JP5511924B2 - 充電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、充電制御装置に関し、特に充電装置を搭載する複数の車両に対して、外部電源からの充電を行う充電制御装置に関する。

近年のＣＯ_２排出量の規制から考えると、ＣＯ_２を排出しない電気自動車やＣＯ_２排出量が少ないプラグインハイブリッド車を複数台有する家庭や、これらの車両が集まる集合住宅の駐車場および公共駐車場等で、複数の車両に充電を行うためのシステムが設けられることが予想される。

このような場所で充電を行う際には、車両の到着時刻、必要充電量、出発予定時刻は車両ごとにバラバラで、しかも電力会社との契約電力量を超えられないという制約もあり、これらが満足されないと、出発予定時刻までに充電が完了していない車両が発生する。

従来、この種の電動車両の充電制御装置としては、例えば、特許文献１に、使いたい車両を使いたいときに使用できる可能性が高く、かつ電力会社との契約電力内で充電を実行可能な充電制御装置が提案されている。この装置では、車両の出発予定時刻が所定時間範囲内である車両を優先して充電を行う。

一方、優先順位を決定する他の例として、非特許文献１には、車両の集中によるトータルの電力消費が規定された制限を上回らず、かつ、全て車両の出発予定時刻が満たされる方法で充電を実行するシステムが提案されている。このシステムは、車両や蓄電装置、顧客のレベルなどの幾つかの要素に基づいて優先順位演算を行い、充電順序を算出している。

特許第４３３３７９８号公報

SAE Technical Paper 2012-01-0201, 2012，"A Low-Cost, Scalable, Real-Time Scheduling Method for Charging Plug-in Electric Vehicles"

従来の充電制御装置においては、定められた時間間隔ごとの逐次処理で電力余裕と車両の充電能力、出発予定時刻情報で充電の割り当てを決定するので、必ずしも、電力コストが最低となる状況での充電が行われるものではなく、充電コストが上がってしまうという課題があった。

本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、充電コストを抑制して複数の車両への充電を可能とする充電制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る充電制御装置の態様は、バッテリに充電された電力を駆動源として走行する複数の車両に対し、商用電力を供給する外部電源から前記バッテリへの充電を制御する充電制御装置であって、前記充電制御装置は、自らに接続された前記複数の車両のそれぞれの接続時刻、それぞれの前記バッテリの蓄電状態、それぞれの蓄電装置の定格、それぞれの出発時刻およびそれぞれの必要充電量に基づいて、前記複数の車両に対する充電優先度を決定すると共に、前記充電優先度、前記外部電源の充電用途以外の受電電力の予測値を与える受電電力予測情報および前記外部電源の電力料金情報に基づいて前記複数の車両に対する充電スケジュールを作成する制御部を備え、前記制御部は、電力料金の安い時間帯を優先して前記複数の車両に対する充電が実行されるように前記充電スケジュールを作成すると共に、前記受電電力予測情報および前記電力料金情報を予め定めた時間間隔に分割し、分割された前記受電電力予測および前記電力料金情報を、前記時間間隔単位で電力料金の安い順に並べ替え、並べ替えた配列での前記時間間隔単位で前記複数の車両のそれぞれの前記充電優先度および前記必要充電量を演算し、前記充電優先度に従って受電可能な最大電力と受電電力との差で規定される電力余裕内に収まるように充電電力を配分する。

本発明に係る充電制御装置によれば、電力料金の安い時間帯を優先して複数の車両に対する充電が実行されるように充電スケジュールを作成するので、充電コストを下げることが可能となる。

充電制御の対象となる車両の充電情報を示す図である。 充電以外の電力需要の推移を示す時間データを示す図である。 本発明の前提技術を説明するフローチャートである。 本発明の前提技術における充電車両の選択動作を説明するフローチャートである。 本発明の前提技術における動作フローを実行した場合の各時刻単位での充電動作を示す図である。 ピークシフトを目的とした電力料金プランの一例を示す図である。 本発明の前提技術においてピークシフトを目的とした電力料金プランを適用した場合の充電動作を示す図である。 本発明に係る実施の形態の充電制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態の充電制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態の充電制御装置における出発予定時刻の決定動作を説明するフローチャートである。 本発明に係る実施の形態の充電制御装置における出発予定時刻での希望のＳｏＣの決定動作を説明するフローチャートである。 充電に割り当て可能な電力を説明するための図である。 本発明に係る実施の形態の充電制御装置における受電電力予測を料金の安い順に並べ替える動作を説明する図である。 優先度、ＳｏＣの変化、優先度に従って割り当てた充電量を示す図である。 電力料金の安い順に並べ替えた受電電力予測値に、得られた受電電力を追加した図である。 本発明に係る実施の形態の充電制御装置の充電制御によって得られた充電スケジュールである。

＜前提技術＞
本発明に係る実施の形態の説明に先立って、前提技術となる充電制御方法について図１〜図７を用いて説明する。

図１は、充電制御の対象となる車両Ａ、車両Ｂの充電情報を示す図である。図１において、車両Ａは、バッテリ容量Ｃが２４ｋＷｈ、最大充電電力Ｐ[max]が３ｋＷ、到着時刻Ｔ[arr]が６：００時、出発予定時刻Ｔ[dep]が２０：００時、到着時のＳｏＣ（State of Charge：蓄電状態）[arr]が６０％（１４．４ｋＷｈ）、出発時の希望ＳｏＣ[dep]が９０％（２１．６ｋＷｈ）である。

車両Ｂは、バッテリ容量Ｃが１６ｋＷｈ、最大充電電力Ｐ[max]が３ｋＷ、到着時刻Ｔ[arr]が７：００時、出発予定時刻Ｔ[dep]が１７：００時、到着時のＳｏＣ[arr]が４０％（６．４ｋＷｈ）、出発時の希望ＳｏＣ[dep]が９０％（１４．４ｋＷｈ）である。

