JP5837129B2 - Smart grid system - Google Patents
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Description
本発明は電動車両の二次電池を利用可能なスマートグリッドシステムに関するものである。 The present invention relates to a smart grid system that can use a secondary battery of an electric vehicle.
電力網における電力の流れを電力の供給側と需要側の両方から制御することで電力需給を平準化できる電力網システムは、「スマートグリッド」と呼ばれ、注目を浴びている。スマートグリッドでは、電力不足や電力供給過剰を調整して電力需給の平準化を図るためのバッファとして二次電池(「蓄電池」または「バッテリ」ともいう)が用いられる。 A power network system that can level the power supply and demand by controlling the flow of power in the power network from both the power supply side and the demand side is called “smart grid” and has attracted attention. In a smart grid, a secondary battery (also referred to as “storage battery” or “battery”) is used as a buffer for adjusting power supply and demand by adjusting power shortage and power supply excess.
一方、エンジンとモータの両方を動力源とする電動車両は、「ハイブリッド車」として知られている。特に、外部の電源に接続してバッテリを充放電させることが可能なハイブリッド車は、「プラグインハイブリッド車」と呼ばれる。近年では、プラグインハイブリッド車のバッテリを、インフラストラクチャー(以下「インフラ」)施設の電力不足や電力供給過剰を調整するためのバッファとして利用するスマートグリッドシステムの開発が進められている。 On the other hand, an electric vehicle using both an engine and a motor as power sources is known as a “hybrid vehicle”. In particular, a hybrid vehicle that can be connected to an external power source to charge and discharge a battery is called a “plug-in hybrid vehicle”. In recent years, a smart grid system that uses a battery of a plug-in hybrid vehicle as a buffer for adjusting a power shortage or an excessive power supply in an infrastructure (hereinafter “infrastructure”) facility has been developed.
例えば、下記の特許文献1には、プラグインハイブリッド車のバッテリを用いてインフラ施設の電力需給の平準化を図る電力需給システムが提案されている。特許文献1のシステムでは、インフラ施設において最適な電力運用計画が立てられ、その電力運用計画に基づいて、プラグインハイブリッド車へ、インフラ施設に到着したときのバッテリの電池残量(単に「残量」ともいう)の目標値が送信される。それを受信したプラグインハイブリッド車は、インフラ施設に到着するまでにバッテリ残量が目標値に近づくように、モータやエンジンの動作を制御する。 For example, Patent Literature 1 below proposes a power supply and demand system that uses a battery of a plug-in hybrid vehicle to level the power supply and demand of infrastructure facilities. In the system of Patent Document 1, an optimal power operation plan is made in an infrastructure facility, and based on the power operation plan, the remaining battery level of the battery (simply “remaining amount” when the plug-in hybrid vehicle arrives at the infrastructure facility). The target value is also transmitted. The plug-in hybrid vehicle that has received it controls the operation of the motor and engine so that the remaining battery level approaches the target value before reaching the infrastructure facility.
特許文献1の電力需給システムでは、インフラ施設からプラグインハイブリッド車へ送信される情報は、バッテリ残量の目標値であり、プラグインハイブリッド車のモータやエンジンの具体的な制御計画は含まれていない。そのため、プラグインハイブリッド車は、バッテリ残量を目標値に近づける目的で、運転者に充電施設での充電を促したり、エンジンでの発電を実施したりする単純な制御を行うが、例えば燃費の最適化を図るなど複雑な制御は行われない。 In the power supply and demand system of Patent Document 1, the information transmitted from the infrastructure facility to the plug-in hybrid vehicle is a target value of the remaining battery level, and includes a specific control plan for the motor and engine of the plug-in hybrid vehicle. Absent. For this reason, plug-in hybrid vehicles perform simple controls such as encouraging the driver to charge at the charging facility or generating power with the engine in order to bring the remaining battery level close to the target value. There is no complicated control such as optimization.
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、施設における電力需給の最適化と、電動車両におけるエネルギー消費の最適化の両方を図ることが可能なスマートグリッドシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a smart grid system capable of both optimization of power supply and demand in facilities and optimization of energy consumption in electric vehicles. For the purpose.
本発明に係るスマートグリッドシステムは、車載バッテリの電力を含む複数のエネルギー源によって駆動される電動車両と、前記電動車両に接続して前記車載バッテリの充放電を行う充放電PCS(Power Conditioning Subsystem)を有する施設と、前記施設の電力需給を管理する電力マネジメントシステムとを備え、前記電力マネジメントシステムは、前記車載バッテリに対する前記充放電PCSの充放電計画および前記電動車両の走行時の動作計画を立て、前記電動車両は、走行している間、前記動作計画に従った動作を行い、前記充放電PCSは、前記電動車両が接続されたときに前記充放電計画に従って車載バッテリの充放電を行い、前記電動車両は、前記車載バッテリの電力の他、燃料をエネルギー源とし、前記充放電PCSの前記充放電計画は、前記施設の電力需給が平準化されるように計画され、前記電動車両の前記動作計画は、前記電動車両が前記充放電PCSに到着したときの前記車載バッテリの残量が、前記充放電PCSによって前記充放電計画が実施可能な範囲になり、且つ、走行中の前記電動車両における燃料の消費量が小さくなるように計画される。
A smart grid system according to the present invention includes an electric vehicle driven by a plurality of energy sources including electric power of an in-vehicle battery, and a charge / discharge PCS (Power Conditioning Subsystem) that is connected to the electric vehicle and charges / discharges the in-vehicle battery And a power management system that manages the power supply and demand of the facility, and the power management system establishes a charge / discharge plan for the charge / discharge PCS with respect to the in-vehicle battery and an operation plan for driving the electric vehicle. , the electric vehicle, while the vehicle is traveling, performs the operation according to the operation plan, the charging and discharging PCS a row physician charge and discharge of the battery in accordance with the charge planning when the electric vehicle is connected In addition to the electric power of the vehicle-mounted battery, the electric vehicle uses fuel as an energy source, and the charge / discharge meter of the charge / discharge PCS The electric power supply and demand of the facility is planned to be leveled, and the operation plan of the electric vehicle is based on the remaining amount of the in-vehicle battery when the electric vehicle arrives at the charge / discharge PCS. It is planned that the charge / discharge plan can be implemented by the discharge PCS and that the amount of fuel consumed in the electric vehicle while traveling is reduced .
