜時刻t1の補充電電力<時刻t1〜時刻t2の補充電電力<時刻t2〜時刻t3の補充電電力となるように補充電スケジュールを作成する。
また、例えば、補充電スケジュール作成部305は、Ev40の充電需要に基づいて、Ev40の充電中は補充電を行わないように補充電スケジュールを作成する。図4の例では、電力需要予測部303は、時刻t4〜t5の間(例えば15分間)はEv40が充電を行うと予測したことを示している。補充電スケジュール作成部305は、この予測に基づいて、時刻t4〜t5の補充電電力を0kWとするスケジュールを作成する。
また、例えば、補充電スケジュール作成部305は、必要電力量算出部304が算出した必要電力量のデータに基づいて、Ev40が到来して充電を行うと予測される時刻までに必要な電力量を二次電池23に補充電するようにスケジュールを作成する。図4の例では、時刻t4にEV40が充電を行うと予測されるため、その充電に必要な電力量を時刻t4までに充電しなければならない。また、時刻t5に充電が終了すると、次のEV40の充電に備えて、時刻t4〜t5までに二次電池41へ放電した電力量を回復しなければならない。補充電スケジュール作成部305は、必要電力量算出部304が算出した必要電力量のデータと、電力調達価格予測に基づいて、図4に例示する補充電スケジュール(グラフL)を作成する。なお、図4に示すように、補充電スケジュール作成部305は、電力系統10から受電可能な瞬時電力の最大値(10kW)未満の比較的小さい電力で補充電を行うようスケジュールする。補充電を行う時の電力を小さく抑えることで、系統電力の購入コストを低減し、また、変換器21の受電能力に余裕を持たせ、余剰分をアンシラリサービスへ割り当てることができる。なお、比較的小さい電力で補充電を行うようスケジュールするという点に関し、補充電を行う電力の最大値を予め定めておき、この電力以下で補充電を行うようにしてもよい。あるいは、電力調達価格が所定の範囲の金額に収まっている場合は、所定の電力以下で補充電を行い、電力調達価格が特別に安価になった場合には、この制限をとり除くようにしてもよい。または、アンシラリサービスへ提供する最低限の電力を定めておき、この電力が担保できる範囲で補充電に係る電力を決定してもよい。
また、補充電スケジュール作成部305は、二次電池23の劣化を防ぐためSOC(State Of Charge:充電率)が所定の範囲(例えば20〜80%など)に収まるように補充電スケジュールを作成する。このように二次電池23のSOCを制御することで、二次電池23の劣化を防ぐだけでなく、余剰分の充放電能力をアンシラリサービスに提供することができる。
また、補充電スケジュール作成部305は、作成した補充電スケジュールに基づいて、受電可能な瞬時電力の最大値(本例では10kW)から二次電池23への補充電に割り当てる電力を差し引いた値に基づいてアンシラリサービスに提供できる電力を算出し、アンシラリサービスに提供する電力の時系列のデータを作成する。図4に示す斜線部分の高さが、各時刻におけるアンシラリサービスに提供できる電力の最大値である。補充電スケジュール作成部305は、この情報に基づいて、電力会社と契約する例えば30分毎のアンシラリサービス提供電力を算出する。電力会社管理サーバ50は、契約した30分について、契約内容に含まれる瞬時電力の最大値以下の電力の調整を指示する調整指示情報を作成する。
充放電制御部306は、補充電スケジュール作成部305が作成したスケジュールに従って系統から購入した電力を、変換器21を介して直流電力に変換し、二次電池23へ補充電を行う。なお、電力会社等と充電システム1の運営会社とは、最大供給電力10kWで契約しており、充放電制御部306は、変換器21からの出力電圧等を調整して補充電電力の大きさを制御する。また、充放電制御部306は、電力会社管理サーバ50から送信された調整指示情報に従って、二次電池23と電力系統10との間の充放電の制御を行う。調整指示情報には、例えば、時刻XにY(kW)を電力系統10へ放電することを指示する情報が含まれている。充放電制御部306は、この指示に従って時刻Xに二次電池23からY(kW)を電力系統10へ放電する。
次に補充電スケジュール作成部305による補充電スケジュールの作成処理の流れについて説明する。
