JP2022115361A - サーバ、電力管理システム、及びエネルギーマネジメント方法 - Google Patents

サーバ、電力管理システム、及びエネルギーマネジメント方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電池のSOCによらずに電池の充電状況を把握し、電池の充電状況に応じて適切なエネルギーマネジメントを行なう。【解決手段】エネルギーマネジメント方法が、充電中の電池において充電電力絞り制御が実行されたか否かを判断すること(S22及びS23)と、充電中の電池において充電電力絞り制御が実行されたと判断された場合に(S22及びS23にてYES)、充電電力絞り制御による充電電力の減少分を補填するための処理を実行すること(S24及びS25)とを含む。【選択図】図12

Description

本開示は、サーバ、電力管理システム、及びエネルギーマネジメント方法に関する。
特開2018-161018号公報(特許文献1)には、DR(デマンドレスポンス)によってエネルギーマネジメントを行なうアグリゲーションシステムが開示されている。このアグリゲーションシステムにおける複合型電力変換装置は、サーバからDRに関する制御指令を受信したときに、応答速度の速い順番に制御対象を立ち上げる。なお、アグリゲーションシステムは、電力管理システムの一例に相当する。
特開2018-161018号公報
ところで、充電中の電池(第1電池)が満充電になったときに、その電池に代えて別の電池(第2電池)で充電を開始することで、長時間にわたって十分な充電電力を確保できる。たとえば、サーバが、充電中の第1電池のSOC(State Of Charge)に基づいて第1電池が満充電になったか否かを判断し、第1電池が満充電になったときに第2電池へ充電開始指令を送信することで、第1電池及び第2電池を順次充電することができる。サーバは、上記のような電池の充電を通じてエネルギーマネジメントを行なうことができる。
しかしながら、サーバは、必ずしも電池のSOCを取得できるとは限らない。たとえば、車両から情報を取得できるサーバは限られている。一般に、車両と通信できないサーバは、車両に搭載された電池のSOCを取得できない。
サーバが複数の電池を順次充電する方法としては、予め定められた充電計画に従ってサーバが電池へ充電開始指令を送信する方法も考えられる。こうした方法では、充電計画が示す第1電池の充電終了タイミングになったときに、サーバから第2電池へ充電開始指令が送信される。上記サーバは、第1電池の充電状況を把握せずとも、充電計画を参照することにより、第1電池の充電終了タイミングを特定できる。しかし、第1電池の充電が必ずしも充電計画どおりに行なわれるとは限らない。第1電池の充電が充電計画が示す終了タイミングよりも早く終わった場合には、第1電池の充電が終わってから第2電池の充電が開始されるまでの間に充電途切れが生じ得る。そして、充電が途切れている間は、充電によるエネルギーマネジメントが行なわれなくなる。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電池のSOCによらずに電池の充電状況を把握し、電池の充電状況に応じて適切なエネルギーマネジメントを行なうことである。
本開示の第1の観点に係るサーバは、複数の電池を順次充電する制御装置を備える。制御装置は、充電中の対象電池において充電電力絞り制御が実行されたときに、対象電池の充電終了が近いことを検知するように構成される。
本願発明者は、電池の充電終了間際に充電電力絞り制御が行われることに着眼し、上記サーバを提案する。充電電力絞り制御は、充電終了間際に充電電力を小さくして、充電終了まで小さな電力で充電を行なう制御である。充電電力絞り制御の一例としては、電池が満充電付近になったときに充電電流を小さくして、電池電圧が上限電圧に到達するまで小さな充電電流で電池の充電を行なう制御が挙げられる。こうした制御は、押し込み充電制御とも称される。
上記サーバによれば、対象電池の充電終了が近いことを容易かつ的確に検知できる。サーバは、充電中の対象電池の充電電力に基づいて、対象電池において充電電力絞り制御が実行されたか否かを判断できる。このため、上記サーバは、充電中の対象電池のSOCによらずに、対象電池の充電終了が近いか否かを判断できる。サーバは、対象電池の充電終了が近いことを検知した後、対象電池の充電終了前に所定の処理を実行できる。サーバは、対象電池の充電終了前に、たとえば、充電電力絞り制御による充電電力の減少分を補填したり、対象電池の次に充電を行なう電池へ充電開始又は充電準備を指示したりすることができる。このように、上記サーバは、電池のSOCによらずに電池の充電状況を把握し、電池の充電状況に応じて適切なエネルギーマネジメントを行なうことができる。
上記の制御装置は、充電中の対象電池の充電電力が下降して第1基準値を下回ったときに、対象電池において充電電力絞り制御が開始されたと判断するように構成されてもよい。こうした構成によれば、サーバが対象電池における充電電力絞り制御の開始を容易かつ的確に検知することができる。
上記の制御装置は、充電電力絞り制御が開始された後に対象電池の充電電力が第1基準値よりも低い第2基準値を下回ったときに、対象電池の充電が終了したと判断するように構成されてもよい。こうした構成によれば、サーバが対象電池の充電終了を容易かつ的確に検知することができる。サーバは、対象電池の充電終了を検知したときに、対象電池を変更し、新たな対象電池について充電制御を開始してもよい。
上記のサーバは、複数の電池の充電順序を示す充電スケジュールを格納するための記憶装置をさらに備えてもよい。複数の電池は、対象電池と、充電スケジュールにおいて対象電池の次に充電が開始されることが定められている次の電池とを含んでもよい。上記の制御装置は、電力網のエネルギーマネジメントのために複数の電池の各々の充電開始指令を順次送信するように構成されてもよい。
上記構成によれば、対象電池の充電が終了したとき又は充電終了が近くなったときに、対象電池に代えて次の電池で充電を開始することで、長時間にわたって十分な充電電力を確保できる。充電を終えた対象電池に代わって、次の電池が新たな対象電池になってもよい。対象電池及び次の電池の各々は、定置式電池であってもよいし、車載バッテリであってもよい。
上記の制御装置は、対象電池の充電終了が近いことを検知したときに、充電電力絞り制御による充電電力の減少分を補填するように、電力網に接続される充電リソースの充電を実行するように構成されてもよい。こうした構成では、対象電池の充電電力絞り制御による充電電力の減少分が、電力網に接続される充電リソースによって補填される。このため、一定の充電電力を確保しやすくなる。
充電リソースは、電力を貯蔵可能に構成される。電力の貯蔵方式(すなわち、充電方式)は任意である。充電リソースは、電力(電気エネルギー)をそのまま貯蔵してもよいし、他のエネルギー(たとえば、エネルギー源としての液体燃料又は気体燃料)に変換して貯蔵してもよい。
上記の制御装置は、対象電池の充電終了が近いことを検知したときに電力網の予備力が不足している場合には、電力網の予備力を増やすための処理を実行するように構成されてもよい。
サーバが、充電対象を対象電池から次の電池に移行するときに、充電電力絞り制御又は充電途切れによって充電電力が低下することがある。サーバは、こうした充電電力の減少分を予備力で補填してもよい。しかし、予備力に余裕がない場合には、充電電力の減少分を予備力で補填することは困難である。この点、上記サーバは、対象電池の充電終了が近くなったときに、電力網の予備力が不足していると、電力網の予備力を増やすための処理を実行する。これにより、予備力不足が抑制される。
電力網の予備力を増やすための処理の例としては、充電リソースのユーザにエネルギーマネジメントへの参加を促す処理が挙げられる。サーバは、電力網に接続されていない車両のユーザに、車両を電力網に接続することを促してもよい。サーバは、電力網の予備力を増やすためにDR(デマンドレスポンス)を実施してもよい。
上記のサーバにおいて、対象電池は、第1車両に搭載された二次電池であってもよく、次の電池は、第2車両に搭載された二次電池であってもよい。上記の制御装置は、電力網から対象電池へ供給される電力を検出する電力計の検出値を用いて、電力網から供給される電力で充電されている対象電池において充電電力絞り制御が実行されたか否かを判断するように構成されてもよい。
上記サーバは、車両に搭載された二次電池を用いて、エネルギーマネジメントを行なうことができる。車両に搭載された二次電池は、車両において走行用の電力を貯蔵してもよい。車両は電動車両であってもよい。電動車両は、当該車両に搭載された二次電池から供給される電力を用いて走行するように構成される車両である。電動車両には、EV(電気自動車)及びPHV(プラグインハイブリッド車両)のほか、FCV(燃料電池車)、レンジエクステンダーEVなども含まれる。上記電力計は、建物で消費される電力量を計測する電力量計(たとえば、スマートメータ)であってもよいし、EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)に内蔵される電力計であってもよいし、EVSEの外側に設けられたCT(Current Transformer)センサであってもよい。
本開示の第2の観点に係る電力管理システムは、複数の電池を順次充電するサーバを含む。サーバは、複数の電池の各々の充電開始指令を順次送信するように構成される。複数の電池は、第1対象電池と、第1対象電池の次に充電を開始する第2対象電池とを含む。サーバは、充電中の第1対象電池において充電電力絞り制御が開始されたときに、第2対象電池の充電開始指令を送信するように構成される。
