JP5255613B2

JP5255613B2 - 充放電管理装置および充放電管理方法

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Publication number: JP5255613B2
Application number: JP2010214935A
Authority: JP
Inventors: 康生佐藤; 崇夫松崎; 雅浩渡辺; 泰志冨田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: JP2010081722A; US20100076825A1; JP4713623B2; US8330415B2; JP2011050240A

Description

本発明は、広域の電力系統に接続する二次電池を用いた蓄電設備の充放電の計画を実現し、特に、需要家末端に自由に並列解列される多数の蓄電池について、電力系統全体のエネルギ消費性能および社会環境性能を向上させるために、充放電の開始や終了の時刻および充電量を間接的に制御する技術に関する。

近年、地球環境問題の観点から、蓄電池を利用した電力設備（蓄電設備）の普及が期待されている。例えば、蓄電池とモータによる電動走行を実現する電気自動車や、ガソリン走行との併用を可能にした電気プラグインハイブリッド車等が挙げられる。これらの電力設備について、深夜電力による充電を実現すると環境貢献が期待できる。

蓄電池に限らず、一般的に大容量の電力設備では、タイマ制御を用いるものが多く実用化されている。一般家庭の環境では、電気温水器や自然冷媒ヒートポンプ給湯機は、電気料金メニューに依存する所定時間帯中の蓄熱運転を開始するような動作を行う。同様に、タイマ制御で充電開始時刻を制御する手法が考えられる。

また、電力設備単体の状況を考慮するだけでなく、需要家全体としての電力消費について最適化する制御システムを考えることができる。特許文献１では、需要家内部の複数電気設備について優先順位管理して、需要家全体として、最適な電力消費量になるようにコントロールしている。

さらには、個別需要家の範囲ではなく、大規模発電機等の給電側も含めた電力系統全体の観点で、最適な制御を実施することが考えられる。特許文献１のように、電力系統全体を管理する手段から、充電時間帯および量に関する推奨情報（例えば、夏季における使用電力を低減したしたことにより享受できる電力料金の割引に関する情報）を入手することで、社会全体としての環境貢献を目的として、個別充電池の充電計画を実施している。

特開２００４−３６４４６３号公報

上記に説明した従来技術のうち、タイマ制御を用いる従来技術は、将来的に蓄電池を利用する設備数が増加した場合に対応が困難になる。特に、電気自動車等の普及は、これまで化石燃料を直接利用してきたものが電力系統システムに組み込まれることを意味しており、広域的にも局所的にも大幅な需要構造の変化が予想される。今後、社会全体としての環境性能が益々重要となる環境下において、逐次オフライン作業でタイマ制御パラメータを変更して全体最適化を達成していこうとする構造には限界がある。

オンライン制御による最適化を行う場合でも、電力系統全体の状況を反映する必要がある。このとき、局所範囲を考慮するだけでは、社会全体の環境性能を効率的に向上させることはできない。少なくとも、特許文献１のように、電力系統全体の観点から提供された充電時間帯および量に関する推奨情報に従って、個々の蓄電池の充電計画を立案する必要がある。

しかしながら、その一方で、個々の需要家が社会便益向上を目的とした充電管理プログラムに参加するためには、参加行為に応じたメリットを個々の需要家が享受する仕掛けも同時に実現しておく必要がある。

特許文献１においては、前記推奨情報に基づいて、どのような充電行動を実施したか否かという点について管理する手段がない。そのため、充電行動に掛かった電力消費を、一般の電力消費と合わせて課金することしかできない。例えば、電気自動車の充電管理に関する特別な社会プログラム等、充電電力量を切り分けたインセンティブ付与を行う仕掛けを実現することはできない。

また、特許文献１においては、推奨情報を日々更新する場合には、充電希望情報を事前に外部機関に送達する必要がある。しかしながら、現実的には、ユーザは、突発的な事情によって当初の計画外の充電行動もしくは放電行動をとることが想定される。よって全てのユーザが逐次的に充電希望枠を外部機関に送達する手続きは、実現困難である。

さらには、いずれの従来技術を用いても、需要家行動を十分に誘導する社会的プログラムを提供することは難しい。上記のような充電行動を管理する仕掛けに参加してもらうためには、需要家の利用行動に不都合を与えないことが必要である。例えば、電気自動車の場合、出発予定時刻までに充電を完了させる必要があり、さもなければユーザ（需要家）は不便を被ることになる。ユーザによる設備利用計画の制約を満足しつつ、電力系統全体の推奨情報に準最適に従うような充電計画が必要となる。同時に、そのような準最適な充電行動についても需要家が相応量のインセンティブを享受する仕掛けを実現できなければ、前記社会的プログラムを普及させることは困難である。

そこで、前記事情を鑑みて、本発明は、需要家の行動を踏まえつつ、電力系統全体のエネルギ消費性能および社会環境性能を向上させることを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、充電池への充放電計画を管理する充放電管理装置において、時間帯別に充電行動および放電行動がもたらす社会的な貢献度（好影響または悪影響を及ぼす度合い）を定量的に示した充放電報奨情報を周期的に受信する手段を設ける。この充放電報奨情報は、外部機関が電力系統全体における需給バランスや地域送配電系統における設備容量制約を考慮して決定するものであり、広域もしくは地域別に一斉発信される。

