JP2019216513A

JP2019216513A - 充電システム

Info

Publication number: JP2019216513A
Application number: JP2018111543A
Authority: JP
Inventors: 田中　聡; Satoshi Tanaka; 聡田中; 禎浩丸山; Sadahiro Maruyama; 利幸浅野; Toshiyuki Asano; 稲森正悟; Shogo Inamori; 正悟稲森
Original assignee: Toyota Industries Corp; Nitto Kogyo Co Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp; Nitto Kogyo Co Ltd
Priority date: 2018-06-12
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2019-12-19

Abstract

【課題】過去の充電データから、車両等に搭載されるバッテリのみなし容量を定めることができる充電システムを提供すること。【解決手段】バッテリ４に電力を供給する供給手段２２と、供給した充電量を測定する測定手段２３と、利用対象の情報と充電量をデータベース３へ送信する通信手段２４と、を備えた充電装置と、充電装置から送信されたバッテリへの充電量を記憶する記憶手段３１を備え、利用対象ごとに充電情報を格納するデータベースと、を備え、記憶した充電量に対して、統計処理を施した結果得られた値を前記バッテリの全体容量であるとみなす充電システム１とする。【選択図】図１

Description

本発明は、充電システムに関するものである。

特許文献１に記載されているように、充電スタンドを用いて車両に充電することが知られている。このような充電スタンドは、接続された車両からバッテリの情報が送られれば、当該バッテリの情報を得ることはできる。

特開２０１１−２３８６７６号公報

しかしながら、従来技術では、充電スタンドに接続されていないバッテリの容量を推測することができないため、給電制御スケジュールを立てることが難しかった。このため、バッテリ残量が低い車両を優先的に充電したり、満充電に近い車両の充電を遅らせたりすることなどが困難であった。

本件の発明者は、この点について鋭意検討することにより、解決を試みた。本発明の課題は、過去の充電データから、車両等に搭載されるバッテリのみなし容量を定めることができる充電システムを提供することである。

上記課題を解決するため、バッテリに電力を供給する供給手段と、供給した充電量を測定する測定手段と、利用対象の情報と充電量をデータベースへ送信する通信手段と、を備えた充電装置と、充電装置から送信されたバッテリへの充電量を記憶する記憶手段を備え、利用対象ごとに充電情報を格納するデータベースと、を備え、記憶した充電量に対して、統計処理を施した結果得られた値を前記バッテリの全体容量であるとみなす充電システムとする。

また、測定手段は時刻情報を測定し、通信手段は時刻情報をデータベースへ送信し、データベースは、所定の時間帯ごとの充電量を記憶し、時間帯ごとに記憶された過去の充電量を基に、現在若しくは将来の所定の時間帯のバッテリの空き容量を推測する構成とすることが好ましい。

また、バッテリの全体容量と、バッテリの空き容量から、バッテリの残量率を演算する演算部と、複数のバッテリの残量率を比較する比較部と、残量率の低いバッテリに対して優先的に電力を供給するように制御する制御部と、を備えた構成とすることが好ましい。

本発明では、過去の充電データから、車両等に搭載されるバッテリのみなし容量を定めることができる充電システムを提供することが可能となる。

充電装置とデータベースとバッテリの関係の概略図である。充電ケーブルがプラグ接続された充電装置とデータベースとバッテリの関係の概略図である。データベースに格納されたＩＤ０１２３４５に関する充電の履歴を示した図である。複数の充電装置とデータベースと複数のバッテリの関係の概略図である。データベースに格納されたＩＤ０１２３４５、ＩＤ１１２２３３、ＩＤ１２３１２３に関する充電の履歴を示した図である。充電システムを特定の領域の電力管理に利用する場合の充電システムの位置づけを表す図である。

