JP5417231B2 - 電力量管理サーバ、電気自動車および電力量管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車の電池を用いて電力系統（電力網）への電力供給を安定化させる電力量管理サーバおよび電力安定化システムに関する。

国際的なCO2削減を達成するべく、今後、再生可能エネルギーの利用が増加する。再生可能エネルギーで発電する電力は変動が激しいため、畜電池やDemand Responseなどにより電力変動を抑制する必要がある。電力供給の安定化のために電力系統に専用の畜電池を設置すると莫大なコストがかかるため、電気自動車（EV：Electric Vehicle）に搭載された電池の余剰部分を利用する方法が提案されている。

特許文献1の手法では、複数の電気自動車に蓄電した電力をセンターで管理し、電力系統（電力網）における電力供給の安定化に利用する方法が提案されている。この特許では電気自動車の走行距離の履歴から、通常の場合に走行に必要な蓄電量を計算し、この量を超える電力量のみを電力安定化に使用している。

特開2009−183086号公報

特許文献1の手法では、日常的に走行に利用する蓄電量を予め計算し、余剰分がある場合にのみ電力安定化を行うため、例えば、午前中に電気自動車を利用して電気自動車の電池の余剰分が0になり、電力安定化のピーク時に対応できなくなるケースが多く発生すると考えられる。

本発明は上記事情に着目してなされたもので、電気自動車の電池を使用して電力系統への電力供給を安定化させることができる電力量管理サーバおよび電力安定化システムを提供することにある。

本発明の一態様としての電力量管理サーバは
複数の電気自動車のそれぞれから、前記複数の電気自動車がそれぞれ備える電池の容量のうち電気系統との充放電に利用するための共用利用容量の大きさを示す共用利用可能量の情報を受信する第1受信部と、
前記電気自動車から前記電気系統へ接続されていることを示す接続通知を受信する第2受信部と、
放電時間帯と充電時間帯とを含む複数の時間帯のそれぞれごとに前記電気自動車の前記電気系統への接続履歴を管理する接続履歴管理部と、
前記接続履歴に基づき前記複数の時間帯のそれぞれごとに前記電気自動車毎の前記電気系統への接続確率を計算する確率計算部と、
前記時間帯毎に、前記電気系統に接続されている電気自動車から前記共用利用容量に残っている電力量である共用利用残量の情報を受信する第2受信部と、
前記放電時間帯毎の前記電気系統への目標放電量を記憶する目標放電量記憶部と、
第1の放電時間帯において、前記目標放電量を前記第1の放電時間帯における前記接続確率に応じて前記電気自動車へ分割することにより、前記第1の放電時間帯における前記電気自動車の担当電力量を計算する担当放電量割当部と、
前記第1の放電時間帯に前記電気系統に接続されている電気自動車のそれぞれについて、前記第1の放電時間帯の前記共用利用残量と、前記第1の放電時間帯より後の事前に指定された時間帯までの期間に含まれる他の放電時間帯における前記担当電力量の総和との差分である余剰電力量を計算する余剰電力量計算部と、
前記第1の放電時間帯に、前記電気系統に接続されている電気自動車に対し前記目標放電量を分割して、前記余剰電力量が大きいほど大きな値となるようにそれぞれ放電量を割り当てる放電量割当部と、
前記第1の放電時間帯に前記電気系統に接続されている電気自動車に対し、前記放電量割当部で割り当てられた放電量の放電を前記第1の放電時間帯において行うことを指示する放電指示情報を通知する第1の通知手段と、
第1の充電時間帯に、前記第1の充電時間帯以降の所定長の期間に含まれる放電時間帯毎の目標放電量の値を当該放電時間帯毎の前記電気自動車の接続確率に応じて増加させ、増加させた値の総和をとった合計目標充電量を、前記所定長の期間に含まれる充電時間帯のそれぞれの長さに応じて分割することにより、前記第1の充電時間帯の目標充電量を計算する目標充電量計算部と、
前記第1の充電時間帯に前記電気系統に接続されている前記電気自動車のそれぞれについて、前記第1の充電時間帯以降の所定長の期間に含まれる放電時間帯における前記担当電力量の合計と、前記第1の充電時間帯の前記共用利用残量との差分である不足電力量を計算する不足充電量計算部と、
前記第1の充電時間帯に前記電気系統に接続されている電気自動車間に対し前記目標充電量を分割することにより、前記不足電力量が大きいほど大きな値となるようにそれぞれ充電量を割り当てる充電量割当部と、
前記第1の充電時間帯に前記電気系統に接続されている電気自動車に対し、前記充電量割当部で割り当てられた充電量の充電を前記第1の充電時間帯において行うことを指示する充電指示情報を送信する第2の通知手段と、
を備える。

本発明の一態様としての電力安定化システムは
前記電力量管理サーバと、
前記電気自動車と、を備え、
前記電気自動車は、
ユーザから前記共用利用可能量の入力を受け付ける入力部と、
前記入力部に入力された前記共用利用可能量を前記電力管理サーバに送信する送信部とを備え、
前記入力部は、前記電池の全容量のうちの割合、容量値、または容量の大きさの分類の指定により、前記共用利用可能量の入力を受け付ける、
ことを特徴とする。

本発明によれば、電気自動車の電池を使用して電力系統への電力供給を安定化させることができる。

本発明の実施の形態に係る電力安定化システムの構成を示す。 図1の電力安定化システムのハードウェア構成例を示す。 電力安定化システムにおいて電気自動車（EV）と電力管理サーバが相互に連携して動作する際の通信手順の一例を示す。 電気自動車の処理手順の一例を示す。 図1における電池管理サーバの処理手順の一例を示す。 目標放電量の例を模式的に示す。 目標充電量の例を模式的に示す。 電気自動車毎の電力系統接続履歴の例を示す。 1つの電気自動車に対して計算された電力系統接続確率の例を示す。 電池に共用利用容量を設定した状態を示す。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図1は、本発明の実施の形態に係る電力安定化システムの構成を示すブロック図である。図2は、図1の電力安定化システムのハードウェア構成例を示す。

