JP2023049271A - 電力管理システム及び電力管理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】家電品等の負荷の消費電力が急増する際においても、電気自動車の充電を継続し、受電電力を契約電力の範囲内に抑制する。【解決手段】商用電源から建物の負荷及び車両の蓄電池に供給される受電電力を管理する電力管理システムであって、商用電源の受電電力を検出する受電電力検出部と、演算部と、負荷の負荷稼働信号を検出する負荷稼働信号検出部と、制御部と、を備え、負荷稼働信号検出部が負荷稼働信号を検出したときは、演算部が、受電電力の上限値と、負荷稼働信号を発した負荷の消費電力の変化量を含む負荷の消費電力の合計値である負荷電力との差を算出し、この差を最大値として蓄電池に供給する充電電力の値を算出し、制御部が、充電電力で蓄電池の充電をするようにした後、負荷稼働信号を発した負荷が負荷稼働信号に対応する稼働をするようにする。【選択図】図１

Description

本開示は、電力管理システム及び電力管理方法に関する。
電気自動車（ＥＶ）の普及に伴い、個人の住宅の電源を用いて充電することが必要となっている。ＥＶの充電電力は、急速充電が必要であることから、住宅内で用いられる家電品等の消費電力より大きい。このため、住宅における受電電力のピーク値が高くなり、契約電力を大きくする必要が生じ、基本料金の増加が懸念される。
また、再生可能エネルギの利用、省エネルギ等の観点から、ＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＢＥＭＳ（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）等の普及が推進されている。
特許文献１には、宅内機器を各種使用中に、電気自動車に使用されているような大容量の蓄電池を急速充電すると、大電流が流れて契約電力容量を越えてしまうおそれがあることを想定し、宅内機器に供給される負荷電流を測定し、測定された負荷電流と蓄電池の充電電流とを加算したとき、受電電力に関する契約電力容量から求められる最大許容負荷電流を越えない範囲で、蓄電池の適正充電電流を計算し、蓄電池を適正充電電流で充電するとともに、測定された負荷電流が一定量以上変化するたびに、蓄電池の適正充電電流を再計算して、蓄電池の充電電流を変更することが開示されている。また、特許文献１には、宅内機器の使用状態を監視して、予め設定したエネルギ使用基準に従って宅内機器を自動的にオンオフしてそのエネルギ使用量を制御するＨＥＭＳ管理サーバを設け、ＨＥＭＳ管理サーバがいずれかの宅内機器を自動的にオンするときに、蓄電池の充電を一時停止すること、一時停止時間は、例えば、一分程度で構わないことが開示されている。
特許文献２には、充電装置が店舗設備等の高圧受電設備と併設される場合において、バッテリ搭載装置１１４から要求される要求電力量を含む系統電源９９からの総受電電力量の予測値が予め設定された上限値よりも大きいとき、系統電源９９からの総受電電力量が前記上限値を超過しない範囲でバッテリ搭載装置１１４を充電可能な、電力変換部１０６からの出力指令値を算出することが開示されている。
特許文献３には、電動車両のバッテリの充電中に住宅の全電力負荷が最大契約電力を突破するのを避けるために、住宅内電力負荷への電力を検出し、検出された電力と蓄電器への充電電力との和が、外部から住宅に供給される電力の許容値を超えないように充電電力を制御する電動車両充電電力マネジメントシステムであって、住宅内電力負荷の消費電力履歴情報に基づいて所定時間帯における住宅内予想消費電力を算出し、前記許容値から前記住宅内予想消費電力を差し引いた電力と、電動車両側からの充電要求電力値と、前記許容値から前記検出された電力を差し引いた電力とを比較し、最も低い電力を充電電力に設定するものが開示されている。また、引用文献３には、バッテリコントローラ３１から読み込んだ充電要求電力値WVdが、住宅側の電力許容値である最大契約電力WAから住宅内電力負荷値WHを差し引いた値（WA－WH）未満であるか否かを判定し、充電要求電力値WVdが（WA－WH）以上であると判定された場合は、住宅のブレーカが落ちないように、充電電力WVをWV＝WA－WHに設定することが開示されている。