本発明に係るスマートグリッド装置によれば、施設に配備された電力マネジメントシステムが、車載バッテリに対する充放電PCSの充放電計画および電動車両の走行時の動作計画を立てるので、施設での電力需給の最適化と、電動車両における燃料消費量の最適化の両方を実現できる。 According to the smart grid device of the present invention, the power management system deployed in the facility makes a charge / discharge plan for the charge / discharge PCS for the in-vehicle battery and an operation plan for driving the electric vehicle. Both optimization and optimization of fuel consumption in electric vehicles can be realized.
<スマートグリッドシステムの構成>
図1は、本発明の実施の形態に係るスマートグリッドシステム1の全体構成を示すブロック図である。当該スマートグリッドシステム1は、少なくとも1つの電力マネジメントシステム10(EMS(Energy Management System)とも言う)と、それに管理されるプラグインハイブリッド車20とを含む、スマートグリッドの電力網である。
<Configuration of smart grid system>
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a smart grid system 1 according to an embodiment of the present invention. The smart grid system 1 is a smart grid power network including at least one power management system 10 (also referred to as EMS (Energy Management System)) and a plug-in
図1の例において、電力マネジメントシステム10は、充放電PCS(Power Conditioning Subsystem)11、蓄電池12、太陽光発電システム13(PV(photovoltaics))、負荷装置14を含む施設の電力需給を管理している。充放電PCS11には蓄電池12だけでなく、プラグインハイブリッド車20も接続可能である。電力マネジメントシステム10は、太陽光発電システム13による発電、負荷装置14による電力需要(電力消費)、並びに、充放電PCS11に接続された蓄電池12およびプラグインハイブリッド車20の車載バッテリ21の充放電を管理することによって、当該施設での電力需給を最適化(平準化)する処理を行う。
In the example of FIG. 1, the
電力需給の最適化処理は、太陽光発電システム13による発電量、負荷装置14による電力需要、プラグインハイブリッド車20が走行中(充放電PCS11を出発してから帰着するまでの間)に消費するエネルギー(走行エネルギー)の予測値に基づいて行われる。電力マネジメントシステム10は、気象情報を配信する気象情報サーバ42にインターネット40を通して接続でき、気象情報サーバ42から取得した日射量や気温の予測情報に基づいて、太陽光発電システム13による発電量を予測することができる。また電力マネジメントシステム10は、負荷装置14の過去の消費電力の履歴から、負荷装置14による電力需要を予測することができる。
The power supply / demand optimization process consumes the amount of power generated by the solar
さらに、電力マネジメントシステム10は、インターネット40を通して、地図情報を配信する地図サーバ44、交通情報(渋滞情報、工事情報など)を配信する交通情報サーバ43、および電動車両情報管理装置30に接続することができる。電動車両情報管理装置30は、プラグインハイブリッド車20に関する各種の情報(車両情報)が保存される管理データベース31を有している。詳細は後述するが、車両情報としては、例えば、ユーザによるプラグインハイブリッド車20の利用スケジュール(充放電PCS11への発着時間)、出発時における車載バッテリ21の残量のユーザの希望値、プラグインハイブリッド車20の現在位置、車載バッテリ21の残量などが含まれる。電力マネジメントシステム10は、必要に応じて電動車両情報管理装置30に接続し、管理データベース31に保存されているそれらの車両情報を取得することができる。
Furthermore, the
また、スマートグリッドシステム1は、プラグインハイブリッド車20のユーザが使用可能なユーザ端末45を含んでいる。ユーザ端末45は、インターネット40を通して電動車両情報管理装置30にアクセスできる。管理データベース31に保存される車両情報のうち、プラグインハイブリッド車20の利用スケジュールや、出発時における車載バッテリ21の残量の希望値などユーザが任意に決定する情報は、ユーザがユーザ端末45に入力して、電動車両情報管理装置30へ送信することができる。
The smart grid system 1 includes a user terminal 45 that can be used by a user of the plug-in
電力マネジメントシステム10は、施設内の充放電PCS11、太陽光発電システム13および負荷装置14から取得した各種の情報と、電動車両情報管理装置30から取得した車両情報と、地図サーバ44から取得した地図情報および交通情報サーバ43から取得した交通情報とを用いて、さらに、太陽光発電システム13の発電量の予測値(発電電力予測)、負荷装置14の消費電力の予測値(負荷消費電力予測)、プラグインハイブリッド車20の走行エネルギーの予測値(走行エネルギー予測)を算出し、それらの情報に基づいて、充放電PCS11の蓄電池12および車載バッテリ21に対する充放電計画と、プラグインハイブリッド車20の走行時の動作計画を立てる。
The