以下に発明を実施するための形態を示す。図１に示されていることから理解されるように、本実施形態の充電システム１は、バッテリ４に電力を供給する供給手段２２と、供給した充電量を測定する測定手段２３と、利用対象の情報と充電量をデータベース３へ送信する通信手段２４と、を備えた充電装置２を備えている。また、充電装置２から送信されたバッテリ４への充電量を記憶する記憶手段３１を備え、利用対象ごとに充電情報を格納するデータベース３を備えている。更には、この充電システム１は、記憶した充電量に対して、統計処理を施した結果得られた値を前記バッテリ４の全体容量であるとみなす。このため、過去の充電データから、車両等に搭載されるバッテリ４のみなし容量を定めることができる充電システム１を提供することが可能となる。なお、バッテリ４のみなし容量を把握することによって、バッテリ４ごとのみなし容量を比較し、容量の少ないバッテリ４を優先して充電するなど、給電制御スケジュールを立てる上での判断基準とすることができる。

ここで、実施形態の充電システム１を用いて充電する際の充電装置２とデータベース３の基本的な役割を説明する。充電スタンドである充電装置２はバッテリ４に対して電気を供給できるものである。充電装置２は車両に搭載されたバッテリ４などに対して供給部６１を介して電気を供給するが、図１に示す例では、充電装置２の一部として設けられた供給部６１を車両と接続するものである。なお、図２に示すことから理解されるように、充電装置２とは別に充電ケーブル５を設け、この充電ケーブル５に付された供給部６１を介してバッテリ４に電気を供給するものとしても良い。この際、充電ケーブル５は、ＣＣＩＤ（Charging Circuit Interrupt Device）が付されたものとすればよい。なお、バッテリ４とは、電気自動車や工事用車両、自転車などの車両に搭載されるバッテリでも構わないし、家庭や工場、病院などに設置される蓄電池であっても構わない。

充電作業をする際、先ず、利用者が充電装置２の認証手段２１に対して、認証操作を行う。この際、利用者が複数のバッテリ４を所有する場合には、バッテリ４を特定する操作を行うものとしても良い。なお、家庭用など利用者が決まっている充電装置２の場合などには、認証操作を省いてもよい。このように利用する場合、充電装置２は認証手段２１を備えている必要は無い。充電装置２は、認証データをデータベース３へ送信するが、認証操作がされた場合は、入力された認証データを、認証操作が不要な場合は、予め定まった認証データをデータベース３へ送信するようにすればよい。

データベース３は、送信された認証データと、既に登録されている登録データ（ＩＤ（利用者ＩＤやバッテリＩＤ）情報など）を照合する。送信された認証データと一致する登録データがある場合には、充電装置２の利用を許可する信号を充電装置２へ送信する。一方、一致しない場合には、利用不可の信号を送信する。なお、表示手段を備えた充電装置２において、利用者登録を行えるようにしてもよい。

充電装置２は、データベース３から利用許可信号を受信した場合、供給手段２２の回路遮断器やリレーなどをオンにし、バッテリ４への充電を開始可能とする。バッテリ４への充電が開始された後、「設定した時間の経過」や「設定した容量分の充電」や「利用者による終了指示」などによって、充電が終了すると充電装置２は、充電終了の信号をデータベース３へ送信する。このとき、充電装置２はバッテリ４への充電量や充電時間など充電に関する情報をデータベース３へ送信する。当該情報を受信したデータベース３は、充電に関する情報に基づいて、充電料金を算出する。

次に、データベース３にデータを蓄積する手順の例について説明する。まず、データベース３上で、登録データと認証データを照合することで、利用対象である利用者やバッテリ４のＩＤ（利用者ＩＤやバッテリＩＤ）を特定する。データベース３は、ＩＤごとに利用者の情報やバッテリ４の情報、充電に関する情報を格納するものであり、この照合により、送られてくる情報の格納先を特定することができる。

データベース３は、充電終了後に、受信した充電量、充電時間などの充電に関する情報をＩＤごとに記憶する。なお、ここでいう充電量とは、電流量や電力量など、充電された量を把握できる単位であるなら如何なるものでもよい。また、充電時間とは、充電開始から終了までの継続時間や、充電開始時間と充電終了時間など、バッテリ４への充電が行われた時間を把握できるものがあればよい。なお、充電時の天気や、充電が行われた場所などの環境情報についても記憶することが好ましい。

ＩＤについては、利用者ごとに発行するものでも、バッテリ４ごとに発行するものでもよいが、データベース３がバッテリＩＤごとに情報を記憶するようにすれば、利用者が複数のバッテリ４を所有している場合でも、各バッテリ４の情報を特定することができる。

