JP2022122687A - 充放電要素の充放電制御方法、および、充放電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】システムの応答性が下がるような状態であっても、差分電力ΔＰの変化からシステム全体の状態を推定して、適切に各要素の電力調整を行う。
【解決手段】充放電要素の充放電制御方法は、複数の充放電要素（ＥＶ）が追加的に利用することができる差分電力ΔＰを示す情報を取得し、差分電力の変化から複数の充放電要素（ＥＶ）全体の状態を推定し、全体の状態を加味した自己の状態に基づいて、充電または放電する電力を変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、充放電要素の充放電制御方法、および、充放電制御装置に関する。

特許文献１には、複数の電力消費要素を含むグループ全体で消費される総消費電力の制約に基づいて、各電力消費要素の消費電力を制御する技術が記載されている。具体的には、同報送信要素が、総消費電力の現在値と総消費電力の基準値との差の関数（総消費電力調整指示値）をグループ内に同報送信すると、各電力消費要素が、この関数と自己に与えられた優先度とを用いて自己の消費電力を制御し、これにより、グループ全体の総消費電力の現在値が総消費電力の基準値に収束されることが開示されている。

なお、特許文献１の技術では、グループ全体の総消費電力の現在値が総消費電力の上限値に達し、グループ全体の総消費電力の現在値と総消費電力の上限値との差が零になってしまうと、新たな電力消費要素が加わって電力消費を開始しようとしても、新たな電力消費要素に割り当てられる電力がなく、新たな電力消費要素に電力が供給されない。

一方、特許文献２では、総送電電力の現在値と総送電電力の最大値の差が零となり新たな受電要素が早期に受電を開始することができなくなることを防ぐために、電力補正値を設け、受電する電力を補正することが開示されている。

特許第６１６８５２８号公報 国際公開公報ＷＯ２０２０／１９４０１０

しかしながら、従来の技術では、自己の状態による優先度に基づいて電力を調整していたため、優先度が小さな要素ばかりが集まった場合などのように、システムの応答性が下がるような状態では、充電に時間がかかり過ぎるなどエネルギーを効率的に利用できない場合が発生する、という課題を有していた。

本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、システムの応答性が下がるような状態であっても、適切に各要素の電力調整を行うことができる、充放電要素の充放電制御方法、および、充放電制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、複数の充放電要素が追加的に利用することができる差分電力を示す情報を取得し、前記差分電力の変化から前記複数の前記充放電要素の全体の状態を推定し、前記全体の状態を加味した自己の状態に基づいて、充電または放電する電力を変化させることが含まれる。

本発明の一態様によれば、システムの応答性が下がるような状態であっても、差分電力の変化からシステム全体の状態を推定して、適切に各要素の電力調整を行うことができる。

図１は、本実施形態に係わる電気自動車ＥＶ１の充放電制御装置及びその周辺装置の構成を示すブロック図である。 図２は、図１の充放電制御装置が実行する（ａ）～（ｅ）の処理ステップを時系列に並べたフローチャートである。 図３は、従来技術の制御方法による各種数値の変動を示す図表である。 図４は、本実施形態の充放電制御方法による各種数値の変動を示す図表である。 図５は、本実施形態において２ｋＷを越えたら優先度は１／１００にする改良例の充放電制御方法による各種数値の変動を示す図表である。 図６Ａは、従来技術において、EVをより増やした場合の電力(kW)の変動のシミュレーション結果を示すグラフ図である。 図６Ｂは、従来技術において、EVをより増やした場合の充電率SOCの変動のシミュレーション結果を示すグラフ図である。 図７Ａは、本実施形態において、EVをより増やした場合の電力(kW)の変動のシミュレーション結果を示すグラフ図である。 図７Ｂは、本実施形態において、EVをより増やした場合の充電率SOCの変動のシミュレーション結果を示すグラフ図である。

図面を参照して、実施形態及びその変形例、実施形態又はその変形例を適用した具体的な実施例を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

（実施形態）
図１を参照して、本実施形態に係わる電気自動車（「充放電要素」の一例）の充放電制御装置及びその周辺装置の構成を説明する。充放電制御装置は、複数の電気自動車（ＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３、・・・）が充電または放電する電力（「要素充放電電力」と呼ぶ。）を、一例として所定の処理サイクルを繰り返すことにより、制御する。

本実施形態において、充放電制御装置は、外部から電気信号を受信する受信装置２１と、電気自動車ＥＶ１の状態（「自己の状態」の一例）を示す情報を取得する車両状態取得装置２２と、電気自動車ＥＶ１の要素充放電電力ｐを算出する計算装置２３とを備える。電気自動車ＥＶ１は、外部と電力（要素充放電電力ｐ）の充電ないし放電を行う充放電装置２４と、充放電装置２４が受けた電力ないし充放電装置２４が放電する電力を蓄えるバッテリ２５と、バッテリ２５が蓄える電気エネルギーないし要素充放電電力に基づいて駆動するモータ２６とを備える。

本実施形態の一例として、処理サイクルには、以下の（ａ）～（ｅ）の処理ステップが含まれる。

（ａ）受信装置２１は、複数の充放電要素や電力消費要素等が利用可能な差分電力（△Ｐ）を示す情報を取得する。ここで、差分電力（△Ｐ）は、一例として、全体１１に送ることができる総送電電力の最大値（Ｐall_max）から、総送電電力の現在値（Ｐall_now）を減じて得られる値であってもよい。これに限られず、差分電力（△Ｐ）は、総送電電力の最大値（Ｐall_max）から、総送電電力の現在値（Ｐall_now）と電力補正値を減じて得られる値であってもよい（国際公開公報ＷＯ２０２０／１９４０１０参照）。なお、総送電電力は、電力設備１２を経由して送電可能な電力のみならず、電気自動車ＥＶ１などの充放電要素から送電可能な電力も含まれ得る。