充放電PCS11の蓄電池12および車載バッテリ21に対する充放電計画は、電力マネジメントシステム10が管理する施設での電力需給が最適化(平準化)されるように計画される。一方、プラグインハイブリッド車20の走行時の動作計画は、プラグインハイブリッド車20が有するエンジン22、ジェネレータ23、モータ24および空調装置25の出力の計画である(以下、走行出力計画という)。走行出力計画は、電力マネジメントシステム10が管理する施設での電力需給の最適化を図りながら、プラグインハイブリッド車20でのエネルギー消費が最適化されるように計画される。具体的には、プラグインハイブリッド車20が充放電PCS11に到着したときに車載バッテリ21の残量が、充放電PCS11による充放電計画の実施が可能となる範囲で、プラグインハイブリッド車20の燃費が最も良くなるように(燃料消費量が最小となるように)計画される。
The charging / discharging plan for the
電力マネジメントシステム10は、充放電計画に沿った動作を充放電PCS11に行わせるための指示(充放電指示)を充放電PCS11へ送信する。表示処理部11は、受信した充放電指示に従って、蓄電池12およびプラグインハイブリッド車20の車載バッテリ21の充放電を行う。また、電力マネジメントシステム10は、走行出力計画に沿った動作をプラグインハイブリッド車20に行わせるための指示(走行出力指示)を、電動車両情報管理装置30へ送信する。電動車両情報管理装置30は、受信した走行出力指示をプラグインハイブリッド車20へと送信する。プラグインハイブリッド車20は、受信した走行出力指示に従い、エンジン22、ジェネレータ23、モータ24および空調装置25を制御して走行する。
The
プラグインハイブリッド車20は、上記の車載バッテリ21、エンジン22、ジェネレータ23、モータ24および空調装置25と、情報通信装置26と、車両コントローラ27とを備えている。
The plug-in
エンジン22は、ガソリン等の燃料をエネルギー源とするプラグインハイブリッド車20の動力源であり、モータ24は、車載バッテリ21の電力をエネルギー源とするプラグインハイブリッド車20の動力源である。ジェネレータ23は、エンジン22の動力を用いて発電する発電機であり、ジェネレータ23が発電した電力は車載バッテリ21に充電される。また、モータ24は、プラグインハイブリッド車20の減速時に電力を回生する発電機としても働き、モータ24が回生した電力も車載バッテリ21に充電される。空調装置25は、車載バッテリ21の電力やエンジン22の排熱を利用して、プラグインハイブリッド車20の車内温度を制御する。
The
情報通信装置26は、基地局41を介する無線通信によって、インターネット40に接続可能であり、電動車両情報管理装置30との間で情報の送受信を行う。情報通信装置26から電動車両情報管理装置30へは、GPS衛星46からの電波を受信して得られるプラグインハイブリッド車20の位置情報、車載バッテリ21の残量、エンジン22、ジェネレータ23、モータ24、空調装置25の出力値、車内温度などの車両情報が送信される。また、電動車両情報管理装置30からプラグインハイブリッド車20へ送信された、プラグインハイブリッド車20の走行出力指示は、情報通信装置26によって受信される。
The
車両コントローラ27は、エンジン22、ジェネレータ23、モータ24および空調装置25を制御する。特に、情報通信装置26がプラグインハイブリッド車20の走行出力計画を受信した場合、車両コントローラ27はその走行出力指示に従って、エンジン22、ジェネレータ23、モータ24および空調装置25それぞれの出力を制御する。
The
本実施の形態のスマートグリッドシステム1においては、電力マネジメントシステム10が、プラグインハイブリッド車20の走行中に消費されるエネルギー(走行エネルギーを)を制御するための走行出力計画を作成し、プラグインハイブリッド車20が、その走行出力計画に従ってエンジン22、ジェネレータ23、モータ24および空調装置25の各出力を制御しながら走行する。よって、電力マネジメントシステム10は、車載バッテリ21の残量を調整しながらプラグインハイブリッド車20を充放電PCS11に到着させることができる。
In the smart grid system 1 of the present embodiment, the
例えば、太陽光発電システム13が負荷装置14の電力需要よりも多く発電して余剰電力が生じることが予測される場合、車載バッテリ21の残量をプラグインハイブリッド車20の走行中に前もって減らしておき、プラグインハイブリッド車20が充放電PCS11に接続されたときに、余剰電力を車載バッテリ21に充電して電力需給を平準化するような制御が可能である。それにより、余剰電力の逆潮流が原因となって系統が不安定になることが防止される。
For example, when it is predicted that the solar
また例えば、負荷装置14の電力需要が多くなることが予測される場合、車載バッテリ21の残量をプラグインハイブリッド車20の走行中に前もって増加させておき、プラグインハイブリッド車20が充放電PCS11に接続されたときに車載バッテリ21から電力を補って、電力需給を平滑化することができる。それにより、ピーク電力が抑えられるので、契約電気料金を下げることができる。
For example, when it is predicted that the power demand of the
さらに、空調装置25がエンジン22の排熱を利用して車内温度を制御する場合に、エンジン22の出力を、車内温度を考慮して制御すれば、車内温度を快適に保ちつつ、エンジン22での燃料消費量を最小化できる。
Further, when the
また、電力マネジメントシステム10が作成したプラグインハイブリッド車20の走行出力計画は、電力マネジメントシステム10が管理する施設での電力需給の最適化(平準化)を図りながら、プラグインハイブリッド車20での燃費が最適化(最小化)されるように計画されたものである。従って、プラグインハイブリッド車20が走行出力計画に従ってエンジン22、ジェネレータ23、モータ24、空調装置25を動作させながら走行すれば、充放電PCS11に到着したときの車載バッテリ21の残量は、充放電PCS11の充放電計画に適した値となる。それにより、充放電PCS11は、充放電計画に従った車載バッテリ21の充放電を行うことができる。その結果、当該施設における電力需給の最適化と、プラグインハイブリッド車20におけるエネルギー消費の最適化の両立を図ることができる。