ここで、過去の充電データから、車両等に搭載されるバッテリ４のみなし容量を特定する方法の例について説明する。まず、充電装置２に対する認証操作によって、ＩＤ（利用者ＩＤやバッテリＩＤ）を特定する。ＩＤを特定することによって、データベース３上で、過去のバッテリ４への充電量を参照し、統計処理を施す。ここでいう統計処理とは、過去のバッテリ４への充電量のデータから特定の集合体を作り、演算処理を行うことをいう。以下、具体的な統計処理について説明する。統計処理の１つ目の例は、過去のバッテリ４への充電量から、所定期間における充電量をあつめて集合体を形成し、その集合体から最大の充電量を算出する方法である。このとき、「所定期間」を記憶される全期間としてもよいし、１年や１週間など、特定の期間としてもよい。

集合体から最大充電量を特定することによって、利用者のバッテリ４は、少なくとも当該容量を備えているとみなすことができるため、その最大充電量をバッテリ４のみなし容量であると判定する。例えば、図３においては、ＩＤ：012345について、過去４週間における最大充電量は「１５(kW)」であったため、バッテリ４のみなし容量は「１５(kW)」であると判定することができる。

統計処理の２つ目の例は、過去のバッテリ４への充電量から、所定期間における値の大きい充電量をあつめた集合体を形成し、その集合体から平均値を算出する方法である。所定期間における値の大きい充電量をあつめた集合体とは、所定期間における充電量の上位３つの充電量や上位５つの充電量など、充電量の上位から数えて所定の数集めた充電量の集合をいう。例えば、上位３つの集合を充電量の大きい集合とした場合、図３においては、それらの充電量は、「１５(kW)」、「１４(kW)」、「１３(kW)」となり、それらの平均値は「１４(kW)」となる。そして、算出した平均値をバッテリ４のみなし容量であると判定する。平均値をみなし容量とすることで、ノイズによって生じた異常に高い値を緩和することができる。

統計処理の３つ目の例は、過去のバッテリ４への充電量から、所定期間ごとの最大の充電量をあつめた集合体を形成し、その集合体から平均値を算出する方法である。所定期間とは、１日や１週間、１ヶ月など、特に限定されない。例えば、図３において、１週間ごとの最大値は、「１３(kW)」、「１５(kW)」、「１４(kW)」となり、それらの平均値は「１４(kW)」となる。そして、算出した平均値をバッテリ４のみなし容量であると判定する。また、上記統計処理によって算出された最大充電量や平均値に四則演算した値をみなし容量であるとしてもよい。例えば、平均値「１４(kW)」に1.1倍した値である「１５.４(kW)」をみなし容量とすることができる。統計処理については、上記３つの方法に限定されず、過去のバッテリ４への充電量のデータから特定の集合体を作り、演算処理を行うものなら如何なるものでもよい。

ところで、本実施形態の充電システム１は、現在若しくは将来の所定の時間帯のバッテリ４の空き容量を推測することができる。このようなことを可能とするため、測定手段２３は時刻情報を測定し、通信手段２４は時刻情報をデータベース３へ送信し、データベース３は、所定の時間帯ごとの充電量を記憶し、時間帯ごとに記憶された過去の充電量を基に、現在若しくは将来の所定の時間帯のバッテリ４の空き容量を推測するように構成している。バッテリ４のみなし空き容量を把握できるようにすることによって、バッテリ４ごとのみなし空き容量を比較し、空きの多いバッテリ４を優先して充電するなど、給電制御スケジュールを立てる上での判断基準とすることができる。

ここで、空き容量の推測方法の例について説明する。まず、認証操作によって、ＩＤと充電開始時間（認証時間）を特定する。次に、データベース３に格納された充電開始時間における充電量のデータを参照し、特定した充電開始時間と同程度の時間帯に充電が開始された過去の充電量を特定する。過去の充電量のデータが複数格納されている場合には、算出した平均値や最小値、最大値などを過去の充電量とする。

このようにして充電量「Ｙ(kW)」を特定することによって、充電開始時間における利用者のバッテリ４は、少なくとも「Ｙ(kW)」であるとみなすことができるため、みなし空き容量が「Ｙ(kW)」であると判定する。