上記サーバは、充電中の第1対象電池において充電電力絞り制御が開始されたときに、第2対象電池の充電開始指令を送信する。すなわち、第2対象電池に対する充電開始指令は、第1対象電池の充電終了前に送信される。このため、上記電力管理システムでは、第1対象電池の充電が終わってから第2対象電池の充電が開始されるまでの間に充電途切れが生じにくくなる。第1対象電池及び第2対象電池の各々は、定置式電池であってもよいし、車載バッテリであってもよい。
上記電力管理システムにおいて、第1対象電池は、第1車両に搭載された二次電池であってもよく、第2対象電池は、第2車両に搭載された二次電池であってもよい。第1車両は、サーバからの充電開始指令に基づいて、第1対象電池に対する所定の第1充電制御を開始する第1制御装置を備えてもよい。第2車両は、サーバからの充電開始指令に基づいて、第2対象電池に対する所定の第2充電制御を開始する第2制御装置を備えてもよい。
上記電力管理システムでは、車両に搭載された電池の充電制御が、車両に搭載された制御装置によって行なわれる。このため、充電制御に係るサーバの処理負荷が小さくなる。
上記サーバは、上記充電開始指令を、車両が接続された給電設備、又は給電設備を管理するエネルギーマネジメントシステムへ送信するように構成されてもよい。こうしたサーバは、EVSE又はEMS(Energy Management System)経由で、第1対象電池及び第2対象電池に充電開始を指示することができる。たとえば、EVSEの本体又は充電ケーブルが通信機能を有し、サーバからEVSE(本体又は充電ケーブル)へ充電開始指令が送信されてもよい。
上記サーバは、充電開始指令を無線通信で直接的に車両へ送信し、その車両に搭載された電池の充電電力をスマートメータから取得するように構成されてもよい。こうした構成によれば、第1車両及び第2車両にそれぞれ直接的に第1対象電池及び第2対象電池の充電開始を指示することが可能になる。また、サーバは、車両に搭載された電池の充電電力をスマートメータから取得することができる。
車両に搭載された制御装置が実行する充電制御は、以下に示す3つの充電制御のいずれかであってもよい。たとえば、上記の第1制御装置が、以下に示す構成(a)~(c)のいずれかを有してもよい。
(a)上記の第1制御装置は、所定の第1充電制御において、第1定電力充電、充電電力を下降させる定電圧充電、第1定電力充電よりも低電力の第2定電力充電の順に、第1対象電池の充電制御を実行するように構成されてもよい。そして、定電圧充電及び第2定電力充電が上記の充電電力絞り制御として実行されてもよい。
(b)上記の第1制御装置は、所定の第1充電制御において、定電流充電、定電圧充電の順に、第1対象電池の充電制御を実行するように構成されてもよい。そして、上記の第1制御装置は、定電流充電から定電圧充電に移行するときに上記の充電電力絞り制御を開始するように構成されてもよい。
(c)上記の第1制御装置は、所定の第1充電制御において、第1定電力充電、第1定電力充電よりも低電力の第2定電力充電の順に、第1対象電池の充電制御を実行するように構成されてもよい。そして、上記の第1制御装置は、第1定電力充電から第2定電力充電に移行するときに上記の充電電力絞り制御を開始するように構成されてもよい。
本開示の第3の観点に係るエネルギーマネジメント方法は、電池の充電を通じてエネルギーマネジメントを行なうエネルギーマネジメント方法であって、充電中の電池において充電電力絞り制御が実行されたか否かを判断することと、充電中の電池において充電電力絞り制御が実行されたと判断された場合に、充電電力絞り制御による充電電力の減少分を補填するための処理を実行することとを含む。
上記エネルギーマネジメント方法によれば、電池のSOCによらずに電池の充電状況を把握し、電池の充電状況に応じて適切なエネルギーマネジメントを行なうことが可能になる。
本開示によれば、電池のSOCによらずに電池の充電状況を把握し、電池の充電状況に応じて適切なエネルギーマネジメントを行なうことが可能になる。
本開示の実施の形態に係る車両の構成を示す図である。 本開示の実施の形態に係るサーバの構成を示す図である。 本開示の実施の形態に係る電力管理システムの概略的な構成を示す図である。 本開示の実施の形態に係る車両の制御装置によって実行される充電制御(CP1期間、CV期間、CP2期間)について説明するための図である。 本開示の実施の形態に係る車両の制御装置によって実行される充電制御を示すフローチャートである。 図4に示した充電電力の推移の変形例を示す図である。 車両の制御装置によって実行される充電制御の第1変形例を示す図である。 車両の制御装置によって実行される充電制御の第2変形例を示す図である。 充電スケジュールの一例を示す図である。 図9に示した充電スケジュールに従って充電準備を行なう複数の車両を示す図である。 本開示の実施の形態に係るサーバによって行なわれるエネルギーマネジメントの一例を示す図である。 本開示の実施の形態に係るサーバの制御装置によって実行されるエネルギーマネジメントに係る処理を示すフローチャートである。 図12に示したリソース選択に係る処理の詳細を示すフローチャートである。 図12に示した処理の変形例を示すフローチャートである。 図2に示したサーバの通信態様の第1変形例を示す図である。 図2に示したサーバの通信態様の第2変形例を示す図である。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。以下では、エネルギーマネジメントシステム(Energy Management System)を、「EMS」と表記する。また、車両に搭載された電子制御ユニット(Electronic Control Unit)を、「ECU」と表記する。
図1は、この実施の形態に係る車両50の構成を示す図である。図1を参照して、車両50は、走行用の電力を蓄電するバッテリ130を備える。車両50は、バッテリ130に蓄えられた電力を用いて走行可能に構成される。この実施の形態に係る車両50は、エンジン(内燃機関)を備えない電気自動車(EV)である。
バッテリ130は、たとえばリチウムイオン電池又はニッケル水素電池のような二次電池を含んで構成される。この実施の形態では、二次電池として、複数のリチウムイオン電池を含む組電池を採用する。組電池は、複数の二次電池(一般に「セル」とも称される)が互いに電気的に接続されて構成される。この実施の形態に係るバッテリ130は、本開示に係る「電池」の一例に相当する。
車両50は、ECU150を備える。ECU150は、バッテリ130の充電制御及び放電制御を行なうように構成される。また、ECU150は、車両50の外部との通信を制御するように構成される。
車両50は、バッテリ130の状態を監視する監視モジュール131をさらに備える。監視モジュール131は、バッテリ130の状態(たとえば、電圧、電流、及び温度)を検出する各種センサを含み、検出結果をECU150へ出力する。監視モジュール131は、上記センサ機能に加えて、SOC(State Of Charge)推定機能、SOH(State of Health)推定機能、セル電圧の均等化機能、診断機能、及び通信機能をさらに有するBMS(Battery Management System)であってもよい。ECU150は、監視モジュール131の出力に基づいてバッテリ130の状態(たとえば、温度、電流、電圧、SOC、及び内部抵抗)を取得することができる。
EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)40は、電源回路41と充電ケーブル42とを備える。電源回路41は、EVSE40の本体に内蔵される。充電ケーブル42は、EVSE40の本体に接続される。充電ケーブル42は、常にEVSE40の本体に接続されていてもよいし、EVSE40の本体に対して着脱可能であってもよい。充電ケーブル42は、先端にコネクタ43を有し、内部に電力線を含む。
車両50は、接触充電のためのインレット110及び充放電器120を備える。インレット110は、車両50の外部から供給される電力を受電するように構成される。インレット110は、充電ケーブル42のコネクタ43が接続可能に構成される。EVSE40の本体につながる充電ケーブル42のコネクタ43が車両50のインレット110に接続(プラグイン)されることによって、車両50が充電可能状態(すなわち、EVSE40から給電を受けられる状態)になる。なお、図1には、EVSE40の給電方式に対応するインレット110及び充放電器120のみを示しているが、車両50は、複数種の給電方式(たとえば、AC方式及びDC方式)に対応できるように複数のインレットを備えてもよい。
充放電器120は、インレット110とバッテリ130との間に位置する。充放電器120は、インレット110からバッテリ130までの電力経路の接続/遮断を切り替えるリレーと、電力変換回路と(いずれも図示せず)を含んで構成される。電力変換回路は、双方向コンバータを含んでもよい。充放電器120に含まれるリレー及び電力変換回路の各々は、ECU150によって制御される。車両50は、充放電器120の状態を監視する監視モジュール121をさらに備える。監視モジュール121は、充放電器120の状態を検出する各種センサを含み、検出結果をECU150へ出力する。この実施の形態では、監視モジュール121が、上記電力変換回路に入力される電圧及び電流と、上記電力変換回路から出力される電圧及び電流とを検出するように構成される。監視モジュール121は、バッテリ130の充電電力を検出可能に構成される。
充電可能状態の車両50では、外部充電(すなわち、EVSE40から供給される電力によってバッテリ130を充電すること)と外部給電(すなわち、車両50からEVSE40へ給電を行なうこと)とが可能になる。外部充電のための電力は、たとえばEVSE40から充電ケーブル42を通じてインレット110に供給される。充放電器120は、インレット110が受電した電力をバッテリ130の充電に適した電力に変換し、変換された電力をバッテリ130へ出力するように構成される。外部給電のための電力は、バッテリ130から充放電器120に供給される。充放電器120は、バッテリ130から供給される電力を外部給電に適した電力に変換し、変換された電力をインレット110へ出力するように構成される。外部充電及び外部給電のいずれかが実行されるときには充放電器120のリレーが閉状態(接続状態)にされ、外部充電及び外部給電のいずれも実行されないときには充放電器120のリレーが開状態(遮断状態)にされる。