また、前記充放電報奨情報を考慮しつつも、充電池を搭載する電力設備の将来の利用計画も反映して、ユーザ（需要家）が許容できる範囲で充放電計画を立案する計算手段（計算部）を設ける。将来の利用計画は、予想利用開始時刻および予想使用電力量を含み、外部から受信するか充放電履歴等から推定されるものである。

さらに、立案された充放電計画に従って実際に充放電行動が実施されたか否かを判定するために、充放電量監視手段を設ける。判定結果は、充放電管理装置内部の個体識別子格納手段に記憶されているユニークなＩＤ（Identification）情報と合わせて、充放電実施結果送信手段によって外部機関に向けて送信される。

このような手段によって、充放電報奨情報を考慮しながらも、ユーザに不都合を与えない範囲で、社会的な充電計画もしくは放電計画を立案することが可能になる。例えば、電気自動車の利用に際して、翌日の出発時刻に影響を与えない範囲で、部分的にでも環境貢献を果たす充電計画を立案することが可能になる。

また、突発的な事情によって、ユーザが計画外の充電行動もしくは放電行動を取った場合でも、上記のように一斉発信される充放電報奨情報を受信しておくことにより、部分的な環境貢献を果たすことが可能になる。

以上のような部分的な貢献であってもユーザに積極的にプログラムに参加してもらう効果が期待できる。実際の充放電実施について監視または報告する手段を実装することにより、外部機関によって、ユーザ個別の貢献度を把握できることになる。充電に掛かった電力使用量に関わる従量電気料金に低減させる以外にも、種々の形態のメリットをユーザに提供する社会プログラムを実現できる。
詳細は、後記する。

本発明によれば、需要家の行動を踏まえつつ、電力系統全体のエネルギ消費性能および社会環境性能を向上させることができる。

第一の実施形態の充放電管理装置の機能構成を示すブロック図である。充放電管理装置を内蔵した充電ステーションと関連システムとの機能構成を示すブロック図である。充放電管理装置の計算部における処理を示したフローチャートである。充放電推奨情報の内容を示す表の一例である。電力需要の予測を示すグラフの一例である。給電計画を示すグラフの一例である。給電計画を反映したCO2排出状況を示す表の一例である。充放電履歴記憶手段に記憶された充放電の履歴情報の内容を示す表の一例である。充放電計画の内容を図示したものである。充放電実施結果情報の内容を図示したものである。第二の実施形態の充放電管理装置の機能構成を示すブロック図である。ＨＭＩ装置の外観図である。走行計画の内容を図示したものである。第三の実施形態の充放電管理装置の機能構成を示すブロック図である。配電系統の構成の一例である。第四の実施形態の充放電管理装置の機能構成を示すブロック図である。充放電管理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について説明する。説明の際には、適宜図面を参照する。

≪第一の実施形態≫
本実施形態の充放電管理装置の機能構成を図１に示す。充放電管理装置0101は、計算部0102および外部機関と連携する種々の入出力手段を有している。まず、充放電報奨情報受信手段0103によって、時間帯別に充電行動および放電行動がもたらす社会的な貢献度（好影響または悪影響を及ぼす度合い）を定量的に示した充放電報奨情報を外部機関となるコンピュータから受信する。受信した充放電報奨情報は、充放電管理装置0101が備える記憶部に記憶される。

計算部0102は、充放電報奨情報に加えて、充放電履歴記憶手段0104に記憶された履歴情報等の情報を用いて対象電力設備の予想利用開始時刻および予想使用電力量を推定して、充放電計画を立案（作成）する機能を有している。作成した充放電計画は、充放電管理装置0101が備える記憶部に記憶される。
また、この充放電計画に基づいて、充放電指令送信手段0105によって、電力設備内の蓄電池について充電もしくは放電（後記する商用電力系統0213に電力を戻すこと）の開始および終了を指令する。
さらに、実際に充放電が行われたか否かについて別途精査するために、充放電量監視手段0106は、需要家による充電行動もしくは放電行動の有無を判定する機能を有している。
充放電実施結果送信手段0108は、この判定に対する判定結果に個体識別子格納手段0107に格納された充放電管理装置固有のＩＤ番号を合わせたものを、充放電実施結果として外部機関に向けて送信する機能を有している。この充放電実施結果は、充放電量監視手段0106が作成し、充放電管理装置0101が備える記憶部に記憶される。

第一の実施形態として、本発明の充放電管理装置を地上設置型の充電ステーション（充電設備）に組み込むことにより、電気自動車（充電式移動車両）の充放電行動を管理する社会プログラムを説明する。この充電ステーションは一般家庭に設置されることを想定しており、基本的に充電ステーションに接続される電気自動車は限定される利用環境である。従って、利用される電気自動車は特定される。充放電管理装置を内蔵した充電ステーションと関連システムとの機能構成を図２に示す。

充電ステーション0201には、図１で説明した充放電管理装置0101が内蔵されている。充電ステーション0201には、外部の電気自動車0203が接続する。電気自動車0203には、バッテリ0204、バッテリコントローラ0205、インバータ0206やインバータコントローラ0207が内蔵されており、制御通信コントローラ0208を介した情報のやり取りによって、バッテリ0204の充放電の有無および充放電量が制御されている。このような電気自動車0203が、外部電源プラグ0209（充電用プラグ）を用いて、充電ステーション0201の電源口0210に接続できる形状になっている。