特開２０１２－１９１７７３号公報 特開２０１４－０２３２０４号公報 特開２００８－１３６２９１号公報
特許文献１に記載の蓄電池充電制御システムは、測定された負荷電流が一定量以上変化するたびに、蓄電池の適正充電電流を再計算して、蓄電池の充電電流を変更する。しかしながら、蓄電池の適正充電電流を再計算には、ある程度の時間が必要であり、負荷電流の変化に対応しきれないおそれがある点で改善の余地がある。
特許文献２に記載の充電装置においては、受電された電力がすべて、バッテリ搭載装置として想定されるＥＶのバッテリの充電に用いられるため、要求電力量の予測は比較的容易である。この充電装置は、家電品等のように消費電力の変化の予兆が事前に把握できない条件においては、適用が困難であると考えられる。
特許文献３に記載の電動車両充電電力マネジメントシステムは、住宅内予想消費電力の算出、及び充電要求電力値等を用いた電力の比較は、多数の既知のデータが必要であり、住宅内電力負荷への電力の検出は、住宅内電力負荷の起動・停止等における電力の急激な変化を考慮するものではない。
本開示の目的は、家電品等の負荷の消費電力が急増する際においても、電気自動車の充電を継続し、受電電力を契約電力の範囲内に抑制することにある。
本開示の電力管理システムは、商用電源から建物の負荷及び車両の蓄電池に供給される受電電力を管理するものであって、商用電源の受電電力を検出する受電電力検出部と、演算部と、負荷の負荷稼働信号を検出する負荷稼働信号検出部と、制御部と、を備え、負荷稼働信号検出部が負荷稼働信号を検出したときは、演算部が、受電電力の上限値と、負荷稼働信号を発した負荷の消費電力の変化量を含む負荷の消費電力の合計値である負荷電力との差を算出し、この差を最大値として蓄電池に供給する充電電力の値を算出し、制御部が、充電電力で蓄電池の充電をするようにした後、負荷稼働信号を発した負荷が負荷稼働信号に対応する稼働をするようにする。
本開示によれば、家電品等の負荷の消費電力が急増する際においても、電気自動車の充電を継続し、受電電力を契約電力の範囲内に抑制することができる。
実施例の電力管理システムを示す模式構成図である。 図１の電力管理システム１０による制御の一例を示すグラフである。 図１の電力管理システム１０の詳細を示す構成図である。 実施例の電力管理方法を示すフロー図である。
以下、本開示に係る実施例について、図面を用いて説明する。
図１は、実施例の電力管理システムを示す模式構成図である。
本図において、電力管理システム１０は、家屋２０（住宅又はビルを含む。）において使用する商用電源１００の電力を管理するシステムである。家屋２０の内部又は外部には、負荷２２、２４（家電品等）が設置されている。負荷２２、２４には、商用電源１００の電力が供給されるようになっている。家電品等には、空調装置、ヒートポンプ給湯機、ＩＨクッキングヒータ、電子レンジ、電気炊飯器、電気ポット、ヘアドライヤー等が含まれる。このうち、手動スイッチによる起動・停止（オン／オフ）を行う機器についての後述の例においては、ＩＨクッキングヒータを挙げて説明する。
また、家屋２０の駐車スペース等に置かれた電気自動車３０（ＥＶ）には、蓄電池（二次電池）及び充電器３５が内蔵されている。電気自動車３０の蓄電池には、充電器３５を介して商用電源１００の電力が供給されるようになっている。なお、本実施例においては、負荷２２、２４及び充電器３５は、一つのアンペアブレーカから分岐した配線により電力が供給されていることを想定している。
本実施例においては、電力管理システム１０は、ＨＥＭＳの機能を含むものである。なお、電力管理システム１０は、ＨＥＭＳとは別に設置してもよい。
電力管理システム１０は、実際に供給されている商用電源１００の受電電力を検出する機能を有する。また、電力管理システム１０は、負荷２２、２４及び電気自動車３０の蓄電池に実際に供給されている電力を検出する機能、並びに負荷２２、２４の負荷稼働信号を検出する機能を有する。さらに、電力管理システム１０は、負荷２２、２４に対する電力の供給を開始する機能を有する。