（ｂ）計算装置２３は、車両状態取得装置２２等からの情報に基づいて、自己（電気自動車ＥＶ１）の優先度（β）を算出する。ここで、優先度βは、自己の状態を数値化したものであり、一例として、他の電気自動車（ＥＶ２、ＥＶ３、・・・）よりも自己（電気自動車ＥＶ１）の充放電が優先される度合いを示す。具体例として、優先度βは以下の3つの係数の積によって決定する。
・ＳＯＣ（Stete Of Charge：充電率）： １－ＳＯＣ
・出発までの時間： １／出発までの時間
・目標ＳＯＣ： １．０（８０％以下）
０．１（８０％を越える）
すなわち、β＝（１－ＳＯＣ）・（１／出発までの時間）・（目標ＳＯＣ係数））

（ｃ）計算装置２３は、取得した情報が示す差分電力（△Ｐ）の変化から全体の状態（例：全体の優先度βｔｏｔａｌ）を推定し、全体の状態（例えば、全体の状態を数値化した優先度βｔｏｔａｌ）を加味した自己の状態β´に基づいて、充放電する電力を変化させる量を示す要素差分電力Δｐを算出する。ここで、計算装置２３は、βｔｏｔａｌ＝（ΔＰｐｒｅ－ΔＰｎｏｗ）／ΔＰｐｒｅの式（ΔＰｐｒｅは前回の差分電力、ΔＰｎｏｗは今回の前記差分電力を示す。）にて差分電力の変化率を求めることにより、全体の状態を計算してもよい。また、一例として、計算装置２３は、β´＝β／βｔｏｔａｌの式を計算することにより、全体の状態を加味した自己の状態を求めてもよい。また、計算装置２３は、Δｐ＝ΔＰ・β´＝△Ｐ・β／βｔｏｔａｌの式を計算することにより、要素差分電力Δｐを求めてもよい。ここで、要素差分電力Δｐに、重み付け、閾値、マージン、および／または、時定数を設けることにより、最大変化量を超えないようにしたり、システムに安定性を持たせたり、フルレンジにせず、緩やかに変化させるように設定してもよい。なお、時定数は、目標値の（１－ｅ^－１）に達するまでの時間として定義してもよい。

（ｄ）つづいて、計算装置２３は、前回の処理サイクルにおける充放電の電力である要素充放電電力ｐ（ｔ－１）に、要素差分電力（例：Δｐ＝△Ｐ・β／βｔｏｔａｌ）を加算することにより、要素充放電電力ｐ（ｔ）を更新する（すなわちｐ（ｔ）＝ｐ（ｔ－１）＋Δｐ）。

（ｅ）そして、計算装置２３は、更新後の要素充放電電力ｐ（ｔ）にて充電または放電するように電気自動車ＥＶ１を制御する。

ここで、実施形態、変形例、及び実施例において、「電気自動車」は、電力を充電および／または放電する「充放電要素」の一例である。したがって、「充放電要素」は、充電のみを行う蓄電要素であってもよく、放電のみを行う放電要素であってもよく、それら両要素を兼ね備えた充放電の要素であってもよい。同様に、本願において、「充放電」は、充電および／または放電を意味する。すなわち、「充放電する」とは、充電のみを行うことを意味してもよく、放電のみを行うことを意味してもよく、その両方を行い得ることを意味してもよい。ここで、充電は、蓄電することに限られず、何らかのエネルギーに変換することも含まれる。例えば、電気自動車が、電気エネルギーを運動エネルギーに変換した場合、この運動エネルギーを再び電気エネルギーに変換することもできるので、広義の充電といえる。一例として、蓄電する場合、受電または発電した電力をバッテリ（二次電池、蓄電池、充電式電池を含む）に蓄える。「充放電要素」には、車両（電気自動車、ハイブリッド車、建設機械、農業機械を含む）、鉄道車両、遊具、工具、家庭製品（スマートフォンなど）、日用品、ソーラーパネルを備えた住宅など、バッテリやコンデンサや水素蓄電池や揚水式ダムなどの蓄電手段など、あらゆる機器及び装置ならびに設備が含まれ得る。

また、充放電要素には、電力消費要素が接続されていてもよい。例えば、電力消費要素は、鉄道車両、遊具、工具、エアコンなどの家庭製品、スマートフォンなどの日用品などである。電力消費要素は、電気自動車のように、バッテリを備えていてもよい。例えば、電気自動車が、受電した電力をバッテリに蓄えずに、直接、車内エアコンやモータへ電送し、駆動力として消費する場合、充放電要素である電気自動車が電力消費要素ともなり得る。

「充放電要素」は、充放電制御装置による充放電制御の単位構成を示す。即ち、充放電要素を単位として実施形態、実施例、及び変形例に係わる充放電制御が行われる。例えば、複数の電気自動車（ＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３、・・・）の各々について、実施形態、実施例、及び変形例に係わる充放電制御が行われる。

実施形態では、充放電要素の一例として、電気をエネルギー源とし、モータ２６を動力源として走行する電気自動車（ＥＶ）を挙げる。しかし、本発明における充放電要素を電気自動車（ＥＶ）に限定することは意図していない。例えば、充放電要素は、スマートハウス等であってもよい。

実施形態及び変形例において、電力設備１２は、電力供給基点１０の一例である。例えば、電力設備１２は、以下の＜１＞～＜６＞であってもよい。
＜１＞電気自動車ＥＶ用の「充電スタンド」
＜２＞住宅、オフィスビル、商業施設、工場、又は高速道路のパーキングエリア等の敷地内に設置された「変電装置」
＜３＞水力、火力、原子力などの「発電所」、発電された電力を所定の電圧へ変換する「変電所」
＜４＞変電所を経由して伝送された電力を分配するための様々な「配電設備」
＜５＞これらの装置又は設備の間を接続する「配線（ケーブル、フィーダーを含む）」
＜６＞近隣にある小規模な蓄電要素のエネルギーを束ね、１つの大規模な発電所のように機能させる「バーチャルパワープラント（仮想発電所：ＶＰＰ）」