まず、図1に基づいて、電力安定化システムの各ブロックの機能を説明し、その後、図2のハードウェア構成を説明する。

図1の電力安定化システムは、電力量管理サーバ110と、電気自動車（EV）100と、を備える。図では明示していないが電力量管理サーバ110は複数台の電気自動車100と同時に接続（通信）されることができる。

電気自動車100は、共用利用可能量入力部101、電力系統接続状態検知部102、共用利用残量計算部103、共用利用電力量管理部104を備える。

電力量管理サーバ110は、目標放電量入力部（目標放電量記憶部）111、目標充電量計算部112、電力系統接続履歴データベース（接続履歴管理部）113、電力系統接続確率計算部114、担当電力量割当部115、充電量計算部132（不足電力量計算部116、充電量割当部117）、放電量計算部131（余剰電力量計算部118、放電量割当部119）、充放電量通知部（第1および第2の通知手段）120を備える。

電気自動車100の共用利用可能量入力部101は、電気自動車の電池の全容量のうち、電力系統の安定化のために使用する容量（共用利用容量）の大きさを示す共用利用可能量の入力を、EV利用者（ユーザ）から受け付ける。共用利用可能量入力部101は、電池の全容量のうち、入力された大きさの容量を、電極系統との充放電に利用するための共用利用容量として確保する。電池の全容量のうち、共用利用容量以外の部分は、電気自動車の走行や空調など電気自動車内の各動作部（エンジン、空調部など）の駆動のためにユーザが自由に使用できるユーザ利用容量である。

図10に電池の容量の区分を模式的に示す。電池の全容量が、ユーザ利用容量と、共用利用容量とに区分されている。ハッチングが施された部分が各々の容量に残っている電力量である。なお実際の電池の電力量は、図示のように分かれて保存されている必要はない。容量毎に、残りの電力量がそれぞれ独立して管理されていればよい。共用利用容量に残っている電力量は、共用利用残量と称され、ユーザ利用容量に残っている電力量はユーザ利用残量と称される。

共用利用可能入力部101のユーザ入力時、その時点で電池の残っている全電力量のうち、どの程度の電力量を共用利用容量に振り分けるかは任意の方法を用いることができる。たとえば、残っている電力量を、ユーザ利用容量と共用利用可能量の各々のサイズの大きさに比例して分けてもよい。または、一定量をユーザ利用容量に与え、残りを共用利用容量に与えてもよいし、この逆でもよい。または、ユーザ利用容量をフルにし、残りを共用利用容量に与えても良いし、この逆でもよい。

実装として、共用利用可能量入力部101は、カーナビでもよいし、PDAまたはPCなどのコンピュータと有線または無線により接続して、ユーザにより入力された情報を当該コンピュータから受信する装置でもよい。

また、ユーザが入力する情報の具体的な形態としては、電池の全容量のうちの割合、電力量の数値、あるいは、大中小などの電力量の大きさの分類などが可能である。

共用利用可能量入力部101は、電池の全容量のうちの割合が入力された場合は、当該割合に相当する容量を共用利用容量として設定する。電力容量の数値が入力された場合は、入力された数値を、共用利用容量として設定する。分類が入力された場合は、当該分類に対してあらかじめ定義された大きさの容量を、共用利用容量として設定する。

共用利用可能量入力部101は、ユーザから入力された共用利用可能量の情報を共用利用電力量管理部104に送る。また、共用利用可能量入力部101は、当該共用利用可能量の情報を、通信部205（図2の参照）を介して電力管理サーバ110に送信する。通信部205は、本発明の電気自動車（EV）が備える送信部を含む。電力管理サーバ110では当該共用利用可能量の情報を、通信部215（図2参照）を介して受信し、担当電力量割当部115に渡す。通信部215は、本発明の電力管理サーバが備える第1受信部および第2受信部を含む。

電力系統接続状態検知部102は、電気自動車が電力系統（電力網）に接続された状態か否かを検知する。具体的には、電気自動車が駐車場、充電スタンド、家庭内の車庫等に停止して、電気自動車の電力系統接続部（電力系統接続コネクタ）209（図2参照）に電力ケーブルが接続された状態かどうかを検知する。電力系統接続状態検知部102は、電力系統に接続されていることを示す接続通知を、通信部205（図2参照）を介して電力量管理サーバ110に送信する。電力系統接続状態検知部102は、接続されている間、たとえば一定間隔で接続通知を送信する。電力量管理サーバ110では、受信した接続通知を、電力系統接続履歴データベース113、充電量割当部117、放電量割当部119に渡す。

共用利用残量計算部103は、後述する共用利用電力量管理部104で充放電した電力量の履歴から、電気自動車の電池の共用利用容量のうち残っている電力量（共用利用残量）を計算する。共用利用残量計算部103は、計算した共用利用残量の情報を、通信部205（図2参照）を介して、電力量管理サーバ110に送信する。電力量管理サーバ110では、受信した共用利用残量の情報を、不足電力量計算部116、余剰電力量計算部118に渡す。

共用利用電力量管理部104は、電力量管理サーバ110の充放電量通知部120から放電指示を通知されたときは、指示された電力量を電池208（図2参照）から電力系統に放電し、充電指示を通知されたときは、電力系統から電池208に、指示された電力量を充電する。放電または充電した電力量は、共用利用残量計算部103に渡される。なお、放電または充電は、共用利用容量の範囲内で行う。なおユーザが個別に充電する際、ユーザ利用容量の範囲で行ってもよいし、ユーザ利用容量を超えて充電を行ってもよい。この場合、ユーザ利用容量を超えた電力量は、共用利用容量の部分の充電に当てられ、その際、共用残量計算部103は、共用利用残量を再計算してもよい。

電力量管理サーバ110の目標放電量入力部111は、電力需要のピークを考えて各電気自動車全体から電力系統側に放電する目標放電量の入力を受け付ける。目標放電量は人間が指定しても構わないし、電力会社から送信されるDemand Responseを元に、本サーバ内で自動設定し、目標放電量入力部111に入力しても構わない。目標放電量入力部111は、入力された目標放電量を記憶する目標放電量記憶部を含んでいる。