ECU150は、プロセッサ151、RAM(Random Access Memory)152、記憶装置153、及びタイマ154を含んで構成される。ECU150はコンピュータであってもよい。プロセッサ151はCPU(Central Processing Unit)であってもよい。RAM152は、プロセッサ151によって処理されるデータを一時的に記憶する作業用メモリとして機能する。記憶装置153は、格納された情報を保存可能に構成される。記憶装置153は、たとえばROM(Read Only Memory)及び書き換え可能な不揮発性メモリを含む。記憶装置153には、プログラムのほか、プログラムで使用される情報(たとえば、マップ、数式、及び各種パラメータ)が記憶されている。この実施の形態では、記憶装置153に記憶されているプログラムをプロセッサ151が実行することで、ECU150における各種制御が実行される。ただし、ECU150における各種制御は、ソフトウェアによる実行に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で実行することも可能である。なお、ECU150が備えるプロセッサの数は任意であり、所定の制御ごとにプロセッサが用意されてもよい。
タイマ154は、設定時刻の到来をプロセッサ151に知らせるように構成される。タイマ154に設定された時刻になると、タイマ154からプロセッサ151へその旨を知らせる信号が送信される。この実施の形態では、タイマ154としてタイマ回路を採用する。ただし、タイマ154は、ハードウェア(タイマ回路)ではなく、ソフトウェアによって実現されてもよい。また、ECU150は、ECU150に内蔵されるリアルタイムクロック(RTC)回路(図示せず)を利用して現在時刻を取得できる。
車両50は、走行駆動部140と、入力装置161と、メータパネル162と、ナビゲーションシステム(以下、「NAVI」と称する)170と、通信機器180と、駆動輪Wとをさらに備える。なお、車両50の駆動方式は、図1に示される前輪駆動に限られず、後輪駆動又は4輪駆動であってもよい。
走行駆動部140は、図示しないPCU(Power Control Unit)とMG(Motor Generator)とを含み、バッテリ130に蓄えられた電力を用いて車両50を走行させるように構成される。PCUは、たとえば、インバータと、コンバータと、リレー(以下、「SMR(System Main Relay)」と称する)と(いずれも図示せず)を含んで構成される。PCUは、ECU150によって制御される。MGは、たとえば三相交流モータジェネレータである。MGは、PCUによって駆動され、駆動輪Wを回転させるように構成される。PCUは、バッテリ130から供給される電力を用いてMGを駆動する。また、MGは、回生発電を行ない、発電した電力をバッテリ130に供給するように構成される。SMRは、バッテリ130からMGまでの電力経路の接続/遮断を切り替えるように構成される。SMRは、車両50の走行時に閉状態(接続状態)にされる。
入力装置161は、ユーザからの入力を受け付ける装置である。入力装置161は、ユーザによって操作され、ユーザの操作に対応する信号をECU150へ出力する。入力装置161の例としては、各種スイッチ、各種ポインティングデバイス、キーボード、タッチパネルが挙げられる。入力装置161は、音声入力を受け付けるスマートスピーカを含んでもよい。
メータパネル162は、車両50に関する情報を表示するように構成される。メータパネル162は、たとえば車両50に搭載された各種センサによって計測された車両50に関する各種情報を表示する。メータパネル162に表示される情報は、外気温、車両50の走行速度、バッテリ130のSOC、平均電費、及び車両50の走行距離の少なくとも1つを含んでもよい。メータパネル162は、ECU150によって制御される。ECU150は、所定の条件が成立する場合に、ユーザに対するメッセージ又は警告灯をメータパネル162に表示させてもよい。
NAVI170は、プロセッサと、記憶装置と、タッチパネルディスプレイと、GPS(Global Positioning System)モジュールと(いずれも図示せず)を含んで構成される。記憶装置は、地図情報を記憶している。タッチパネルディスプレイは、ユーザからの入力を受け付けたり、地図及びその他の情報を表示したりする。GPSモジュールは、GPS衛星からの信号(以下、「GPS信号」と称する)を受信するように構成される。NAVI170は、GPS信号を用いて車両50の位置を特定することができる。NAVI170は、ユーザからの入力に基づき、車両50の現在位置から目的地までの走行ルート(たとえば、最短ルート)を見つけるための経路探索を行ない、経路探索により見つかった走行ルートを地図上に表示するように構成される。
通信機器180は、各種通信I/F(インターフェース)を含んで構成される。ECU150は、通信機器180を通じて、後述するEMS61(図3)と通信を行なうように構成される。また、ECU150は、通信機器180を通じて、後述するサーバ30B(図3)と無線通信を行なうように構成される。
図2は、この実施の形態に係るサーバの構成を示す図である。図2を参照して、電力管理システム1は、電力系統PGと、サーバ30Aと、EVSE40と、車両50と、携帯端末80とを含む。この実施の形態に係る電力系統PG、サーバ30Aは、それぞれ本開示に係る「電力網」、「サーバ」の一例に相当する。
車両50は、図1に示した構成を有する。この実施の形態では、EVSE40として、交流電力を提供するAC給電設備を採用する。充放電器120は、AC給電設備に対応する回路を有する。ただし、こうした形態に限られず、EVSE40は、直流電力を提供するDC給電設備であってもよい。充放電器120は、DC給電設備に対応する回路を有してもよい。
携帯端末80は、車両50のユーザが携帯する端末に相当する。この実施の形態では、携帯端末80として、タッチパネルディスプレイを具備するスマートフォンを採用する。ただしこれに限られず、携帯端末80としては、任意の携帯端末を採用可能であり、タブレット端末、ウェアラブルデバイス(たとえば、スマートウォッチ)、電子キー、又はサービスツールなども採用可能である。
電力系統PGは、電気事業者(たとえば、電力会社)によって提供される電力網である。電力系統PGは、複数のEVSE(EVSE40を含む)と電気的に接続されており、各EVSEに交流電力を供給する。EVSE40に内蔵される電源回路41は、電力系統PGから供給される電力を外部充電に適した電力に変換する。電源回路41は、充電電力を検出するためのセンサを含んでもよい。
充電可能状態の車両50において、充放電器120のリレーが閉状態になることで、バッテリ130が電力系統PGと電気的に接続される。電力系統PGから電源回路41、充電ケーブル42、及び充放電器120を経由してバッテリ130へ電力が供給されることで、バッテリ130の外部充電が行なわれる。
サーバ30Aは、車両50と直接的には通信しない。すなわち、サーバ30Aは、車両50と無線通信しない。サーバ30Aは、EMS61を介して車両50と通信する。EMS61は、サーバ30Aからの指令に従い、EVSE40を介して車両50と通信を行なう。車両50に搭載された通信機器180は、充電ケーブル42を介してEVSE40と通信するように構成される。EVSE40と車両50との通信方式は任意であり、たとえば、CAN(Controller Area Network)であってもよいし、PLC(電力線通信)であってもよい。EVSE40と車両50との通信に関する規格は、ISO/IEC15118でもよいし、IEC61851でもよい。
この実施の形態では、通信機器180と携帯端末80とが相互に無線通信するように構成される。通信機器180と携帯端末80との通信は、Bluetooth(登録商標)のような近距離通信(たとえば、車内及び車両周辺の範囲での直接通信)であってもよい。
サーバ30Aは、携帯端末80と通信可能に構成される。携帯端末80には所定のアプリケーションソフトウェア(以下、単に「アプリ」と称する)がインストールされている。携帯端末80は、車両50のユーザによって携帯され、上記アプリを通じてサーバ30Aと情報のやり取りを行なうことができる。ユーザは、たとえば携帯端末80のタッチパネルディスプレイを通じて、上記アプリを操作できる。ユーザは、上記アプリを操作することにより、たとえば車両50の出発予定時刻をサーバ30Aへ送信することができる。
サーバ30Aは、制御装置31と記憶装置32と通信装置33と入力装置34とを含んで構成される。制御装置31はコンピュータであってもよい。制御装置31は、プロセッサ及び記憶装置を含み、所定の情報処理を行なうとともに通信装置33を制御するように構成される。記憶装置32は、各種情報を保存可能に構成される。通信装置33は各種通信I/Fを含む。制御装置31は、通信装置33を通じて外部と通信するように構成される。入力装置34は、ユーザからの入力を受け付ける装置である。入力装置34は、ユーザからの入力を制御装置31へ出力する。
図3は、この実施の形態に係る電力管理システム1の概略的な構成を示す図である。この実施の形態では、電力管理システム1がVPP(仮想発電所)として機能する。VPPは、IoT(モノのインターネット)を利用した高度なエネルギーマネジメント技術により多数の分散型エネルギーリソース(以下、「DER(Distributed Energy Resources)」とも称する)を束ね、これらDERを遠隔・統合制御することによってあたかも1つの発電所のように機能させる仕組みである。電力管理システム1では、電動車両(たとえば、図1に示した車両50)を利用したエネルギーマネジメントによってVPPが実現される。