本実施形態等では、充放電制御装置が、電気自動車ＥＶ１に搭載されている例を説明するが、これに限られず、充放電制御装置は、短距離無線、無線ＬＡＮ、無線ＷＡＮなどの近距離無線通信技術、或いは、携帯電話通信網等を利用して、電気自動車ＥＶ１の外部から電気自動車ＥＶ１の要素充放電電力ｐを制御してもよい。

また、システムの負荷となり得る負荷群１１に含まれる複数の電気自動車（ＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３、・・・）のうちの１台の電気自動車ＥＶ１の構成を例にして説明するが、他の電気自動車（ＥＶ２、ＥＶ３、・・・）も電気自動車ＥＶ１と基本的に同じ構成を有している。

充放電制御装置は、電気自動車ＥＶ１が充電ないし放電する電力ｐを制御する。具体例として、計算装置２３は、充放電装置２４が充電ないし放電する電力ｐを制御する。充放電装置２４が充電した電力はバッテリ２５に蓄えられ、放電した電力は負荷群１１に向けて送電される。なお、電気自動車ＥＶ１は、充放電装置２４が受電した電力ｐを、バッテリ２５に蓄えず、駆動源としてのモータ２６等へ直接送電しても構わない。

電気自動車ＥＶ１へ供給される電力は、電流計測装置１３により計測される。電流計測装置１３により計測された電力値は、差分情報送信装置１４へ送信される。

負荷群１１に含まれる複数の電気自動車（ＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３、・・・）等に対しては、電気エネルギーが供給される。更に、複数の電気自動車（ＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３、・・・）のみならず、負荷群１１に含まれる１又は２以上の他の電力消費要素１５に対しても電気エネルギーが供給されてもよい。そのため、電気エネルギーの供給を受ける複数の電気自動車（ＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３、・・・）及び１又は２以上の他の電力消費要素１５は、１つのグループ（負荷群１１）を形成している。

電流計測装置１３は、１つの負荷群１１に含まれる全ての電気自動車（ＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３、・・・）及び他の電力消費要素１５へ送られている総送電電力の現在値（Ｐall_now）、換言すれば、負荷群１１の全体の総送電電力を計測する。

本実施の形態においては、負荷群１１の全体の電力容量、即ち、負荷群１１の全体に送ることができる総送電電力の最大値（Ｐall_max）が予め定められている。実施形態に係る充放電制御装置は、総送電電力の最大値（Ｐall_max）の制約に基づき、電気自動車ＥＶ１の要素充放電電力を制御する。例えば、充放電制御装置は、電流計測装置１３が計測する総送電電力の現在値（Ｐall_now）が、電力の最大値（Ｐall_max）を超えないように、電気自動車ＥＶ１の受電電力を制御する。勿論、総送電電力の現在値（Ｐall_now）が電力の最大値（Ｐall_max）を一時的に超えることを許容するように、電気自動車ＥＶ１の受電電力を制御しても構わない。例えば、総送電電力の最大値（Ｐall_max）は、電力補正値など様々な要因により定まるので、必ずしも全体で送信可能な電力の最大値とは限らない（特許文献２：国際公開公報ＷＯ２０２０／１９４０１０参照）。

図１に示すように、本実施形態では、電力設備１２、電流計測装置１３及び電気自動車ＥＶ１の各々に対して、差分情報送信装置１４が、無線又は有線により通信可能に接続されている。電力設備１２は、差分情報送信装置１４へ総送電電力の最大値を示す電気信号を送信し得る。ここで、電気自動車ＥＶも送電電力の最大値を示す電気信号を差分情報送信装置１４へ送信してもよい。電流計測装置１３は、計測した総送電電力の現在値（Ｐall_now）を示す電気信号を差分情報送信装置１４へ送信する。

差分情報送信装置１４は、計算部３１と送信部３２とを備える。計算部３１は、一例として、総送電電力の最大値（Ｐall_max）から総送電電力の現在値（Ｐall_now）を減ずることにより差分電力（△Ｐ）を算出してもよい。なお、計算部３１は、電力設備１２と電気自動車ＥＶなど複数の箇所から送電電力の最大値を示す電気信号を受信した場合は、それらを合算して総送電電力の最大値（Ｐall_max）を計算する。なお、計算部３１は、更に電力補正値等を減ずることにより差分電力△Ｐを算出してもよい。

本実施形態において、送信部３２は、差分電力（△Ｐ）を示す電気信号を、負荷群１１に含まれる全ての電気自動車（ＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３、・・・）に対して、有線または無線により送信（ブロードキャスト）する。差分電力（△Ｐ）を示す電気信号は受信装置２１により受信され、計算装置２３へ転送される。これにより、充放電制御装置は、複数の充放電要素が追加的に利用することができる差分電力（△Ｐ）を示す情報を取得することができる。

図１に示す例において、差分情報送信装置１４は、各電気自動車から送信される、例えばバッテリ２５の充電率（ＳＯＣ）や、受電を終了する時刻（Ｔ_ｄ）など、各電気自動車の状態を示す信号を受信する受信装置を備えていなくてもよい。即ち、差分情報送信装置１４と各電気自動車との間は、差分情報送信装置１４から各電気自動車への片方向のみの通信であってもよい。

差分情報送信装置１４は、例えば、コンピュータネットワークを介して、電力設備１２、電流計測装置１３、及び負荷群１１に接続されたサーバであってもよい。或いは、差分情報送信装置１４は、電力設備１２の一部分として構成されていてもよい。

車両状態取得装置２２は、自己（この例では自車両ＥＶ１）の状態を表す情報を取得する。上述のように、自己の状態は、一例として、電気自動車ＥＶ１のユーザの要求を表す数値などにより、数値化された値（優先度β）として表現される。電気自動車ＥＶ１のユーザの要求を表す数値は、一例として、電気自動車ＥＶ１の充放電を終了する時刻（受電の終了時刻Ｔ_ｄ）までの残り時間Ｔである。残り時間（Ｔ）は、電気自動車ＥＶ１が充放電を終了する時刻から算出可能であり、充放電を行うことができる残り時間でもある。