図5は、本発明に係る一実施形態における制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。
まず、データ取得部301が、充電設備20の周辺のEV40から位置情報、走行パターン、二次電池41のSOC等の情報を取得する。例えば、充電設備20が高速道路のサービスエリアやパーキングエリアに設けられている場合、データ取得部301は、高速道路上を走行するEV40(コネクテッドカー)の位置情報、走行パターンとして目的地情報と走行速度とアクセルワークなどの情報、SOC情報を、高速道路のコネクテッドカーと通信して取得する。電力需要予測部303は、これらの情報に基づいて、例えば、記憶部321に記録された過去に採取した数多くのEV40の走行実績情報と照合し、自装置(制御装置30)が制御する充電設備20に充電のために到来するEV40を特定し、充電需要を予測する(ステップS11)。例えば、電力需要予測部303は、到来すると予測したEV40毎の充電開始終了時刻、充電電力量を予測する。
また、コネクテッドカーではないEV40については、データ取得部301が、高速道路に入場した際にEV40の車載器と通信して取得したSOC情報や入場位置、入場時刻等の情報を取得する。電力需要予測部303は、例えば、これら高速道路入口での情報と、実際の充電行動実績(ある時刻に入場したEVがどの充電スタンドに立ち寄って充電を行ったかを記録したデータ)に基づいて構成されたデータベース(記憶部321に記録されている)を参照し、どの程度の数のEV40が充電のために到来するか、そのときの充電電力量、充電開始時刻等を予測する。
また、例えば、充電設備20が高速道路ではなく街路に設けられている場合、データ取得部301は、EV40毎に自宅や各地の充電スタンドで充電を行った際の最新のSOCの情報、移動経路などの履歴情報をEV40の車載器と通信する等して取得する。電力需要予測部303は、EV40毎の最新のSOCと過去の移動経路に基づいて、例えば、SOCが所定の値以下、移動経路近くに自装置(制御装置30)が制御する充電設備20が存在している場合などに、当該EV40が充電のために到来すると予測する。その際、例えば、過去の移動履歴に基づいて、充電設備20の近くを走行する可能性が高い時刻に到来すると予測する。また、最新のSOCと所定の充電後の目標SOCとに基づいて充電電力量を予測する。
次に、電力価格予測部302が電力調達価格を予測する(ステップS12)。例えば、調達する電力に再生可能エネルギが含まれる場合、電力調達価格は、日照量の変化による太陽光発電の発電量、風速の変化による風力発電の発電量などの天候による発電量変化と、事業者・一般住宅などでの需要変化に連動して変化する。データ取得部301は、日照量や風速に対応付けられた過去の発電量の実績、1日前の電力需要の実績データ、過去の電力調達価格の実績データを取得する。また、データ取得部301は、例えば、最新の天気予報のデータ(日照量の変化、風速の変化)を取得する。電力価格予測部302は、これらの情報のうち、過去の発電量実績と天気予報のデータから発電量トレンドを予測し、1日前の電力需要の実績データから電力需要トレンドを予測する。さらに電力価格予測部302は、予測した発電量トレンド、電力需要トレンドに基づいて、数時間〜数日先の電力調達価格トレンドを予測する。あるいは、データ取得部301が1日前の電力調達価格の実績データを取得し、電力価格予測部302が前日の電力調達価格の推移から変化が無いと推定し、1日前と同様の価格を予測してもよい。
本実施形態では以下の処理で、EV40の充電需要予測と、電力調達価格の変動を考慮して二次電池23への補充電スケジュールを作成することにより収益が最大となるように補充電を実施する。また、EV40の充電需要予測に基づいて二次電池23の充電率を適切に制御することで、二次電池23のSOC不足によるEV40の充電待ちの発生や充電収入の逸失を防止する。