電力管理システム1は、VGI(Vehicle Grid Integration)システムである。電力管理システム1には複数の電動車両と複数のEVSEとが含まれる(図3には、各々1つのみ図示)。電力管理システム1に含まれる電動車両及びEVSEの数は、各々独立して任意であり、10個以上であってもよいし、100個以上であってもよい。電力管理システム1は、POVとMaaS車両との少なくとも一方を含んでもよい。POVは、個人が所有する車両である。MaaS車両は、MaaS(Mobility as a Service)事業者が管理する車両である。電力管理システム1は、特定のユーザのみが使用可能な非公共のEVSE(たとえば、家庭用のEVSE)と、不特定多数のユーザが使用可能な公共のEVSEとの少なくとも一方を含んでもよい。図2に示した携帯端末80は、車両ユーザごとに携帯される。図3中のサーバ30Aは、図2中のサーバ30Aと同じである。
図2とともに図3を参照して、電力管理システム1は、電力会社E1と、電力会社E1に連絡する上位アグリゲータE2と、需要家に連絡する下位アグリゲータE3とを含む。
電力会社E1は、発電事業者及び送配電事業者を兼ねる。電力会社E1は、発電所11及び送配電設備12によって電力網(すなわち、図2に示した電力系統PG)を構築するとともに、サーバ10によって電力系統PGを保守及び管理する。発電所11は、電気を発生させるための発電装置を備え、発電装置によって生成された電力を送配電設備12に供給するように構成される。発電所11の発電方式は任意である。発電所11の発電方式は、火力発電、水力発電、風力発電、原子力発電、及び太陽光発電のいずれであってもよい。送配電設備12は、送電線、変電所、及び配電線を含み、発電所11から供給される電力の送電及び配電を行なうように構成される。スマートメータ13及び14の各々は、所定時間経過ごと(たとえば、30分経過ごと)に電力使用量を計測し、計測した電力使用量を記憶するとともにサーバ10へ送信するように構成される。スマートメータは、電力を使用する需要家(たとえば、個人又は会社)ごとに付与される。サーバ10は、各需要家のスマートメータから需要家ごとの電力使用量を取得する。電力会社E1は、電力使用量に応じた電気料金を各需要家から受け取ってもよい。この実施の形態では、電力会社が、電力系統PGの管理者に相当する。
DERを束ねてエネルギーマネジメントサービスを提供する電気事業者は、「アグリゲータ」と称される。電力会社E1は、たとえばアグリゲータと連携することにより、電力系統PGの電力調整を行なうことができる。上位アグリゲータE2は、複数のサーバ(たとえば、サーバ20A及び20B)を含む。上位アグリゲータE2に含まれる各サーバは、異なる事業者に帰属する。下位アグリゲータE3は、複数のサーバ(たとえば、サーバ30A及び30B)を含む。下位アグリゲータE3に含まれる各サーバは、異なる事業者に帰属する。以下、区別して説明する場合を除いて、上位アグリゲータE2に含まれる各サーバを「サーバ20」と称し、下位アグリゲータE3に含まれる各サーバを「サーバ30」と称する。サーバ20及びサーバ30の数は、各々独立して任意であり、5個以上であってもよいし、30個以上であってもよい。
この実施の形態では、1つのサーバ10が複数のサーバ20へエネルギーマネジメントを要請し、サーバ10から要請を受けた各サーバ20が複数のサーバ30へエネルギーマネジメントを要請する。さらに、サーバ20から要請を受けた各サーバ30が複数のDERユーザへエネルギーマネジメントを要請する。電力会社E1は、こうした階層構造(ツリー構造)を利用して、多くの需要家(たとえば、車両ユーザ)にエネルギーマネジメントを要請することができる。要請は、DR(デマンドレスポンス)によって行なわれてもよい。
サーバ30は、サーバ20からエネルギーマネジメントの要請を受けたときに、サーバ30に登録されたDERの中から、その要請に応えるためのDERを選定する。このように選定されたDERを、以下では「EMDER」とも称する。EMDERは、車載バッテリ(たとえば、バッテリ130)を含んでもよいし、定置式電池(たとえば、後述するESS70)を含んでもよい。
サーバ30は、管轄エリアのエネルギーマネジメントを行なう。サーバ30が管轄するエリアは、1つの街(たとえば、スマートシティ)であってもよいし、工場であってもよいし、大学キャンパスであってもよい。アグリゲータは、サーバ30の管轄エリアに存在するDERのユーザと、エネルギーマネジメントに関する契約を結ぶ。この契約を結んだユーザは、アグリゲータからの要請に従ってDERにエネルギーマネジメントを行なわせることによって所定のインセンティブを受け取ることができる。また、要請に従うことを承認したにもかかわらず、要請に従わなかったユーザには、上記契約によって所定のペナルティが科される。契約でエネルギーマネジメントが義務付けられたDER及びそのユーザは、サーバ30に登録される。
サーバ30は、上記EMDERの選定後、各EMDERへ指令を送信する。この指令により、サーバ20からの要請に従うエネルギーマネジメント(たとえば、電力系統PGの需給調整)が行なわれる。
サーバ30は、所定の電力量計によってEMDERごとの電力調整量(たとえば、所定期間における充電電力量及び/又は放電電力量)を計測する。電力調整量は、インセンティブの算定に用いられてもよい。所定の電力量計は、スマートメータ13又は14であってもよいし、車両に搭載された電力量計(たとえば、図1に示した監視モジュール121)であってもよい。電力量計の設置場所は任意である。EVSE40に電力量計が内蔵されてもよい。持運び可能な充電ケーブルに電力量計を付けてもよい。
この実施の形態では、サーバ30が、サーバ10からスマートメータ13及び14の各々の検出値を受信するように構成される。ただしこれに限られず、サーバ30は、スマートメータ13及び14の各々の検出値を直接的に(サーバ10を介さずに)取得するように構成されてもよい。
スマートメータ13は、図2に示した電力系統PG(すなわち、発電所11及び送配電設備12が構築する電力網)からEVSE40に供給される電力量を計測するように構成される。この実施の形態では、EVSE40及びEMS61が1つの住宅に設置される。EMS61は、たとえばHEMS(Home EMS)である。スマートメータ13は、電力系統PGからその住宅に供給される電力量(すなわち、家庭で使用される電力量)を計測する。
スマートメータ14は、図2に示した電力系統PGからESS(Energy Storage System)70に供給される電力量を計測するように構成される。ESS70は、電力系統PGに対して充放電可能に構成される定置式電池である。ESS70としては、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、レドックスフロー電池、又はNAS(ナトリウム硫黄)電池が採用されてもよい。
サーバ30Aは、EMS62を介してESS70と通信する。この実施の形態では、EMS62及びESS70が1つの事業所(たとえば、工場又は商業施設)に設置される。EMS62は、たとえばFEMS(Factory EMS)又はBEMS(Building EMS)である。スマートメータ14は、電力系統PGからその事業所に供給される電力量(すなわち、事業所で使用される電力量)を計測する。
サーバ30Aは、サーバ20からエネルギーマネジメントの要請を受けたときに、EMS61及びEVSE40を経由して車両50へ充電開始指令を送信することにより、バッテリ130の充電を通じてエネルギーマネジメントを行なう。サーバ30Aは、住宅会社又は電機メーカに帰属するサーバであってもよい。また、サーバ30Aは、車両50を製造した自動車メーカとは異なる自動車メーカに帰属するサーバであってもよい。
一方、サーバ30Bは、車両50と無線通信を行なうように構成される。サーバ30Bは、サーバ20からエネルギーマネジメントの要請を受けたときに、無線通信により車両50へ直接的に充電開始指令を送信してバッテリ130の充電を行なう。バッテリ130の充電中には、サーバ30Bは、車両50からバッテリ130の充電状況(SOCを含む)を取得する。サーバ30Bは、車両50を製造した自動車メーカに帰属するサーバであってもよい。
上記のような電力管理システム1において、サーバ30Bは、車両50からバッテリ130の充電状況(SOCを含む)を取得できる。他方、サーバ30Aは、車両50からバッテリ130の充電状況を取得できない。詳細は後述するが、サーバ30Aは、バッテリ130のSOCによらずにバッテリ130の充電状況を把握するように構成される。
車両50のECU150は、バッテリ130を満充電状態にするときに、バッテリ130が満充電状態に近くなるまではCP1充電(第1定電力充電)を行なうように構成される。しかし、バッテリ130が満充電状態に近くなり、バッテリ130の電圧が満充電時のOCV(Open Circuit Voltage)以上になると、大きな充電電力ではバッテリ130に電気が蓄積されにくくなる。このため、ECU150は、バッテリ130が満充電状態に近くなると、CV充電(定電圧充電)を行ないながら充電電力を小さくした後、小さな充電電力でバッテリ130を満充電状態に近づけるCP2充電(第2定電力充電)を行なうように構成される。以下では、CP1充電、CV充電、CP2充電が実行される期間を、それぞれ「CP1期間」、「CV期間」、「CP2期間」とも称する。また、CP1充電、CP2充電における充電電力を、それぞれ「P31」、「P32」と表記する場合がある。P32は、P31よりも低い電力値である。CV期間においては、充電電圧が一定であり、充電電力がP31からP32へ徐々に小さくなる。この実施の形態に係るCV充電及びCP2充電は、本開示に係る「充電電力絞り制御」の一例に相当する。