例えば、自宅に帰宅したユーザが、自宅の駐車場にて電気自動車ＥＶ１のバッテリ２５の充放電を開始し、翌日の午前７時に電気自動車ＥＶ１にて外出する予定がある場合、翌日の午前７時から所定時間（５分）前の時刻を、充放電の終了時刻として設定することができる。このように、“翌日の午前７時に外出したい”というユーザの要求は、充放電の終了時刻（午前６時５５分＝Ｔ_ｄ）及び充放電の終了時刻までの残り時間（すなわち出発までの時間Ｔ）を表している。なお、終了時刻（Ｔ_ｄ）は、電気自動車ＥＶ１が充放電を続けることが可能な期間が終了する時刻を意味し、充放電制御フロー（図２）において、充放電を継続しない（Ｓ０３でＮＯ）と判断する時刻とは区別される。

充放電の終了時刻（Ｔ_ｄ）は、ユーザがスマートフォンなどの情報通信端末又は電気自動車ＥＶ１に搭載されたユーザインターフェースを用いて実際に設定した時刻であってもよい。あるいは、ユーザからの具体的な指示又は設定が無い場合、ユーザの過去の行動履歴（過去の出発時刻の履歴など）を調査して得られる統計データから推定される時刻であっても構わない。

計算装置２３は、電気自動車ＥＶ１のユーザの要求を表す数値や充電率ＳＯＣなどの自己の状態に基づいて、他の電気自動車（ＥＶ２、ＥＶ３、・・・）の充放電よりも自己ＥＶ１の充放電が優先される度合いを示す自己（自車両ＥＶ１）の優先度（β）を算出する。具体的には、計算装置２３は、上述した以下の式を用いて、現時刻（Ｔ_ｏ）から充放電の終了時刻（Ｔ_ｄ）までの残り時間（Ｔ）から優先度（β）を算出してもよい。
β＝（１－ＳＯＣ）・（１／（Ｔ_ｄ－Ｔ_ｏ））・（目標ＳＯＣ係数）

上記の式に示すように、優先度（β）は、出発までの残り時間（Ｔ＝Ｔｄ－Ｔ０）に反比例する。残り時間（Ｔ）が短くなるにつれて、優先度（β）は高くなる。なお、上記の式は一例にすぎず、例えば、優先度（β）は、残り時間（Ｔ）を２以上のｇ回（ｇは正数）掛け算した「残り時間（Ｔ）のｇ乗」に反比例してもよい。

従来技術（特許文献２参照）では、計算装置２３は、差分電力（△Ｐ）に自己の優先度（β）を乗じることにより要素差分電力（Δｐ＝β△Ｐ）を算出し、前回の処理サイクルにおける要素充放電電力ｐ（ｔ－１）に、要素差分電力Δｐ（＝β△Ｐ）を加算することにより、要素充放電電力ｐ（ｔ）を更新していた。なお、「ｔ」は、「処理サイクル」の繰り返し回数を示す。ｔは、零を含む正の整数である。

一方、本実施形態においては、計算装置２３は、更に、全体の状態を推定して、全体の状態を加味して、要素充放電電力ｐ（ｔ）を修正する。より具体的には、計算装置２３は、差分電力ΔＰの変化から複数の充放電要素全体の状態を推定し、全体の状態を加味した自己の状態に基づいて、充放電する電力である要素充放電電力ｐ（ｔ）を変化させる。

更なる具体例として、計算装置２３は、差分電力の変化率ΔΔＰを計算することにより全体の状態を示す優先度βtotalを求め、全体の優先度βtotalに対する相対的な自己の優先度βに基づいて、要素充放電電力ｐ（ｔ）を変化させてもよい。一例として、計算装置２３は、以下の式により、全体の優先度βtotalから要素充放電電力ｐを求めてもよい。
βtotal＝ΔΔＰ=(ΔPpre－ΔPnow)／ΔPpre
Δｐ＝ΔＰ・β／βtotal
ｐ（ｔ）＝ｐ（ｔ－１）＋Δｐ
（ここで、ΔPpreは前回の差分電力、ΔPnowは今回の差分電力、Δｐは要素差分電力、ｐ（ｔ－１）は前回の要素充放電電力、ｐ（ｔ）は今回の要素充放電電力を示す。）

ここで、計算装置２３は、差分電力ΔＰの変化から自己の変化量を控除して全体の状態を推定してもよい。一例として、計算装置２３は、以下の式により、差分電力ΔＰの変化から自己の変化量（Δp=p(t)-p(t-1)）を控除した全体の状態を示す優先度βtotal´＝βothersを計算してもよい。
βothers(t)={ΔP(t)－ΔP(t-1)－(p(t)－p(t-1))}／ΔP(t-1)
または、
βothers(t)={ΔP(t)－ΔP(t-1)－(p(t)－p(t-1)}／ΔP(t-1)×βothers(t-1)
（ここで、βothers(t)は自己の変化量を控除した全体の状態、ΔP(t)は今回の差分電力、ΔP(t-1)は前回の差分電力、p(t)は今回の自己の要素充放電電力、p(t-1)は前回の自己の要素充放電電力、βothers(t-1)は前回のβothersを示す。）

なお、以下のように、前回（t-1）に自己の優先度βと他の優先度βothersの合計で評価した場合に、今回（t）は、自己の優先度βと他の優先度βothersを分けて評価するように計算してもよい。
前回：自己と他の合計で評価
β´(t)={ΔP(t)－ΔP(t-1)}/ΔP(t-1)
今回：自己と他を分けて評価
βothers(t)={ΔP(t)－ΔP(t-1)－(p(t)-p(t-1))}/ΔP(t-1)
β´(t)=βothers(t)+β(t-1)
または、
前回：自己と他の合計で評価
β´(t)={ΔP(t)－ΔP(t-1)}/ΔP(t-1)×β´(t-1)
今回：自己と他を分けて評価
βothers(t)={ΔP(t)－ΔP(t-1)-(p(t)-p(t-1))}/ΔP(t-1)×βothers(t-1)
β´(t)=βothers(t)+β(t-1)