In addition, the travel output plan of the plug-in
ここで、電力マネジメントシステム10の詳細について説明する。図2は、電力マネジメントシステム10の構成を示すブロック図である。図2のように、電力マネジメントシステム10は、入力処理部101、EMSデータベース102、発電予測部103、負荷予測部104、走行エネルギー予測部105、最適計画演算部106、充放電指示部107、走行出力指示部108を含む構成となっている。
Here, details of the
入力処理部101は、電力マネジメントシステム10が管理する施設の電力需給の最適化と、プラグインハイブリッド車20の走行エネルギーの最適化を計画するために用いる各種の情報を、充放電PCS11、太陽光発電システム13、負荷装置14、気象情報サーバ42、交通情報サーバ43、地図サーバ44および電動車両情報管理装置30から取得する。
The
入力処理部101が充放電PCS11から取得する情報は、充放電PCS11およびそれに接続された蓄電池12やプラグインハイブリッド車20に関する情報である。この情報としては、例えば、充放電PCS11の定格出力や電力変換効率などのパラメータ(充放電PCSパラメータ)、蓄電池12および車載バッテリ21それぞれの残量や充放電電力量、プラグインハイブリッド車20の識別番号(接続車両番号)、蓄電池12の識別番号(蓄電池番号)などがある。
The information acquired from the charge /
入力処理部101が太陽光発電システム13から取得する情報は、太陽光発電システム13の出力特性(PV出力特性)および発電した電力量(発電電力量)などである。入力処理部101が負荷装置14から取得する情報は、負荷装置14が消費した電力量(負荷消費電力量)などである。入力処理部101が気象情報サーバ42から取得する情報は、気温の予測値(気温予測)、日射量の予測値(日射量予測)などの気象情報である。これらの情報は、主に、太陽光発電システム13による発電量および負荷装置14による電力消費量の予測値の算出に用いられる。
Information acquired by the
入力処理部101が交通情報サーバ43から取得する情報は、渋滞情報や工事情報などの交通情報である。入力処理部101が地図サーバ44から取得する情報は、地図情報であり、地図情報には、道路の長さ(距離)、勾配、制限速度、交差点の数、カーブ曲率など、各道路の特性を示す道路情報が含まれている。これらの情報は、プラグインハイブリッド車20の走行経路の探索だけでなく、プラグインハイブリッド車20の走行エネルギーの予測値の算出にも用いられる。
Information acquired from the
本実施の形態では、電力マネジメントシステム10が、地図サーバ44から取得した地図情報を用いてプラグインハイブリッド車20の走行経路の探索を行うものとするが、例えば、電力マネジメントシステム10がプラグインハイブリッド車20の現在位置と充放電PCS11の位置の情報を地図サーバ44へ送信し、地図サーバ44が、プラグインハイブリッド車20の現在位置から充放電PCS11までの走行経路を探索して、得られた走行経路の情報を含む地図情報を電力マネジメントシステム10に返信する構成としてもよい。
In the present embodiment, the
入力処理部101が電動車両情報管理装置30から取得する情報は、プラグインハイブリッド車20が充放電PCS11に到着する予定時間(到着予定時間)、プラグインハイブリッド車20が充放電PCS11から出発する予定時間(出発予定時間)、プラグインハイブリッド車20の出発時における車載バッテリ21の残量のユーザ希望値(出発時希望電池残量)、走行中のプラグインハイブリッド車20の識別番号である走行車両番号およびそのプラグインハイブリッド車20の車両情報などである。
Information acquired by the
入力処理部101が取得するプラグインハイブリッド車20の車両情報としては、現在位置、車載バッテリ21の残量、車速、機器出力情報、車両パラメータ、車内温度、ユーザが設定した車内温度の許容範囲(希望温度範囲)などがある。機器出力情報は、エンジン22、ジェネレータ23、モータ24、空調装置25の現在の出力値を示す情報である。車両パラメータは、エンジン22の定格出力および燃料消費特性、ジェネレータ23の定格出力および効率特性、モータ24の定格出力および効率特性、空調装置25の定格出力および空調効率特性、ならびに、プラグインハイブリッド車20の車室内熱容量、車室放熱特性、トランスミッションギア比、走行抵抗、車重など、走行エネルギーに影響する車両諸元の情報である。
As the vehicle information of the plug-in
ここでは、プラグインハイブリッド車20の到着予定時間および出発予定時間は、ユーザがユーザ端末45を用いて入力した情報としたが、例えば、ユーザがプラグインハイブリッド車20に搭載された入力機器(例えば、ナビゲーション装置や表示器の操作部など)を用いて入力した情報である場合もある。プラグインハイブリッド車20に搭載された入力機器を用いて入力された到着予定時間および出発予定時間の情報は、情報通信装置26から電動車両情報管理装置30へ送信されて、管理データベース31に保存される。また、到着予定時間は、ユーザが入力した情報に限られず、例えば、電動車両情報管理装置30が、プラグインハイブリッド車20と充放電PCS11との位置関係から算出した予測値であっても良い。
Here, the estimated arrival time and the estimated departure time of the plug-in
入力処理部101は、充放電PCS11、太陽光発電システム13、負荷装置14、電動車両情報管理装置30、気象情報サーバ42、交通情報サーバ43および地図サーバ44から取得した各情報を、EMSデータベース102に保存する。なお、上記の充放電PCSパラメータ、PV出力特性、車両パラメータ、地図情報など、時間と共に変化しない情報は、EMSデータベース102に予め格納されていてもよい。
The