みなし空き容量の導き方について、より具体的に説明する。図３に示す例においては、ＩＤ：012345が「月曜日１５時」に充電を開始（認証操作）する場合、過去４週間における「月曜日１５時」から開始された充電の充電量は〇月２日：「６(kW)」、〇月９日：「６(kW)」、〇月２３日：「５(kW)」であるため、バッテリ４の「月曜日１５時」時点のみなし空き充電量は、最大値を採用し「６(kW)」であると判定する。また、「月曜日２０時」に充電を開始（認証操作）する場合は、過去４週間における「月曜日２０時」から開始された充電の充電量は〇月２日：「１３(kW)」、〇月９日：「１５(kW)」、〇月２３日：「１４(kW)」であるため、バッテリ４の「月曜日２０時」時点のみなし空き充電量は、平均値を採用し「１４(kW)」であると判定する。

本実施形態の充電システム１は、残量率の低いバッテリ４に対して優先的に電力を供給することができる。このようにするため、本実施形態の充電システム１は、バッテリ４の全体容量と、バッテリ４の空き容量から、バッテリ４の残量率を演算する演算部と、複数のバッテリ４の残量率を比較する比較部と残量率の低いバッテリ４に対して優先的に電力を供給するように制御する制御部と、を備えている。バッテリ４のみなし残量率を把握することによって、バッテリ４ごとのみなし残量率を比較し、残量率の低いバッテリ４を優先して充電するなど、給電制御スケジュールを立てる上での判断基準とすることができる。

ここで、バッテリ４の全体容量と、バッテリ４の空き容量から、バッテリ４の残量率を演算する方法の例について説明する。既に説明した方法で、バッテリ４のみなし容量と、みなし空き容量を判定した後、下記式によって、利用者のバッテリ４のみなし残量、みなし残量率を演算することができる。
「みなし残量Ｚ(kW)」＝「みなし容量Ｘ(kW)」−「みなし空き容量Ｙ(kW)」
「みなし残量率Ｚ１(％)」＝Ｚ／Ｘ×１００

みなし残量率の導き方について、より具体的に説明する。図３に示す例においては、ＩＤ：012345が「月曜日１５時」に充電を開始する場合、
「みなし残量(kW)」＝１５(kW)−６(kW)＝９(kW)
「みなし残量率(％)」＝９(kW)／１５(kW)×１００＝６０％であると判定する。

このようにして、過去の充電データからみなし容量、みなし空き容量、みなし残量率などを把握できるようになることによって、「充電完了時刻予測」や「充電料金予測」や、「優先順位の決定」に利用することが可能となる。

まず、充電完了時刻予測の例について説明する。バッテリ４に充電する電流値、電力値については、時間帯や、周辺地域の電力使用量によって、変動することもある。しかし、みなし容量などが分かると、みなし容量などと、充電開始時の電流値、電力量から、バッテリ４が満充電状態となり、充電が完了するまでの時間を予測することができる。なお、バッテリ４の残量率が８０％など、特定の残量率を充電完了とした場合には、それまでの時間を予測することも可能である。

例えば、図３に示すＩＤ（利用者ＩＤやバッテリＩＤ）：012345について、「月曜日１５時」に充電を開始し、８０％まで充電を完了する場合、
「みなし残量率が８０％のときのみなし空き容量」＝１５（みなし容量(kW)）×０．８＝１２(kW)
「月曜日１５時の１時間当たりの充電量」＝６（充電量(kW)）／２（充電時間）＝３(kW)／時間
１２（目標充電量(kW)）−９（月曜日１５時の残量(kW)）＝３(kW)
したがって、バッテリ４の残量率が８０％となるのは、充電開始時間から１時間後だと予測できる。

次に充電料金予測の方法の例について説明する。時間課金による算出方法においては、バッテリ４が満充電状態になるまでの時間と、単位時間当たりの料金から、充電料金を予測することができる。また、従量課金による算出方法においては、みなし空き容量（消費量）などから算出した満充電にするために必要な充電量と、単位充電量から、充電料金を予測することができる。なお、時間課金と従量課金のいずれの場合においても、満充電までの充電料金予測である必要は無い。例えば、８０％など、特定の残量率まで充電する場合の充電料金を予測することも可能である。