次に必要電力量算出部304は、必要電力量のデータを算出する(ステップS13)。具体的には、ステップS11で予測した充電需要予測に基づいて、二次電池23に蓄電する必要がある最低限の電力量を、その電力量が必要となる時刻とともに算出する。例えば、本日の午後13:00にEV40が1台到来し、15分間の急速充電(50kW)を行うとすると、二次電池23には、40kWで15分間充電を行うのに必要な電力量(10kWh)を蓄電する必要がある。必要電力量算出部304は、例えば、13:00に10kWh、15:00に10kWh等の情報を含む必要電力量のデータを作成する。
次に補充電スケジュール作成部305が、二次電池23への補充電スケジュールを作成する(ステップS14)。補充電スケジュール作成部305は、必要電力量算出部304が作成した必要電力量のデータと、電力価格予測部302が予測した電力調達価格のトレンドに基づいて、必要な時刻までに必要な電力量を二次電池23に補充電しつつ、なるべく電力調達価格が安い時間帯に多くの電力量を調達し、電力調達価格が高い時間帯には電力の調達量を抑えるような補充電スケジュールを作成する。補充電スケジュール作成部305は、補充電スケジュールを作成すると、記憶部321に記録する。充放電制御部306は、記憶部321に記録された補充電スケジュールに従って、二次電池23への補充電を行う。
また、スケジュールに則った充放電を行う場合の変換器21の余剰の容量(変換器21が受電できる最大電力が10kWで、1kWで補充電を行う場合、余剰の容量は9kW)について、その余剰分の全て、または一部をアンシラリサービスへ提供できる瞬時電力とするアンシラリサービスに提供可能な電力の時系列のデータを作成する。例えば、通信部320は、このデータを電力会社管理サーバ50へ送信する。電力会社管理サーバ50は、アンシラリサービスに提供可能な電力の時系列データの範囲内で、系統電力の変動に応じて電力安定化への協力を要求する調整指示情報を作成し、制御装置30へ送信する。制御装置30では、充放電制御部306が、調整指示情報に従って、電力系統10に対する二次電池23の充放電を行い、変換器21と二次電池23の余剰能力をアンシラリサービスへ提供する。具体的には、例えば、データ取得部301が、電力会社管理サーバ50から、電力系統10の電力が不足し、その不足分を補うことを指示する調整指示情報を取得すると、充放電制御部306が、電力系統10から受電可能な瞬時電力の最大値から補充電に必要な電力を差し引いた電力の範囲内の電力を電力系統10に放電させて、電力系統10において不足する電力を補う。また、例えば、データ取得部301が、電力会社管理サーバ50から、電力系統10の電力が過剰となり、その余剰分の電力を引き取ることを要求する調整指示情報を取得すると、充放電制御部306が、電力系統10から受電可能な瞬時電力の最大値から補充電に必要な電力を差し引いた電力の範囲内の電力を二次電池23に充電させて、電力系統10の余剰電力を引き取る。なお、電力系統10との間で充放電を行っている間は、補充電を中断してもよい。
本実施形態では、充電設備20に二次電池23を併設する。このような構成とすることで、50kWの受電能力を有する設備でなくてもEV40(二次電池41)に急速充電を行うことができ、設備コストを抑制することができる。また、系統から高圧電力を購入する必要がないので、電力調達コストを抑制することができる。また、従来、併設した二次電池23の設備稼働率が低く、採算性の面で課題となることが多かったが、本実施形態によれば、設備稼働率が低い時間帯(図4の時刻0〜t4、時刻t5〜t9)に二次電池23をアンシラリサービスへ提供することで設備稼働率が向上し、アンシラリサービスに協力することで得られる対価によって採算性を向上することができる。また、電力需要予測と電力調達価格予測により、効率的かつ経済的に二次電池23の補充電を行うことができ、採算性を向上することができる。
これまで、充電設備20単体での余剰設備のアンシラリサービスへの提供に係る制御について説明した。しかし、例えば、充電需要予測と異なる時刻にEV40が充電のために充電スタンドに立ち寄る可能性もある。そうすると、EV40に急速充電を行うと、電力会社と契約した時刻にアンシラリサービスを提供することができなくなる可能性がある。その場合、充電設備20の運営会社は、ペナルティ料金を電力会社に支払わなければならなくなる。そこで、充電設備20の運営会社は、複数の充電設備20を束ねて1つのグループとし、このグループ単位で余剰設備をアンシラリサービスに提供するよう電力会社と契約し、複数の充電設備20の二次電池23の充放電を制御することが好ましい。