発電予測部103は、EMSデータベース102に保存されている情報を用いて、太陽光発電システム13の将来の発電電力の予測値(発電電力予測)を算出する。具体的には、発電予測部103は、PV出力特性、過去の発電電力量の履歴(発電電力履歴)、気温予測および日射量予測に基づいて、発電電力予測を算出している。発電電力予測は、PV出力特性に日射量を乗じて求めることができるが、そのようにして求めた発電電力予測を、発電電力量履歴や気温予測に基づいて補正することによって精度を高めることもできる。また、発電電力予測を、発電電力履歴から推定して求めてもよいし、さらにそれを気温予測に基づいて補正してもよい。発電予測部103が算出した発電電力予測は、最適計画演算部106に送られる。
The power
本実施の形態では、電力マネジメントシステム10が管理する施設が有する発電設備を太陽光発電システム13としたが、例えば、風力発電、地熱発電、波力発電など、他の再生可能エネルギーを用いる発電設備であってもよい。
In the present embodiment, the power generation facility of the facility managed by the
負荷予測部104は、EMSデータベース102に保存されている情報を用いて、負荷装置14の消費電力の予測値(負荷消費電力予測)を算出する。具体的には、負荷予測部104は、過去の負荷消費電力量の履歴(負荷消費電力履歴)や気温予測に基づいて、負荷消費電力予測を算出している。負荷消費電力予測は、負荷消費電力履歴から推定して求めてもよいし、気温予測と負荷装置14の消費電力との関係を定義したマップやゲイン演算を用いて求めてもよい。負荷予測部104が算出した負荷消費電力予測は、最適計画演算部106に送られる。
The
走行エネルギー予測部105は、EMSデータベース102に保存されている情報を用いて、プラグインハイブリッド車20が充放電PCS11に到着するまでの走行に必要なエネルギーの予測値(走行エネルギー予測)を算出する。具体的には、走行エネルギー予測部105は、プラグインハイブリッド車20の現在位置および車速、地図情報、交通情報から、プラグインハイブリッド車20の速度変化を予測し、その速度変化と車両パラメータ(走行抵抗や車重など)から、走行時に必要な運動エネルギーを算出する。走行エネルギー予測部105が算出した走行エネルギー予測は、最適計画演算部106に送られる。
The travel
最適計画演算部106は、EMSデータベース102に保存されている情報と、発電予測部103が算出した発電電力予測と、負荷予測部104が算出した負荷消費電力予測と、走行エネルギー予測部105が算出した走行エネルギー予測とに基づいて、充放電PCS11の充放電計画と、プラグインハイブリッド車20の走行中におけるエンジン22、ジェネレータ23、モータ24、空調装置25の出力計画(走行出力計画)を立てる。具体的には、最適計画演算部106は、発電電力予測、負荷消費電力予測、走行エネルギー予測、プラグインハイブリッド車20のスケジュール等を制約条件とし、施設の電力需給の平滑化およびプラグインハイブリッド車20の燃費向上を目的関数とした最適化問題を解き、その解として、充放電PCS11の充放電計画およびプラグインハイブリッド車20の走行出力計画を得る。
The optimal
図3は、走行エネルギー予測部105が作成する充放電PCS11の充放電計画およびプラグインハイブリッド車20の走行出力計画の例を示す図である。図3に示すように、充放電PCS11の充放電計画は、充放電PCS11が蓄電池12の充電または放電を行う時間帯と、充放電PCS11が車載バッテリ21の充電または放電を行う時間帯とを規定する情報である。また、プラグインハイブリッド車20の走行出力計画は、走行中のプラグインハイブリッド車20において、エンジン22、ジェネレータ23、モータ24、空調装置25うちのどれをどのようなタイミングで駆動するかを規定する情報である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a charge / discharge plan for the charge /
なお、最適計画演算部106が扱う上記の最適化問題は、充放電PCS11や、エンジン22、ジェネレータ23、モータ24、空調装置25の単位時間ごとの動作(ON/OFF)を組み合わせの要素とした組み合わせ最適化問題としてもよいし、施設やプラグインハイブリッド車20を非線形モデルとした非線形計画問題としてもよい。最適化問題の解法も任意でよく、組み合わせ最適化の解法としては、遺伝的アルゴリズムや動的計画法、タブーサーチ等があり、非線形計画問題の解法としては、内点法や外点法、有効制約法等がある。また、最適化問題の目的関数は、施設の電力需給の平滑化度やプラグインハイブリッド車20の燃費にそれぞれ重み係数を乗じた和として設定してもよい。また、車内温度が希望温度範囲から外れた時間やその温度差をペナルティ項として、制約条件のいくつかを目的関数に追加してもよい。
Note that the above optimization problem handled by the optimal
特許文献1のように、施設に到着したときの車載バッテリ21の残量の目標値をプラグインハイブリッド車20に指示するだけでは、例えば、エンジン効率の悪いタイミングで目標値を達成するために発電するなどして、プラグインハイブリッド車20の燃費が必要以上に増大する場合も考えられる。それに対し、本実施の形態では、電力マネジメントシステム10が、施設の電力需給の最適化とプラグインハイブリッド車20のエネルギー量の最適化の両方を考慮して、充放電PCS11の充放電計画およびプラグインハイブリッド車20の走行出力計画を作成するため、施設の電力需給平滑化とプラグインハイブリッド車20の走行エネルギーの最適化を同時に実現できる。また、プラグインハイブリッド車20の走行エネルギーの管理を施設側の電力マネジメントシステム10が実施するため、複雑な最適化計算をする機器をプラグインハイブリッド車20に搭載させる必要がなく、車載機器のコスト削減にも寄与できる。
Just instructing the plug-in
また、図3に示した例では、充放電PCS11の充放電計画およびプラグインハイブリッド車20の走行出力計画は、一定時間ごとの区間に区切られた構成としたが、各区間は、プラグインハイブリッド車20が走行する道路を一定距離ごとに区切ることによって定めてもよい。また、各区間の長さは一定でなくてもよく、施設の電力需給が逼迫した時間帯を細かく区切ったり、道路形状の変化点で区切ったりしてもよい。各区間の長さを可変とすることで、充放電PCS11およびプラグインハイブリッド車20の動作切り換えをより細かく行うことができ、最適性が向上する。