次に優先順位の決定の例について説明する。データベース３と通信する充電装置２が複数台で、それぞれがバッテリ４に充電する場合、又は、１台の充電装置２に複数のバッテリ４に充電する場合、どのバッテリ４を優先的に充電するかを判断する必要が生じる場合がある。

例えば、図４及び図５に示す例の様に、複数のバッテリ４が「土曜日１２時」に充電を開始する場合、ＩＤ：012345は、みなし容量が「１５(kW)」、「土曜日１２時」におけるみなし残量率は、（１５(kW)−４(kW)）／１５(kW)×１００＝７３％である。また、ＩＤ：112233は、みなし容量が「２４(kW)」、「土曜日１２時」におけるみなし残量率は、（２４(kW)−６(kW)）／２４(kW)×１００＝７５％である。また、ＩＤ：123123は、みなし容量が「４０(kW)」、「土曜日１２時」におけるみなし残量率は、（４０(kW)−２０(kW)）／４０(kW)×１００＝５０％である。このような場合、ＩＤ：123123に対する優先順位を高くして充電することができる。

ところで、電力需要に見合った発電をしないと、設備や負荷を故障させてしまうため、発電された電力のうちの余剰電力は、負荷をかけて捨ててしまっているのが現状である。そこで、本発明を用いて、データベース３に格納された充電に関するデータから、ある時間帯における充電量予測を算出したり、バッテリ４のみなし空き容量を算出したりして、電力需要予測を行えば、電力の有効活用につなげることができる。

家庭内、工場内、地域内など特定の領域内のバッテリ４のみなし空き容量（消費量）などをデータベース３上で把握することによって、特定の領域全体でどの程度バッテリ４の空き容量があるのかを推定することができる。例えば図５に示すような状況で、ネットワークに接続されるバッテリ４の「土曜日１２時」における空き容量を算出する場合、
ＩＤ：012345は、「４(kW)」、ＩＤ：112233は、「６(kW)」、ＩＤ：123123は、「２０(kW)」であるため、合計３０(kW)の空き容量があると判定される。

このようにして特定の領域全体でどの程度バッテリ４の空き容量があるのかを推定することにより、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーによって発電した電力をどの程度充電に利用し得るのかを把握することができる。このようなことを可能にするためには、図６に示すことから理解されるように、電力会社などの地域の電力管理者９が、充電装置２から情報を受け取ったデータベース３や太陽光発電設備８などから情報を受け取るようにすればよい。また、発電量の予測値と、地域全体のバッテリ４の空き容量を比較することで、空き容量が上回る場合には、発電量を増加させるように制御させ、空き容量が下回る場合には、発電量を減少させるように制御させることで、再生可能エネルギーを効率よく活用できる。

以上、実施形態を例に挙げて本発明について説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、各種の態様とすることが可能である。例えば、バッテリは、自動車や自転車、工事用車両に搭載されるバッテリであっても構わないし、家庭や工業などに設置される蓄電池であってもよい。

１充電システム
２充電装置
３データベース
４バッテリ
２１認証手段
２２供給手段
２３測定手段
２４通信手段
３１記憶手段

Claims

バッテリに電力を供給する供給手段と、供給した充電量を測定する測定手段と、利用対象の情報と充電量をデータベースへ送信する通信手段と、を備えた充電装置と、
充電装置から送信されたバッテリへの充電量を記憶する記憶手段を備え、利用対象ごとに充電情報を格納するデータベースと、
を備え、
記憶した充電量に対して、統計処理を施した結果得られた値を前記バッテリの全体容量であるとみなす充電システム。
測定手段は時刻情報を測定し、通信手段は時刻情報をデータベースへ送信し、データベースは、所定の時間帯ごとの充電量を記憶し、
時間帯ごとに記憶された過去の充電量を基に、現在若しくは将来の所定の時間帯のバッテリの空き容量を推測する請求項１に記載の充電システム。
バッテリの全体容量と、バッテリの空き容量から、バッテリの残量率を演算する演算部と、
複数のバッテリの残量率を比較する比較部と、
残量率の低いバッテリに対して優先的に電力を供給するように制御する制御部と、
を備えた請求項２に記載の充電システム。