また、計算装置２３は、一例として以下に示すように、要素差分電力Δｐに、重み付け、閾値、マージン、および／または、時定数を設定してもよい。
＜時定数τを設けて変動を抑える方法＞
ベータ補正係数をβ´(t)＝τ×βcorrelation(t-1)+(1-τ)×βtotal(t-1)で求める。これにより、時間とともに補正をするため、一度に大きな変化は発生しなくなる。
＜βmaxを上限とする方法＞
β/β´(t)がβmaxを越えないようにする。これにより、βmaxで動いたとしても、目標値以上になることは一般負荷が変わっていない限り起こらない。
＜全体の目標βをフルレンジにせずに一定のマージンを考慮する方法＞
β´(t)={ΔP(t)－ΔP(t-1)}/ΔP(t-1)×50%
β´(t)={ΔP(t)－ΔP(t-1)}/ΔP(t-1)×β´(t-1)×50%

また、計算装置２３は、ソーラーパネルなどの電力設備１２における天候の変化などに起因する供給電力の変化、および／または、以下に例示するように一般の負荷の電力量変動（他の電力消費要素１５の消費電力の変化など）を加味（たとえば控除）して、全体の状態（例：βtotal）を推定してもよい。
＜全体の電力に一般の負荷の電力量変動Pmarginを考慮する方法＞
β´(t)={ΔP(t)－ΔP(t-1)-Pmargin}/ΔP(t-1)
β´(t)={ΔP(t)－ΔP(t-1)-Pmargin}/ΔP(t-1)×β´(t-1)×50%

また、計算装置２３は、前回までの変化率ΔΔＰpreに今回の変化率ΔΔＰnowを乗じていくことにより、全体の状態を推定してもよく、その際毎に、前回までの変化率ΔΔPpreに対して所定の１未満の累乗を行ってもよい。単純にβ´を掛け算のみで更新していくと、最初から参入しているEVと途中から参入したEVとで、異なるβ´を持つこととなり、最初から参入しているEVの方が有利なるが、全てのEVで共通のβ´を有することができるように、β´を1に近づけるような補正を行うことができる。この際、小さなβ´を持つ方が大きな比率で補正をすることが望ましいことから、一例として累乗を用いる。

なお、優先度は、差分電力ΔＰがプラス方向とマイナス方向とで異なる値をもってもよい。例えば、全体の電力が余っている場合と不足している場合とで異なる優先度の計算方法を用いてもよい。これにより、プラス方向の信号とマイナス方向の信号では応答性が異なるため、異なる値を持たせることができる。具体例として、ある閾値の電力に対して、大きな差分がある優先度を設定する場合、特に閾値電力を0Wとして、その大小によって大きな差分のある優先度を設定する。例えば、上げ優先度は放電している（電力が－）ときには0.1とし、充電している（電力が+）ときには0.001と設定し、下げ優先度は放電している（電力が－）ときには0.001とし、充電している（電力が＋）ときには0.1と設定してもよい。これにより、充電と放電を分けることができ、充放電に伴う損失を低減することができる。

また、一例として、プラス方向の信号が来たときには、マイナス方向のβ´は1よりも大きい倍率、もしくは1未満の所定の累乗をし、マイナス方向の信号が来たときには、プラス方向のβ´は1よりも大きい倍率、もしくは1未満の所定の累乗をしてもよい。これにより、プラスとマイナスの2つのβ´を持たせたときに、信号が来た際の使わない方向の推定優先度を徐々に1に近づけていくことができる。

また、計算装置２３は、差分電力ΔＰが前回プラス方向で今回さらに大きなプラスの場合（例：充電していたEVがいなくなった、電子レンジなどの負荷が減った）、前回マイナス方向で今回さらに大きなマイナスの場合、または、推定した全体の状態が自己の状態よりも応答性（たとえば優先度）が小さい場合、全体の状態を加味せず自己の状態のみに基づいて、要素充放電電力ｐを求めてもよい。これは、上記のいずれかの場合に、今回の推定されるβ値を自身が有するβ値として動作させることになる。例えば、計算装置２３は、従来技術（特許文献２）として上述した以下の式により求めてもよい。なお、これに限られず、β_others(t)=0と設定しても、全体推定量βtotalはβ_others(t)と自身のβを足したものなので同じ結果が得られる。
p(t)=p(t-1)+Δp=p(t-1)+β・ΔP
（ここで、p(t)は、今回の要素充放電電力ｐ、p(t-1)は、前回の要素充放電電力ｐ、Δｐは要素差分電力、ΔＰは差分電力、βは自己の優先度を示す）。

このほか、他の具体例として、効率特性で電力を増やす方が効率が上がる場合には大きな優先度を、電力を増やすことにより効率が下がる場合には小さな優先度を与えるようにしてもよい。最大効率になる負荷率での運転をキープしようとするが、電力が余っている場合には最大効率となる負荷率よりも高いところで動作するようになるので、変換損失の低減を実現することができる。

計算装置２３は、充放電装置２４が更新後の要素充放電電力ｐ（ｔ）で充放電するように充放電装置２４に対して指示信号を送信し、指示信号を受信した充放電装置２４は、更新後の要素充放電電力ｐ（ｔ）にて充放電を行う。

本実施形態においては、充放電制御装置は、上述した（ａ）～（ｅ）の処理ステップを含む処理サイクルを一定の周期で繰り返し実行することにより、電気自動車ＥＶ１の充放電装置２４が充放電する電力（すなわち要素充放電電力ｐ（ｔ））を制御する。

（充放電制御方法）
図２のフローチャートを参照して、図１の充放電制御装置による充放電制御方法の一例を説明する。なお、当業者であれば、図１の充放電制御装置の具体的な構成及び機能の説明から、充放電制御装置による充放電制御方法の具体的な手順を容易に理解できるので、ここでは、図１の充放電制御装置による充放電制御方法として、充放電制御装置の主要な処理動作を説明し、詳細な処理動作の説明や他の処理の例や変形例については、図１を参照した説明と重複するため割愛する。