充電ステーション0201内部では、前記電源口0210に接続する電力線が、開閉器0211および電力量計0212を介して、外部の商用電力系統0213に接続する構成になっている。電気自動車0203の充放電は、前記開閉器0211が投入されている場合（開状態）にのみ可能となっている。充電ステーション0201において、前記開閉器0211を投入するか否かは、前記充放電管理装置0101の充放電指令送信手段0105が発する制御信号によって決定される。
イントラ通信網0214、ゲートウェイ（Ｇ／Ｗ）0215、公衆通信網0216、充電管理サーバ0217、給電指令システム0218に関する説明は後記する。

以下、充放電管理装置0101内部の計算部0102における処理として、充放電計画を立案し、充放電指令の送信を経由して、充放電実施結果を送信するまでに至る手順を説明する。図３は、充放電管理装置の計算部における処理を示したフローチャートである。計算部0102においては、定刻起動に伴う周期処理（定刻処理）が構成されている。例えば、30分に一度の実行されるように定刻処理が設定されている。

まず、処理0301において、充放電管理装置0101を外部の充電管理中央サーバ0217に接続する手続きを実行する。充放電報奨情報受信手段0103は、イントラ通信網0214および外部へのゲートウェイ（Ｇ／Ｗ）0215と公衆通信網0216を介して、充電管理中央サーバ0217に接続する権限を有している。接続手続きが完了次第、処理0302において、充電管理中央サーバ0217から充放電報奨情報を受信して、計算部0102内で処理される。

図４の表0401は、充放電推奨情報の内容を示している。まず、１時間ごとに区切った時間帯0402毎に、充電報奨率0403が定義されている。この充電報奨率0403は、該当する時間帯0402に単位量[kWh]の充電を実施した際に、享受が約束されている報奨量[pt]を示している。当該報奨は、独自の単位系で示される仮想価値として提供されることになり、別途、種々のサービス対価として充当できることが約束されているものである。同表0401においては、充電可能量0404も定義されており、同時間帯0402に実施可能な充電量[kWh]の制約条件を示している。同様に、放電に関する報奨率[pt]および実施可能な放電量[kWh]として、放電報奨率0405と放電可能量0406も定義されている。このようにして、前記報奨は、将来の所定期間における所定時間毎に規定されている。

これらの充放電報奨情報の数値は、充電管理中央サーバ0217によって作成される。充電管理中央サーバ0217は、給電指令システム0218と連携して、電力系統全体の発電状況を考慮しながら前記充放電報奨情報を決定する。まず、給電指令システム0218においては、将来の電力需要を予測する処理が行われる。例えば、図５のグラフに示すように、時間帯（１時間単位）を横軸0501として、電力系統全体の総需要（電力需要）を縦軸0502として、翌日24時間分の電力需要予測線0503を算出している。ここでの需要予測処理は一般的な技術を用いており、温度湿度に着目した重回帰分析やニューラルネットによる予測手法を適宜利用している。

次に、給電指令システム0218は、予測需要に対して、発電機起動停止計画の立案および経済負荷配分計算（処理）をする。ここでの発電機起動停止計画の作成処理についても、一般的な技術として、ラグランジュ緩和法および動的計画法の組合せや各種メタヒューリスティック手法を利用した最適化計算を実施している。燃料費用および起動停止費用を最小化する最適化問題としては、需給バランス制約だけでなく、給電能力の予備力制約やＬＮＧ（Liquefied Natural Gas）消費制約等も考慮しながら、準最適な発電機起動停止計画を作成（立案）する。ちなみに、ＬＮＧは火力発電所の燃料である。同様に、経済負荷配分計算についても、一般的な技術として、等λ法（等増分燃料費法）を利用して、燃料コストが最小化されるように、起動する発電機の発電分担量を決定する。

その結果として、給電指令システム0218は、図６のグラフに示すような給電計画を作成する。横軸0601の時間毎に、縦軸0602の、予測された電力需要に見合う分だけ発電量が積上げられる。図６に示した例では、時間帯t1からt3までは、発電機G1による出力0603で需給バランスを取っている。時間帯t4からt5については、発電機G1に加えて発電機G2による出力0604を割り当てて、時間帯t6については更に発電機G3による出力0605も割り当てて、全体の需給バランスを維持する給電計画となっている。

このように給電指令システム0218が作成した給電計画を反映して、充電管理中央サーバ0217が充放電報奨情報を決定する。決定する際には、図７の表を作成し、限界CO2排出量（限界温室効果ガス排出量）を用いる。図７の表0701は充放電報奨情報の算出根拠となるCO2排出状況を示している。時間帯0702の各々について、給電計画に従って限界燃料費[\/kWh]0703を抽出している。例えば、時間帯t1からt3までは、発電機G1の限界燃料費が採用されている。これに、各発電機の燃種毎に定義できる燃種別CO2係数[kg-CO2/\]0704を乗算して、限界CO2排出量[kg-CO2/kWh]0705を算出する。この限界CO2排出量の数値は、各時間帯における単位量の電力需要増減に対して、CO2排出量へのインパクトを意味する。