図4は、CP1期間、CV期間、及びCP2期間について説明するための図である。図4において、線L1は、バッテリ130の充電電力の推移を示している。線L2は、バッテリ130の電圧(電池電圧)の推移を示している。線L3は、バッテリ130のSOCの推移を示している。t11~t13の各々は、タイミングを示している。
図1とともに図4を参照して、このタイミングチャートでは、t11以前の期間が、CP1期間に相当する。t11において、バッテリ130のSOC(線L3)が閾値Y1に達すると、CP1期間からCV期間に移行する。この実施の形態では、バッテリ130の電圧(線L2)が満充電時のOCVになったときに、バッテリ130のSOCが閾値Y1になる。
t11~t12の期間が、CV期間に相当する。図4に示す例では、CV期間において、充電電力が一定の速度で下降する。t12において、バッテリ130の充電電力(線L1)がP32になると、CV期間からCP2期間に移行する。その後、t13において、バッテリ130のSOC(線L3)が、閾値Y1よりも大きい閾値Y2(たとえば、100%)に達すると、充電が終了する。この実施の形態では、バッテリ130の電圧(線L2)が満充電時のCCV(Closed Circuit Voltage)になったときに、バッテリ130のSOCが閾値Y2になる。
図5は、車両50のECU150によって実行される充電制御を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、たとえば車両50が外部から充電開始指令を受信すると、ECU150によって開始される。
図1及び図4とともに図5を参照して、ステップ(以下、単に「S」と表記する)11では、ECU150がバッテリ130のCP1充電を実行する。車両50が充電開始指令を受けた直後は、CP1期間に相当する。このため、充電電力P31でCP1充電が実行される。続けて、ECU150は、S12において、バッテリ130のSOCが閾値Y1以上であるか否かを判断する。ECU150は、たとえば監視モジュール131の出力に基づいて、バッテリ130のSOCを取得できる。CP1期間においては、CP1充電(S11)が継続的に実行され、バッテリ130のSOCが上昇する。そして、バッテリ130のSOCが閾値Y1以上になると(S12にてYES)、ECU150は、S13においてCP1期間を終了してCV期間に移行する。
S14では、ECU150がバッテリ130のCV充電を実行する。続けて、ECU150は、S15において、バッテリ130の充電電力がP32以下であるか否かを判断する。ECU150は、たとえば監視モジュール131の出力に基づいて、バッテリ130の充電電力を取得できる。CV期間においては、CV充電(S14)が継続的に実行され、バッテリ130の充電電力は下降する。そして、充電電力がP32以下になると(S15にてYES)、ECU150は、S16においてCV期間を終了してCP2期間に移行する。
S17では、ECU150がバッテリ130のCP2充電を実行する。続けて、ECU150は、S18において、バッテリ130のSOCが閾値Y2以上であるか否かを判断する。CP2期間においては、CP2充電(S17)が継続的に実行され、バッテリ130のSOCが上昇する。そして、バッテリ130のSOCが閾値Y2以上になると(S18にてYES)、ECU150は、S19においてバッテリ130の充電を終了するとともに、図5の一連の処理を終了する。これにより、バッテリ130の充電電力が0Wになる。
充電中における充電電力の推移は、図4中の線L1で示した例に限られない。図6は、図4に示した充電電力の推移の変形例を示す図である。図6を参照して、線L10で示すように、CV期間における充電電力の下降パターンは、充電電力が階段状に下降するパターンであってもよい。
この実施の形態では、ECU150が、CP1充電、CV充電、CP2充電の順に、バッテリ130の充電制御を実行する。ただしこれに限られず、制御態様は適宜変更可能である。
図7は、車両50においてECU150が実行する充電制御の第1変形例を示す図である。図7において、線L20、線L21、線L22は、それぞれ充電電力、充電電圧、充電電流を示している。図7を参照して、この変形例では、ECU150が、CC充電(定電流充電)、CV充電(定電圧充電)の順に、バッテリ130の充電制御を実行する。t21以前の期間は、CC充電が実行されるCC期間に相当する。t21~t22の期間は、CV充電が実行されるCV期間に相当する。たとえば、t21でバッテリ130のSOCが閾値Y1以上になると、ECU150はCC期間を終了してCV期間に移行する。ECU150は、CC期間からCV期間に移行するときに充電電力絞り制御を開始する。この変形例に係るCV充電は、本開示に係る「充電電力絞り制御」の一例に相当する。そして、t22でバッテリ130のSOCが閾値Y2以上になると、バッテリ130の充電は終了する。
図8は、車両50においてECU150が実行する充電制御の第2変形例を示す図である。図8中の線L30で示すように、この変形例では、ECU150が、CP1充電(第1定電力充電)、CP1充電よりも低電力のCP2充電(第2定電力充電)の順に、バッテリ130の充電制御を実行する。t31以前の期間は、CP1期間に相当する。t31~t32の期間は、CP2期間に相当する。たとえば、t31でバッテリ130のSOCが閾値Y1以上になると、ECU150はCP1期間を終了してCP2期間に移行する。ECU150は、CP1期間からCP2期間に移行するときに充電電力絞り制御を開始する。この変形例に係るCP2充電は、本開示に係る「充電電力絞り制御」の一例に相当する。そして、t32でバッテリ130のSOCが閾値Y2以上になると、バッテリ130の充電は終了する。
なお、図4及び図6~図8中のX1及びX2については後述する。
この実施の形態に係るサーバ30Aは、複数の車両の各々に搭載されたバッテリ(電池)を順次充電するように構成される。複数の車両にそれぞれ搭載された複数のバッテリの充電順序は、サーバ30Aが保有する充電スケジュールによって示される。図9は、充電スケジュールの一例を示す図である。図10は、図9に示す充電スケジュールに従って充電準備を行なう複数の車両を示す図である。図9中の車両A~Hは、図10に示す車両50A~50Hに相当する。図10に示すように、車両50A~50Hは、それぞれバッテリ130A~130Hを備える。車両50A~50Hは、それぞれEVSE40A~40Hと接続可能に構成される。EVSE40A~40Hの各々は、電力系統PGと電気的に接続され、電力系統PGから電力の供給を受ける。なお、車両50A~50H及びEVSE40A~40Hは、それぞれ図1及び図2に示した車両50及びEVSE40と同じ構成を有する。以下では、区別して説明する場合を除いて、車両50A~50Hの各々を「車両50」、EVSE40A~40Hの各々を「EVSE40」と称する。図2に示したEMS61は、EVSE40ごとに設けられている。
図2とともに図9を参照して、この充電スケジュールは、2つのバッテリが同時に充電されることを定める。たとえば、サーバ30Aは、サーバ20(上位アグリゲータE2)から充電要求を受けたときに充電スケジュールを作成する。充電スケジュールに組み込まれた各バッテリは、前述のEMDERに相当する。図9に示す例では、バッテリ130A~130Hの各々がEMDERに相当する。作成された充電スケジュールは、記憶装置32に格納される。サーバ30Aは、充電スケジュールの作成において、各車両50の出発予定時刻に基づいて、バッテリ(EMDER)を選定し、充電順序及び充電開始タイミングを決定してもよい。サーバ30Aは、充電スケジュールの作成後、充電スケジュールに組み込まれた各車両のユーザに携帯される携帯端末80に対し、所定の通知を行なってもよい。
図9に示す例では、サーバ30Aが、上位アグリゲータE2から要求される充電電力を充電電力P1と充電電力P2とに分けて、第1バッテリで充電電力P1を確保し、第2バッテリで充電電力P2を確保するように、充電スケジュールを作成する。2つのバッテリ(第1バッテリ及び第2バッテリ)が同時に充電されることで、要求される充電電力が確保される。要求される充電電力は、充電電力P1と充電電力P2との和に相当する。
図9に示す充電スケジュールにおいては、バッテリ130A、130C、130E、及び130Gの各々が第1バッテリに相当し、バッテリ130B、130D、130F、及び130Hの各々が第2バッテリに相当する。図9において、t0~t5の各々は、タイミングを示している。t0で、バッテリ130A及び130Bの充電が開始される。その後、t1で、バッテリ130Aの充電が終了すると、バッテリ130Cの充電が開始される。t1以降も、t2、t3、t4、t5の各タイミングで、充電の引き継ぎ(充電終了及び充電開始)が順次行なわれる。具体的には、t2で、バッテリ130Bの充電が終了すると、バッテリ130Dの充電が開始される。t3で、バッテリ130Cの充電が終了すると、バッテリ130Eの充電が開始される。t4で、バッテリ130Dの充電が終了すると、バッテリ130Fの充電が開始される。そして、t5で、バッテリ130E及び130Fの充電が終了すると、バッテリ130G及び130Hの充電が開始される。
図9とともに図10を参照して、車両ユーザは、充電スケジュールが示す充電開始タイミングに間に合うように、車載バッテリのSOCが所定範囲(以下、「開始範囲」と称する)になった状態の車両をEVSEに接続する。充電を終えた車両は、EVSEから離脱して走行を開始してもよい。しかし、図10に示す例では、充電スケジュールが示す充電終了タイミングよりも早くバッテリ130Fの充電が終了し、車両50FがEVSE40Fから離脱している。たとえば、充電開始時のバッテリ130FのSOCが上記開始範囲よりも高い場合に、予定よりも早くバッテリ130Fの充電が終了することがある。車両50Fが途中で離脱すると、サーバ30Aによって確保される充電電力が、上位アグリゲータE2から要求される充電電力に満たなくなる可能性がある。