図２は、図１の電力管理システム１０による制御の一例を示すグラフである。
図２においては、商用電源からの受電電力、ＥＶの蓄電池に供給する充電電力、負荷電力（家電品等の消費電力の合計値）及び負荷稼働信号の４つについての経時変化を示している。ここで、負荷稼働信号とは、家電品等の一部が起動する場合及び停止する場合に当該家電品等が発する信号をいう。負荷稼働信号の例としては、空調装置の起動・停止がある。空調装置の起動・停止は、ＨＥＭＳが自動的に行ってもよい。なお、負荷稼働信号は、当該家電品等の消費電力が増加する場合又は減少する場合にも発せられる。
本図に示すように、停止していた家電品等が起動し負荷稼働信号が発せられた場合、電力管理システム１０（図１）は、ＥＶの蓄電池に供給する充電電力を減少させる信号を充電器３５に送る。これにより、充電電力が減少する（図中（１）で表す。）。つぎに、電力管理システム１０は、負荷稼働信号を発した家電品等への電力の供給を許可する信号を発する。これにより、負荷稼働信号を発した家電品等への電力の供給が開始され、この家電品等が起動する（図中（２）で表す。）。上記の（１）及び（２）に伴い、家屋２０（図１）の受電電力が変動する。
なお、受電電力は、常にグラフに破線で示す電力の上限値以下となるように制御されている。この上限値は、契約電力以下に設定する必要がある。
図３は、図１の電力管理システム１０の詳細を示す構成図である。
図３に示すように、電力管理システム１０は、受電電力検出部１２と、演算部１４と、負荷稼働信号検出部１６と、制御部１８と、を備えている。
受電電力検出部１２は、商用電源１００（図１）の受電電力を検出する。
負荷稼働信号検出部１６は、家電品等の負荷稼働信号を検出する。ここで、負荷稼働信号検出部１６における負荷稼働信号の検出は、配電盤に設けられたアンペアブレーカの作動よりも短い時間で行われる。負荷稼働信号検出部１６は、そのための電気回路を有している。負荷稼働信号は、負荷が自動的に起動又は停止をする際に特別に発するパルス等の電気的な信号、赤外線などの光学的な信号であってもよいし、負荷が起動または停止をする際における最初期の電流又は電圧の変化であってもよい。光学的な信号を用いる場合には、その信号を受信可能な赤外センサ等の光学センサをその信号を受信可能な位置に設置しておく。
演算部１４は、受電電力検出部１２及び負荷稼働信号検出部１６から所定のデータを受信し、ＥＶの蓄電池に供給する充電電力の値を算出する。
制御部１８は、演算部１４からのデータに基いて、ＥＶの充電器に充電電力の設定値を送り、家電品等の負荷に起動・停止の制御信号を送る。
つぎに、図３の電力管理システム１０において受電電力が所定の上限値以下となるように管理する方法について説明する。
図４は、実施例の電力管理方法を示すフロー図である。
本図に示すように、受電電力検出部１２が受電電力を検出する（工程Ｓ１００）。
負荷稼働信号検出部１６が負荷からの信号を検出する（工程Ｓ１１０）。
負荷からの信号が負荷の起動の信号である場合は、演算部１４が契約電力又は電力の所定の上限値と負荷電力との差を算出する（工程Ｓ１２０）。ここで、負荷電力は、負荷稼働信号を発した負荷の消費電力の負荷の消費電力の変化量を含むすべての負荷の消費電力の合計値である。
さらに、演算部１４が、上記の差を上限値（最大値）としてＥＶの蓄電池の充電電力を算出する（工程Ｓ１３０）。
制御部１８がＥＶの蓄電池の充電電力を減少させる（工程Ｓ１４０）。
その後、制御部１８が、上記の信号として負荷稼働信号を発した負荷に対して電力の供給を開始するようにする（工程Ｓ１５０）。負荷からの信号を検出してから負荷に対する電力の供給を開始するまでの時間は、居住者が負荷の稼働の遅れを不快に思わない程度に短いほどよく、例えば０．５秒以内とすることが望ましい。