この結果を受けて、充電管理中央サーバ0217を管理する事業者は、同時間帯の限界CO2排出量0705を基準として、放電報奨率0405のポイント付与率を決定する。昼間等、限界CO2排出量0705が大きい時間帯における放電行動によって、同時間帯のCO2排出を、抑制した貢献度として見做す。同様に、充電報奨率0403については、限界CO2排出量の昼間平均値から当該時間帯の限界CO2排出量0705を除算した数値を基準として、ポイントの付与率を決定する。
一方、夜間等、限界CO2排出量0705が小さい時間帯における充電行動によって、昼間の時間帯における充電によるCO2排出増加を、回避できた貢献度として見做す。充電可能量0404および放電可能量0406については、限界CO2排出量0705の計算対象として発電機の出力増加余力もしくは出力下げ余力を算出して、統計的に期待できる平均充放電対象機器の台数で除算した値を採用する。

以上のように、本実施形態においては、充放電報奨情報は給電計画の観点から決定している。ただし、後記するように、送配電設備の容量限界等、他の要因から決定することも可能である。また、充電管理中央サーバ0217を管理する事業者は、各種政策的なインセンティブとして、地域ごとに報奨率（0403、0405）にバイアスを掛ける等の工夫を行うことも可能である。

次に、判定処理0303において、電気自動車（EV: Electric Vehicle）の新規接続の有無を判定する。充電ステーション0217の電源口0210に電気自動車0203が新規に接続されると、電力量計0212において一定の電流量通過を観測できる。この現象を観測した場合、新規接続があったと判断する。また、同時に、開閉器0211を開放する（閉状態にする）ことで、電気自動車0203の充電が継続されることを阻止しておく。充放電指令送信手段0105によって充電実施が指令されるまでの間は、基本的に開閉器0211の開放は継続する。

次に、判定処理0303において電気自動車0203の新規接続があったと判断された場合（判定処理0303でYes）、処理0304によって、必要充電量を推定する手続きを行う。充放電履歴記憶手段0104には、図８の表に示すように、当該充電ステーション0201において過去に実施した充電量が充放電の履歴情報として記憶されている。表0801では、充電量履歴が曜日別に管理されている。例えば、４週間前の月曜日に実施された充電量0802を格納している。このような履歴情報から、新規に接続された電気自動車0203に必要な充電量を推定する。ここでは、同じ曜日となる直近４週分のデータを抽出して、この単純平均値を必要充電量として採用する。例えば、データ0803に該当する翌日分（水曜日）の必要充電量を推定する場合、範囲0804内の充電量の算術平均を算出する。なお、履歴情報には曜日別の放電量を格納しても良い。また曜日別で管理するというよりは、日単位で管理しても良い。

同様にこの履歴情報を活用して、処理0305においては、放電可能量を推定する。過去の最大充電量を電池容量と仮定して、この仮定した電池容量と充電可能量との差分を放電可能量として採用する。さらに、処理0306によって、過去の履歴情報から電気自動車0203の使用開始時刻も推定して、推定した使用開始時刻を充電制約として決定する処理を行う。本実施形態の充電ステーション0201においては、充電実施された後も前記開閉器0211は投入されており、電気自動車0203の充電以外の微小な電力消費を計測し続けている。この計量値がゼロになることをもって、電気自動車0203が電源口0210より解列（電力系統から発電設備等を切り離すこと）されたと判断している。前記履歴情報には、解列時刻0805として前記使用開始時刻も記録されており、前記必要充電量の推定処理0304と同様にして、範囲0804内の解列時刻0805の平均値から、翌日分の解列時刻0806を、推定された使用開始時刻（推定使用開始時刻）として算出している。

逆に、判定処理0303において新規接続があったと判断されない場合には（判定処理0303でNo）、処理0304から処理0306による、必要充電量と可能放電量および利用開始時刻の推定処理は実施せず、処理0307にスキップする。

次に、処理0307によって、充放電計画の作成の処理を行う。既に計画が作成済みの場合は、更新処理を行う。図９は、充放電計画の内容を図示したものである。充放電計画の内容は、横軸0901に時間帯をとった場合に、縦軸0902の充電計画量[kWh]および縦軸0903の放電計画量[kWh]の時系列データとして表現することができる。

まず、充電計画については、充電計画量合計0904が必要充電量を満足させて、かつ、享受できる充電報奨ポイントが最も大きくなるような計画を立案する。また、制約条件として、充電行為は連続する時間帯で行うこと、および、単位時間あたりの充電計画量は当該充電設備の容量もしくは充放電推奨情報で指定された充電可能量で制約されること、推定使用開始時刻0905に違反しない（つまり、基本的には、推定使用開始時刻0905よりも前に充電を行う）ことを条件付ける。この問題は充電開始時刻と充電終了時刻とを変数とした整数混合問題として定式化できるため、タブサーチ手法等の一般的な探索手法で解を求めることができる。基本的には、充電報奨率0403が最も高くなる時間帯を中心にして充電する時間帯（充電用時間帯）が決定される。