車両Ａはバッテリ容量が車両Ｂに比べて大きいが、出発時刻が遅く、しかも到着時のＳｏＣが高いため、出発時希望ＳｏＣまでの必要充電量は車両Ｂに比べて少ない。

一方、車両Ｂは到着時刻が車両Ａに比べて遅く、しかも出発時刻までが短い。さらに到着時のＳｏＣが低いため、出発時の希望ＳｏＣまでの必要充電量が車両Ａに比べて多い。

図２は、充電制御装置を有する施設（家庭、集合住宅、公共駐車場等）での充電以外の電力需要（受電電力）の推移の一例を示す時間データであり、横軸に時刻を２４時間表記で示し、縦軸に受電電力（ｋＷ）を示している。

図２において、車両Ａの到着時刻Ｔ[arr,A]、車両Ｂの到着時刻Ｔ[arr,B]、車両Ｂの出発予定時刻Ｔ[dep,B]、車両Ａの出発予定時刻Ｔ[dep,A]を矢印で示している。

前提技術となる充電制御方法では、車両の到着時刻Ｔ[arr,i]からの逐次処理により、契約電力と受電電力との差（以下、電力余裕という）以内に収まるように充電の優先度を決定するものである。なお、添え字のｉは車両の識別子を示す。

図３は、前提技術となる充電制御方法を説明するフローチャートである。図３に示すように、処理が開始されると、ステップＳ１において充電コネクタ接続の検出が実行される。これは、充電制御装置の充電コネクタが車両側のコネクタに接続されたか否かを検出する動作であり、充電コネクタが接続されたことを検出するまで繰り返す。

ステップＳ１において充電コネクタが接続されたことを検出した後は、ステップＳ２において、車両側から送信された出発予定時刻に基づいて、出発予定時刻Ｔ[dpt,i]が決定される。なお、出発予定時刻は乗降記録から充電制御装置で類推することもできる。

次に、ステップＳ３において、車両の電力消費情報、走行距離情報に基づいて、出発予定時刻での希望のＳｏＣ[dpt,i]が決定される。

そして、ステップＳ４では、車両側でバッテリ開放電圧やバッテリ電流の積算値に基づいて計測されていたバッテリのＳｏＣに基づいて到着時のＳｏＣ[arr,i]を受信する。

次に、ステップＳ５では、必要な充電量の算出が行われる。必要な充電量は、ステップＳ３で求められた出発予定時刻での希望ＳｏＣ[dpt,i]と、ステップＳ４で得られた到着時のＳｏＣ[arr,i]との差に基づいて決定される電力量である。

次に、ステップＳ６において、新たな他の車両に充電制御装置の充電コネクタが接続されたか否かの検出が実行され、新たな接続が検出された場合には、当該他の車両に対してステップＳ２以下の処理を繰り返して情報を収集する。

なお、ステップＳ６において、新たな接続が検出されなかった場合には、ステップＳ７に処理が進み、充電制御装置を有する施設での契約電力容量と充電以外の電力消費量とに基づいて、充電に割り当て可能な各時刻における電力余裕および充電速度を算出する。

前提技術となる充電制御装置では、充電以外の受電電力実績値が時間帯ごとに積算され平均値が算出されている。そして、契約電力から各時間帯の受電電力実績値を差し引いた値が、充電に割り当て可能な電力余裕となる。このようにして定められた、各時間帯における充電に割り当て可能な電力余裕を超えないように、充電制御を行う。

ステップＳ７においては、対象車両の出発予定時刻Ｔ[dpt,i]と、バッテリ容量Ｃ[i]、最大充電電力Ｐ[max,i]の情報から、先に求めた電力余裕を超えず、かつ車両側の充電装置の定格を超えないように、充電速度Ｐ[i]を決定する。

次に、ステップＳ８において、充電制御装置に接続されている全車両のそれぞれについての優先度Ｒ[i]が決定される。なお、優先度Ｒ[i]は以下の数式（１）に示す演算によって導出される。

上記数式（１）において、iは車両の識別子、各ｋは０から１の間を示す係数、各Ｒは変数を表している。より具体的には、Ｒ[U,i]は車両iの充電緊急度による優先度、Ｒ[SoC,i]は車両iのバッテリ残量状態による優先度、Ｒ[S,i]は車両iのステータスによる優先度、Ｒ[L,i]は車両iの顧客レベルによる優先度を表している。また、係数ｋ[U]、ｋ[SoC]、ｋ[S]およびｋ[L]は、上記変数Ｒ[U,i]、Ｒ[SoC,i]、Ｒ[S,i]およびＲ[L,i]のそれぞれに重みづけを行う定数である。

例えば優先度Ｒ[i]を求めるために、すべての変数Ｒ[U,i]、Ｒ[SoC,i]、Ｒ[S,i]、Ｒ[L,i]を考慮したければ、係数ｋU]、ｋ[SoC]、ｋ[S]、およびｋ[L]をすべて１とすれば良く、例えば顧客レベルに応じた優先度は考慮しないのであればｋ[L]＝０とすれば良い。

また、充電緊急度による優先度Ｒ[U,i]を最も重要とし、それ以外を例えば、Ｒ[SoC,i] ＞Ｒ[S,i]＞Ｒ[L,i]の順に重要と考えるのであれば、ｋ[U]＝１，ｋ[SoC]＝０．７、ｋ[S]＝０．４、ｋ[L]＝０．１などと重みづけすれば良い。

なお、Ｒ[U,i]は以下の数式（２）に示す演算によって導出される。

上記数式（２）において、ＳｏＣ[cur,i]およびＴ[cur,i]はそれぞれ、車両iの現在のＳｏＣおよび現在の時刻を表している。このように、車両の出発時刻と蓄電状態とに基づく演算によって充電緊急度による優先度Ｒ[U,i]を決定する。

このような充電緊急度による優先度を優先度決定要素の１つとすることで、充電緊急度を考慮した優先度を決定することができる。

上記数式（２）より、現在の時刻Ｔ[cur,i]から出発予定時刻Ｔ[dpt,i]までの時間が短い、すなわち出発時刻が早い車両ほど、優先度が高くなることが判る。このような条件を考慮することで、より現実的な優先度を設定できる。