次に図6を用いて複数の充電システム1を束ねて1つの充放電グループとし、このグル−プ単位で充放電制御する例について説明する。
図6は、本発明に係る一実施形態における複数の充電システムによる電力制御方法を説明する図である。
1つの充放電グループ2には、管理サーバ60、充電システム1a、1b、1c、・・・が含まれる。以下、充電システム1a、1b、1c等を総称して充電システム1と記載する。他の構成についても同様である。なお、1つの充放電グループ2は、例えばある地域に存在する10箇所の充電システム1で構成される。また、管理サーバ60は、これら複数の充電システム1を統括して制御するために設けられる。図6の右側に各充電システム1の補充電スケジュール作成部305が作成した補充電スケジュールを示す。管理サーバ60は、各充電システム1の補充電スケジュールを取得して、時間帯ごとの変換器21および二次電池23の余剰能力の合計をそれぞれ算出し、予測しないEV40への充電に備え、余剰能力の合計(例えば、ある時間帯の変換器21の受電電力の合計:X1kWで、二次電池23の平均的なSOCがX2%など)に対して少し余裕を持たせて、時間帯ごとの充放電可能な電力(アンシラリサービスに提供可能な電力)を算出する。充電システム1の運営会社は、管理サーバ60が算出した結果に基づいて、電力会社等とアンシラリサービスの契約を行う。
また、管理サーバ60は、制御装置30aから二次電池23aのSOC、変換器21aの受電電力の情報を取得する。制御装置30b、30c等についても同様である。これにより、管理サーバ60は、現在の各充電システム1のアンシラリサービスに提供可能な設備の余剰能力を把握する。
また、管理サーバ60は、電力会社管理サーバ50から電力の調整指示情報を受信し、調整指示情報が示す充放電すべき電力を、各設備の余剰能力に応じて、充電システム1a、1b、1c、・・・に割り振る。例えば、補充電スケジュールに基づいて割り振る場合、充電システム1aがEV40への急速充電を行うことが計画された時間帯であれば、充電システム1aへは0kWを割り当て、急速充電を行っていない充電システム1b、1cへは変換器21の受電能力のうち、補充電で使用しない分の容量を割り当てる。管理サーバ60は、割り当てた電力を割当先の制御装置30b等に送信し、制御装置30b等では、この指示に従って、電力系統10への充放電制御を行う。
また、現在の各充電システム1の余剰能力に基づいて割り振る場合、例えば、充電設備20cにて、時刻t1からt2まで予測しなかったEV40への急速充電を行うとする。すると、管理サーバ60は、この時間帯の変換器21cの余剰能力が0(急速充電の為、変換器21cは受電可能な最大電力10kWで受電している)であることに基づいて、制御装置30cには余剰能力が無いと判定し、この時間帯に調整指示情報を受信したとしても、充電システム1cへはアンシラリサービスへの協力を要請せず、他の急速充電中ではない充電システム1a等にアンシラリサービスへ提供する電力を割り当てる。このように複数の充電システム1を1つの充放電グループ2とすることで、予期しない急速充電が発生した状況でも安定して、契約通りアンシラリサービスの提供が可能となる。図6で説明した制御について図7にフローチャートを示す。
図7は、本発明に係る一実施形態における複数の充電システムによる処理の一例を示すフローチャートである。
まず、充放電グループ2内の各充電システム1にて、補充電スケジュール作成部305が補充電スケジュールを作成する(ステップS21)。各制御装置30の通信部320は、補充電スケジュールを管理サーバ60へ送信する。次に管理サーバ60は、各制御装置30から受信した補充電スケジュールを集計して充放電グループ2の全体の余剰能力を算出する。管理サーバ60は、算出した充放電グループ2内の設備の余剰能力に基づいてアンシラリサービスへの提供量(電力)を決定する(ステップS22)。各充電システム1の運営会社は、決定した提供量に基づいて、電力会社等とアンシラリサービスの契約を行う。次に管理サーバ60は、電力会社管理サーバ50から電力の調整指示情報を受信する(ステップS23)。管理サーバ60は、上記したように充放電グループ2内で余剰能力を調整する。