図6に、ある日の目標放電量の例を示す。目標放電量はある程度まとめて（複数日分（たとえば翌日分まで））入力される。目標放電量は、一定の時間帯毎（たとえば10分毎）に設定される。目標放電量がゼロより大きい値に設定された時間帯は、放電時間帯と称される。目標放電量がゼロに設定された時間帯は後述のように充電用の時間帯となりことができる。図示の例では8：00〜20：00まで放電期間とされている。

なお、本実施形態では、説明の簡単のため、時間帯として10分を想定し、各時間帯の長さは同じとするが、これは一例であり、時間帯の長さは、任意の値（たとえば、1時間、15分など）でよく、また時間帯によってその長さが異なっても良い。

図示の例では、日中は、多くの電力が必要とされ、目標電力量は、ピーク時に向けて大きくなり、ピーク時を超えると次第に小さくなるように設定されている。夜間および早朝では、目標放電量はゼロに設定されている。

目標放電量入力部111は、入力された目標放電量の値を、目標充電量計算部112、担当電力量割当部115、放電量割当部119に送る。

電力系統接続履歴データベース113（接続履歴管理部）は、電力系統接続状態検知部102からの検知情報を元に、電気自動車毎に、電力系統への接続履歴を蓄積および管理する。

図8に、電気自動車毎の電力系統接続履歴の例を示す。電気自動車毎に、毎日の接続履歴が記憶される。たとえば1日を、10分の時間長をもつ複数の時間帯に分割したとき、各時間帯においてそれぞれ電気自動車が接続されていれば「1」、接続されていなければ「0」が設定される。

ある時間帯において接続されていることの定義は、任意に定めることが可能である。当該ある時間帯の開始時に接続されていることを要件としてもよいし、当該ある時間帯のうち一度でも接続されていることを要件としてもよいし、当該ある時間帯全体において継続して接続されていることを要件としてもよい。

電力系統接続履歴データベース113は、蓄積した電力系統接続履歴を、電力系統接続確率計算部114からの要求に応じて、電力系統接続確率計算部114に送る。

電力系統接続確率計算部114は、電力系統接続履歴データベース113で蓄積した電力系統接続履歴から、電気自動車毎に、電力系統への時間帯毎の接続確率を計算する。

図9は、1つの電気自動車に対して計算された電力系統接続確率の例を示す。

たとえば図8の例では31日分のデータがあるため、時間帯毎に、それぞれフラグ「1」が立っている回数を計算し、計算した回数を31で除算することで、時間帯毎の接続確率が計算できる。接続確率の具体的な計算式の例は、後述する式1によって示される。接続確率の計算は、曜日別に分けて行ってもよい。また、平日、土曜、休日別に分けて行っても良い。

電力系統接続確率計算部114は、電気自動車毎に計算した電力系統接続確率を、担当電力量割当部115および目標充電量計算部112に送る。

目標充電量計算部112は、目標放電量入力部111へ入力された目標放電量と、電力系統接続確率計算部114で計算した各電気自動車の電力系統接続確率を元に、事前に決定した充電時間帯ごとに、当該充電時間帯のそれぞれにおいて電気自動車全体へ充電すべき充電目標量を計算する。

充電時間帯は、放電を行わない時間帯の中から決定する。決定は目標充電量計算部112が行っても良いし、ユーザが指定してもよい。特に、電力料金が安い時間帯に充電するのが望ましいが、放電を行わない時間帯のすべてでもかまわない。なお、時間帯毎の電力料金は事前に電力系統から取得しているとする。本実施形態では簡単のため、放電が行われないすべての時間帯を充電時間帯として決定する。

充電目標量は、対象とする充電時間帯（第1の充電時間帯）以降、一定期間Ta（たとえば当該対象とする充電時間帯を含めて1日（24時間）の間）に含まれる放電時間帯毎の目標放電量を、当該放電時間帯ごとにおける各電気自動車の接続確率に応じてそれぞれ増加させる（たとえばサーバが把握している電気自動車の全台数を、各電気自動車の接続確率の合計値で除算した値に、目標放電量を乗算する）。そして、増加させた値を、当該放電時間帯間で合計することにより、合計目標充電量を計算する。そして合計目標充電量を、上記一定期間Ta内に含まれる各充電時間帯の個数で除算する（すなわち平均する）。これにより当該対象とする充電の時間帯での目標充電量を得る。ただしここでは各充電時間帯の長さは等しいとしている。具体的な計算式の例は後述する式2によって示される。充電は、電力安定化のため、単位時間あたり一定の電力量で充電することが望ましい。なお各充電時間帯の長さは異なってもよく、その場合、合計目標充電量に、それぞれの長さの合計に対する当該対象とする充電時間帯の長さの比率を乗じればよい。

図7は、目標充電量の例を模式的に示す。図6と対比して分かるように、放電が行われない時間帯が充電用に設定されている。各充電時間帯でそれぞれ計算された値が順次記されている。各充電時間帯では、それぞれ単位時間当たりの電力量は一定となっている。なお図示の計算の例では、図6の放電目標量のデータが繰り返される（次の日も同じ目標放電量となる）ものとして、充電時間帯毎に、当該充電時間帯毎以降の1日分の放電目標量データを取得して、計算を行っている。

目標充電量計算部112は、計算した目標充電量を、充電量計算部132の充電量割当部117に送る。

担当電力量割当部115は、目標放電量入力部111へ入力された各時間帯（放電時間帯）での目標放電量を、各放電時間帯のそれぞれにおける各電気自動車の接続確率に応じて各電気自動車に分割することにより、当該放電時間帯毎に各電気自動車がそれぞれ放電するべき電力量である担当電力量を計算する。なお、上記分割の結果、割り当てられた電力量が共用利用可能量を上回るときは、超えた分を、余力のある電気自動車に割り振ってもよいし、その分の放電の割り当ては行わないようにしてもよい。担当電力量の具体的な計算式の例は、後述する式3によって示される。

担当電力量割当部115は、計算した各電気自動車の時間帯毎の担当電力量を、充電量計算部132の不足電力量計算部116、放電量計算部131の余剰電力量計算部118に送る。

充電量計算部132は、充電時間帯毎に、充電を行うべき電気自動車（放電EV）と、当該電気自動車が当該充電時間帯で充電すべき充電量を計算する。充電量計算部132は、このために、不足電力量計算部116と充電量割当部117を有する。