また、上記数式（２）より、出発予定時刻での希望ＳｏＣ[dpt,i]と到着時のＳｏＣ[arr,i]との差が大きい、すなわち、蓄電状態が低い車両ほど、優先度が高くなることが判る。このような条件を考慮することで、より現実的な優先度を設定できる。

また、車両のバッテリ容量Ｃ[i]が大きい場合や充電電力Ｐ[i]が小さい場合は、それだけ充電に時間を要するので、優先度が高くなることが判る。このような条件を考慮することで、より現実的な優先度を設定できる。

Ｒ[SoC,i]は以下の表１によって定義される。

上記表１に示すように、Ｒ[SoC,i]は、ＳｏＣ[cur,i]が、３０％未満の場合、３０％〜６０％の場合、６０％〜８０％の場合および８０％を超える場合について、それぞれ４、３、２および１の数値として定義されている。

また、Ｒ[S,i]は以下の表２によって定義される。

上記表２に示すように、Ｒ[S,i]は、車両のステータスが、充電中の状態、充電待ちの状態および充電中断の状態について、それぞれ３、２および１の数値として定義されている。

また、Ｒ[L,i]は以下の表３によって定義される。

上記表３に示すように、Ｒ[L,i]は、顧客レベルが、プレミアの場合、プラスの場合およびレギュラーの場合について、それぞれ３、２および１の数値として定義されている。

ここで、顧客レベルとは、支払金額に応じて優先度のランクを決定することができる指標であり、例えば、通常の顧客は「レギュラー」に割り当てられ、「レギュラー」同士では優先度は同じなので、充電の順番は接続順とする。そこへ、「レギュラー」顧客よりも多い金額を支払う（例えば会員費を多く払っている、もしくは単位電力量あたりの支払金額が「レギュラー」よりも高い等）「プラス」の顧客が後で接続した場合は、「レギュラー」顧客の優先度よりも高いと判断され、充電順序を入れ替えて「レギュラー」顧客を先に充電することになる。また、「プレミア」の顧客は「プラス」の顧客よりもさらに多くの金額を支払う顧客であり、「プラス」の顧客よりも充電の優先度が高いと判断される。

このような条件を考慮することで、顧客満足度の高い充電制御が可能となる。

ここで、図３のステップＳ８の説明に戻る。説明を簡単にするために、ここでは、数式（１）の係数をそれぞれｋ[u]＝１、ｋ[SoC]＝０、ｋ[S]＝０、ｋ[L]＝０として計算する。

次に、ステップＳ８で得られた優先度Ｒ[i]と各車両の充電速度Ｐ[i]とに基づいて充電する車両を選択し、充電する（ステップＳ９）。

図４は、ステップＳ９における充電車両の選択動作を説明するフローチャートである。図４に示すように、ステップＳ９が実行されると、まず、ステップＳ２１において、初期値としてｎ＝１が設定された後、ステップＳ２２に移行する。

ステップＳ２２では、ｎの値とシステムに接続された車両の台数が比較され、ｎ＞接続台数となった場合、ステップＳ２４に移行する。

ステップＳ２４においては、全ての車両をそれぞれの最大充電電力Ｐ[max,i]で充電し、図４に示すフローを終了し、ステップＳ９も終了する。

一方、ステップＳ２２において、接続台数がｎの値以上（ｎ≦接続台数）となった場合は、ステップＳ２３に移行し、優先度Ｒ[i]が高い順にｎ台の車両の最大充電電力Ｐ[max,i]の合計値を計算し、それが電力余裕よりも小さいか否かを判断する。

そして、Ｐ[max,i]の合計値が電力余裕よりも小さい場合は、ステップＳ２５に移行し、ｎ＝ｎ＋１としてステップＳ２２以下の動作を繰り返す。一方、最大充電電力Ｐ[max,i]の合計値が電力余裕以上である場合は、ステップＳ２６に移行する。

ステップＳ２６では、まず、優先度Ｒ[i]が高い順にｎ−１台目までの車両を、それぞれの最大充電電力Ｐ[max,i]で充電し、最後のｎ台目の車両を残った電力余裕で充電し、図４のフローを終了し、ステップＳ９も終了する。

ここで、再び図３の説明に戻る。ステップＳ９が終了すると、ステップＳ１０に移行し、ステップＳ７からステップＳ９までの処理の間に、新たな車両に充電制御装置の充電コネクタが接続されたか否かの検出が実行される。

そして、新たに充電コネクタに接続した車両がある場合は、ステップＳ２以降の処理を繰り返すが、新たな接続がない場合は、ステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１においては、接続されている全車両について出発時希望ＳｏＣ[dpt,i]に到達したか否かがチェックされ、到達していない車両がある場合は、時刻単位でステップＳ７以降の処理が繰り返される。一方、全車両について出発時希望ＳｏＣ[dpt,i]に到達していれば、ステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２では、出発予定時刻Ｔ[dpt,i]までに時間の余裕がある車両の有無がチェックされ、時間の余裕がある車両についてはステップＳ１３において、対象車両の空き容量部分を充電して本フローを終了する。一方、時間の余裕がある車両がなければそのまま本フローを終了する。

以上説明した図３のフローを実行した場合の各時刻単位での充電動作を図５に示す。図５においては、横軸に時刻を２４時間表記で示し、縦軸に受電電力Ｐ（ｋＷ）、ＳｏＣ（％）および優先度Ｒを取り、車両Ａの受電電力Ｐ[A]、車両Ｂの受電電力Ｐ[B]、車両ＡのＳｏＣ[cur,A]および車両ＢのＳｏＣ[cur,B]、車両Ａの充電緊急性による優先度Ｒ[U,A]、車両Ｂの充電緊急性による優先度Ｒ[U,B]の変化を示している。