例えば、予測外のEV4の充電が無い場合、管理サーバ60は、各充電システム1から収集した補充電スケジュールの集計結果に基づいて余剰能力を調整する。あるいは、予測外のEV4の充電がある場合、現在の各充電システム1の稼働状況に基づいて余剰能力を調整する。管理サーバ60は、各充電システム1へ電力系統10との間で充放電すべき電力を指示する。各充電システム1では、充放電制御部306が管理サーバ60の指示に基づいて充放電制御を行い、アンシラリサービスへの電力の提供を行う(ステップS24)。このように複数の充電システム1を束ねることで、確実にアンシラリサービスへの協力を行うことができる。
なお、アンシラリサービスへ電力の充放電を行う契約をしている期間について、予測を大きく超える数の外のEV40が充電を行うために各地の充電設備20へ到来した場合などは、それらのEV40が急速充電を行うとすると、複数の充電システム1の余剰設備を活用しても契約したアンシラリサービスの提供ができなくなることも起こり得る。そのような場合、充電方式切替部307は、非急速充電を行うことを決定し、例えば、「現在、高速充電ができない為、充電に時間が掛かります。」といったメッセージを充電設備20に設けられた表示パネルに表示し、EV40の運転手がその条件を受け入れた場合のみ非急速充電を行うといった制御を行ってもよい。非急速充電を行う場合、充放電制御部306は、例えば、アンシラリサービスに用いる電力の授受分を除いた容量の電力を、電力系統10から追加で受電し、この電力を、充電器22を介して二次電池41へ供給する。あるいは、二次電池23に蓄電された電力量に余裕がある場合、二次電池23から二次電池41へ電力を供給してもよい。このような制御により、急速充電よりも低電力で長時間を要する充電方式とはなるが、アンシラリサービスを継続しつつ、EV40への充電を行うことができる。
さらに、制御装置30は、二次電池23にEV40に対する急速充電に要する電力より大きな電力量を充電するように補充電スケジュールを作成し、系統電力が不足(瞬時の電力不足ではなく、例えば、需要が急激に増加したり、発電設備の故障等により発電量が減少して電力が不足するような場合)するとき、または、系統電力の電力調達価格が高いときに二次電池23に蓄電した電力を系統へ売却するような制御を行ってもよい。
(他の設備の例)
上記の例では、電気自動車の充電スタンドに二次電池を併設する構成を例に説明を行った。本実施形態の電力制御方法は、充電スタンド以外にも例えば、工場等に設置されたESS(Energy Storage System)や、非常用電源の目的で設置されたESSに対しても適用することができる。例えば、非常用電源の目的で設置されたESSは、非常時以外は、設備稼働率が低い場合が多い。これに対し、非常時に備えた補充電を行いつつも、非常用ESSをアンシラリサービスへ提供するような利用方法が考えられる。
(ハードウェア構成)
本実施形態に係る制御装置30、管理サーバ60は、例えば一般的なコンピュータ500を用いて実現することができる。図8にコンピュータ500の構成の一例を示す。
図8は、本発明に係る制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
コンピュータ500は、CPU(Central Processing Unit)501、RAM(Random Access Memory)502、ROM(Read Only Memory)503、ストレージ装置504、外部I/F(Interface)505、入力装置506、出力装置507、通信I/F508等を有する。これらの装置はバスBを介して相互に信号の送受信を行う。