不足電力量計算部116は、共用利用残量計算部103で計算した共用利用残量を、対象とする充電時間帯（第1の充電時間帯）以降の所定長の期間Tb（たとえば1日の間）に必要となる担当電力量の総和から減算することにより不足電力量を計算する。そして、不足電力量がゼロより大きくなる電気自動車を充電候補EVとして特定する。なお当該所定長の期間Tbに必要となる担当電力量は、当該期間に含まれるすべての放電時間帯における担当電力量である。

不足電力量計算部116は、特定した充電候補EVの情報と、その充電候補EVについて計算した不足電力量を、充電量割当部117に送る。

充電量割当部117は、目標充電量計算部112と電力系統接続状態検知部102と不足電力量計算部116の情報を利用して、対象となる充電時間帯（第1の充電時間帯）での目標充電量を、充電候補EVのうち当該充電時間帯で電力系統に接続されているEV（充電EV）で分割することにより、各充電EVの充電量を計算する。この際、各充電EVの充電量は、不足電力量が大きい順に重み付けされるように計算される。すなわち不足充電量が大きい充電EVほど、大きな値の充電量が計算される。各充電EVの充電量は、充放電量通知部120に送られる。

充放電量通知部120は、各充電EVに対し、それぞれ計算された充電量の値を通知する。通知を受けた充電EVの共用利用電力量管理部104は、当該対象となる充電時間帯において、電力系統から自身が備える電池の共用利用容量に、指定された値の充電量を充電する。

放電量計算部131は、放電時間帯毎に、放電を行うべき電気自動車（放電EV）と、当該電気自動車が当該放電時間帯で放電すべき放電量を計算する。放電量計算部131は、このために、余剰電力量計算部118と、放電量割当部119を有する。

余剰電力量計算部118は、共用利用残量計算部103で計算した各電気自動車の共用利用残量から、事前に定められた時間帯（期限）Tcまでの期間のうち、対象とする放電時間帯（第1の放電時間帯）より後の他のすべての放電時間帯で必要となる担当電力量の総和を減算することにより、余剰電力量を計算する。そして余剰電力量がゼロより大きくなる電気自動車を放電候補EVとして特定する。Tcはたとえば当日の放電期間の終了時間帯とする。

余剰電力量計算部118は、特定した放電候補EVの情報と、その放電候補EVについて計算された余剰電力量を、放電量割当部119に送る。

放電量割当部119は、目標放電量入力部111と電力系統接続状態検知部102と余剰電力量計算部118と情報を利用して、対象となる放電時間帯（第1の放電時間帯）での目標放電量を、上記放電候補EVのうち当該時間帯で電力系統に接続されているEV（放電EV）で分割し、各放電EVの放電量を計算する。各放電EVの放電量は、余剰電力量が大きい順に重み付けされる。すなわち余剰電力量が大きい放電EVほど、大きな値の放電量が計算される。各放電EVの放電量は、充放電量通知部120に送信される。

充放電量通知部120は、各放電EVに対し、それぞれ計算された放電量の値を通知する。通知を受けた放電EVの共用利用電力量管理部104は、当該対象となる放電時間帯で、自身が備える電池の共用利用容量に残っている残り電力量から、指定された値の放電量を、電力系統に放電する。

上述した放電量計算部131および充電量計算部132等は放電時間帯および充電時間帯毎にそれぞれ計算を行っているが、具体的な計算タイミングは様々に考えられる。

たとえば対象となる放電時間帯が開始された直後に、計算を行って、計算結果を電気自動車に通知する。計算に要する時間は当該放電時間帯の長さに比べて、十分短く、実際に充電を行う時間は、当該放電時間帯の長さより若干短くなるもものの、これは誤差の範囲に入り、無視するとする。

または計算に要する時間をあらかじめ見積もっておき、この見積もった時間だけ実際の放電時間が短くなることを見越して、目標放電量を設定しておいてもよい。

または、対象となる放電時間帯が開始される直前に計算を行い、当該対象となる放電時間帯の開始に間に合うように計算結果を送信しても良い。この場合、対象となる放電時間帯に接続されている電気自動車とは、その直前に接続されている電気自動車を意味するものとする。

放電の計算例を述べたが、充電についても同様の話が成立し、自明のため説明を省略する。

図2に、電力量管理サーバ110および電気自動車100のハードウェア構成例を示す。

電気自動車100は、内蔵したコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることで実現することができる。

内蔵コンピュータ装置は、図2に示されるように、CPU202、入力部203、表示部204、通信部205、主記憶部206、外部記憶部207、電池208、電力系統接続部209、動作部210を備える。これらの要素202〜210は、バス201により相互に通信可能に接続される。

入力部203は、キーボード、マウス等の入力デバイスを含み、入力デバイスの操作による操作信号をCPU202に出力する。入力部203は、図1の共用利用可能量入力部101として用いることができる。

表示部204は、LCD（Liquid Crystal Display）、CRT（Cathode Ray Tube）等の表示ディスプレイである。

通信部205は、Ethernet（登録商標）、無線LAN（Local Area Network）、Bluetooth（登録商標）、ZigBee（登録商標）等の通信手段を有し、電力管理サーバ110との間で通信を行う。通信部205は本発明に係わる電気自動車の送信部を含む。

外部記憶部207は、例えば、ハードディスク、若しくはCD−R、CD−RW、DVD−RAM、DVD−R等の記憶媒体等として構成される。外部記憶部207は、上記した共用利用可能量入力部101、電力系統接続状態検知部102、電池残量検知部103、共用利用電力量管理部104による処理を、CPU202に実行させるための制御プログラムを記憶している。

主記憶部206は、メモリ等により構成され、CPU202による制御の下で、外部記憶部207に記憶された制御プログラムを展開し、当該プログラムの実行時に必要なデータ、当該プログラムの実行により生じたデータ等を記憶する。上記制御プログラムはコンピュータ装置にあらかじめインストールすることで実現してもよいし、CD−ROM等の記憶媒体に記憶して、或いはネットワークを介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。

電池208は、電気自動車に搭載された蓄電池であり、CPU202による制御の元で電力の充放電することができる。なおCPU202の動作電力は、電池208と別の電力源から取り出されてもよいし、電池208から取り出されても良い。