図５において、車両Ａは時刻６時に到着し、時刻６時から７時の間は、車両Ａだけが充電制御装置に接続しているので、車両Ａの最大充電電力Ｐ[max,A]＝３ｋＷで充電する。

その後、７時に車両Ｂが充電制御装置に接続されるので、７時から８時までの各車両の優先度がそれぞれのＳｏＣの状態および充電量に基づいて計算される。

以降、各車両とも、充電電力×時間がそのままバッテリに全て充電されるものとして計算すると、車両Ａの優先度Ｒ[U,A]＝０．１１、車両Ｂの優先度Ｒ[U,B]＝０．２７となるので、車両Ｂを優先的に電力余裕の２．５ｋＷで充電する。

以下、図３および図４を用いて説明したフローチャートに従って充電を進めることで、１６時までにすべての車両が出発時希望ＳｏＣ[dpt,i]＝９０％に到達する。

このように、前提技術となる充電制御方法を用いることで、使いたい車両を使いたいときに使用できる可能性が高まり、かつ契約電力内で充電を実行する制御が可能になる。

しかしながら、近年では、電力の需要がひっ迫する昼間の数時間を比較的高い料金に設定し、消費のピークをシフトさせることを目的とした料金プランが出現している。

図６は、ピークシフトを目的とした電力料金プランの一例であり、時間帯１３：００〜１６：００の電力ピーク時の料金が最も高く、時間帯２３：００〜７：００の夜間時の料金が最も安く設定されている。この料金プランを先述の充電制御結果に割り当てると、図７のようになる。

図７は、図２に示した充電制御装置を有する施設での充電以外の電力需要（受電電力）の推移の一例に、図５に示した各時刻単位での充電動作を当てはめた図であり、図６に示す料金プランを一点鎖線で示している。

図７に示すように、定められた時間間隔ごとの逐次処理で電力余裕と車両の充電能力、出発予定時刻情報で充電の割り当てを決定するので、最も料金が高くなる１３時から１６時においても充電が行われてしまい、この料金プランで充電コストを計算すると、車両Ａの充電電力料金が１７９円／７．２ｋＷｈ、車両Ｂの充電電力料金が２１０円／８ｋＷｈとなる。

これと比較して、以下に説明する本発明に係る実施の形態の充電制御装置では、充電電力料金をさらに下げることができる。

＜実施の形態＞
以下、本発明に係る実施の形態の充電制御装置について図８〜図１６を用いて説明する。図８は本発明に係る実施の形態の電動車両の充電制御装置３００およびこれに接続されて充電される車両１００および２００の構成を示すブロック図である。

図８に示すように、車両１００および２００は電動車両であり、それぞれがバッテリ１０１および２０１、バッテリの状態を監視するバッテリ監視部１０２および２０２、第１コンタクタ１０３および２０３、充電用ＡＣ／ＤＣ変換部１０４および２０４、第２コンタクタ１０５および２０５、外部との接続コネクタ１０６および２０６、コネクタ接続検出部１０７および２０７、通信部１０８および２０８、入出力インタフェース１０９および２０９、主制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１０および２１０を備えている。

第１コンタクタ１０３および２０３は、それぞれバッテリ１０１および２０１と充電用ＡＣ／ＤＣ変換部１０４および２０４との電気的な接続および切断を行う部位であり、第２コンタクタ１０５および２０５は、それぞれ接続コネクタ１０６および２０６と充電用ＡＣ／ＤＣ変換部１０４および２０４との電気的な接続および切断を行う部位である。

また、コネクタ接続検出部１０７および２０７は、接続コネクタ１０６、２０６の外部機器との接続を検出する部位である。

通信部１０８および２０８は、接続コネクタ１０６および２０６を介して外部との通信を行い、入出力インタフェース１０９および２０９は、運転者によるデータ入力や運転者への状態の表示などを行うためのインタフェースである。

主制御ＥＣＵ１１０および２１０は、それぞれバッテリ１０１および２０１の各種情報、例えばＳｏＣの情報や充電定格、現在のセル温度、充電電流、充電電圧などをバッテリ監視部１０２および２０２から収集し、また、コネクタ接続検出部１０７および２０７によって検出した外部機器との接続の有無の情報を収集する。

また、主制御ＥＣＵ１１０および２１０は、それぞれコネクタ１０６および２０６に対し、後述のコネクタ３０９および３１０が接続された際に、バッテリ１０１および２０１のＳｏＣが所定値より低いときには、第１コンタクタ１０３および２０３、第２コンタクタ１０５および２０５を開放状態から接続状態に遷移させ、充電用ＡＣ／ＤＣ変換部１０４および２０４を動作させてバッテリ１０１および２０１の充電を行うように、第１コンタクタ１０３および２０３、第２コンタクタ１０５および２０５、充電用ＡＣ／ＤＣ変換部１０４および２０４を制御する。

また、主制御ＥＣＵ１１０、２１０は、現在のセル温度が上限値を超えないように、バッテリ監視部１０２および２０２から収集した現在のセル温度に基づいて充電用ＡＣ／ＤＣ変換部１０４、２０４を制御して、バッテリに対する入力電力を制限する。

図８に示すように充電制御装置３００は、商用電力を供給する交流電源３０１（外部電源）、交流電源３０１から供給する電流を制限する電流制限部３０２、車両１００および２００からそれぞれＳｏＣの情報や給電要求などの情報を受ける通信部３０５および３０６、車両１００および２００への充電時に、接続コネクタ１０６および２０６にそれぞれ接続される充電コネクタ３０９および３１０、コネクタ接続検出部３０７および３０８、スイッチ３０３および３０４、主制御ＥＣＵ３１３、入出力インタフェース３１１、外部にあるインターネット４００との接続を行うインターネット接続部３１２を備えている。

コネクタ接続検出部３０７および３０８は、充電コネクタ３０９および３１０が、それぞれ車両１００および２００の接続コネクタ１０６および２０６に接続されたか否かを検出する部位であり、検出結果を主制御ＥＣＵ３１３に与える。