まず、ステップＳ０１で、受信装置２１は、計算部３１により算出された差分電力（△Ｐ）を示す情報を取得する。ステップＳ０２に進み、車両状態取得装置２２は、自己（自車両ＥＶ１）の状態を示す情報（例、受電の終了時刻Ｔ_ｄやＳＯＣなど）を取得する。

ステップＳ０３に進み、充放電制御装置は、充放電を継続するか否かを判断する。例えば、電気自動車ＥＶ１のユーザから充放電終了の指示信号を受信した場合（Ｓ０３でＮＯ）、又は、現時刻が充放電の終了時刻（Ｔ_ｄ）となった場合、充放電の継続を終了する。或いは、充電ポートの未接続を検知した場合など電気自動車ＥＶ１が移動を開始する可能性が高まった場合（Ｓ０３でＮＯ）、充放電の継続を終了する。更に、バッテリ２５の充電率（ＳＯＣ）が目標値に達した場合（Ｓ０３でＮＯ）、充放電の継続を終了する。これらの状況が無ければ（Ｓ０３でＹＥＳ）、充放電制御装置は、充放電を継続するために、ステップＳ０４へ進む。

ステップＳ０４では、計算装置２３は、上述した以下の式を用いて、充放電の終了時刻（Ｔ_ｄ）や現在時刻Ｔ_ｏや充電率ＳＯＣ等から、自己（自車両ＥＶ１）の優先度（β）を算出する。なお、具体例として、出発までの時間とフルスピードで充電した場合の目標電力に到達するまでの時間を比較して、前者の方が大きい場合には、優先度を小さく設定してもよく、これにより、定められた電力の中で時間的に余裕がないEVに多くの電力を供給することができる。
β＝（１－ＳＯＣ）・（１／（Ｔ_ｄ－Ｔ_ｏ））・（目標ＳＯＣ係数）

ステップＳ０５へ進み、計算装置２３は、上述した以下の式を用いて、ステップＳ０４で求めた自己の優先度と、ステップＳ０１で受信した差分電力△Ｐの変化から、全体の優先度βtotalを加味した自己の優先度βに基づいて要素充放電電力Ｐ（ｔ）を更新する。
ｐ（ｔ）＝ｐ（ｔ－１）＋ΔＰ・β／βtotal
（ここで、ｐ（ｔ）は今回の要素充放電電力、ｐ（ｔ－１）は前回の要素充放電電力、ΔＰは差分電力を示し、全体の優先度βtotalは差分電力の変化率で求められる。）

ステップＳ０６へ進み、計算装置２３は、充放電装置２４が更新後の要素充放電電力Ｐ（ｔ）にて充放電するように充放電装置２４を制御する。充放電制御装置は、ステップＳ０１からステップＳ０６までを単位とする処理サイクルを、ステップＳ０３でＮＯと判定されるまで、繰り返し実行することにより、要素充放電電力ｐを制御する。

（シミュレーション結果）
次に、本実施形態に係る充放電制御方法に従って充放電制御を実行したシミュレーションの結果を説明する。

まず、従来技術（特許文献２）と本実施形態との数値的な変動の差異を示すため、図３～図５を用いて説明する。図３は従来技術の制御方法による各種数値の変動を示す図表であり、図４は、本実施形態の充放電制御方法による各種数値の変動を示す図表であり、図５は、本実施形態において２ｋＷを越えたら優先度は１／１００にする改良例の充放電制御方法による各種数値の変動を示す図表である。図３～図５に示すように、ここでは、３台の電気自動車（ＥＶ１、ＥＶ２、ＥＶ３）の各々が、充放電制御を実行することを前提としている。

図３に示すように、従来技術（特許文献２）では、全体の状態が考慮されず、各自の優先度（EV1:優先度0.20 EV2:優先度0.10 EV3:優先度0.05）に基づいて、利用可能な7kWの差分電力を、3台で分けていたために、時間がかかりシステム応答性が悪いという問題があった。

図４に示すように、本実施形態では、それぞれのEVは、差分電力ΔＰの変化率ΔΔＰを計算することにより全体の優先度（推定β）を求め、全体の優先度（推定β）に対する相対的な自己の優先度βの割合で、差分電力ΔＰを分配するので、満充電に達しやすくシステム応答性がよい。

さらに、２ｋＷを越えたら優先度を１／１００にする改良例では、図５に示すように、境目で一旦充電速度が停滞し、全てのEVが閾値を超えると充電速度が増加する。なお、この境目を0kWにすると放電から充電に切り替える際に、放電EVがいる場合には充電をしないモードを作ることができる。

ここで、図６（従来技術）および図７（本実施形態）は、EVをより増やした場合の電力(kW)（各図Ａ）と充電率SOC（各図Ｂ）の変動のシミュレーション結果を示すグラフ図である。なお、シミュレーション条件は、上述したように優先度βと電力補正パラメータαによる以下の式を用いた。
p(t)=p(t-1)+β×ΔP－α×p(t-1)
β＝（１－ＳＯＣ）・（１／出発までの時間）・（目標ＳＯＣ係数））

図６に示すように、従来技術では、電力のピーク前後で、３００kWの最大値Pmaxまでに充電電力の余裕があるにもかかわらず、充電速度が上がっていないが、図７に示すように、本実施形態では、電力のピーク前後で、最大値Pmaxぎりぎりまで効率的に充電電力が使われており、充電速度が上がりシステム応答性が改善することが確かめられた。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。

各電気自動車が、利用可能な差分電力（△Ｐ）の変化から全体の状態を推定して、全体の状態を加味した自己の状態に基づいて、充放電電力を変化させるので、各電気自動車が、推定した全体の状態を考慮して有効に差分電力ΔＰを分け合うことができる。よって、全体のシステム応答性を大幅に改善することができる。