なお、本図に示す例においては、負荷が起動する場合を示しているが、負荷が停止する場合には、負荷稼働信号検出部１６が負荷からの停止信号を検出した後、演算部１４が契約電力又は電力の所定の上限値と負荷電力との差を算出し、制御部１８が、その差を上限値（最大値）としてＥＶの蓄電池の充電電力を算出し、充電電力を増加させる。
また、負荷がＩＨクッキングヒータのように手動スイッチによる起動・停止（オン／オフ）を行う機器の場合には、起動・停止に伴う電圧又は電流の変化を負荷稼働信号検出部１６において検出する。また、ＩＨクッキングヒータの手動スイッチが居住者によってオンとされた際に特別にパルス等の電気的な信号を発する機能をＩＨクッキングヒータに持たせてもよい。
ＩＨクッキングヒータの場合、上記の工程Ｓ１２０～Ｓ１５０に対応する例としては、ＩＨクッキングヒータの加熱ボタンを押してから、ＥＶの蓄電池の充電電力を低下させた後、負荷に対して電力の供給を開始するまでの時間を、例えば０．５秒程度としてもよい。
さらに、居住者による空調装置の設定温度の変更、ＩＨクッキングヒータの火力の変更等、負荷の消費電力がオン／オフでない方法で変更された場合にも、電圧又は電流の変化を負荷稼働信号検出部１６がその負荷稼働信号を検出し、ＥＶの蓄電池の充電電力を変更する。この場合にも、負荷側から特別な電気的な信号を発するようにしてもよい。
なお、手動操作には、空調装置等のリモコン（遠隔操作機器）による操作も含まれる。
また、家電品等に対して音声により起動・停止、出力変更等の指示をする音声認識による操作においても、手動操作と同様に、負荷稼働信号検出部１６が負荷からの信号を検出し、充電電力の変更に用いてもよい。
また、電力管理システム１０は、受電電力、負荷電力、充電電力等の過去のデータを記録し蓄積するメモリ部を有し、負荷の起動、消費電力の変更等による当該負荷の消費電力の変化量等を記録し蓄積することにより学習する機能を有することが望ましい。そして、このような学習の結果を用いて、ＥＶの蓄電池の充電電力をどの程度変化させるかを予測する機能を有することが望ましい。
また、ＥＶの蓄電池の充電を優先する場合は、負荷に対する電力の供給を制限してもよい。この場合は、負荷電力及び充電電力の合計が受電電力の上限値以下となるように負荷に供給する電力を調整する。
負荷に対する電力の供給は、当該負荷に稼働を許可する信号を送ることにより開始してもよいし、電力管理システム１０の内部に電力切り替え用のスイッチを設け、制御部１８からの信号を受けて自動的にそのスイッチを切り替えることにより開始してもよい。当該負荷の消費電力を変化させる場合も同様である。
まとめると、負荷稼働信号検出部が負荷稼働信号を検出したときは、演算部が、受電電力の上限値と、負荷稼働信号を発した負荷の消費電力の変化量を含む負荷の消費電力の合計値である負荷電力との差を算出し、この差を最大値として蓄電池に供給する充電電力の値を算出する。そして、制御部が、充電電力で蓄電池の充電をするようにした後、負荷稼働信号を発した負荷が負荷稼働信号に対応する稼働をするようにする。ここで、負荷電力が受電電力の上限値を上回り、更に契約電力を上回ると、ブレーカが落ちる事態となる。このため、負荷電力は、受電電力の上限値以下に制限される。この役割を電力管理システムが担ってもよい。また、ブレーカが落ちる事態を避け、充電電力を所定値以上に維持するため、受電電力の上限値は、契約電力よりも小さくすることが望ましい。
なお、本開示の電力管理システム及び電力管理方法は、ＨＥＭＳの他、ＥＶ充電機能を備えたＢＥＭＳにも適用することができる。ＢＥＭＳの場合、負荷の設置場所は、ビルの内部又は外部である。このため、ＨＥＭＳの対象となる家屋及びＢＥＭＳの対象となるビルをまとめて「建物」と呼ぶ。
最後に、本開示の電力管理システム及び電力管理方法の望ましい実施形態について、まとめて説明する。
電力管理システムは、負荷稼働信号検出部が負荷稼働信号を検出したときは、演算部が、受電電力の上限値と、負荷稼働信号を発した負荷の消費電力の変化量を含む負荷の消費電力の合計値である負荷電力との差を算出し、この差を最大値として蓄電池に供給する充電電力の値を算出し、制御部が、充電電力で蓄電池の充電をするようにした後、負荷稼働信号を発した負荷が負荷稼働信号に対応する稼働をするようにする。