スイッチ３０３および３０４は、充電コネクタ３０９および３１０に繋がる充電用のケーブルに対して電流制限部３０２を介在させて交流電源３０１を接続するスイッチである。

主制御ＥＣＵ３１３は、スイッチ３０３および３０４の開閉を制御すると共に、ユーザによるデータ入力やユーザへの状態の表示などを行う入出力インタフェース３１１、インターネット接続部３１２も制御する。

なお、図示はしないが、充電制御装置３００は、車両１００および２００以外にさらに多くの車両を接続可能であっても良い。その場合には、さらに複数のコネクタ、コネクタ接続検出部、通信部が接続可能な車両数に対応して設けられる。

次に、充電制御装置３００の動作について、図９に示すフローチャートを用いて説明する。

充電制御装置３００において処理が開始されると、ステップＳ３１において、充電コネクタ接続の検出が実行される。これは、充電制御装置３００の充電コネクタ３０９および３１０が、それぞれ車両１００および２００の接続コネクタ１０６および２０６に接続されたか否かを検出する動作であり、主制御ＥＣＵ３１３は、コネクタ接続検出部３０７および３０８の何れかでコネクタの接続を示す信号が検出されるまで、ステップＳ３１の処理を繰り返し、コネクタの接続が検出されると、ステップＳ３２に移行する。

なお、車両１００および２００のそれぞれにおいても、コネクタ接続の検出が実行され、主制御ＥＣＵ１１０および２１０は、コネクタ接続検出部１０７および２０７のそれぞれから、充電コネクタ３０９および３１０の接続の有無を示す信号を受け、コネクタ接続を判断する。

コネクタが接続されると、充電制御装置３００の主制御ＥＣＵ３１３ではステップＳ３２において、車両１００および２００から送信された乗降記録または出発予定時刻に基づいて、出発予定時刻Ｔ[dpt,i]の決定が行われる。

図１０は、ステップＳ３２における出発予定時刻の決定動作を説明するフローチャートである。図１０に示すように、ステップＳ３２が実行されると、まず、ステップＳ５１において、自動または手動の場合分けが行われる。これは、車両側からの指定によって自動モード、手動モードの何れかを選択するように定めても良いし、強制的に予め設定したモードを選択するようにしても良い。

ステップＳ５１において自動モードが選択された場合には、ステップＳ５３に移行し、主制御ＥＣＵ３１３は、車両から送信された毎日の乗降記録に基づいて、その車両の出発予定時刻Ｔ[dpt,i]を決定する。

例えば、１カ月分の乗降記録のうち通勤日と休日を分類して平均出発時刻を算出する。明日が通勤日であれば、通勤日の平均出発時刻より少し余裕を持った時刻（少し早い時刻）を出発予定時刻Ｔ[dpt,i]に決定する。一方、明日が休日であれば、休日の平均出発時刻より少し余裕を持った時刻（少し早い時刻）を出発予定時刻Ｔ[dpt,i]に決定する。なお、休日の出発時刻のばらつきが大きい場合には、明日が休日であれば、ステップＳ５１に戻り、手動モードが選択されるようにしても良い。

一方、ステップＳ５１において手動モードが選択された場合には、ステップＳ５２に移行して、出発予定時刻Ｔ[dpt,i]の指定入力待ちとなる。主制御ＥＣＵ３１３は、入出力インタフェース３１１を介して出発予定時刻Ｔ[dpt,i]が入力されるのを待つ。これは、車両の運転者が、充電制御装置３００の操作パネルを操作して、出発予定時刻を入力するのを待つ場合や、車両１００および２００において、それぞれの運転者が、入出力インタフェース１０９および２０９を介して出発予定時刻Ｔ[dpt,i]を入力し、その情報が主制御ＥＣＵ１１０および２１０から通信部１０８および２０８を介して送信されてくるのを待つ場合に相当する。

この場合、車両にカーナビゲーション装置が装備されている場合には、車両側で到着したい時刻と目的地の情報を入力し、カーナビゲーション装置でルート検索をした場合、出発予定時刻Ｔ[dpt,i]を逆算し、その情報が通信部１０８および２０８を介して送信される構成としても良い。

ステップＳ５２またはステップＳ５３の処理が終了すると、ステップＳ５４においてメインフローに戻る処理が実行され、ステップＳ３２の処理が終了する。

ここで、図９のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ３２の処理が終了すると、ステップＳ３３に移行する。主制御ＥＣＵ３１３ではステップＳ３３において、車両側から送られてくる車両の電力消費情報、走行距離情報に基づいて、次回の出発予定時刻での希望のＳｏＣ[dpt,i]を決定する。

図１１は、ステップＳ３３における出発予定時刻での希望のＳｏＣの決定動作を説明するフローチャートである。図１１に示すように、ステップＳ３３が実行されると、まず、ステップＳ６１において自動または手動の場合分けが行われる。これは、車両側からの指定によって自動モード、手動モードの何れかを選択するように定めても良いし、強制的に予め設定したモードを選択するようにしても良い。

ステップＳ６１において自動モードが選択された場合には、ステップＳ６４に移行し、主制御ＥＣＵ３１３は、車両から送信された日々の車両の燃費（ｋｍ／ｋＷｈ・ｄａｙ）および日々の走行距離（ｋｍ／ｄａｙ）から必要電力量（Ｗｈ）を予測する。

近年、燃費を積算する機能がついた車両がしばしば見かけられるようになっているが、例えば、明日が出勤日の場合には、出勤日の走行距離の平均値を現在まで積算されていた燃費で除算して余裕係数を乗じて必要電力量を算出すれば良い。一方、明日が休日であれば、休日の平均走行距離より少し余裕を持った距離に基づいて必要電力量を算出する。なお、休日の走行距離のばらつきが大きい場合には、明日が休日であれば、ステップＳ６１に戻り、手動モードが選択されるようにしても良い。