また、差分電力の変化率ΔΔＰを求めることにより、全体の状態を推定することができるので、追加的な構成を必要とせず簡易な計算手法で全体の状態を推定することができる。

また、全体の状態に対する相対的な自己の状態（例：β／βtotal）を求めることにより、全体の状態を加味した自己の状態を得ることができる。

また、自己または全体などの状態は優先度（β、βtotal等）で表すことで、数値化することができる。

また、ΔＰ・β／βtotalにより定められる量Δpだけ充放電電力p(t)を変化させることで、全体の状態を考慮した的確な電力制御を行うことができる。

また、差分電力の変化率ΔΔＰ＝(ΔＰpre－ΔPnow)／ΔPpre＝βtotalの式により、簡易な計算手法で的確に全体の状態を推定することができる。

また、差分電力の変化から自己の変化量を控除することにより一層的確に全体の状態を推定することができる。

また、充放電電力の変化Δｐに、重み付け、閾値、マージン、および／または、時定数を設けることで、最大変化量を越えさせず、システムに安定性を持たせ、フルレンジにしない、緩やかに変化させる電力制御を行うことができる。

また、差分電力ΔＰの変化において、供給電力の変化および／または一般の負荷の電力量変動を加味して、全体の状態を推定するので、電力需要変化や、再エネ発電変化、一般の負荷の電力量変動などに対応することができる。

また、前回までの変化率に今回の変化率を乗じていくことにより、全体の状態を推定するので、新たに参入した電気自動車と以前からの電気自動車が推定する全体の状態を共通化していくことができる。

また、前回までの変化率に今回の変化率を乗じていく毎に、前回までの変化率に対して所定の１未満の累乗をすることで、推定βに変化率を掛けていく際に前の変化率を小さくして、先に到着した電気自動車と遅れて到着した電気自動車とで全体応答性を共有できなくなる点を解消させることができる。

また、上述した以下の式で自分と他を分けて評価することにより、差分電力の変化から自己の変化量を控除した全体の状態を的確に推定することができる。
βothers(t)={ΔP(t)－ΔP(t-1)－(p(t)－p(t-1))}／ΔP(t-1)、または、
βothers(t)= {ΔP(t)－ΔP(t-1)－(p(t)－p(t-1)}／ΔP(t-1)×βothers(t-1)

また、優先度βは、差分電力がプラス方向とマイナス方向とで異なる値をもつので、電力の過不足等に応じて的確に応答性を変化させることができる。

また、差分電力が前回プラス方向で今回さらに大きなプラスの場合、前回マイナス方向で今回さらに大きなマイナスの場合、または、推定した前記全体の状態が前記自己の状態よりも応答性が小さい場合、全体の状態を加味せず自己の状態に基づいて充放電電力ｐを変化させるので、緊急時等の際などにも的確に電力制御を行うことができる。

（その他の実施形態）
実施形態及びその変形例に係わる充放電制御装置及び充放電制御方法は、太陽光発電や風力発電、蓄電池、燃料電池など、各地域に分散している小規模の発電設備で発電される電気エネルギーを、ＩｏＴ（Internet of Things）技術を活用して束ね（アグリゲーション）、束ねた電気エネルギーを制御・管理して使用する電力システムに適用可能である。近隣にある小規模な蓄電要素のエネルギーを束ね、１つの大規模な発電所のように機能させることから、電力システムは、バーチャルパワープラント（仮想発電所：ＶＰＰ）と呼ばれる。

実施形態又はその変形例に係わる充放電制御装置及び充放電制御方法を用いて、電気エネルギーを束ねるアグリゲータを経由して、複数の充放電要素を含む負荷群１１へ電気エネルギーを供給するバーチャルパワープラントにおいて、負荷群１１に含まれる充放電要素が受電する要素充放電電力を制御することができる。

アグリゲータは、自らを経由して負荷群１１の全体に送ることができる総送電電力の最大値（Ｐall_max）を示す情報、及び自らを経由して負荷群の全体に送っている総送電電力の現在値（Ｐall_now）を示す情報を取得し、当該情報から算出される差分電力（△Ｐ）を示す電気信号を、負荷群１１に含まれる複数の充放電要素に対して同報送信する。差分電力（△Ｐ）を示す電気信号を受信した充放電要素の各々は、実施形態又はその変形例に係わる充放電制御装置及び充放電制御方法に従って、自己の要素充放電電力（Ｐｔ）を、アグリゲータ及び他の充放電要素から独立して並列に制御することができる。

実施形態及びその変形例に係わる充放電制御装置及び充放電制御方法は、電力の流れを供給側及び需要側の両方から制御し、最適化できる次世代送電網（所謂、スマートグリッド）に対しても適用可能である。送電網の一部に組み込まれている専用の機器及びソフトウェアが、総送電電力の最大値（Ｐall_max、契約電力）、総送電電力の現在値（Ｐall_now）、又は差分電力（△Ｐ）を示す電気信号を、負荷群１１に含まれる各充放電要素又は各蓄電要素に対して送信（ブロードキャスト）することができる。当該電気信号を受信した各充放電要素又は各蓄電要素が、実施形態及びその変形例に係わる充放電制御装置を用いて、充放電制御装置を実行することができる。

実施形態及びその変形例では、主に、電気自動車ＥＶに搭載された駆動用のバッテリ２５を充電するシーンにおける、電気自動車ＥＶの充放電制御例を示した。この場合、電気自動車ＥＶは、充放電要素の一例となる。しかし、バッテリ２５を搭載する電気自動車ＥＶが電力消費要素の一例となるシーンにおいても、実施形態及びその変形例に係わる充放電制御装置又は充放電制御方法を適用することができる。つまり、電気自動車ＥＶが、受電した電力をバッテリ２５に蓄えずに、そのまま消費するシーンに適用される実施例がある。

例えば、走行中の車両に対して非接触給電を行うことができる走行レーンを有する高速道路を、非接触受電装置を備える複数の車両が走行するシーンがある。この時、複数の車両が走行中に非接触給電を行い、受電した電力をそのまま駆動源としてのモータ２６が消費することにより、車両は走行を継続することができる。このような走行中の非接触給電シーンにおいて、バッテリ２５の充電が行われない場合がある。この場合、車両は、受電した電力を蓄電せずに消費してもよい。