本処理0307では、同時に、放電計画量合計0906を定めた放電計画も立案する。昼間等、放電報奨率0405が有意に高い時間帯において電気自動車0203が充電ステーション0201に接続していた（つまり、未使用中である）場合には、この放電計画に従って放電が実施されることを意味する。逆に、電気自動車0203が使用中の場合には、無視されることになる。放電量を翌日に再充電するための必要充電量の増加分と見做した上で、過去履歴上の統計から電気使用量の増加分を推定する。この電気使用量増加分と、放電報奨率0405に従って獲得できるポイントを事前に定めた係数で変換した値とを比較して、放電にメリットがあるか否かという判定処理を実施する。放電にメリットのあると判定された、連続する時間帯（放電用時間帯）を抽出して、放電計画量合計0906を定める。この放電計画量合計0906は、推定使用開始時刻0905に違反しない（つまり、基本的には、推定使用開始時刻0905よりも後に放電を行う）ことを条件付ける。このように定めた放電計画量合計0906を、放電計画として採用する。

次に、処理0308によって、充放電指令を送信する。前記充放電計画を参照して現在時刻に該当する制御が実施されるように、充放電指令送信手段0105が制御信号を出力する。本実施形態では、開閉器0211に対して、充電計画における充電開始時刻以降の時間帯について、開閉器0211の投入が指令される。一方、本実施形態では、放電計画を反映する手段が備わっていないため、放電計画は無視されて以降の処理が進む。放電計画の反映方法については、後記する他の実施形態において説明する。

次に、処理0309によって、充放電量の監視が行われる。充放電量監視手段0106は、電力量計0212の通過電力量を測定している。本実施形態では、商用電力系統0213から受電して電気自動車0203の充電に消費される電力量を測定することになる。連続的に微量でない一定量の電力消費を確認することによって、充電が実施されていると判断する。充電行為は、電気自動車0203搭載のインバータコントローラ0207の制御によって完了される場合もあるし、電気自動車0203の利用者が手動で電気自動車0203内の電源を抜くことによって強制終了される場合も存在する。いずれにしても、充電ステーション0201では、明示的な情報として充電終了を認識することはできない。

次に、判定処理0310において、前記充放電量監視手段0106の結果を受けて、一定時間以上に継続した充電電力量または放電電力量が微小以下に低下する現象を検出して、充放電が完了したか否かを判定する。充放電が完了したと判定された場合には（判定処理0310でYes）、処理0311によって充電管理中央サーバ0217に接続した上で、処理0312において、充放電実施結果送信手段0108を用いて充放電実施結果を充電管理中央サーバ0217に送信する。

充放電実施結果は、図１０のような内容を含んでいる。伝文プロトコル1001には、まず、充放電管理装置0101から送達された送信日時1002、および、個体識別子格納手段0107に格納されている個体識別子1003（個体識別情報）が含まれる。また、前記充放電量監視手段0106が計測した充電量についても、時間帯別の数値情報1004として、充放電実施結果に組み入れている。これら情報については、通信回線のセキュリティレベルに合わせて、暗号化処理を実施させることも可能である。
なお、充放電履歴記憶手段0104に記憶される充放電の履歴情報は、充放電実施結果に含まれる値を抽出して、所定の形式（例えば、図８に示した表形式）で作成されて、記憶される。充放電の履歴情報の作成は、例えば、計算部0102が行う。

充放電が完了したと判定された場合には（判定処理0310でNo）、処理0311、処理0312をスキップして終了する。

以上のような図３の定刻処理を繰り返すことによって、充電ステーション0201に接続された電気自動車0203について、商用電力系統全体の給電計画に貢献する充電行動を促すことが出来る。

なお、前記充放電実施結果を受信した外部の充電管理中央サーバ0217は、その充放電実施量に従ってポイントを算出して、別途手段を持って、充電ステーション0201の利用者に連絡する処理を実施する。このポイントの還元は、金銭的な還付のみならず、電力消費に関わるサービスを受ける権利であったり、環境貢献（社会的貢献）を認証する証書等の非金銭的な価値の提供であったりする。

充電管理中央サーバ0217においては、充放電管理装置0101内で作成された充放電計画は一切考慮せずに、実際に充放電量監視手段0106で確認された値だけを処理対象としている。これにより、計画作成時点だけ参加して、実際には充放電をさせない等といった不正行為を防ぐと共に、少ない時間だけでも可能な限り本実施形態の充放電管理の仕掛けに参加してもらうインセンティブ効果を発揮させることができる。

≪第二の実施形態≫
第二の実施形態として、本発明を地上設置型の充電ステーションに組み込み、また、業務用の電気自動車を管理する業者が使用するサーバである配車管理システム等と連携して、業務用の電気自動車の充放電行動を管理するシステムを説明する。このシステムにおいては、業務用の電気自動車は多数存在することを想定しており、充電ステーションに接続される電気自動車も特定されない。システム構成を図１１に示す。大よその構成および処理手順は第一の実施形態と同様になる。以下には、第一の実施形態と異なる動作を行う点を中心に説明する。

充電ステーション0201は、電気自動車0203を識別するＩＤ番号の入力処理をする車両情報入力手段1101を具備している。車両情報入力手段1101は、例えば、充電ステーション0201の前面パネルに、図１２のようなＨＭＩ（Human Machine Interface）装置として取り付けられた状態で具現化されている。このＨＭＩ装置は、ＬＥＤ表示部1201と数字入力ボタン1202を備えており、充電ステーション0201の利用者は接続する車両（つまり、電気自動車0203）のＩＤ番号を数値入力できるようになっている。ここで、入力することにより指定された車両情報（車両識別情報）は、処理0303においてＥＶ接続を判定した際の一連の処理0304〜0306に活用される。