図11は、サーバ30Aによって行なわれるエネルギーマネジメントの一例を示す図である。図2とともに図11を参照して、この実施の形態に係るサーバ30Aは、車両50Fの中途離脱を検知可能に構成される。詳細は後述するが、サーバ30Aの制御装置31は、充電中のバッテリ130Fにおいて充電電力絞り制御が実行されたか否かに基づいて、バッテリ130Fの充電終了が近いか否かを判断する。すなわち、制御装置31は、充電中のバッテリ130Fにおいて充電電力絞り制御が実行されたときに、バッテリ130Fの充電終了が近いことを検知する。制御装置31は、バッテリ130Fの充電が予定よりも早く終了する場合に、バッテリ130Fの充電が終了しそうであることをバッテリ130Fの充電終了前に検知できる。このため、サーバ30Aは、車両50Fの中途離脱による充電電力の減少分を早期に補填することができる。これにより、充電電力の不足が生じにくくなる。
この実施の形態に係るサーバ30Aは、要求される充電電力に対する不足分を、予備リソース又は次の電池によって補填する。対象電池がバッテリ130Fである場合には、充電スケジュールにおいてバッテリ130Fの次に充電が開始されることが定められているバッテリ130Hが、次の電池に相当する。予備リソースは、サーバ30Aによって制御可能な充電リソースのうち、電力系統PGに接続されており、かつ、充電予定が決まっていないものである。すなわち、充電スケジュールによって充電予定が決まっている電池は、予備リソースに該当しない。ただし、図10に示した車両50Fの離脱時においては、図9に示した充電スケジュールで予定されたバッテリ130A~130Dの充電はすでに終わっているため、バッテリ130A~130Dは予備リソースになり得る。
図12は、サーバ30Aの制御装置31によって実行されるエネルギーマネジメントに係る処理を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、対象電池が決められると、開始される。たとえば、制御装置31は、バッテリ130A及び130Bの各々を同時に対象電池として設定することにより、図9に示した充電スケジュールに基づくエネルギーマネジメントを開始する。バッテリ130Aが対象電池として設定されると、バッテリ130Aに対して図12に示す一連の処理が実行される。また、バッテリ130Bが対象電池として設定されると、バッテリ130Bに対して図12に示す一連の処理が実行される。バッテリ130A及び130Bの各々が同時に対象電池として設定されると、各バッテリに対する処理が、並行して実行され、同時に進行する。
図2とともに図12を参照して、S21では、制御装置31が対象電池の充電開始指令を送信する。この実施の形態では、対象電池の充電開始指令がサーバ30AからEMS61へ送信され、EMS61が、サーバ30Aからの指令に従い、対象電池を備える車両50が接続されたEVSE40に、対象電池の充電開始を指示する。このため、制御装置31が対象電池の充電開始指令を送信すると、図5に示した処理により対象電池の充電が開始される。対象電池の充電は、電力系統PGから供給される電力によって行なわれる。
S22では、充電中の対象電池の充電電力が下降しているか否かを、制御装置31が判断する。制御装置31は、たとえばスマートメータ13の検出値を用いて、対象電池の充電電力が下降しているか否かを判断することができる。スマートメータ13は、電力系統PGから対象電池へ供給される電力を検出する。この実施の形態に係るスマートメータ13は、本開示に係る「電力計」の一例に相当する。制御装置31は、対象電池の単位時間あたりの充電電力の低下量が所定値以上であるか否かに基づいて、対象電池の充電電力が下降しているか否かを判断してもよい。対象電池の充電電力が下降するまで、S22の判断は繰り返される。そして、対象電池の充電電力が下降すると(S22にてYES)、処理はS23に進む。
S23では、充電中の対象電池の充電電力が所定の第1基準値(以下、「X1」と表記する)を下回ったか否かを、制御装置31が判断する。第1基準値(X1)は、図4及び図6~図8中のX1に相当する。この実施の形態では、X1が、P31よりも少し低い値に設定される。X1は、P31の0.6~0.9倍の範囲内に設定されてもよく、たとえばP31を0.7倍にした値であってもよい。
制御装置31は、S23において、たとえばスマートメータ13の検出値を用いて、対象電池の充電電力がX1を下回ったか否かを判断する。対象電池の充電電力がX1を下回るまで、S22及びS23の判断は繰り返される。そして、充電中の対象電池の充電電力が下降してX1を下回ると(S22及びS23の両方でYES)、処理はS24に進む。
制御装置31は、充電中の対象電池の充電電力が下降してX1を下回ったときに、充電中の対象電池において充電電力絞り制御が開始されたと判断する。充電中の対象電池において充電電力絞り制御が開始されたことは、対象電池の充電終了が近いことを意味する。この実施の形態に係る制御装置31は、対象電池における充電電力絞り制御の実行を検知することによって、対象電池の充電終了が近いことを検知する。S23においてYESと判断されると、制御装置31は、S24及びS25において、充電電力絞り制御による充電電力の減少分を補填するための処理を実行する。
図13は、図12のS24の詳細を示すフローチャートである。図2とともに図13を参照して、S31では、電力系統PGの予備力が不足しているか否かを、制御装置31が判断する。制御装置31は、予備リソースの充電余力が所定値以下であるか否かに基づいて、電力系統PGの予備力が不足しているか否かを判断してもよい。
電力系統PGの予備力が不足していない場合(S31にてNO)には、制御装置31は、S32において、上記補填のための予備リソースを選択する。予備リソースは、たとえばESS70(図3)を含む。図3には、1つのESS70しか示していないが、電力系統PGには複数のESS70が接続されている。電力系統PGは、多数の予備リソースを備える。S32では、多数の予備リソースの中から、上記補填のために必要な数の予備リソースを、制御装置31が選択する。電力系統PGの予備リソースは、バッテリ130A~130H(図10)以外の車載バッテリを含んでもよい。車載バッテリは常に電力系統PGに接続されているわけではないため、S32においては、ESSよりも車載バッテリが優先的に選択されてもよい。制御装置31は、選択された予備リソースのユーザに、その旨を通知してもよい。
電力系統PGの予備力が不足している場合(S31にてYES)には、制御装置31は、S33において、電力系統PGの予備力を増やすための処理を実行する。制御装置31は、電力系統PGに接続されていない電動車両のユーザに携帯される携帯端末80に、電動車両を電力系統PGに接続することを促す通知を行なってもよい。また、制御装置31は、予備リソースを増やすためにDR(デマンドレスポンス)を実施してもよい。
S33の処理後、制御装置31は、S34において、上記補填のための予備リソースを選択する。
上記S32又はS34によって予備リソースが選択されると、図13に示す一連の処理は終了し、処理は図12のS25に進む。再び図2とともに図12を参照して、S25では、制御装置31が、上記S32又はS34で選択された予備リソースにより充電を実行する。サーバ30Aによって確保される充電電力が、上位アグリゲータE2から要求される充電電力(図11参照)になるように、制御装置31は、予備リソースの充電制御(リモート制御)を行なう。予備リソースの充電により、充電電力絞り制御による充電電力の減少分が補填される。このように、制御装置31は、対象電池の充電終了が近いことを検知したときに(S22及びS23にてYES)、充電電力絞り制御による充電電力の減少分を補填するように、予備リソース(電力系統PGに接続される充電リソース)の充電を実行する。
S26では、充電中の対象電池の充電電力が所定の第2基準値(以下、「X2」と表記する)を下回ったか否かを、制御装置31が判断する。X2は、X1よりも低い電力値である。第2基準値(X2)は、図4及び図6~図8中のX2に相当する。この実施の形態では、X2が0W付近に設定される。X2は、0W以上500W以下の範囲内に設定されてもよく、たとえば100Wであってもよい。
制御装置31は、S26において、たとえばスマートメータ13の検出値を用いて、対象電池の充電電力がX2を下回ったか否かを判断する。対象電池の充電電力がX2を下回るまで、S24~S26の処理が繰り返される。S24及びS25の処理により、対象電池で実行される充電電力絞り制御に起因した充電電力の減少分が、予備リソースの充電で補填される。そして、充電電力絞り制御中の対象電池の充電電力がX2を下回ると(S26にてYES)、処理はS27に進む。
制御装置31は、充電電力絞り制御が開始された後に対象電池の充電電力がX2を下回ったときに(S26にてYES)、対象電池の充電が終了したと判断する。S26においてYESと判断されると、制御装置31は、S27において、記憶装置32に記憶される充電スケジュール(図9)を参照して、次の電池が存在するか否かを判断する。次の電池が存在しないこと(すなわち、S27においてNOと判断されること)は、充電スケジュールに基づくエネルギーマネジメントが終了したことを意味する。S27においてNOと判断されると、図12に示す一連の処理が終了する。
他方、S27においてYESと判断されると、制御装置31は、S28において、対象電池の充電終了に起因した充電電力の減少分を補填するための処理を実行する。具体的には、制御装置31は、S28において、予備リソースを選択し、選択された予備リソースにより充電を実行する。S28の処理は、前述したS24及びS25の処理と同じである。
S29では、次の電池の充電準備が完了しているか否かを、制御装置31が判断する。制御装置31は、車両50が充電可能状態になっていれば、車両50に搭載されたバッテリ130の充電準備は完了していると判断する。次の電池の充電準備が完了していない場合(S29にてNO)には、処理がS28に戻る。そして、次の電池の充電準備が完了するまで、S28及びS29の処理が繰り返される。S28の処理により、対象電池の充電終了に起因した充電電力の減少分が、予備リソースの充電で補填される。