ステップＳ６１において手動モードが選択された場合には、ステップＳ６２において、行程距離（ｋｍ）の入力待ちとなる。主制御ＥＣＵ３１３は、入出力インタフェース３１１を介して予定行程距離が入力されるのを待つ。これは、車両の運転者が、充電制御装置３００の操作パネルを操作して、次の走行における予定行程距離を入力するのを待つ場合や、車両１００および２００において、それぞれの運転者が、入出力インタフェース１０９および２０９を介して予定行程距離を入力し、その情報が主制御ＥＣＵ１１０および２１０から通信部１０８および２０８を介して送信されてくるのを待つ場合に相当する。

この場合、車両にカーナビゲーション装置が装備されている場合には、車両側で目的地の情報を入力し、カーナビゲーション装置でルート検索をした場合、充電地点からの距離を算出して予定行程距離とし、その情報が通信部１０８および２０８を介して送信される構成としても良い。

ステップＳ６２において予定行程距離が入力されると、主制御ＥＣＵ３１３はステップＳ６３において、車両から送信された日々の車両の燃費燃費（ｋｍ／ｋＷｈ・ｄａｙ）および予定行程距離（ｋｍ）に基づいて必要電力量（Ｗｈ）を予測する。その一例としては、ステップＳ６２で得られた予定行程距離を現在まで積算されていた燃費で除算し、余裕係数を乗じて必要電力量を算出することができる。

ステップＳ６３またはステップＳ６４の処理が終了すると、ステップＳ６５においてメインフローに戻る処理が実行され、ステップＳ３３の処理が終了する。

ここで、図９のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ３３の処理が終了すると、ステップＳ３４に移行する。ステップＳ３４では、車両側でバッテリ開放電圧やバッテリ電流に基づいて計測されていたバッテリのＳｏＣに基づいて到着時のバッテリのＳｏＣ[arr,i]を受信し、主制御ＥＣＵ３１３では、必要な充電量の算出が行われる（ステップＳ３５）。必要な充電量は、ステップＳ３３で求められた次回出発予定時希望ＳｏＣ[dpt,i]からステップＳ３４で得られた到着時のバッテリのＳｏＣ[arr,i]との差に基づいて決定される電力量である。

次に、ステップＳ３６において、ステップＳ３２〜ステップＳ３５の処理の間に、新たな車両に充電制御装置３００の充電コネクタが接続されたか否かの検出が実行され、新たな接続が検出された場合には、当該新たな車両に対してステップＳ３２〜ステップＳ３５の処理が繰り返される。なお、新たな接続が検出されない場合はステップＳ３７に移行する。

主制御ＥＣＵ３１３ではステップＳ３７において、契約電力容量と、充電による電力消費を除いた日々の電力消費とに基づいて、受電電力予測を立てる。

図１２は、充電に割り当て可能な電力を説明するための図であり、充電制御装置を有する施設（家庭、集合住宅、公共駐車場等）での充電以外の電力需要（受電電力）の推移の一例を示す時間データであり、横軸に時刻を２４時間表記で示し、縦軸に受電電力（ｋＷ）および電力料金（円／ｋＷｈ）を示している。

また、図１２において、車両Ａの到着時刻Ｔ[arr,A]、車両Ｂの到着時刻Ｔ[arr,B]、車両Ｂの出発予定時刻Ｔ[dep,B]、車両Ａの出発予定時刻Ｔ[dep,A]を矢印で示している。契約電力容量は６ｋＷであり、受電電圧が１００Ｖであるとすると契約アンペアまたは契約電流でいえば６０Ａである。

充電制御装置３００は、自らが置かれた施設の過去の受電電力の推移データを取得し、このデータに基づいてステップＳ３７で２４時間分の受電電力予測を立てる。このように過去の受電電力の推移データを用いることで、簡単に受電電力予測を行うことができる。

このデータは、充電制御装置３００がデータベースとして持っていても良いし、当該施設の管理システムのデータベースから取得しても良い。

例えば、前日の２４時間分の記録を、そのまま翌日の受電電力予測としても良いし、１年前の同日の記録を当日の予測として利用することも考えられる。また、天気や気温、湿度などの条件に合致する過去のデータを参考に予測を立てても良い。これにより、より精度の高い受電電力予測を行うことができる。

さらには、インターネット接続部３１２（図８）によって電力会社などから、インターネット４００（図８）を介して当日の受電電力予測を受信して利用しても良い。これにより、充電制御装置３００がデータベースを持つ必要がなくなり、充電制御装置３００のコストを低減できる。

図１２はさらに、ある時間間隔の電力料金情報も含んでいる。すなわち、図１２に一点鎖線で示すグラフは、電力使用のピーク時（１３時〜１６時）の時間帯を高額に設定することでピークシフトを実現することを目的とした電力料金プランである。

図１２において、現時点から、出発予定時刻Ｔ[dpt,i]までの契約電力と受電電力との差が、充電に割り当て可能な電力余裕となる。

充電制御装置３００は、このように規定される各時間帯における電力余裕を超えないように充電スケジュール制御を行う。なお、以下の説明では、図１に示した車両Ａ、Ｂの充電情報に基づいて充電スケジュール制御を行うものとする。

ここで、図９のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ３７の処理が終了すると、ステップＳ３８に移行する。主制御ＥＣＵ３１３では、ステップＳ３８において、ステップＳ３７で得られた受電電力予測をある時間単位（この例では１時間）に分割し、料金の安い順に並べ替える。この場合、最初に車両Ａが到着したＴ[arr,A]＝６時から最後の出発予定時刻Ｔ[dpt,A]＝２０時までの受電電力予測を１時間ごとに分割し、料金の安い順に並べ替える。

このようにして得られたグラフを図１３に示す。図１３において、横軸には時刻を示し、縦軸には受電電力（ｋＷ）および電力料金（円／ｋＷｈ）を示しているが、並べ替えを行ったため、時刻は時系列通りではなく、下線の付いた時刻が、並べ替えによって移動した時刻である。また、図１３では、図１２に一点鎖線で示した電力料金情報も並べ替えて一点鎖線で示している。