まず、指定された車両情報は、車両情報送信手段1102を用いて、イントラ通信網0214に接続する配車管理システム1103に対して充電対象の車両ＩＤとして送信される。配車管理システム1103は、同システム1103が管理している翌日の配送計画を参照して指定車両の走行計画を作成して、充電ステーション0201に送信する。配車管理システム1103から送信される走行計画には、図１３のように、伝文プロトコル1301の中に、車両ＩＤ1302や、走行開始時刻1303、予定走行距離1304等の情報が含まれている。この伝文プロトコル1301は、充放電管理装置0101内の走行計画受信手段1104によって受信されて、必要充電量および放電可能量、充放電の制約条件の情報として利用される。このような情報のやりとりによって、業務用の電気自動車0203の個々の走行計画に合わせて、精度の良い充放電計画を立案できるようになっている。

また、業務用の電気自動車0203の個々の特性として、充電特性を考慮することも可能である。配車管理システム1103から、充電特性受信手段1105を用いて、各電気自動車0203の搭載電池種別の違い等に依存し得る充電深度に関する制約や充電量時間変化に関する制約等の制約条件を受信する。処理0307において充放電計画を作成する際に、これら制約条件を付加して最適化問題を解くことによって、電池を劣化させない充電を実現することができるようになる。

≪第三の実施形態≫
第三の実施形態として、本発明の充放電管理装置を車載装置として電気自動車に組み込んで、電気自動車の充放電行動を管理するシステムを説明する。また、本実施形態では、配電設備管理システム等と連携することにより、この電気自動車が広範な範囲を自由に移動した場合に、地域別の事情に合わせた充電管理を行われる構成となっている。このシステムの機能構成を図１４に示す。本実施形態も、大よその構成および処理手順は第一の実施形態と同様になる。以下には、第一の実施形態と異なる動作を行う点を中心に説明する。

本実施形態においては、充放電に用いる電力変換機構一式が電気自動車0203に搭載されている。つまり、バッテリ1401とそのコントローラであるバッテリコントローラ1402、インバータ1403とそのコントローラであるバッテリコントローラ1404、それらコントローラ（1402、1404）を制御系ネットワークで連携する制御通信コントローラ1405が車載されている。よって、この電気自動車0203については、プラグ1406を商用電力系統0213に直接接続することによって、充放電可能となっている。バッテリ1401、バッテリコントローラ1402、インバータ1403、バッテリコントローラ1404および制御通信コントローラ1405により充電機構が構成される。

前記制御通信コントローラ1405を介して、電気自動車0203内部の各種制御に関わる制御系ネットワークと外部情報を扱う情報系ネットワークとを接続する構成となっている。ここで、この制御通信コントローラ1405はゲートウェイの役割を果たしており、充放電量監視手段0106に関わる情報および充放電指令送信手段0105に関わる情報は、電気自動車0203内部の制御系ネットワークにやりとりできるように設計されている。よって、バッテリ1401から充電深度の監視情報を受信したり、インバータ1403へ対して充放電指令を出力したりすることができる。充放電管理装置0101における処理0307で作成された充放電計画に従って、当該電気自動車0203の充電および放電を柔軟にコントロールできる機構となっている。

一方、充放電管理装置0101は、車載の公衆回線通信手段1407と接続しており、外部との情報通信が可能となっている。充電管理中央サーバ0217との連携も、この公衆回線通信手段1407を用いた情報通信によって実現されている。

また、この公衆回線通信手段1407（測位装置）は、測位機能も有しており、電気自動車0203の現在位置を測位情報として検出することが可能となっている。この測位情報を充電管理中央サーバ0217に送信することによって、同サーバ0217を運営する事業体がカバーしている事業エリアであるか否かの判定を実施することが可能になる。カバーされないエリアの充放電行為については、既に説明したような利用者への報奨還元は行わない。具体的には、充電管理中央サーバ0217が作成する充放電推奨情報（図４参照）において、時間帯別だけでなく、地域別にも充電報奨率0403、充電可能量0404、放電報奨率0405および放電可能量0406を設定していく。例えば、前記カバーされない地域の充電報奨率0403はいずれの時間帯であってもゼロとする。計算部0102はこのような充放電推奨情報に基づいて、充放電計画を作成する。

さらに、充放電管理装置0101は配電設備管理システム1408と連携することにより、配電設備の都合に合わせた充放電行為の誘導を行うことが出来る。図１５に配電系統の構成の一例を示す。例えば、電気自動車0203が需要家1501の一部として、商用電力系統0213からの充電を計画している場合、まず柱上変圧器1502の容量が充電行動の制約となる。需要家1501と同じ低圧配電系統に接続する需要家群において他の電気自動車0203の充電行動が多数重複すると、変圧器容量を違反する（柱上変圧器1502の容量を超える）可能性が生じる。

これを回避するために、配電設備管理システム1408が事前情報として利用者の住所を管理する。また、配電設備としての柱上変圧器1502の存在する場所および容量も管理する。そして、その管理において同一地域に登録されている充放電管理装置0101については、充電管理中央サーバ0217により決定される充放電推奨情報（図４の表0401参照）の充電可能量0404を抑制する。また、充電管理中央サーバ0217は、充放電管理装置0101からの個体識別子の受信を条件として送信先を変えることによって、異なった充電報奨率0403を、変更した送信先である充放電管理装置0101に送信する。このようにして隣接した需要家達が各々利用している電気自動車0203について、大きい電力量による充電行為が多数重複することを回避することができる。