負荷の消費電力は、自動的に制御されるものであってもよい。
負荷の消費電力は、手動により変更されるものであってもよい。
負荷稼働信号検出部は、負荷稼働信号を検出する電気回路を有することが望ましい。
電力管理システムは、負荷の消費電力の変化量を記録し蓄積するメモリ部を備えていることが望ましい。この場合に、演算部は、メモリ部に蓄積された負荷の消費電力の変化量についての学習をし、学習の結果を用いて蓄電池の充電電力を予測することが望ましい。
電力管理方法は、商用電源から建物の負荷及び車両の蓄電池に供給される受電電力を管理するものであって、受電電力検出部が、商用電源の受電電力を検出し、負荷稼働信号検出部が、負荷の負荷稼働信号を検出し、負荷稼働信号検出部が負荷稼働信号を検出したときは、演算部が、受電電力の上限値と、負荷稼働信号を発した負荷の消費電力の変化量を含む負荷の消費電力の合計値である負荷電力との差を算出し、この差を最大値として蓄電池に供給する充電電力の値を算出し、制御部が、充電電力で蓄電池の充電をするようにした後、負荷稼働信号を発した負荷が負荷稼働信号に対応する稼働をするようにする。
１０：電力管理システム、１２：受電電力検出部、１４：演算部、１６：負荷稼働信号検出部、１８：制御部、２０：家屋、２２、２４：負荷、３０：電気自動車、３５：充電器、１００：商用電源。

Claims (7)

  1. 商用電源から建物の負荷及び車両の蓄電池に供給される受電電力を管理する電力管理システムであって、
    前記商用電源の前記受電電力を検出する受電電力検出部と、
    演算部と、
    前記負荷の負荷稼働信号を検出する負荷稼働信号検出部と、
    制御部と、を備え、
    前記負荷稼働信号検出部が前記負荷稼働信号を検出したときは、
    前記演算部が、前記受電電力の上限値と、前記負荷稼働信号を発した負荷の消費電力の変化量を含む前記負荷の消費電力の合計値である負荷電力との差を算出し、前記差を最大値として前記蓄電池に供給する充電電力の値を算出し、
    前記制御部が、前記充電電力で前記蓄電池の充電をするようにした後、前記負荷稼働信号を発した前記負荷が前記負荷稼働信号に対応する稼働をするようにする、電力管理システム。
  2. 前記負荷の前記消費電力は、自動的に制御される、請求項１記載の電力管理システム。
  3. 前記負荷の前記消費電力は、手動により変更される、請求項１記載の電力管理システム。
  4. 前記負荷稼働信号検出部は、前記負荷稼働信号を検出する電気回路を有する、請求項１記載の電力管理システム。
  5. 前記負荷の前記消費電力の前記変化量を記録し蓄積するメモリ部を更に備え、
    前記演算部は、前記メモリ部に蓄積された前記負荷の前記消費電力の前記変化量についての学習をし、前記学習の結果を用いて前記蓄電池の前記充電電力を予測する、請求項１記載の電力管理システム。
  6. 商用電源から建物の負荷及び車両の蓄電池に供給される受電電力を管理する電力管理方法であって、
    受電電力検出部が、前記商用電源の前記受電電力を検出し、
    負荷稼働信号検出部が、前記負荷の負荷稼働信号を検出し、
    前記負荷稼働信号検出部が前記負荷稼働信号を検出したときは、
    演算部が、前記受電電力の上限値と、前記負荷稼働信号を発した負荷の消費電力の変化量を含む前記負荷の消費電力の合計値である負荷電力との差を算出し、前記差を最大値として前記蓄電池に供給する充電電力の値を算出し、
    制御部が、前記充電電力で前記蓄電池の充電をするようにした後、前記負荷稼働信号を発した前記負荷が前記負荷稼働信号に対応する稼働をするようにする、電力管理方法。
  7. メモリ部が、前記負荷の前記消費電力の前記変化量を記録し蓄積し、
    前記演算部が、前記メモリ部に蓄積された前記負荷の前記消費電力の前記変化量についての学習をし、前記学習の結果を用いて前記蓄電池の前記充電電力を予測する、請求項６記載の電力管理方法。
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