In the example shown in FIG. 3, the charge / discharge plan of the charge /
なお、図3の例では、エンジン22、ジェネレータ23、モータ24および空調装置25の出力値は、ONとOFFの2値としたが、出力の大きさを表す3つ以上の値(例えば大、中、小)をとるようにしてもよい。また、非線形計画問題の場合は、それらが連続的な値をとるようにしてもよい。
In the example of FIG. 3, the output values of the
図2に戻り、充放電指示部107は、最適計画演算部106が立てた充放電PCS11の充放電計画に対応する充放電指示を、充放電PCS11へ送信する。充放電PCS11は、充放電指示部107から受信した充放電指示に従って蓄電池12および車載バッテリ21の充放電を行う(車載バッテリ21の充放電は、プラグインハイブリッド車20が充放電PCS11に接続されている期間に行われる)。その結果、蓄電池12および車載バッテリ21は、最適計画演算部106が立てた充放電計画に沿って充放電されることになる。
Returning to FIG. 2, the charge /
また、充放電指示部107は、充放電PCS11を通して蓄電池12および車載バッテリ21をモニタし、それらが計画どおり充放電されているかを確認して、計画からのずれを補正するように充放電指示の内容を修正するフィードバック制御を行う機能を備えていてもよい。さらに、フィードバック制御だけでは十分に補正できないような状況に陥った場合に、充放電PCS11の充放電計画およびプラグインハイブリッド車20の走行出力計画を最適計画演算部106に再作成(再計画)させる機能を備えていてもよい。
In addition, the charge /
走行出力指示部108は、最適計画演算部106が立てたプラグインハイブリッド車20の走行出力計画に対応する走行出力指示を、プラグインハイブリッド車20の情報通信装置26へ送信する。プラグインハイブリッド車20においては、情報通信装置26が走行出力指示を受信すると、車両コントローラ27が、その走行出力指示に従って、エンジン22、ジェネレータ23、モータ24および空調装置25の出力を制御する。その結果、エンジン22、ジェネレータ23、モータ24および空調装置25は、最適計画演算部106が立てた走行出力計画に沿って動作することになる。
The travel
本実施の形態では、走行出力指示部108が、電動車両情報管理装置30を介してプラグインハイブリッド車20へ走行出力指示を送信する構成としたが、走行出力指示部108が直接プラグインハイブリッド車20へ走行出力指示を送信する構成としてもよい。
In the present embodiment, the travel
また、走行出力指示部108は、情報通信装置26を通して、エンジン22、ジェネレータ23、モータ24および空調装置25が計画どおり動作しているか、並びに、車載バッテリ21が計画どおりに充放電されているかを確認して、計画からのずれを補正するように走行出力指示の内容を修正するフィードバック制御を行う機能を備えていてもよい。さらに、フィードバック制御だけでは十分に補正できないような状況に陥った場合に、充放電PCS11の充放電計画およびプラグインハイブリッド車20の走行出力計画を最適計画演算部106に再作成(再計画)させる機能を備えていてもよい。
Further, the travel
図4は電力マネジメントシステム10の動作を示すフローチャートである。以下、図4を参照しつつ、電力マネジメントシステム10の動作を説明する。
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the
電力マネジメントシステム10では、まず、入力処理部101が、充放電PCS11の充放電計画およびプラグインハイブリッド車20の走行出力計画の作成に必要な各種の情報を、充放電PCS11、太陽光発電システム13、負荷装置14、電動車両情報管理装置30、地図サーバ44、交通情報サーバ43、気象情報サーバ42などから取得する(ステップS101)。入力処理部101が取得した情報は、EMSデータベース102に保存される。
In the
次に、発電予測部103が、PV出力特性、発電電力履歴、日射量予測および気温予測に基づき、太陽光発電システム13での発電量の予測値(発電電力予測)を算出する(ステップS102)。また、負荷予測部104が、負荷消費電力履歴および気温予測に基づき、負荷装置14での消費電力の予測値(負荷消費電力予測)を算出する(ステップS103)。さらに、走行エネルギー予測部105が、プラグインハイブリッド車20の到着予定時間、車速、現在位置および車両パラメータと、地図情報および交通情報とに基づき、プラグインハイブリッド車20の走行時に消費されるエネルギーの予測値(走行エネルギー予測)を算出する(ステップS104)。
Next, the power
その後、最適計画演算部106が、EMSデータベース102に保存されている情報と、発電予測部103が算出した発電電力予測と、負荷予測部104が算出した負荷消費電力予測と、走行エネルギー予測部105が算出した走行エネルギー予測とに基づいて、充放電PCS11の充放電計画と、プラグインハイブリッド車20の走行出力計画とを作成する(ステップS105)。充放電PCS11の充放電計画は、施設の電力供給が最適化されるように作成され、プラグインハイブリッド車20の走行出力計画は、施設の電力供給の最適化を図りつつプラグインハイブリッド車20の走行エネルギーが最適化されるように作成される(ステップS105)。
After that, the optimum
最後に、充放電指示部107が、充放電計画に対応する充放電指示を充放電PCS11へ送信する(ステップS106)。また、走行出力指示部108が、走行出力計画に対応する走行出力指示をプラグインハイブリッド車20の情報通信装置26へ送信する(ステップS107)。電力マネジメントシステム10は、以上の動作を繰り返し実行する。
Finally, the charge /
図5は電動車両情報管理装置30の動作を示すフローチャートである。以下、図5を参照しつつ、電動車両情報管理装置30の動作を説明する。