柱上変圧器1502以外にも、区間1503の配電線容量やその上位となる区間1504の配電容量、さらにはフィーダ１、２を介して需要家への配電を行う配電用変電所1505の設備容量についても、同様に充電行動の制約となる恐れがある。これらについても、配電設備管理システム1408において、それらが存在する場所および容量が管理される。そして、既に説明したように、充電管理中央サーバ0217から送信する充放電推奨情報を地域別または充電管理装置0101の個体別に振り分けることで、過度に充電行為が重複することを回避して、余裕を持った配電系統の運用が可能となる。

同様の仕掛けによって、配電系統の設備容量の制約を考慮するだけでなく、送電系統の運用を改善することも可能となる。例えば、一部地域で予想外に需要過多になるアンバランスが顕在化して安定度等の系統運用上の問題が発生した場合でも、当該地域に存在する充放電管理装置0101に対して充電を強く抑制する充放電報奨情報を送信することによって、全体系統の運用に貢献することが可能である。配電設備管理システム1408は送電系統の設備が存在する場所およびその設備の容量を管理する。送電系統の設備の容量は、充放電行動の制約となり得る。

≪第四の実施形態≫
第四の実施形態として、本発明の充放電管理装置を第三の実施形態と同様に車載装置として電気自動車に組み込んだ上で、同じく車載されているカーナビゲーションシステムと連携しながら、充放電行動を管理するシステムを説明する。このシステムの機能構成を図１６に示す。大よその構成および処理手順は第三の実施形態と同様になる。以下には、第三の実施形態と異なる動作を行う点を中心に説明する。

カーナビゲーションシステム1601は、充放電管理装置0101の各手段と情報通信可能なインターフェースを具備しており、公衆回線通信手段1407と接続した公衆通信網0216による情報通信機能により充電管理サーバ0217と連携している。また、前記カーナビゲーションシステム1601（測位装置）は測位機能も備えている。これらの機能の具備によって、第三の実施形態と同様に、配電設備の状況に合わせた充放電行為の誘導が可能になっている。

また、走行計画情報受信手段1602によって、前記カーナビゲーションシステム1601の走行計画を把握できるようになっている。カーナビゲーションシステム1601では、周知の機能により事前に出発地点、目的地点および両地点を結ぶ経路を定め、少なくとも走行するときの総走行距離および走行開始時刻が特定された走行計画が作成され、走行計画情報受信手段1602はその走行計画を受信する。この走行計画については、カーナビゲーションシステム1601の機能に応じて、充放電管理装置0101によって換算処理を行うこともある。つまり、翌日に計画された総走行距離[km]のみ把握できる場合、電気自動車0203の性能等から評価できる平均的電費[km/kWh]で換算して、明朝時点に必要な蓄電量[kWh]を算出する。なお、作成された走行計画は充放電管理装置0101の記憶部に記憶される。また、走行開始時刻は、例えば、カーナビゲーションシステム1601が備える入力装置から入力される。

把握できる情報が総走行距離[km]ではなく、目的地点までの経路上に存在して、かつ、充電サービスを提供してくれる施設までの必要走行距離[km]の場合であっても、前記と同様の換算処理を行う。カーナビゲーションシステム1601が走行予定道路の勾配や予想される渋滞状況を考慮して必要エネルギを精度良く予想できる機能を有している場合には、走行計画情報受信手段1602は必要エネルギ量を把握（受信）するだけで、必要充電量[kWh]を算出することが可能になる。
いずれの場合であっても、計算部0102は走行計画情報受信手段1602が受信した走行計画も参照して充放電計画を作成する。

なお、各実施形態の充放電管理装置は、図１７に示すハードウェア構成を備えたコンピュータである。この充放電管理装置を搭載した充電ステーション0201や電気自動車0203についても同様である。すなわち、この充電管理装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：制御部）１７０１、記憶領域として機能するＲＡＭ（Random Access Memory）として実現されるメモリ１７０２（記憶部）、ＣＰＵ１７０１が情報処理（主に、定刻処理（図３参照）に必要な情報処理）を実行するために読み取ることになるプログラムや前記情報処理が実行されるときに使用されるデータベース等を記憶する外部記憶装置として実現されるＨＤＤ（Hard Disk Drive：記憶部）１７０３、キーボードやマウス等で実現される入力装置１７０４（入力部）、ディスプレイ等で実現される出力装置１７０５（出力部）、外部のコンピュータとの通信を実現する通信装置１７０６といったハードウェア資源から構成することができる。

制御部は、前記プログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory：記録媒体）からそのプログラムを読み出して、所定の情報処理を実行しても良い。記録媒体に記憶されたプログラムは、記憶部にインストールされ、制御部はインストールされたプログラムにより命令される処理を、ハードウェアで実現することも可能である。

実行される情報処理は、充放電管理装置の記憶部に格納されたプログラムが記憶領域にロードされ、ＣＰＵ１７０１により実行されることにより、充放電管理装置の機能構成を具現化した処理部（計算部0102等）が実現される。