ここで、図９のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ３８の処理が終了すると、ステップＳ３９に移行する。主制御ＥＣＵ３１３では、ステップＳ３９において、先に説明した、数式（１）、（２）および表１〜表３を用いて、各単位時刻における接続中の全車両の充電の優先度Ｒ[i]を決定する。なお、充電の優先度Ｒ[i]の決定方法は先に説明しているので説明は省略する。

ステップＳ３９において充電の優先度Ｒ[i]を決定した後は、主制御ＥＣＵ３１３では、ステップＳ４０において、図４を用いて説明したフローチャートに従って、各単位時刻における車両ｉの充電量Ｐ[i]を割り当てる。この場合、ＳｏＣの変化は、例えば充電量Ｐ[i]が３ｋＷであれば、３ｋＷ×単位時間（この例では１時間）＝３ｋＷｈで変化するものとして計算するが、正確な変化を示したいのであれば、バッテリ１０１、２０１の充電特性や、充電用ＡＣ／ＤＣ変換部１０４、２０４の効率などを考慮したＳｏＣの変化特性で算出しても良い。

このようにして得られた優先度Ｒ、ＳｏＣの変化、優先度に従って割り当てた充電量Ｐ[i]を図１４に示す。

図１４においては、横軸に時刻を示し、縦軸に受電電力Ｐ（ｋＷ）、ＳｏＣ（％）および優先度Ｒを取り、車両Ａの受電電力Ｐ[A]、車両Ｂの受電電力Ｐ[B]、車両ＡのＳｏＣ[cur,A]および車両ＢのＳｏＣ[cur,B]、車両Ａの充電緊急性による優先度Ｒ[U,A]、車両Ｂの充電緊急性による優先度Ｒ[U,B]の変化を示している。

図１４において、車両Ａは時刻６時に到着し、時刻６時から７時の間は、車両Ａだけが充電制御装置に接続しているので、車両Ａの最大充電電力Ｐ[max,A]＝３ｋＷで充電する。

その後、７時に車両Ｂが充電制御装置に接続されるので、７時から８時までの各車両の優先度がそれぞれのＳｏＣの状態および充電量に基づいて計算される。

各車両とも、充電電力×時間がそのままバッテリに全て充電されるものとして計算すると、７時から８時までは車両Ａの優先度Ｒ[U,A]＝０．１１、車両Ｂの優先度Ｒ[U,B]＝０．４０となるので、車両Ｂを優先的に電力余裕の２．５ｋＷで充電する。

図１５は、図１３に示した電力料金の安い順に並べ替えた受電電力予測値に、得られた受電電力Ｐ[i]を追加した図である。図１５に示されるように、電力料金の安い時間帯で電力が割り当てられ、電力料金が最も高い時間帯では電力の割り当てがない。

ここで、図９のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ４０の処理が終了すると、ステップＳ４１に移行する。主制御ＥＣＵ３１３では、ステップＳ４１において、ステップＳ４０で得た受電電力Ｐ[i]の割り当て（図１５）を時系列に戻す。

図１６はこのようにして得られた充電スケジュールを示す図であり、図１２に示した充電以外の受電電力の推移の一例を示す時間データに、図１５に示した受電電力Ｐ[i]を追加した図である。

図１６に示すように、車両Ａは、到着時刻Ｔ[arr,A]＝６時からの１時間は最大充電電力Ｐ[max,A]＝３ｋＷで充電され、その後、１１時までは充電を行わず、１１時からの１時間は１ｋＷで充電され、１２時からの１時間は０．５ｋＷで充電され、ピーク時の最も電力料金が高い１３時から１６時の間は充電を行わず、１６時からの１時間は１．５ｋＷで充電され、１７時からの１時間は１．２ｋＷで充電されることで、出発予定時刻Ｔ[dpt,A]＝２０時までに必要な充電量７．２ｋＷｈを充電完了するスケジュールとなっている。

車両Ｂは、到着時刻Ｔ[arr,B]＝７時からの１時間は２．５ｋＷ、８時からの１時間は２ｋＷ、９時からの１時間は１．５ｋＷ、１０時からの１時間は１ｋＷ、１２時からの１時間は１ｋＷで充電され、ピーク時の最も電力料金が高い１３時から１６時の間は充電を行わず、出発予定時刻Ｔ[dpt,B]＝１７時までに必要な充電量８ｋＷｈを充電完了するスケジュールとなっている。

ここで、図９のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ４１の処理が終了すると、ステップＳ４２に移行する。主制御ＥＣＵ３１３ではステップＳ４２において、ステップＳ４１で得た充電スケジュールに従って、各車両への充電を実施する。上記スケジュールに従った充電を実施すると、車両Ａの充電電力料金が１３５円／７．２ｋＷｈ、車両Ｂの充電電力料金が２００円／８ｋＷｈとなり、前提技術で得られた車両Ａ：１７９円／７．２ｋＷｈ、車両Ｂ：２１０円／８ｋＷｈよりも充電コストを下げることが可能になる。

なお、充電実行中においても新たな車両が充電制御装置３００に接続されることはあるので、ステップＳ４３において、新たな車両に充電制御装置３００の充電コネクタが接続されたか否かの検出が実行され、新たな接続が検出された場合には、当該新たな車両に対してステップＳ３２〜ステップＳ４２の処理が繰り返される。

一方、新たな接続が検出されない場合はステップＳ４４に移行する。主制御ＥＣＵ３１３では、ステップＳ４４において、出発予定時刻Ｔ[dpt,i]まで時間が残っている車両があるか否かを判断する。

そして、ステップＳ４４において、まだ充電する時間が残っていると判断される車両がある場合は、当該車両に対して、主制御ＥＣＵ３１３による制御でバッテリの空き容量の部分に充電を実行する（ステップＳ４５）。この空き容量への充電については、各車両に少しずつ均等に充電を行っても良いし、１台が満充電になるまで連続して充電を行い、次の車両に充電を行うようにしても良い。