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the electric vehicle
電動車両情報管理装置30は、まず、プラグインハイブリッド車20の情報通信装置26から、車載バッテリ21の残量、現在位置、機器出力情報などの車両情報を取得する(ステップS201)。さらに、ユーザ端末45から、プラグインハイブリッド車20の充放電PCS11への到着予定時間および出発予定時間)、出発時希望電池残量などを取得する(ステップS202)。電動車両情報管理装置30が取得した各情報は、管理データベース31に保存される。
The electric vehicle
次に、電動車両情報管理装置30は、電力マネジメントシステム10からプラグインハイブリッド車20の車両情報の送信要求があるか否かを確認する(ステップS203)。電力マネジメントシステム10から車両情報の送信要求がある場合(ステップS203でYES)、管理データベース31に保存されている車両情報を電力マネジメントシステム10へ送信する(ステップS204)。電力マネジメントシステム10からの車両情報の送信要求がない場合は(ステップS203でNO)、車両情報の送信処理は行わない。あるいは、システムを簡略化して、車両情報の送信要求の有無に関わらず、電動車両情報管理装置30が定期的に車両情報を電力マネジメントシステム10へ送信するようにしてもよい。
Next, the electric vehicle
ここで、電力マネジメントシステム10において、図4の処理が行われ、プラグインハイブリッド車20の走行出力計画が作成されて、それに対応する走行出力指示が電動車両情報管理装置30へ送信される。電動車両情報管理装置30は、電力マネジメントシステム10から送信されたプラグインハイブリッド車20の走行出力指示を受信する(ステップS205)。
Here, in the
電動車両情報管理装置30は、プラグインハイブリッド車20の走行出力計画を受信すると、プラグインハイブリッド車20が走行中か否かを確認する(ステップS206)。プラグインハイブリッド車20が走行中であれば(ステップS206でYES)、電動車両情報管理装置30は走行出力指示をプラグインハイブリッド車20へ送信する(ステップS207)。プラグインハイブリッド車20が停止中(駐車中)であれば(ステップS206でNO)、走行出力指示の送信は行われない。電動車両情報管理装置30は、以上の動作を繰り返し実行する。
When the electric vehicle
プラグインハイブリッド車20が走行中か否かを判断する方法は任意でよく、例えば、情報通信装置26が起動しているか否かによって判断する方法や、プラグインハイブリッド車20のイグニッション回路がオン状態か否かによって判断する方法、プラグインハイブリッド車20のシフトがPレンジ(パーキングレンジ)以外に入っているか否かによって判断する方法、それら複数の方法を組み合わせて判断する方法などが考えられる。
A method for determining whether or not the plug-in
図6は、プラグインハイブリッド車20の車両コントローラ27の動作を示すフローチャートである。以下、図6を参照しつつ、車両コントローラ27の動作を説明する。
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the
車両コントローラ27は、まず、プラグインハイブリッド車20の車載バッテリ21、エンジン22、ジェネレータ23、モータ24、空調装置25およびGPS衛星46から、各種の車両情報(位置情報、車載バッテリ21の残量、エンジン22、ジェネレータ23、モータ24、空調装置25の出力値、車内温度など)を収集する(ステップS301)。車両コントローラ27は、収集した車両情報を電動車両情報管理装置30へ送信する(ステップS302)。
First, the
ここで、電動車両情報管理装置30において、図5の処理が行われ、プラグインハイブリッド車20の走行出力指示が、プラグインハイブリッド車20へと送信される。電動車両情報管理装置30から送信された走行出力指示は、プラグインハイブリッド車20の情報通信装置26に受信され、それを車両コントローラ27が取得する(ステップS303)。
Here, in the electric vehicle
その後、車両コントローラ27は、情報通信装置26が受信した走行出力指示に基づいて、エンジン22、ジェネレータ23、モータ24および空調装置25それぞれの出力を制御する(ステップS304〜S307)。
Thereafter, the
なお、本発明は、少なくとも電力を含む複数のエネルギー源によって駆動される電動車両に備えたスマートグリッドシステムに適用可能であり、本実施の形態では、そのような電動車両の例としてプラグインハイブリッド車を挙げた。一般に、プラグインハイブリッド車は、その駆動の方式によって、シリーズハイブリッド方式、パラレルハイブリッド方式、スプリットハイブリッド方式などに分けられるが、本発明はそれらのいずれにも適用可能である。電動車両は、モータやエンジンを複数有するものであってもよい。 The present invention can be applied to a smart grid system provided in an electric vehicle driven by a plurality of energy sources including at least electric power. In this embodiment, a plug-in hybrid vehicle is used as an example of such an electric vehicle. Mentioned. In general, plug-in hybrid vehicles are classified into a series hybrid method, a parallel hybrid method, a split hybrid method, and the like depending on the driving method, but the present invention can be applied to any of them. The electric vehicle may have a plurality of motors and engines.