電力系統接続部209は、電池208を電力系統と接続するためのコネクタであり、電力系統との接続状態（接続、離脱）を検知できる。電気自動車はたとえば家庭の車庫内でコンセントを介して電力系統に接続されたり、充電スタンドまたは駐車場などで充電コネクタを介して電力系統へ接続されたりなど、任意の場所で電力系統に接続されることができる。

動作部210は、電池208の電力（ユーザ利用可能量の電力）を用いて動作する部分であり、電気自動車のエンジン、各種電気系統を含む。動作部210は、制御部202により、当該動作部210用のプログラム実行により、制御を受ける。

なお、通信部205、電池208、電力系統接続部209の通信方式に応じて、図2のハードウェア構成を変更してもよい。例えば、電力量管理サーバ110との通信を、電力系統接続部209を経由したPLC（電力線通信）で行っても構わない。

同様に、電力量管理サーバ110は内蔵したコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることで実現することができる。

内蔵コンピュータ装置は、図2に示されるように、CPU212、入力部213、表示部214、通信部215、主記憶部216及び外部記憶部217を備える。これらの要素212〜217は、バス211により相互に通信可能に接続される。

入力部213は、キーボード、マウス等の入力デバイスを備え、入力デバイスの操作による操作信号をCPU212に出力する。入力部213は、図1の目標放電量入力部111として用いることができる。

表示部214は、LCD（Liquid Crystal Display）、CRT（Cathode Ray Tube）等の表示ディスプレイである。

通信部215は、Ethernet（登録商標）、無線LAN（Local Area Network）、Bluetooth（登録商標）、ZigBee（登録商標）等の通信手段を有し、電気自動車100との間で通信を行う。

外部記憶部217は、例えば、ハードディスク、若しくはCD−R、CD−RW、DVD−RAM、DVD−R等の記憶媒体等を備える。外部記憶部217には、上記した目標放電量入力部111、目標充電量計算部112、電力系統接続確率計算部114、担当電力量割当部115、不足電力量計算部116、充電量割当部117、余剰電力量計算部118、放電量割当部119、充放電量通知部120による処理をCPU212に実行させるための制御プログラムが記憶されている。

主記憶部216は、メモリ等により構成され、CPU212による制御の下で、外部記憶部217に記憶された制御プログラムを展開し、当該プログラムの実行時に必要なデータ、当該プログラムの実行により生じたデータ等を記憶する。上記制御プログラムはコンピュータ装置にあらかじめインストールすることで実現してもよいし、CD−ROM等の記憶媒体に記憶して、或いはネットワークを介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。

また、図1に示した電力系統接続履歴データベース113は、上記のコンピュータ装置に内蔵又は外付けされた主記憶部216、外部記憶部217といった、メモリ、ハードディスク、若しくはCD−R、CD−RW、DVD−RAM、DVD−R等の記憶媒体等を適宜利用して実現することができる。

図3は、電力安定化システムにおいて電気自動車100と電力管理サーバ110が相互に連携して動作する際の通信手順の一例を示している。

電気自動車100が電力系統に接続されると、電力管理サーバ110との通信が開始される。

ステップS301では、図1の電力系統接続状態検知部102で電力系統への接続が検知され、電力系統へ接続されたことを示す電力系統接続通知が電力管理サーバ110に送信される。

ステップS302では、図1の共用利用可能入力部101へ入力された共用利用可能量の情報が電力管理サーバ110に送信される。共用利用可能量は事前に入力して内部に記憶しておき、この記憶しておいたものを送信すればよい。

ステップS303では、図1の共用利用残量計算部103から共用利用残量の情報が電力管理サーバ110に送信される。

ステップS304では、該当する時間帯に関して、計算された放電量または充電量の放電または充電を行うことを指示する放電指示情報または充電指示情報が図1の電力量管理サーバ110の充放電量通知部120から送信され、共用利用電力量管理部104で受信される。

図4は、図1における電気自動車100の処理手順の一例を示している。

電気自動車100が動作を開始すると、ステップS401が実行される。ステップS401では、共用利用電力量管理部104が、共用利用容量に残っている電力（共用利用残量）が、電力安定化以外の目的で使用されないように、電池208の残量を監視する。

もし電池208の残量が減少して、共用利用残量に達した場合、たとえば以下の事前に定めた処理（A）〜（C）のうちの1つを行う。

（A）電池208の電力の供給を停止する。

（B）利用者に確認した上で、利用料の徴収などのペナルティを伴って、電池の電力の供給を行う。すなわちユーザから課金の承諾を取った上で、電池の電力の供給を行う。

（C）電力管理サーバ110と通信して、現時間帯から所定長の期間における電気自動車全体の電力の余剰量を取得し、取得した余剰量が閾値以上のとき、電池の電力の供給を行う。

ステップS402では、電気自動車が電力系統に接続されているか否かを検査し、接続されている場合は（YES）、ステップS403へ進み、接続されていない場合は（NO）、ステップS401に戻る。

ステップS403では、図3に示した情報（電力系統接続通知（S301）、共用利用可能量（S302）、共用利用残量（S303））を電力管理サーバ110に送信する。共用利用残量は、共用利用残量計算部103において共用利用電力量管理部104による充放電量の履歴から計算する。

ステップS404では、電力管理サーバ110から通知された放電指示情報または充電指示情報（図3のS304参照）に従って、電池208の共用利用容量に蓄積されている共用利用残量を電力系統に放電、あるいは、電力系統から電池208の共用利用容量に充電する。
また、同ステップS404では、通知された放電指示情報に示される放電量または充電指示情報に示される充電量にしたがって、共用利用残量を共用利用残量計算部103で計算する。あるいは、共用利用残量の計算は、指示情報に示される値ではなく、実際に放電または充電した量を計測し、計測した値に基づいて行っても良い。

ステップS405では、ユーザから終了指示が入力されるなどの特別の理由が発生したら（YES）、本フローを終了し、それ以外の場合は（NO）、ステップS401に戻って処理を繰り返す。