CPU501は、ROM503やストレージ装置504等に格納されたプログラムやデータをRAM502上に読み出し、処理を実行することで、コンピュータ500の各機能を実現する演算装置である。例えば、上記の各機能部は、CPU501が、ROM503等が記憶するプログラムを読み込んで実行することにより、コンピュータ500に備わる機能である。RAM502は、CPU501のワークエリア等として用いられる揮発性のメモリである。ROM503は、電源を切ってもプログラムやデータを保持する不揮発性のメモリである。ストレージ装置504は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)等により実現され、OS(Operation System)、アプリケーションプログラム、及び各種データ等を記憶する。外部I/F505は、外部装置とのインタフェースである。外部装置には、例えば、記録媒体509等がある。コンピュータ500は、外部I/F505を介して、記録媒体509の読取り、書き込みを行うことができる。記録媒体509には、例えば、光学ディスク、磁気ディスク、メモリカード、USB(Universal Serial Bus)メモリ等が含まれる。
入力装置506は、例えば、マウス、及びキーボード等で構成され、操作者の指示を受けてコンピュータ500に各種操作等を入力する。出力装置507は、例えば、液晶ディスプレイにより実現され、CPU501による処理結果を表示する。通信I/F508は、有線通信又は無線通信により、コンピュータ500をインターネット等のネットワークに接続するインタフェースである。バスBは、上記各構成装置に接続され、構成装置間で各種信号等を送受信する。
なお、上述した制御装置30、管理サーバ60における各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムを制御装置30、管理サーバ60のコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
また、制御装置30、管理サーバ60等は、1台のコンピュータで構成されていても良いし、通信可能に接続された複数のコンピュータで構成されていてもよい。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、実施形態では、制御装置30が、電力価格予測部302と、電力需要予測部303とを備え、電力調達価格の予測や、EV40の充電需要の予測を行っているが、これらの機能を外部のサーバ端末(例えば管理サーバ60等)へ実装し、制御装置30は、電力調達価格や充電需要の予測結果を受信して、補充電スケジュールの作成を行うようにしても良い。また、さらに、補充電スケジュール作成部305の機能を、例えば、管理サーバ60等に実装し、制御装置30は、補充電スケジュールと調整指示情報とを受信して、これらに従って充放電制御を行うような実施形態でもよい。
なお、EV40は他装置の一例である。補充電スケジュールは計画情報の一例である。
1・・・充電システム
2・・・充放電グループ
10・・・電力系統
20・・・充電設備
21・・・変換器
22・・・充電器
23・・・二次電池
30・・・制御装置
301・・・データ取得部
302・・・電力価格予測部
303・・・電力需要予測部
304・・・必要電力量算出部
305・・・補充電スケジュール作成部
306・・・充放電制御部
307・・・充電方式切替部
320・・・通信部
321・・・記憶部
40・・・電気自動車(EV)
41・・・二次電池
50・・・電力会社管理サーバ

Claims (12)

  1. 二次電池を備える充電設備の制御装置がアンシラリサービス向けの電力を制御する電力制御方法であって、
    電力系統から受電した電力を用いて前記二次電池に充電する時間帯を特定し、該時間帯における前記二次電池の充電に必要な第1の電力を算出するステップと、
    前記電力系統から受電可能な瞬時電力の最大値である第2の電力を特定するステップと、
    前記第2の電力から前記第1の電力を差し引いた電力を算出するステップと、
    前記差し引いた電力の範囲内の電力をアンシラリサービスに用いることを決定するステップと、を有する電力制御方法。
  2. 前記電力系統を管理するサーバから、前記制御装置が前記電力系統の電力の過不足に係る情報を取得するステップと、
    前記電力系統で電力が不足している場合、前記差し引いた電力の範囲内の電力を前記電力系統に放電させるステップと、を有する請求項1に記載の電力制御方法。
  3. 前記電力系統を管理するサーバから、前記制御装置が前記電力系統の電力の過不足に係る情報を取得するステップと、
    前記電力系統で電力が余剰な場合、前記差し引いた電力の範囲内の電力を前記二次電池に充電させるステップを有する、請求項1に記載の電力制御方法。