また、本実施の形態では、電動車両情報管理装置30および管理データベース31を、電力マネジメントシステム10とは個別の要素としたが、それらを電力マネジメントシステム10が内部に備える構成としてもよい。電動車両情報管理装置30および管理データベース31を電動車両情報管理装置30の内部に設ける場合、管理データベース31とEMSデータベース102とを統合してもよい。そうすることにより、各情報の送受信による通信遅延が発生せず、電力マネジメントシステム10と電動車両情報管理装置30との情報の共有をスムーズに行うことができる。
Moreover, in this Embodiment, although the electric vehicle
以上のように、本発明によれば、電力マネジメントシステム10が、施設の電力需給の状況だけでなく、走行中のプラグインハイブリッド車20の状況を含めて考慮して、充放電PCS11の充放電計画およびプラグインハイブリッド車20の走行出力計画を作成する。従って、施設の電力需給の平滑化とプラグインハイブリッド車20の走行エネルギーの最適化を同時に実現することができる。また、また、プラグインハイブリッド車20の走行エネルギーの管理を施設側の電力マネジメントシステム10が実施するため、複雑な最適化計算をする機器をプラグインハイブリッド車20に搭載させる必要がなく、車載機器のコスト削減にも寄与できる。
As described above, according to the present invention, the
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。 In the present invention, the embodiments can be appropriately modified and omitted within the scope of the invention.
1 スマートグリッドシステム、10 電力マネジメントシステム、11 充放電PCS、12 蓄電池、13 太陽光発電システム、14 負荷装置、20 プラグインハイブリッド車、21 車載バッテリ、22 エンジン、23 ジェネレータ、24 モータ、25 空調装置、26 情報通信装置、27 車両コントローラ、30 電動車両情報管理装置、31 管理データベース、40 インターネット、41 基地局、42 気象情報サーバ、43 交通情報サーバ、44 地図サーバ、45 ユーザ端末、46 GPS衛星、101 入力処理部、102 EMSデータベース、103 発電予測部、104 負荷予測部、105 走行エネルギー予測部、106 最適計画演算部、107 充放電指示部、108 走行出力指示部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Smart grid system, 10 Electric power management system, 11 Charging / discharging PCS, 12 Storage battery, 13 Solar power generation system, 14 Load apparatus, 20 Plug-in hybrid vehicle, 21 Car-mounted battery, 22 Engine, 23 Generator, 24 Motor, 25 Air conditioning apparatus , 26 Information communication device, 27 Vehicle controller, 30 Electric vehicle information management device, 31 Management database, 40 Internet, 41 Base station, 42 Weather information server, 43 Traffic information server, 44 Map server, 45 User terminal, 46 GPS satellite, DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記電動車両に接続して前記車載バッテリの充放電を行う充放電PCS(Power Conditioning Subsystem)を有する施設と、
前記施設の電力需給を管理する電力マネジメントシステムと
を備え、
前記電力マネジメントシステムは、前記車載バッテリに対する前記充放電PCSの充放電計画および前記電動車両の走行時の動作計画を立て、
前記電動車両は、走行している間、前記動作計画に従った動作を行い、
前記充放電PCSは、前記電動車両が接続されたときに前記充放電計画に従って車載バッテリの充放電を行い、
前記電動車両は、前記車載バッテリの電力の他、燃料をエネルギー源とし、
前記充放電PCSの前記充放電計画は、前記施設の電力需給が平準化されるように計画され、
前記電動車両の前記動作計画は、前記電動車両が前記充放電PCSに到着したときの前記車載バッテリの残量が、前記充放電PCSによって前記充放電計画が実施可能な範囲になり、且つ、走行中の前記電動車両における燃料の消費量が小さくなるように計画される
ことを特徴とするスマートグリッドシステム。 An electric vehicle driven by a plurality of energy sources including the power of the in-vehicle battery;
A facility having a charging / discharging PCS (Power Conditioning Subsystem) for charging and discharging the in-vehicle battery connected to the electric vehicle;
A power management system for managing the power supply and demand of the facility,
The power management system makes a charging / discharging plan for the charging / discharging PCS with respect to the in-vehicle battery and an operation plan for traveling the electric vehicle,
The electric vehicle performs an operation according to the operation plan while running,
The charging and discharging PCS may have line charging and discharging of the battery according to the charge planning when the electric vehicle is connected,
In addition to the electric power of the in-vehicle battery, the electric vehicle uses fuel as an energy source,
The charge / discharge plan of the charge / discharge PCS is planned so that the power supply and demand of the facility is leveled,
The operation plan of the electric vehicle is such that the remaining amount of the in-vehicle battery when the electric vehicle arrives at the charge / discharge PCS is within a range where the charge / discharge plan can be implemented by the charge / discharge PCS A smart grid system , wherein the consumption of fuel in the electric vehicle is planned to be small .
前記車載バッテリの電力により駆動される動力源であると共に、前記電動車両の減速時に電力を回生して前記車載バッテリを充電可能なモータと、A motor that is driven by the electric power of the in-vehicle battery and that can regenerate electric power when the electric vehicle decelerates to charge the in-vehicle battery;
燃料により駆動される動力源であるエンジンと、An engine that is a power source driven by fuel;
前記エンジンの動力により発電して前記車載バッテリを充電可能なジェネレータとA generator capable of generating electric power from the engine and charging the in-vehicle battery;
を備え、With
前記電動車両の前記動作計画は、前記モータ、前記エンジンおよび前記ジェネレータの各出力の制御計画を含むThe operation plan of the electric vehicle includes a control plan of outputs of the motor, the engine, and the generator.
請求項1記載のスマートグリッドシステム。The smart grid system according to claim 1.
前記車載バッテリの電力または前記エンジンの排熱を用いて前記電動車両の車内温度を制御する空調装置をさらに備え、Further comprising an air conditioner for controlling the temperature inside the electric vehicle using the electric power of the in-vehicle battery or the exhaust heat of the engine,
前記電動車両の前記動作計画は、前記空調装置の出力の制御計画をさらに含むThe operation plan of the electric vehicle further includes a control plan of the output of the air conditioner.
請求項2記載のスマートグリッドシステム。The smart grid system according to claim 2.
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