図5は、図1における電池管理サーバ110の処理手順の一例を示している。本フローはたとえば、各時間帯のそれぞれに対応して、実行される。

ステップS501では、電力系統接続確率計算部114が、電力系統接続履歴データベース113を用いて、対象となる時間帯tにおいて各電気自動車（電力管理センターで把握している電気自動車）が電力系統に接続されている確率（電力系統接続確率）を電気自動車毎に計算する。

EV i（iはEVの識別子）において日付a、時間帯tの電力系統接続履歴をn_ia(t)（1あるいは0を有する）とすると、EV iの電力系統接続確率p_i(t)は例えば以下の式（1）で計算される。ただし、Aは蓄積された履歴の全ての日付集合を表し、|A|は集合Aの要素の数を表す。

ステップS502では、時間帯tにおける目標放電量D(t)を、各電気自動車の電力系統接続確率で重み付けして各電気自動車へ分割することにより、各電気自動車（EV）が時間帯tで放電するべき電力量（担当電力量）をそれぞれ計算する。時間帯tにおけるEV iの担当電力量は例えば以下の式（2）で計算される。同様にしてt+1以降の各時間帯についても同様にして担当電力量を計算する。本ステップの計算は、放電時間帯についてのみ行っても良い（放電時間帯以外の時間帯では明らかに担当電力量はゼロであるため）。

ステップS502の後、時間帯tが充電時間帯か放電時間帯であるかに応じて処理が分岐し、充電時間帯の場合はステップS503に進み、放電時間帯の場合はステップS506に進む。なお、充電時間帯および放電時間帯のいずれでも無いときは、次の時間帯まで待機して、ステップS501に戻る。

ステップS503では、時間帯tが充電時間帯である場合に、各電気自動車が当該時間帯tで充電する目標電力量C(t)を計算する。時間帯tにおける充電電力量C(t)は例えば以下の式（3）で計算される。ここで、Nは電力管理センターで把握している電気自動車の数、Taは、時間帯t以降における所定長の期間の長さ、Zは、当該時間帯t以降における所定長の期間において目標放電量D(t)が0になる区間の長さ（ここでは目標放電量D(t)が0である時間帯の個数）である。Taは例えば1日(24時間)とするが、これに限定されるものではない。

つまり、式（3）は、Ta＝1日(24時間)の場合、各電気自動車の接続確率に応じて、目標放電量を増分（水増し）した値の、今後1日分（24時間）の総和をとり、目標放電量が0の区間で平均している。水増しするのは、放電時間帯に電気自動車が接続されずに、予定していた放電量を確保できなくなるのを防止するためである。水増しにより電気自動車に多めに充電することを可能とすることで、放電時間帯に接続される電気自動車が、接続確率履歴より定まる台数より少なくても、予定の放電量を確実に確保できる可能性を高めることができる。

ステップS503に続くステップS504では、電気自動車の共用利用残量を、当該時間帯t以降、今後（所定長の期間Tb内に）必要となる電気自動車の担当電力量の総和から減算することにより、各電気自動車のそれぞれについて不足電力量を計算する。時間帯tにおけるEV iの不足電力量s_i(t)は例えば以下の式で計算される。そして不足電力量が0より大きい電気自動車を、充電候補EVとして特定する。Tbは、時間帯t以降における所定長の期間の長さ（例えば1日(24時間)）である。なおここでは、Tbは式（3）のTaと同じ値とするが、必ずしも一致する必要はない。たとえばTbは12時間としてもよい。なお、ここでの時間帯tは充電時間帯であるため、式（4）においてΣのτ＝tはτ＝t＋1としても同じ計算結果となる。

ステップS505では、充電候補EVのうち当該時間帯tにおいて電力系統に接続されているEVを充電EVとして特定し、当該時間帯tにおける目標充電量C(t)を、充電EV間で分割することより、当該充電EVのそれぞれの充電量を計算する。この際、不足電力が大きい充電EVほど、大きな充電量が割り当てられるように、充電量を計算する。時間帯tにおいて、電力系統に接続されている充電EV iの充電量z_i(t)は、例えば以下の式（5）で計算される。

式（5）の右側項の分母は、電力系統に接続されている充電EVの不足電力量を合計したものであり、分子は、着目となる充電EViの不足電力量である。なお、式（5）からも理解されるように、電力系統に接続されていない電気自動車（充電候補EV）は処理の対象外である。このため、前のステップS504では、電力系統に接続されていないEVを除いて（すなわち電力系統に接続されているEVのみを対象に）不足電力量の計算を行って、不足電力量が0より大きいEVを、充電EVとして特定することも可能である。

ステップS506では、時間帯tが放電時間帯である場合に、事前に定められた期限（時間帯）までの期間において当該時間帯tより後の各時間帯（放電時間帯）で必要となる電気自動車の担当電力量の総和を、電気自動車の共用利用残量から減算することにより、各電気自動車のそれぞれの余剰電力量を計算する。時間帯tにおけるEV iの余剰電力量r_i(t)は例えば以下の式（6）で計算する。そして、余剰電力量が0より大きい電気自動車（EV）を、放電候補EVとして特定する。ここで式（6）のTcは、事前に定められた時間帯（期限）であり、ここでは当日の放電期間の終わりの時間帯（図6の例では20時の時間帯）とする。したがってtが進むにつれて、式6の右辺のΣの値は減少する。ある時間帯で余剰電力量が0より小さくても時間帯が進むにつれてその日の担当電力量の総和が減少するため、後に放電候補EVとして特定され得る。なおTcはこの値に限定されるものではない。たとえば当該放電期間の終わりの時間帯より後、かつ当日の終わり（24時）の時間帯までのうち、任意の時間帯を設定しても同じ計算結果となる。前述のTa，Tbは、Tcより後に発生する放電時間帯を含んでいる。

ステップS507では、放電候補EVのうち電力系統に接続されているEVを放電EVとして特定し、当該時間帯tにおける目標充電量D(t)を、放電EV間で分割することより、放電EVのそれぞれの放電量を計算する。この際、余剰電力量が大きい放電EVほど、大きな放電量が割り当てられるように、放電量を計算する。時間帯tにおいて、電力系統に接続されている放電EV iの放電量y_i(t)は、例えば以下の式（7）で計算される。