  4. 前記二次電池に蓄電した電力を充電対象である他装置へ供給し他装置の充電を行う期間以外の時間帯に、前記第1の電力の前記二次電池への充電と、前記差し引いた電力の範囲内の電力の前記電力系統への充放電と、を行う充放電ステップ、
    を有する請求項2または請求項3に記載の電力制御方法。
  5. 前記充電設備で必要とされる前記他装置の充電に要する電力量と、その電力量が必要となる時間とを予測する電力需要予測ステップと、
    前記予測に基づいて前記二次電池の充電について計画情報を作成する計画情報作成ステップと、
    を有し、
    前記充放電ステップでは、当該計画情報に基づいて前記第1の電力の前記二次電池への充電を行い、当該充電を行う時間帯に前記差し引いた電力の範囲内の電力を前記電力系統との間で充放電させる、
    請求項4に記載の電力制御方法。
  6. 前記他装置は、電気自動車であって、前記電力需要予測ステップでは、電気自動車が搭載する電池の残量と、前記電気自動車の走行パターンに基づいて、前記充電設備が前記電気自動車に供給すべき電力量と、前記電気自動車が充電のために前記充電設備に到来する時間とを予測する、
    請求項5に記載の電力制御方法。
  7. 前記計画情報作成ステップでは、予測した前記電力量が必要となる時間までに当該電力量が充電済みで、かつ、当該充電に係る電力が所定の値以下となるように前記計画情報を作成する、
    請求項5または請求項6に記載の電力制御方法。
  8. 前記電力系統から調達する電力の価格を予測する電力価格予測ステップ、
    をさらに有し、
    前記計画情報作成ステップでは、前記電力の価格の予測に基づいて、前記価格が安いときに前記二次電池へ充電する電力量を増加させ、前記価格が高いときに前記二次電池へ充電する電力量を減少させる前記計画情報を作成する、
    請求項5から請求項7の何れか1項に記載の電力制御方法。
  9. 複数の前記充電設備において、
    各々の前記充電設備が備える前記二次電池への充電の計画情報と、各々の前記充電設備において前記他装置への充電を行う時間帯の情報とを取得するステップと、
    複数の前記充電設備について、それぞれの前記充電設備において電力系統から受電可能な瞬時電力の最大値から当該充電設備が備える前記二次電池への充電に割り当てる電力を差し引いた値を、全ての前記充電設備について合計するステップと、該合計した値以下の範囲内の電力を前記電力系統との間で充放電させるステップと、
    を有する請求項4から請求項8の何れか1項に記載の電力制御方法。
  10. 二次電池を備える充電設備の制御装置であって、
    電力系統から受電した電力を用いて前記二次電池に充電する時間帯を特定し、該時間帯における前記二次電池の充電に必要な第1の電力を算出し、前記電力系統から受電可能な瞬時電力の最大値である第2の電力を特定し、前記第2の電力から前記第1の電力を差し引いた電力を算出し、前記差し引いた電力の範囲内の電力をアンシラリサービスに用いることを決定する、制御装置。
  11. 請求項10に記載の制御装置と、
    二次電池を備えた充電設備と、
    を備え、
    前記制御装置は、前記二次電池に蓄電した電力を充電対象である他装置へ供給し他装置の充電を行い、
    前記他装置を充電する期間以外の時間帯に、前記第1の電力の前記二次電池への充電と前記差し引いた電力の範囲内の電力を前記電力系統との間での充放電させる、
    充電システム。
  12. 二次電池を備える充電設備の制御装置のコンピュータを、
    電力系統から受電した電力を用いて前記二次電池に充電する時間帯を特定し、該時間帯における前記二次電池の充電に必要な第1の電力を算出する手段、
    前記電力系統から受電可能な瞬時電力の最大値である第2の電力を特定する手段、
    前記第2の電力から前記第1の電力を差し引いた電力を算出する手段、
    前記差し引いた電力の範囲内の電力をアンシラリサービスに用いることを決定する手段、
    として機能させるためのプログラム。
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