なお、空き容量への充電の順番については、出発予定時刻に基づく必要はなく、他の要因に基づいて定めても良く、例えば、バッテリのＳｏＣが一番低い車両から順に充電しても良い。

ステップＳ４４で、充電する時間が残っていると判断される車両が存在しない場合や、ステップＳ４５の空き容量への充電を行った結果、空き容量のある車両が存在しなくなった場合には、充電制御が終了する。

以上説明したように、本実施の形態の電動車両の充電制御装置３００によれば、出発予定時刻までの受電電力予測と充電量の割り当てを、電力料金の安い順に並べ替えた受電電力予測値を用いて実施するため、充電コストを下げることが可能になる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、充電スケジュールは、一度決定すると接続車両すべての充電が完了するまで変更しないものとして説明したが、これに限定されない。また、各単位時間ごとにステップＳ３６以降の制御を繰り返しても良い。このように処理を変更することで、受電電力予測と充電量の割り当てを、予め定めた時間間隔ごとに再計算するため、予測値とのずれが発生しても、最適に対応することが可能になる。

また、受電電力予測と充電量の割り当てを、料金の安い順に並べ替えて実施したが、これを電力余裕が大きい順に並べ替えて実施すれば、１つの単位時間で給電可能な電力が大きい時間帯で優先的に充電を行うことができ、その時間帯で最大限の充電量で充電することで、各車両への充電時間を短くすることが可能になり、残りの時間を充電以外の需要に割り当てることが可能になる。

また、充電スケジュールの演算を実施する装置は、充電制御装置３００の主制御ＥＣＵ３１３で全て実施しても良いが、車両１００および２００のそれぞれの主制御ＥＣＵ１１０および２１０に分担させても良い。また、幾つかの主制御ＥＣＵに分散して実施したとしても、本発明の効果は変わらない。

１００，２００ 電動車両、１０１，２０１ バッテリ、１１０，２１０，３１３ 主制御ＥＣＵ、３００ 充電制御装置、３０１ 交流電源。

Claims (10)

1. バッテリに充電された電力を駆動源として走行する複数の車両に対し、商用電力を供給する外部電源から前記バッテリへの充電を制御する充電制御装置であって、
   前記充電制御装置は、
   自らに接続された前記複数の車両のそれぞれの接続時刻、それぞれの前記バッテリの蓄電状態、それぞれの蓄電装置の定格、それぞれの出発時刻およびそれぞれの必要充電量に基づいて、前記複数の車両に対する充電優先度を決定すると共に、
   前記充電優先度、前記外部電源の充電用途以外の受電電力の予測値を与える受電電力予測情報および前記外部電源の電力料金情報に基づいて、前記複数の車両に対する充電スケジュールを作成する制御部を備え、
   前記制御部は、
   電力料金の安い時間帯を優先して前記複数の車両に対する充電が実行されるように前記充電スケジュールを作成すると共に、前記受電電力予測情報および前記電力料金情報を予め定めた時間間隔に分割し、分割された前記受電電力予測および前記電力料金情報を、前記時間間隔単位で電力料金の安い順に並べ替え、並べ替えた配列での前記時間間隔単位で前記複数の車両のそれぞれの前記充電優先度および前記必要充電量を演算し、前記充電優先度に従って受電可能な最大電力と受電電力との差で規定される電力余裕内に収まるように充電電力を配分する、充電制御装置。
2. バッテリに充電された電力を駆動源として走行する複数の車両に対し、商用電力を供給する外部電源から前記バッテリへの充電を制御する充電制御装置であって、
   前記充電制御装置は、
   自らに接続された前記複数の車両のそれぞれの接続時刻、それぞれの前記バッテリの蓄電状態、それぞれの蓄電装置の定格、それぞれの出発時刻およびそれぞれの必要充電量に基づいて、前記複数の車両に対する充電優先度を決定すると共に、
   前記充電優先度および前記外部電源の充電用途以外の受電電力の予測値を与える受電電力予測情報に基づいて、前記複数の車両に対する充電スケジュールを作成する制御部を備え、
   前記制御部は、
   受電可能な最大電力と受電電力との差で規定される電力余裕が大きい時間帯を優先して前記複数の車両に対する充電が実行されるように前記充電スケジュールを作成すると共に、前記受電電力予測情報を予め定めた時間間隔に分割し、分割された前記受電電力予測を、前記時間間隔単位で前記電力余裕が大きい順に並べ替え、並べ替えた配列での前記時間間隔単位で前記複数の車両のそれぞれの前記充電優先度および前記必要充電量を演算し、前記充電優先度に従って前記電力余裕内に収まるように充電電力を配分する、充電制御装置。
3. 前記受電電力予測情報は、
   過去の受電電力の時間推移情報を用いる、請求項１または請求項２に記載の充電制御装置。
4. 前記受電電力予測情報は、
   天気、気温および湿度の条件のうち少なくとも１つの条件が合致する前記過去の受電電力の時間推移情報を用いる、請求項３記載の充電制御装置。
5. 前記受電電力予測情報は、
   前記商用電力を供給する電力会社から提供される毎日の受電電力の予測情報を用いる、請求項１または請求項２に記載の充電制御装置。
6. 前記制御部は、
   前記複数の車両の出発時刻と蓄電状態とに基づいて規定される充電緊急度の演算の結果を、優先度決定要素の１つとする、請求項１または請求項２に記載の充電制御装置。
7. 前記充電緊急度の演算は、
   出発時刻が早いほど優先度を高くする演算である、請求項６記載の充電制御装置。
8. 前記充電緊急度の演算は、
   蓄電状態が低いほど優先度を高くする演算である、請求項６記載の充電制御装置。
9. 前記充電緊急度の演算は、
   前記バッテリの容量が大きいほど、または、最大充電電力が小さいほど優先度を高くする演算である、請求項６記載の充電制御装置。
10. 前記制御部は、
    支払金額に応じて設定される顧客レベルを優先度決定要素に加える、請求項６記載の充電制御装置。

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