次の電池の充電準備が完了している場合(S29にてYES)には、制御装置31が、S30において、次の電池を新たな対象電池として設定する。その後、図12に示す一連の処理は終了する。すなわち、S30の処理が実行されることによって、対象電池についての図12に示す一連の処理は終了するが、次の電池(新たな対象電池)について、新たに図12に示す一連の処理が開始される。
図10に示した例において、車両50A(第1車両)のバッテリ130Aを対象電池として図12に示す一連の処理が実行された場合、バッテリ130Aの充電終了が近くなると、バッテリ130Aにおいて充電電力絞り制御が実行され(図5のS14)、充電電力がX1を下回り(図4参照)、S23においてYESと判断される。そして、S24及びS25の処理により、充電電力絞り制御に起因した充電電力の減少分が、予備リソースの充電で補填される。その後、バッテリ130Aの充電が終了すると、S26においてYESと判断され、S29において、車両50B(第2車両)のバッテリ130B(次の電池)の充電準備が完了しているか否かが判断される。車両50Bは、バッテリ130Aの充電終了前に電力系統PGに接続されているため、バッテリ130Aの充電が終了すると、S29においてYESと判断され、S30においてバッテリ130Bが新たな対象電池として設定される。そして、バッテリ130Bを対象電池として図12に示す一連の処理が開始される。
一方、車両50F(第1車両)のバッテリ130Fを対象電池として図12に示す一連の処理が実行された場合には、充電スケジュールが示す充電終了タイミングよりも早くバッテリ130Fの充電が終了する。このため、車両50H(第2車両)は、バッテリ130Fの充電終了時に、まだ電力系統PGに接続されていない。したがって、S29においてNOと判断され、車両50Hが電力系統PGに接続されるまで、バッテリ130Fの充電終了に起因した充電電力の減少分が、予備リソースの充電で補填される(S28)。そして、車両50Hが電力系統PGに接続されると(S29にてYES)、S30においてバッテリ130H(次の電池)が新たな対象電池として設定され、バッテリ130Hについての図12に示す一連の処理が開始される。
以上説明したように、この実施の形態に係るサーバ30Aは、複数の電池(たとえば、バッテリ130A~130H)を順次充電する制御装置31を備える。制御装置31は、電力系統PGのエネルギーマネジメントのために複数の電池の各々の充電開始指令を順次送信するように構成される。そして、制御装置31は、充電中の対象電池において充電電力絞り制御が実行されたときに(図12のS22及びS23にてYES)、対象電池の充電終了が近いことを検知するように構成される。サーバ30Aは、対象電池の充電終了が近いことを検知した後、対象電池の充電終了前に所定の処理を実行できる。たとえば、サーバ30Aは、対象電池の充電終了前に、充電電力絞り制御による充電電力の減少分を補填する(図12のS24及びS25)。この実施の形態に係るサーバ30Aは、電池のSOCによらずに電池の充電状況を把握し、電池の充電状況に応じて適切なエネルギーマネジメントを行なうことができる。
この実施の形態に係るエネルギーマネジメント方法は、充電中の電池において充電電力絞り制御が実行されたか否かを判断すること(図12のS22及びS23)と、充電中の電池において充電電力絞り制御が実行されたと判断された場合に(S22及びS23にてYES)、充電電力絞り制御による充電電力の減少分を補填するための処理を実行すること(図12のS24及びS25)とを含む。この実施の形態に係るエネルギーマネジメント方法によれば、電池のSOCによらずに電池の充電状況を把握し、電池の充電状況に応じて適切なエネルギーマネジメントを行なうことが可能になる。
上記実施の形態では、サーバ30Aの制御装置31が、スマートメータ13の検出値を用いて、充電中の対象電池において充電電力絞り制御が実行されたか否かを判断している。しかしこれに限られず、サーバ30Aの制御装置31は、EVSE40に内蔵される電力計の検出値、又はEVSE40の外側に設けられたCTセンサの検出値を用いて、充電中の対象電池において充電電力絞り制御が実行されたか否かを判断してもよい。
サーバ30Aの制御装置31は、図12に示した処理の代わりに、図14に示す処理を実行するように構成されてもよい。図14は、図12に示した処理の変形例を示すフローチャートである。図14に示す処理では、図12のS24及びS25の代わりにS24A及びS25Aが採用され、図12のS27~S30が割愛されている。この変形例では、充電スケジュールが使用されない。たとえば、サーバ30Aは、サーバ20(上位アグリゲータE2)から充電要求を受けたときに第1対象電池を選定し、第1対象電池に対して図14に示す一連の処理を実行する。サーバ30Aは、電力系統PGの予備リソースの中から第1対象電池を選定する。第1対象電池に対して図14に示す一連の処理が実行されることによって、第1対象電池の充電を通じて電力系統PGのエネルギーマネジメントが行なわれる。以下、図12に示した処理との相違点を中心に、この変形例に係る処理(図14)について説明する。
図2とともに図14を参照して、S21では、サーバ30Aの制御装置31が第1対象電池の充電開始指令を送信する。第1対象電池は、図1に示した車両50と同じ構成を有する第1車両のバッテリ130であってもよい。第1車両のECU150(第1制御装置)は、サーバ30Aからの充電開始指令に基づいて、第1対象電池に対する所定の第1充電制御を開始する。所定の第1充電制御は、たとえば図4及び図5に示した制御である。ただしこれに限られず、所定の第1充電制御は、図7又は図8に示した制御であってもよい。
充電中の第1対象電池において充電電力絞り制御が開始されると、S22及びS23においてYESと判断され、処理がS24Aに進む。S24Aでは、制御装置31が、電力系統PGの予備リソースの中から第2対象電池(新たな対象電池)を選択する。第2対象電池は、リレー方式の充電において第1対象電池の次に充電を開始する電池(すなわち、第1対象電池から充電を引き継ぐ電池)に相当する。そして、制御装置31は、S25Aにおいて、第2対象電池に対して図14に示す一連の処理を実行する。第1対象電池の充電に係る処理(図14)と、第2対象電池の充電に係る処理(図14)とは、並行して実行され、同時に進行する。
第1対象電池の充電に係る処理では、S25Aの処理後、制御装置31が、S26において、第1対象電池の充電電力がX2を下回ったか否かを判断する。制御装置31は、第1対象電池の充電電力がX2を下回らない間(S26にてNO)は、第1対象電池の充電が続いていると判断する。そして、充電電力がX2を下回ると(S26にてYES)、制御装置31は、第1対象電池の充電が終了したと判断する。S26においてYESと判断されると、第1対象電池の充電に係る処理(図14)は終了する。
第2対象電池の充電に係る処理は、第1対象電池の充電が終了する前に開始される。そして、S21では、制御装置31が第2対象電池の充電開始指令を送信する。第2対象電池は、図1に示した車両50と同じ構成を有する第2車両のバッテリ130であってもよい。第2車両のECU150(第2制御装置)は、第2対象電池の充電開始指令を受信したときに起動してもよい。第2車両のECU150は、サーバ30Aからの充電開始指令に基づいて、第2対象電池に対する所定の第2充電制御を開始する。所定の第2充電制御は、たとえば図4及び図5に示した制御である。ただしこれに限られず、所定の第2充電制御は、図7又は図8に示した制御であってもよい。
第2対象電池の充電開始直後においては、第1対象電池と第2対象電池との両方で充電が実行されることになる。第1対象電池の充電電力と第2対象電池の充電電力との総和が、上位アグリゲータE2から要求される充電電力を超えないように、制御装置31は、第2対象電池の充電開始指令において、充電電力の立上がりを緩やかにするように指示してもよい。
その後、充電中の第2対象電池において充電電力絞り制御が開始されると、S22及びS23においてYESと判断され、処理がS24Aに進む。S24A以降の処理は、第1対象電池の充電に係る処理と同様である。すなわち、第2対象電池の充電に係る処理においても、S24Aにおいて、新たな対象電池(第3対象電池)が選定される。
上記変形例に係るサーバ30Aは、充電中の第1対象電池において充電電力絞り制御が開始されたときに(S22及びS23にてYES)、第2対象電池の充電開始指令を送信するように構成される。こうした構成では、第2対象電池に対する充電開始指令が、第1対象電池の充電終了前に送信されるため、充電途切れが生じにくくなる。上記変形例に係るサーバ30Aを含む電力管理システムは、本開示に係る「電力管理システム」の一例に相当する。
上記実施の形態及び変形例では、サーバ30Aが、車両が接続されたEVSE(給電設備)を管理するEMS(エネルギーマネジメントシステム)へ充電開始指令を送信するように構成される(図2)。しかしこれに限られず、サーバは、充電開始指令をEVSEに送信してもよいし、車両に直接的に(EMS及びEVSEを介さずに)送信してもよい。
図15は、図2に示したサーバの通信態様の第1変形例を示す図である。図15を参照して、サーバ30Cは、充電開始指令をEVSE40に直接的に送信するように構成される。サーバ30Cは、EVSE40と通信するための通信装置33Cを備える。また、EVSE40が、サーバ30Cと通信するための通信装置(図示せず)を備える。EVSE40の通信装置は、EVSE40の本体に搭載されてもよいし、充電ケーブル42に設けられてもよい。サーバ30CとEVSE40との通信方式は、有線でも無線でもよい。サーバ30Cは、たとえば図12又は図14のS21において、対象電池(バッテリ130)を備える車両50と接続された状態のEVSE40へ対象電池の充電開始指令を送信する。EVSE40は、サーバ30Cからの指令に従い、対象電池の充電開始を車両50に指示する。サーバ30Cは、車両50に搭載された対象電池の充電電力をスマートメータ13から取得する。なお、EVSE40は、EVSE管理用クラウドと通信可能に構成されてもよい。EVSE40とEVSE管理用クラウドとの通信プロトコルは、OCPP(Open Charge Point Protocol)であってもよい。