式（7）の右側項の分母は、電力系統に接続されている放電EVの余剰電力量を合計したものであり、分子は、着目となる放電EViの余剰電力量である。式（7）からも理解されるように、電力系統に接続されていない電気自動車（EV）は処理の対象外である。このため、前のステップS506では、電力系統に接続されていないEVを除いて（すなわち電力系統に接続されているEVのみを対象に）余剰電力量の計算を行って、余剰電力量が0より大きいEVを、放電EVとして特定することも可能である。

ステップS508では、ステップS505で計算した充電量の充電を時間帯tにおいて行うことの充電指示情報を各充電EVに通知する。また同ステップS508では、ステップS507で計算した放電量の放電を時間帯tにおいて行うことの放電指示情報を各放電EVに通知する。

ステップS509では、ユーザからの終了指示の入力などの特別の理由がない限り（NO）ステップS501に戻って処理を繰り返し、それ以外の場合は（YES）、本フローの処理を終了する。

上記のフローにおいて、ステップS504，506の説明から理解されるように、余剰電力量または不足電力量が利用可能残量に一致する場合は、放電および充電のいずれの対象ともならない。ただし、余剰電力量および不足電力量の大きさに拘わらず、接続されているすべてのEVを放電EVおよび充電EVとして放電および充電の対象とすることも可能である。この場合も、余剰電力量および不足電力量の大きさに応じて、重みを調整して、割り当てる放電量および充電量を調整できるため、本実施形態の効果を得ることが可能である。

以上、本実施形態によれば、各電気自動車の電池に、EV利用者が自由に使用できない電力を蓄積する共用利用容量をあらかじめ確保しておき、各電気自動車の将来の担当電力量を考慮しつつ、共用利用容量の充放電制御を行う。これにより、電力安定化のピーク時であっても、確実に電力系統に電力を放電でき、よって電力系統における電力供給を安定化させることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

100：電気自動車（EV）
110：電力管理サーバ
101：共用利用可能量入力部
102：電力系統接続状態検知部
103：共用利用残量計算部
104：共用利用電力量管理部
111：目標放電量入力部（目標放電量記憶部）
112：目標充電量計算部
113：電力系統接続履歴データベース（接続履歴管理部）
114：電力系統接続確率計算部（確率計算部）
115：担当電力量割当部
116：不足電力量計算部
117：充電量割当部
118：余剰電力量計算部
119：放電量割当部
120：充放電量通知部（第1の通知手段、第2の通知手段）
131：放電量計算部
132：充電量計算部
201：バス
202：CPU
203：入力部
204：表示部
205：通信部（送信部）
206：主記憶部
207：外部記憶部
208：電池
209：電力系統接続部
210：動作部
211：バス
212：CPU
213：入力部
214：表示部
215：通信部（第1受信部、第2受信部）
216：主記憶部
217：外部憶部

Claims (10)