また、前記したハードウェア構成は、既に説明した充電管理中央サーバ0217（外部コンピュータ）、給電指令システム0218、配車管理システム1103（外部コンピュータ）、配電設備管理システム1408、カーナビゲーションシステム1601等もコンピュータとして備えている。

≪まとめ≫
本実施形態の充放電管理装置を、電気自動車等の二次電池を用いた蓄電設備等に接続もしくは搭載することにより、電力系統全体もしくは社会全体の便益を上げるような充放電行動を誘導促進することが可能になる。

また、給電指令システムと連携することによって、電力系統全体の需給バランス、予備力または電圧安定度維持等の観点で、全体最適化に貢献する充放電行動を期待できる。また、配電設備管理システムと連携することで、配電設備の安定運用を維持すると同時に、不要な設備投資を抑制することも期待できる。

一方で、利用者（需要家）の視点では、本実施形態の充放電管理装置により充放電行動が測量された結果として、前記したような貢献度合いを定量的に証明できる。よって、その貢献度合いに見合う金銭的還付や付帯サービス享受等のメリットを受けられる。さらに、配送業者における配車管理システムや自家用車のカーナビゲーションシステムと連携することによって、走行計画を実現するために最適な充電量を必要な時間までに完了することが可能となり、使用感を損なうことなく充電行動で支払う出費や放電行動で得られる収入の関係を最適化することが可能となる。

≪その他≫
なお、前記実施形態は、本発明を実施するための最良のものであるが、その実施形式はこれに限定するものではない。したがって、本発明の要旨を変更しない範囲において、その実施形式を種々変形することが可能である。

例えば、本実施形態で採り上げた充放電報奨情報は、一般的な技術として、充電管理中央サーバ0217における電力系統の地域送電網の供給信頼度処理から算出される各送電線の潮流制約に基づいて作成されても良い。また、充電管理中央サーバ0217における電力系統の地域配電網の設備管理処理から算出される各配電線の潮流制約に基づいて作成されても良い。

また、本実施形態で採り上げた充放電実施結果は、充電管理中央サーバ0217に送信される。このとき、充電管理中央サーバ0217は、時々刻々に受信される充放電実施結果を積算して需要家毎の充電行動または放電行動に対する報奨の報奨量の合計を逐次管理する機能を備えるようにしても良い。

また、給電計画で用いられる発電機が原子力発電機である場合には、原子力発電機に由来する充放電行動に対する報奨のポイントを高めに設定するように充放電報奨情報を作成することにより、原子力発電機の普及を促すことが期待できる。

その他、ハードウェア、ソフトウェア、各フローチャート等の具体的な構成について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

0101 充放電管理装置
0102 計算部
0103 充放電報奨情報受信手段
0104 充放電履歴記憶手段
0105 充放電指令送信手段
0106 充放電量監視手段
0107 個体識別子格納手段
0108 充放電実施結果送信手段

Claims

一つ以上の電力設備の充電を監視制御する充放電管理装置において、
需要家の前記電力設備に対する充電行動により前記需要家が享受できるように地域別で所定時間毎に設定される報奨、および前記電力設備の充電の実施に関して地域別で所定時間毎に設定される制約を定めた充放電報奨情報のうち、少なくとも充電位置に対応する地域の前記報奨および前記制約を外部コンピュータから受信して、前記充放電管理装置自身を識別する個体識別情報と共に記憶する記憶部と、
前記充放電報奨情報に基づいて、前記充電位置に対応する前記地域に応じた前記報奨が最大となり、前記充電位置に対応する前記地域に応じた前記制約を満足し、且つ、充電が前記需要家による前記電力設備の使用開始時刻の前に終了するよう充電開始から充電終了までの充放電計画を作成し、前記作成した充放電計画に従った、前記充電の開始及び終了を前記電力設備に指令し、前記電力設備において実施された充電を監視し、前記充電の実施内容および前記個体識別情報を含む充放電実施結果を前記外部コンピュータに送信する制御を行う制御部と、
を有することを特徴とする充放電管理装置。
一つ以上の電力設備の充電を監視制御する充放電管理装置における充放電管理方法において、
前記充放電管理装置の記憶部は、需要家の前記電力設備に対する充電行動により前記需要家が享受できるように地域別で所定時間毎に設定される報奨、および前記電力設備の充電の実施に関して地域別で所定時間毎に設定される制約を定めた充放電報奨情報のうち、少なくとも充電位置に対応する地域の前記報奨および前記制約を外部コンピュータから受信して、前記充放電管理装置自身を識別する個体識別情報と共に記憶しており、
前記充放電管理装置の制御部は、前記充放電報奨情報に基づいて、前記充電位置に対応する前記地域に応じた前記報奨が最大となり、前記充電位置に対応する前記地域に応じた前記制約を満足し、且つ、充電が前記需要家による前記電力設備の使用開始時刻の前に終了するよう充電開始から充電終了までの充放電計画を作成し、前記作成した充放電計画に従った、前記充電の開始及び終了を前記電力設備に指令し、前記電力設備において実施された充電を監視し、前記充電の実施内容および前記個体識別情報を含む充放電実施結果を前記外部コンピュータに送信する制御を行う、
ことを特徴とする充放電管理方法。