図16は、図2に示したサーバの通信態様の第2変形例を示す図である。図16を参照して、サーバ30Dは、充電開始指令を無線通信で直接的に車両50へ送信するように構成される。サーバ30Dは、車両50と無線通信するための通信装置33Dを備える。また、車両50の通信機器180は、サーバ30Dと通信するための通信I/Fを含む。通信機器180は、DCM(Data Communication Module)を含んでもよい。サーバ30Dは、たとえば図12又は図14のS21において、対象電池(バッテリ130)を備える車両50がEVSE40と接続されているときに、車両50へ直接的に対象電池の充電開始指令を送信する。車両50のECU150は、サーバ30Dからの充電開始指令に従い、対象電池に対する所定の充電制御を開始する。サーバ30Dは、車両50に搭載された対象電池の充電電力をスマートメータ13から取得する。
上記実施の形態及び変形例では、サーバが、充電中の対象電池の充電電力が下降して第1基準値(X1)を下回ったときに、充電中の対象電池において充電電力絞り制御が開始されたと判断する。しかし、対象電池において充電電力絞り制御が実行されているか否かを判断する方法は、上述の方法に限られない。たとえば、サーバは、充電電力の下降パターン(充電電力が下降するときの挙動)に基づいて、充電電力絞り制御が実行されているか否かを判断してもよい。サーバは、充電電力絞り制御が実行されているときの充電電力の挙動を学習してもよい。また、サーバは、充電電流及び充電電圧の少なくとも一方の挙動に基づいて、充電電力絞り制御が実行されているか否かを判断してもよい。サーバは、充電電力絞り制御が実行されているときの充電電流及び充電電圧の少なくとも一方の挙動を学習してもよい。サーバは、AI(人工知能)を用いた機械学習により得た学習済みモデルを用いて、充電電力絞り制御が実行されているか否かを判断してもよい。学習は電池ごと(車両ごと)に行なわれてもよい。こうした方法によれば、充電電力が安定しない場合にも、充電電力のふらつきに起因した充電電力絞り制御の誤検知が生じにくくなる。
上記実施の形態及び各種変形例は任意に組み合わせて実施されてもよい。たとえば、ユーザが任意の制御モードを採用できるように、制御装置31がユーザからの入力を受け付けてもよい。ユーザが、入力装置34を通じて、図12に示した制御(第1制御モード)と、図14に示した制御(第2制御モード)とのいずれかを選択できるように、制御装置31が構成されてもよい。
電力会社は、事業別に分社化されていてもよい。発電事業者と送配電事業者とが異なる会社であってもよい。1つのアグリゲータが、上位アグリゲータ及び下位アグリゲータの両方の役割を果たしてもよい。サーバは、電力市場からエネルギーマネジメントの要請を受けてもよい。
リレー方式で順次バッテリの充電を行なう複数の車両が同じ構成を有することは必須ではない。車種の異なる複数の車両がリレー方式で順次バッテリの充電を行なってもよい。
車両の構成は、図1に示した構成に限られない。たとえば、車両は、外部充電及び外部給電のうち外部充電のみ可能に構成されてもよい。車両は、非接触充電可能に構成されてもよい。車両は、乗用車に限られず、バス又はトラックであってもよい。車両は、EVに限られず、PHVであってもよい。車両は、自動運転可能に構成されてもよいし、飛行機能を備えてもよい。車両は、無人で走行可能な車両(たとえば、無人搬送車(AGV)又は農業機械)であってもよい。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 電力管理システム、11 発電所、12 送配電設備、13,14 スマートメータ、30A,30B,30C,30D サーバ、31 制御装置、32 記憶装置、33,33C,33D 通信装置、34 入力装置、40 EVSE、42 充電ケーブル、43 コネクタ、50 車両、61,62 EMS、70 ESS、80 携帯端末、110 インレット、120 充放電器、130 バッテリ、150 ECU、151 プロセッサ、152 RAM、153 記憶装置、154 タイマ、161 入力装置、162 メータパネル、170 NAVI、180 通信機器、PG 電力系統。

Claims (15)

  1. 複数の電池を順次充電する制御装置を備えるサーバであって、
    前記制御装置は、充電中の対象電池において充電電力絞り制御が実行されたときに、前記対象電池の充電終了が近いことを検知するように構成される、サーバ。
  2. 前記制御装置は、充電中の前記対象電池の充電電力が下降して第1基準値を下回ったときに、充電中の前記対象電池において前記充電電力絞り制御が開始されたと判断する、請求項1に記載のサーバ。
  3. 前記制御装置は、前記充電電力絞り制御が開始された後に前記対象電池の充電電力が前記第1基準値よりも低い第2基準値を下回ったときに、前記対象電池の充電が終了したと判断する、請求項2に記載のサーバ。
  4. 前記サーバは、前記複数の電池の充電順序を示す充電スケジュールを格納するための記憶装置をさらに備え、
    前記複数の電池は、前記対象電池と、前記充電スケジュールにおいて前記対象電池の次に充電が開始されることが定められている次の電池とを含み、
    前記制御装置は、電力網のエネルギーマネジメントのために前記複数の電池の各々の充電開始指令を順次送信するように構成される、請求項1~3のいずれか一項に記載のサーバ。
  5. 前記制御装置は、前記対象電池の充電終了が近いことを検知したときに、前記充電電力絞り制御による充電電力の減少分を補填するように、前記電力網に接続される充電リソースの充電を実行する、請求項4に記載のサーバ。
  6. 前記制御装置は、前記対象電池の充電終了が近いことを検知したときに前記電力網の予備力が不足している場合には、前記電力網の予備力を増やすための処理を実行する、請求項4又は5に記載のサーバ。
  7. 前記対象電池は、第1車両に搭載された二次電池であり、
    前記次の電池は、第2車両に搭載された二次電池であり、
    前記制御装置は、前記電力網から前記対象電池へ供給される電力を検出する電力計の検出値を用いて、前記電力網から供給される電力で充電されている前記対象電池において前記充電電力絞り制御が実行されたか否かを判断するように構成される、請求項4~6のいずれか一項に記載のサーバ。
  8. 複数の電池を順次充電するサーバを含む電力管理システムであって、
    前記サーバは、前記複数の電池の各々の充電開始指令を順次送信するように構成され、
    前記複数の電池は、第1対象電池と、前記第1対象電池の次に充電を開始する第2対象電池とを含み、
    前記サーバは、充電中の前記第1対象電池において充電電力絞り制御が開始されたときに、前記第2対象電池の充電開始指令を送信するように構成される、電力管理システム。
  9. 前記第1対象電池は、第1車両に搭載された二次電池であり、
    前記第2対象電池は、第2車両に搭載された二次電池であり、
    前記第1車両は、前記サーバからの充電開始指令に基づいて、前記第1対象電池に対する所定の第1充電制御を開始する第1制御装置を備え、
    前記第2車両は、前記サーバからの充電開始指令に基づいて、前記第2対象電池に対する所定の第2充電制御を開始する第2制御装置を備える、請求項8に記載の電力管理システム。
  10. 前記サーバは、前記充電開始指令を、車両が接続された給電設備、又は前記給電設備を管理するエネルギーマネジメントシステムへ送信する、請求項9に記載の電力管理システム。
  11. 前記サーバは、前記充電開始指令を無線通信で直接的に車両へ送信し、その車両に搭載された電池の充電電力をスマートメータから取得する、請求項9に記載の電力管理システム。
  12. 前記第1制御装置は、前記所定の第1充電制御において、第1定電力充電、充電電力を下降させる定電圧充電、前記第1定電力充電よりも低電力の第2定電力充電の順に、前記第1対象電池の充電制御を実行し、
    前記定電圧充電及び前記第2定電力充電が前記充電電力絞り制御に相当する、請求項9~11のいずれか一項に記載の電力管理システム。
  13. 前記第1制御装置は、前記所定の第1充電制御において、定電流充電、定電圧充電の順に、前記第1対象電池の充電制御を実行し、
    前記第1制御装置は、前記定電流充電から前記定電圧充電に移行するときに前記充電電力絞り制御を開始する、請求項9~11のいずれか一項に記載の電力管理システム。
  14. 前記第1制御装置は、前記所定の第1充電制御において、第1定電力充電、前記第1定電力充電よりも低電力の第2定電力充電の順に、前記第1対象電池の充電制御を実行し、
    前記第1制御装置は、前記第1定電力充電から前記第2定電力充電に移行するときに前記充電電力絞り制御を開始する、請求項9~11のいずれか一項に記載の電力管理システム。
  15. 電池の充電を通じてエネルギーマネジメントを行なうエネルギーマネジメント方法であって、
    充電中の電池において充電電力絞り制御が実行されたか否かを判断することと、
    前記充電中の電池において前記充電電力絞り制御が実行されたと判断された場合に、前記充電電力絞り制御による充電電力の減少分を補填するための処理を実行することと、
    を含む、エネルギーマネジメント方法。
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