1. 複数の電気自動車のそれぞれから電気系統へ接続されていることを示す接続通知を受信する第1受信部と、
   第1の放電時間帯における前記電気自動車の前記電気系統への接続履歴を管理する接続履歴管理部と、
   前記接続履歴に基づき前記第1の放電時間帯における前記電気自動車毎の前記電気系統への接続確率を計算する確率計算部と、
   前記第1の放電時間帯における前記電気系統への目標放電量を前記第1の放電時間帯における前記接続確率に応じて前記電気自動車へ分割することにより、前記第1の放電時間帯における前記電気自動車の担当電力量を計算する担当電力量割当部と、
   前記担当電力量に基づいて、前記第1の放電時間帯に前記電気系統に接続されている電気自動車に対し、前記目標放電量を分割することによりそれぞれ放電量を割り当てる放電量割当部と、
   前記第1の放電時間帯に前記電気系統に接続されている電気自動車に対し、前記放電量割当部で割り当てられた放電量の放電を前記第1の放電時間帯において行うことを指示する放電指示情報を通知する第1の通知手段と、
   を備える電力管理サーバ。
2. 第2受信部と、余剰電力量計算部をさらに備え、
   前記接続履歴管理部は、前記第1の放電時間帯を含む複数の放電時間帯のそれぞれごとに前記電気自動車の前記電気系統への接続履歴を管理し、
   前記確率計算部は、前記接続履歴に基づき前記複数の放電時間帯のそれぞれごとに前記電気自動車毎の前記電気系統への接続確率を計算し、
   前記第2受信部は、前記複数の電気自動車のそれぞれから、前記放電時間帯毎に、前記複数の電気自動車がそれぞれ備える電池の容量のうち前記電気系統との充放電に利用するための共用利用容量に残っている電力量である共用利用残量の情報を受信し、
   前記余剰電力量計算部は、前記第1の放電時間帯に前記電気系統に接続されている電気自動車のそれぞれについて、前記第1の放電時間帯の前記共用利用残量と、前記第1の放電時間帯より後の事前に指定された時間帯までの期間に含まれる他の放電時間帯における前記担当電力量の総和との差分である余剰電力量を計算し、
   前記放電量割当部は、前記電気系統に接続されている電気自動車に対し、前記余剰電力量が大きいほど大きな値となるようにそれぞれ放電量を割り当てる、請求項1に記載の電力管理サーバ。
3. 第3受信部と、目標充電量計算部と、不足電力量計算部と、充電量割当部と、第2の通知手段と、を備え、
   前記第3受信部は、前記複数の電気自動車のそれぞれから前記共用利用容量の大きさを示す共用利用可能量の情報を受信し、
   前記接続履歴管理部は、前記複数の放電時間帯と複数の充電時間帯とを含む複数の時間帯のそれぞれごとに前記電気自動車の前記電気系統への接続履歴を管理し、
   前記確率計算部は、前記接続履歴に基づき前記複数の時間帯のそれぞれごとに前記電気自動車毎の前記電気系統への接続確率を計算し、
   前記第2受信部は、前記複数の電気自動車のそれぞれから、前記複数の時間帯のそれぞれごとに、前記共用利用残量の情報を受信し、
   前記目標充電量計算部は、第1の充電時間帯に、前記第1の充電時間帯以降の事前に指定された時間帯までの期間に含まれる放電時間帯毎の目標放電量の値を当該放電時間帯毎の前記電気自動車の接続確率に応じて増加させ、増加させた値の総和をとった合計目標充電量を、前記期間に含まれる充電時間帯のそれぞれの長さに応じて分割することにより、前記第1の充電時間帯の目標充電量を計算し、
   前記不足電力量計算部は、前記第1の充電時間帯に前記電気系統に接続されている電気自動車のそれぞれについて、前記第1の充電時間帯より後の事前に指定された時間帯までの期間に含まれる放電時間帯における前記担当電力量の合計と、前記第1の充電時間帯の前記共用利用残量との差分である不足電力量を計算し、
   前記充電量割当部は、前記第1の充電時間帯に前記電気系統に接続されている電気自動車に対し前記目標充電量を分割することにより、前記不足電力量が大きいほど大きな値となるようにそれぞれ充電量を割り当て、
   前記第2の通知手段は、前記第1の充電時間帯に前記電気系統に接続されている電気自動車に対し、前記充電量割当部で割り当てられた充電量の充電を前記第1の充電時間帯において行うことを指示する充電指示情報を送信する、
   請求項2に記載の電力量管理サーバ。
4. 前記放電量割当部は、前記余剰電力量がゼロより大きい電気自動車を対象に前記放電量の割り当てを行う、請求項2に記載の電力量管理サーバ。
5. 前記充電量割当部は、前記不足電力量がゼロより大きい電気自動車を対象に前記充電量の割り当てを行う、請求項3に記載の電力量管理サーバ。
6. 前記目標充電量計算部は、前記第1の充電時間帯の前記目標放電量に、前記複数の電気自動車の台数を前記第1の充電時間帯における前記電気自動車の接続確率の合計で除算した値を乗ずることにより、前記目標放電量の値を増加させることを特徴とする請求項3に記載の電力量管理サーバ。
7. 前記目標充電量計算部および前記不足電力量計算部で用いる各期間は、それぞれ前記余剰電力量計算部で用いる前記事前に指定された時間帯より後の放電時間帯を含む、請求項3に記載の電力量管理サーバ。
8. 請求項3に記載の電力量管理サーバとの間で情報を送受信可能な電気自動車であって、
   ユーザから前記共用利用可能量の入力を受け付ける入力部と、
   前記入力部に入力された前記共用利用可能量を前記電力管理サーバに送信する送信部と、
   を備え、
   前記入力部は、前記電池の全容量のうちの割合、容量値、または容量の大きさの分類の指定により、前記共用利用可能量の入力を受け付ける、電気自動車。
9. 前記電池の全容量のうちの残りの電力量が、ある時間帯において前記共用利用残量以下になったとき、
   （A）前記電池の前記電力の供給を停止する、
   （B）ユーザから課金の承諾を取り、前記電池の前記電力を供給する、
   （C）前記電力管理サーバと通信して、前記ある時間帯以降の一定期間内における電気自動車全体の電力の余剰電力量を取得し、取得した余剰電力量が閾値以上のとき、前記電池の電力を供給する、
   のいずれか1つを行う、請求項8に記載の電気自動車。
10. 複数の電気自動車のそれぞれから電気系統へ接続されていることを示す接続通知を受信する第1受信ステップと、
    放電時間帯と充電時間帯とを含む複数の時間帯のそれぞれごとに前記電気自動車の前記電気系統への接続履歴を管理する接続履歴管理ステップと、
    前記接続履歴に基づき前記複数の時間帯のそれぞれごとに前記電気自動車毎の前記電気系統への接続確率を計算する確率計算ステップと、
    前記時間帯毎に、前記電気系統に接続されている電気自動車から、前記電気自動車が備える電池の容量のうち電気系統との充放電に利用するための共用利用容量に残っている電力量である共用利用残量の情報を受信する第3受信ステップと、
    第1の放電時間帯における前記電気系統への目標放電量を前記第1の放電時間帯における前記接続確率に応じて前記電気自動車へ分割することにより、前記第1の放電時間帯における前記電気自動車の担当電力量を計算する担当電力量割当ステップと、
    前記第1の放電時間帯に前記電気系統に接続されている電気自動車のそれぞれについて、前記第1の放電時間帯の前記共用利用残量と、前記第1の放電時間帯より後の事前に指定された時間帯までの期間に含まれる他の放電時間帯における前記担当電力量の総和との差分である余剰電力量を計算する余剰電力量計算ステップと、
    前記第1の放電時間帯に前記電気系統に接続されている電気自動車に対し、前記余剰電力量が大きいほど大きな値となるように前記目標放電量を分割することによりそれぞれ放電量を割り当てる放電量割当ステップと、
    前記第1の放電時間帯に前記電気系統に接続されている電気自動車に対し、前記放電量割当ステップで割り当てられた放電量の放電を前記第1の放電時間帯において行うことを指示する放電指示情報を通知する第1の通知ステップと、
    第1の充電時間帯に、前記第1の充電時間帯以降の事前に指定された時間帯までの期間に含まれる放電時間帯毎の目標放電量の値を当該放電時間帯毎の前記電気自動車の接続確率に応じて増加させ、増加させた値の総和をとった合計目標充電量を、前記期間に含まれる充電時間帯のそれぞれの長さに応じて分割することにより、前記第1の充電時間帯の目標充電量を計算する目標充電量計算ステップと、
    前記第1の充電時間帯に前記電気系統に接続されている電気自動車のそれぞれについて、前記第1の充電時間帯より後の事前に指定された時間帯までの期間に含まれる放電時間帯における前記担当電力量の合計と、前記第1の充電時間帯の前記共用利用残量との差分である不足電力量を計算する不足電力量計算ステップと、
    前記第1の充電時間帯に前記電気系統に接続されている電気自動車に対し前記目標充電量を分割することにより、前記不足電力量が大きいほど大きな値となるようにそれぞれ充電量を割り当てる充電量割当ステップと、
    前記第1の充電時間帯に前記電気系統に接続されている電気自動車に対し、前記充電量割当ステップで割り当てられた充電量の充電を前記第1の充電時間帯において行うことを指示する充電指示情報を送信する第2の通知ステップと、
    をコンピュータが実行する電力管理方法。

Images