走行レーンを走行する複数の車両は、走行レーンから非接触給電にて、同時に受電を行う。電気自動車ＥＶは、走行中においても、４Ｇ、５Ｇ等の移動通信システムを用いて情報通信を行うことができる。よって、高速道路に設置された送信部３２は、差分電力（△Ｐ）又は総送電電力の現在値（Ｐall_now）等のデータを送信（ブロードキャスト）し、複数の車両は当該データを受信することができる。複数の車両の各々は、実施形態又はその変形例に係わる充放電制御装置を用いて、充放電制御方法を実行することができる。

なお、上述の実施形態、その変形例、及び実施例は、本発明を実施する形態の例である。このため、本発明は、上述の実施形態、その変形例、及び実施例に限定されることはなく、これ以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは言うまでもない。

実施形態及びその変形例に係わる充放電制御装置は、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ、及び入出力部を備えるマイクロコンピュータを用いて実現可能である。マイクロコンピュータを充放電制御装置として機能させるためのコンピュータプログラム（充放電制御プログラム）を、マイクロコンピュータにインストールして実行する。これにより、マイクロコンピュータは、充放電制御が備える複数の情報処理部として機能する。なお、ここでは、ソフトウェアによって充放電制御装置を実現する例を示すが、もちろん、各情報処理を実行するための専用のハードウェアを用意して、充放電制御装置を構成することも可能である。専用のハードウェアには、実施形態、その変形例又は実施例に記載された機能を実行するようにアレンジされた特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）や従来型の回路部品のような装置を含む。また、充放電制御装置に含まれる複数の情報処理部を個別のハードウェアにより構成してもよい。充放電制御装置は、車両にかかわる他の制御に用いる電子制御ユニット（ＥＣＵ）と兼用してもよい。

１０ 電力供給基点
１１ 負荷群
１２ 電力設備
１５ 他の電力消費要素
ＥＶ 電気自動車（充放電要素）
Ｐall_max 総送電電力の最大値
Ｐall_now 総送電電力の現在値
ｐ 要素充放電電力
Ｔ 残り時間（出発までの時間）
ΔＰ 差分電力
ΔΔＰ 差分電力の変化
ＳＯＣ 充電率
β 自己の優先度
βtotal 全体の優先度

Claims (15)

1. 複数の充放電要素が追加的に利用することができる差分電力を示す情報を取得し、
   前記差分電力の変化から前記複数の前記充放電要素の全体の状態を推定し、
   前記全体の状態を加味した自己の状態に基づいて、充電または放電する電力を変化させる
   ことが含まれる充放電要素の充放電制御方法。
2. 前記差分電力の変化率を求めることにより、前記全体の状態を推定することを特徴とする請求項１に記載の充放電制御方法。
3. 前記全体の状態に対する相対的な自己の状態を求めることにより、前記全体の状態を加味した前記自己の状態を得ることを特徴とする請求項１または２に記載の充放電制御方法。
4. 前記状態は優先度で表されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の充放電制御方法。
5. ΔＰ・β／βtotalにより定められる量だけ、充電または放電する電力を変化させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の充放電制御方法。
   （ここで、ΔＰは前記差分電力、βは前記自己の状態、βtotalは前記全体の状態を示す。）
6. (ΔPpre－ΔPnow)／ΔPpreの式（ここで、ΔPpreは前回の前記差分電力、ΔPnowは今回の前記差分電力を示す。）にて前記差分電力の変化率を求めることにより、前記全体の状態を推定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の充放電制御方法。
7. 前記差分電力の変化から自己の変化量を控除して前記全体の状態を推定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の充放電制御方法。
8. 充電または放電する電力の変化に、重み付け、閾値、マージン、および／または、時定数を設けることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載の充放電制御方法。
9. 前記差分電力の変化において、供給電力の変化および／または一般の負荷の電力量変動を加味して、前記全体の状態を推定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載の充放電制御方法。
10. 前回までの前記変化率に今回の前記変化率を乗じていくことにより、前記全体の状態を推定することを特徴とする請求項２に記載の充放電制御方法。
11. 前回までの前記変化率に今回の前記変化率を乗じていく毎に、前回までの前記変化率に対して所定の１未満の累乗をすることを特徴とする請求項１０に記載の充放電制御方法。
12. 以下の式により、前記差分電力の変化から自己の変化量を控除した前記全体の状態を推定することを特徴とする請求項７に記載の充放電制御方法。
    βothers(t)={ΔP(t)－ΔP(t-1)－(p(t)－p(t-1))}／ΔP(t-1)、または、
    βothers(t)= {ΔP(t)－ΔP(t-1)－(p(t)－p(t-1)}／ΔP(t-1)×βothers(t-1)
    （ここで、βothers(t)は前記自己の変化量を控除した前記全体の状態、ΔP(t)は今回の前記差分電力、ΔP(t-1)は前回の前記差分電力、p(t)は今回の自己の電力、p(t-1)は前回の自己の電力、βothers(t-1)は前回のβothersを示す。）
13. 前記優先度は、前記差分電力がプラス方向とマイナス方向とで異なる値をもつことを特徴とする請求項４に記載の充放電制御方法。
14. 前記差分電力が前回プラス方向で今回さらに大きなプラスの場合、前回マイナス方向で今回さらに大きなマイナスの場合、または、推定した前記全体の状態が前記自己の状態よりも応答性が小さい場合、前記全体の状態を加味せず前記自己の状態に基づいて、充電または放電する電力を変化させることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一つに記載の充放電制御方法。
15. 複数の充放電要素が追加的に利用することができる差分電力を示す情報を取得し、
    前記差分電力の変化から前記複数の前記充放電要素の全体の状態を推定し、
    前記全体の状態を加味した自己の状態に基づいて、充電または放電する電力を変化させる
    ことが含まれる充放電要素の充放電制御装置。

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